DE3838011A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von bildern der anatomie - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von bildern der anatomieInfo
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Description
Diagnostische Verfahren, die einem Kliniker bei seiner
Berufsausübung gestatten, sehr genaue Ansichten des anato
mischen Aufbaus eines menschlichen Körpers zu erhalten,
haben sich sowohl für den Patienten als auch für den
Arzt als hilfreich erwiesen. Abbildungssysteme, die Quer
schnittsansichten zur Verfügung stellen, beispielsweise
Computertomographie-(CT-)Röntgenabbildungsgeräte oder
kernmagnetische Resonanzgeräte (NMR) haben die Möglichkeit
zur Verfügung gestellt, die visuelle Darstellung des
anatomischen Aufbaus des menschlichen Körpers ohne eine
Operation oder andere invasive Verfahren zur Verfügung
zu stellen. Der Patient kann Abtastverfahren derartiger
Abbildungssysteme ausgesetzt werden, und der Aufbau der
Anatomie des Patienten kann in einer Form reproduziert
werden, die die Beurteilung durch einen ausgebildeten
Arzt gestattet.
Ein in derartigen Verfahren genügend geschulter Arzt
kann die Bilder der Anatomie des Patienten bewerten und
feststellen, ob Abnormitäten vorliegen. Eine Abnormität
in Form eines Tumors erscheint auf dem Bild als eine
Form, die einen unterscheidbaren Kontrast zu dem umgebenden
Bereich aufweist. Der Kontrastunterschied entsteht aufgrund
des Tumors, der unterschiedliche Abbildungseigenschaften
aufweist als das umgebende Körpergewebe. Darüber hinaus
taucht die kontrastierende Form, die den Tumor darstellt,
an einem Ort auf dem Bild auf, an dem eine derartige
Form normalerweise in bezug auf ein entsprechendes Bild
eines gesunden Menschen nicht auftauchen würde.
Nachdem ein Tumor identifiziert wurde, werden verschiedene
Behandlungsmethoden eingesetzt, um den Tumor zu entfernen
oder zu zerstören, einschließlich Chemotherapie, Bestrah
lungstherapie und Operation. Wenn die Chemotherapie ausge
wählt wird, so werden Medikamente in den Körper des Pa
tienten eingegeben, um den Tumor zu zerstören. Im Verlaufe
der Behandlung werden Abbildungsgeräte üblicherweise
verwendet, um den Verlauf der Behandlung dadurch zu verfol
gen, daß der Patient periodisch abgetastet wird, und
die erhaltenen Abbildungen im Verlauf der Behandlung
verglichen werden, um irgendwelche Änderungen der Tumor
anordnungen festzustellen.
Bei der Bestrahlungstherapie werden die von dem Abbildungs
gerät erzeugten Bilder des Tumors durch einen Radiologen
verwendet, um das Bestrahlungsgerät einzustellen und
die Strahlung allein auf den Tumor zu richten, während
nachteilige Wirkungen auf gesundes umgebendes Gewebe
minimalisiert oder ausgeschaltet werden. Im Verlauf der
Bestrahlungsbehandlung wird ebenfalls das Abbildungssystem
verwendet, um den Fortschritt des Patienten auf dieselbe
Weise wie voranstehend in bezug auf die Chemotherapie
geschildert zu verfolgen.
Wenn eine Operation zur Entfernung eines Tumors eingesetzt
wird, so können die Bilder des Tumors im Patienten den
Chirurgen während der Operation führen. Durch Beurteilung
der Bilder vor der Operation kann der Chirurg die beste
Vorgehensweise zum Erreichen und Entfernen des Tumors
festlegen. Nach Durchführung der Operation wird eine
weitere Abtastung vorgenommen, um den Erfolg der Operation
und den weiteren Fortschritt der Heilung des Patienten
zu beurteilen.
Ein bei den voranstehend beschriebenen Abtastverfahren
auftretendes Problem ist die Unfähigkeit, den Querschnitt
desselben anatomischen Bereiches auszuwählen und genau
zu vergleichen bei Bildern, die durch Abbildungsgeräte
zu unterschiedlichen Zeiten erhalten wurden, oder bei
Bildern, die im wesentlichen zur selben Zeit unter Ver
wendung unterschiedlicher Abbildungsbedingungen erhalten
wurden, beispielsweise durch CT und MRI. Die Ungenauigkeit
des Bildvergleichs wird deutlicher anhand einer Erläuterung
der Abtastverfahren und der Art der Erzeugung der Bilder
durch die Abbildungssysteme innerhalb einer Querschnitts-
"Scheibe" der Anatomie des Patienten. Eine Scheibe stellt
Elementarvolumina innerhalb des Querschnitts der Anatomie
des Patienten dar, die einem Bestrahlungsstrahl oder
einem Magnetfeld ausgesetzt oder hierdurch angeregt werden,
und die Information wird auf einem Film oder einem anderen
greifbaren Medium aufgezeichnet. Da die Bilder von Scheiben
erzeugt werden, die durch die relative Lage des Patienten
in bezug auf das Abbildungsgerät festgelegt werden, führt
eine Änderung der Orientierung des Patienten dazu, daß
unterschiedliche Elementarvolumina in die Scheibe einge
fügt werden. Wenn daher für Vergleichszwecke zwei Sätze
annähernd derselben anatomischen Masse verwendet werden,
die zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen wurden, geben
diese keine vergleichbare Information wieder, die auf
präzise Weise eingesetzt werden kann, um die Änderungen
festzustellen, die zwischen den beiden Bildern in den
Sätzen aufgetreten sind, da es nicht bekannt ist, in
welchem Maße die beiden von den jeweiligen Sätzen aus
gewählten Bilder gleiche Ansichten teilen.
Die nachteiligen Auswirkungen auf die medizinische Praxis
bei derartigen Fehlern werden durch diagnostische Verfahren
verdeutlicht, die von dem Operateur oder anderen Personen
bei der Diagnose eines Tumors eines Patienten verwendet
werden. Wenn ein Patient einen Tumor hat, können dessen
Abmessungsdichte und dessen Ort mit der Hilfe von durch
ein Abtastsystem erzeugten Bildern festgestellt werden.
Damit ein Kliniker einen Vorschlag für die Behandlung
des Patienten machen kann, sind zwei Abtastuntersuchungen
erforderlich. Mit dem Patienten wird eine erste Abtastung
unternommen, die eine Anzahl von Scheiben durch den Ab
schnitt der Anatomie unternimmt, beispielsweise des Gehirns,
der untersucht werden soll. Während der Abtastung wird
der Patient in bezug auf das Abbildungsgerät in einer
im wesentlichen festgehaltenen Lage gehalten. Jede Scheibe
einer bestimmten Abtastung wird in einem vorher festlegbaren
Abstand zur vorherigen Scheibe und parallel hierzu gehalten.
Unter Verwendung der Bilder der Scheiben kann der Arzt
den Tumor beurteilen. Wenn der Arzt jedoch Änderungen
der Anordnung des Tumors über einen gegebenen Zeitraum
beurteilen möchte, muß eine zweite oder Nachfolgeabtastung
unternommen werden.
Der Abtastvorgang wird wiederholt, aber da sich der Patient
in einer Position befinden kann, die von der bei der
ursprünglichen Abtastung abweicht, behindert dies einen
Vergleich der Abtastungen. In der Nachfolgeuntersuchung
erhaltene Scheiben können unabsichtlich im Vergleich
zu den Originalscheiben in einem Winkel erhalten werden.
Daher kann das erzeugte Bild ein größeres Volumen zeigen
als das Volumen, das ursprünglich gezeigt wurde. Demzufolge
kann der Chirurg einen unrichtigen Eindruck von der Größe
des Tumors bekommen, wenn er Abtastungen vergleicht,
die zu unterschiedlichen Zeiträumen aufgenommen wurden.
Daher können scheibenweise Vergleiche nicht in zufrieden
stellender Weise durchgeführt werden.
In ähnlicher Weise ist es für bestimmte chirurgische
Verfahren wünschenswert, genaue und verläßliche periodische
Abtastungen identischer Segmente des Tumors innerhalb
des Cranium-Hohlraums zu erhalten. Wenn die Abtastungen
vor und nach der Operation ungenau sind, kann es geschehen,
daß der Arzt nicht das korrekte Bild des Ergebnisses
der Operation erhält. Dieselben Ungenauigkeiten treten
bei anderen Behandlungen auf, beispielsweise wie voran
stehend beschrieben bei der Chemotherapie.
Zusätzlich gibt es in bezug auf Abbildungssysteme und
die essentielle Bedeutung, die diese bei operativen und
anderen Tumorbehandlungsverfahren einnehmen, eine Schwierig
keit bei momentan existierenden Verfahren, die eine Be
stimmung eines gewünschten Orts innerhalb des Körpers
zu einem gegebenen Zeitpunkt gestatten. Beispielsweise
beschreibt die US-PS 45 83 538 (ONIK et al) ein Lokali
sierungsgerät, das auf die Haut eines Patienten aufgebracht
wird und in einer Scheibe einer CT-Abtastung identifiziert
werden kann. Von einer Position auf dem Gerät wird ein
Referenzpunkt ausgewählt, der exakt einem Punkt auf der
CT-Abtastung entspricht. Messungen des Lokalisierungs
geräts auf der CT-Abtastung werden dann mit dem Gerät
auf dem Patienten korreliert.
Es wurden externe Geräte eingesetzt bei Versuchen, einige
dieser Probleme in bezug auf die Genauigkeit zu lösen,
beispielsweise das in der US-PS 43 41 220 (Perry) be
schriebene Gerät, nämlich ein Rahmen, der über den Schädel
eines Patienten paßt. Der Rahmen ist mit drei Platten
versehen, von denen jede mehrere Schlitze auf drei oder
vier Seiten festlegt. Die Schlitze weisen unterschiedliche
Länge auf und sind in bezug auf ihre Länge sequentiell
geordnet. Auf dem Rahmen festgelegte und aufgefundene
Rahmenkoordinaten entsprechen den unterschiedlichen Höhen
der Schlitze. Wenn durch ein Abbildungsgerät Scheiben
des Schädels und des Gehirns aufgenommen werden, so schneidet
die durch die Scheibe gebildete Ebene die drei Platten.
Die Anzahl voller Schlitze in der Scheibe wird in bezug
auf jede Platte gezählt, um die Koordinaten eines Zielorts
des Gehirns zu bestimmen. Daher muß nur eine CT-Abtastung
durchgeführt werden, um die Koordinaten des Ziels festzu
legen.
Andere Versuche wurden unter Verwendung von Kathedern
unternommen, die in den Körper eingeführt wurden. Beispiels
weise beschreibt die US-PS 45 72 198 (Codington) einen
Katheder mit einer Spulenwicklung in seiner Spitze, um
das Magnetfeld anzuregen oder zu schwächen. Das schwache
Magnetfeld kann durch ein NMR-Gerät festgestellt werden,
wodurch der Ort der Kathederspitze in bezug auf das NMR-
Gerät bestimmt werden kann.
Die Erfindung der Anmelderin überwindet zahlreiche der
voranstehend in bezug auf bislang verwendete Abbildungs
geräte beschriebenen Schwierigkeiten. Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung, die sicherstellen,
daß zu unterschiedlichen Zeiten durchgeführte Abtastungen
Bilder erzeugen, die im wesentlichen gleich den Bildern
vorheriger Abtastungen sind, selbst wenn sie von unter
schiedlichen Bildbedingungen zu unterschiedlichen Zeiten
herrühren. Dies stellt sicher, daß eine genauere Zuordnung
irgendwelcher anatomischer Änderungen erhalten wird.
Im Ergebnis gibt dies einem Arzt eine größere Sicherheit
in bezug auf die Größe, den Ort und die Dichte des Tumors,
oder eines Teils des Tumors, der sich in dem Cranium-
Hohlraum befindet.
Diese Fähigkeit vergrößert den Einsatz operativer Verfahren
zur Entfernung oder sonstigen Beseitigung des Tumors,
insbesondere durch derartige nichtinvasive Verfahren
wie Lasertechnologie. Durch Bereitstellung der Fähigkeit,
den Ort und die Größe des Tumors genau festzulegen, können
Laserstrahlen direkt auf den Tumor fokussiert werden.
Intermittierend können als Teil chirurgischer Verfahren
Abtastungen durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob
sich infolge der Operation der Tumor bewegt oder wesent
lich seine Größe geändert hat. Infolge der Genauigkeit
der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten
Abbildungsverfahren kann der Arzt sicher sein, daß die
Menge während der Operation zerstörten gesunden Gewebes
minimalisiert wird.
Ein bei der Erfindung eingesetztes Verfahren verwendet
Vergleichsimplantate oder Implantate, um eine Ebene fest
zulegen, die mit dem Abbildungsgerät, einem anderen Computer,
und insbesondere den Datenverarbeitungsfähigkeiten des
Abbildungsgeräts zusammenarbeitet, um sicherzustellen,
daß folgende Abtastungen zu Scheiben führen, die im wesent
lichen parallel zu den während der anfänglichen Abtastung
aufgenommenen Scheiben sind. Die Bezugsimplantate werden
unter die Haut in die Calvaria eingepflanzt und sind
voneinander genügend weit beabstandet, um eine Ebene
festzulegen. Der Patient, dem diese Implantate eingepflanzt
wurden, wird auf übliche Weise in das Abtastgerät gesetzt
und abgetastet, um die Bilder aufeinanderfolgender paralleler
Scheiben einer gegebenen Dicke entlang eines vorher fest
legbaren Weges durch den Cranium-Hohlraum bereitzustellen.
Während die Abtastungen aufgenommen werden, sind eine
oder mehrere Scheiben erforderlich, um einen Teil oder
das gesamte Bezugsimplantat aufzunehmen. Die Rechnereigen
schaften des Abbildungsgeräts oder eines anderen Computers
berücksichtigen die räumliche Beziehung zwischen jeder
ausgewählten Ebene einer Scheibe und der durch die Bezugs
implantate festgelegten Ebene. Infolge dieser Fähigkeit
können Bilder, die in aufeinanderfolgenden Abtastungen
zu unterschiedlichen Zeitpunkten bei unterschiedlichen
Winkeln genommen wurden, rekonstruiert werden, damit
sie im wesentlichen gleich den ursprünglich aufgenommenen
Scheiben werden.
Bezugsimplantate für diesen Zweck sind auf spezielle
Weise ausgebildet und aus einem Material hergestellt,
das ihre Implantation in den Schädel und die Fähigkeit
gestattet, durch Abtastgeräte nachgewiesen zu werden.
Das hier beschriebene Bezugsimplantat ist so ausgebildet,
daß sichergestellt ist, daß es während der Implantation
keine nachteiligen Wirkungen auf den Schädel ausübt,
etwa eine Rißbildung, oder sich bis in den Cranium-Hohl
raum durch erstreckt. Auch ist es nicht soweit zwischen
dem Schädel und der Haut freigelegt, daß es irgendwelche
äußeren Merkmale der Anatomie stört. Weiterhin ist das
Bezugsimplantat zumindest auf einem Abschnitt des Schädels
an der Grenzfläche der Haut und des Schädelknochens angeord
net, um seine Abbildung durch das Abbildungsgerät zu
erleichtern. Zumindest ein Abschnitt des Implantats weist
einen symmetrischen Querschnitt auf, so daß Scheiben,
die beispielsweise von dem Cranium-Hohlraum aufgenommen
wurden, verwendet werden können, um den Schwerpunkt des
Implantats zu lokalisieren. Dies sichert die Genauigkeit
bei der Verwendung des Implantatbildes als Referenzpunkt,
um folgende Scheiben der Überprüfungsuntersuchung in
die richtige Lage und Orientierung zu transformieren.
Voranstehend wurde eine Beschreibung bestimmter Mängel
des Stands der Technik und der Vorteile der Erfindung
gegeben. Andere Vorteile ergeben sich aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform.
Ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung
und deren zahlreichen Vorteilen ergibt sich auf einfache
Weise, wenn sich unter Bezug auf die nachfolgende de
taillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den
Figuren ein besseres Verständnis ergibt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seiten- und Aufsicht von Bezugsimplantaten;
Fig. 2 eine Seiten- und Aufsicht eines bevorzugten Posi
tionierungsschemas für Bezugsimplantate in den
Schädel;
Fig. 3 eine versetzte Ansicht zweier Koordinatensysteme,
die in bezug aufeinander verschoben wurden;
Fig. 4 eine verschobene Ansicht zweier Koordinatensysteme,
die in bezug aufeinander gedreht wurden;
Fig. 5 und Fig. 5a, 5b und 5c verschobene Ansichten
zweier Koordinatensysteme, die gegeneinander ver
schoben und gedreht wurden;
Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Bestimmung
desselben Punktes P zu zwei unterschiedlichen
Zeiten in einem internen, auf den Körper bezogenen
Koordinatensystem;
Fig. 7 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 8 ein Flußdiagramm bezüglich der Bestimmung des
Ortes eines Punktes P in einem internen Koordina
tensystem in bezug auf ein externes Koordinaten
system.
In Fig. 1 ist ein Bezugsimplantat 10 für den menschlichen
Körper gezeigt, das durch ein Abbildungssystem nachweisbar
ist. Das Bezugsimplantat weist einen ersten Abschnitt
12 und einen zweiten Abschnitt 14 auf. Der erste Abschnitt
12 ist so ausgebildet, daß er durch ein Abbildungssystem
nachgewiesen werden kann (wenn er unterhalb der Haut
angebracht ist). Der zweite Abschnitt 14 ist für eine
feste Halterung an dem Knochen unterhalb der Haut ausgebil
det, ohne vollständig den Knochen zu durchdringen und
ohne den Knochen zu brechen. Der erste Abschnitt 12 ist
genügend groß ausgebildet und besteht aus einem Material
zum Nachweis durch ein Abbildungssystem, und ist genügend
klein ausgebildet, um eine minimale Störung der Haut
herbeizuführen, wenn er an der Grenzfläche zwischen der
Haut und dem Knochen angebracht ist. Der erste Abschnitt
12 ist weiterhin mit zumindest einem Abschnitt versehen,
der kugelförmig ist und eine Oberfläche zur Zusammenar
beit mit einem Werkzeug ausbildet, um den zweiten Abschnitt
14 an dem Knochen zu befestigen. Zusätzlich gestattet
die Anordnung von drei Bezugsimplantaten 10 in einen
Abschnitt der Anatomie des menschlichen Körpers die Wieder
herstellung einer bestimmten Bildscheibe des Abschnitts
der Anatomie, die von einem Abbildungssystem aufgenommen
wurde, um im ersten Zeitraum, also bei der ursprünglichen
Untersuchung, aufgenommene Bilder zu duplizieren. Dies
befähigt einen Arzt dazu, den Fortschritt der Behandlung
auf genaue Weise auf ausgewählten Scheiben zu verfolgen,
welche die interessierende Anatomie darstellen.
Darüber hinaus gestattet die Existenz dreier Bezugsimplan
tate 10, daß ein Ziel (beispielsweise ein Tumor) in bezug
auf ein externes Koordinatensystem identifiziert werden
kann. Der Teil der Anatomie mit dem Ziel kann dann operiert
werden, beispielsweise durch einen Roboter, oder präzise
bestrahlt werden.
Um den genauen Vergleich von Bildscheiben aus zumindest
zwei unterschiedlichen Zeiträumen zu gestatten, werden
die drei Bezugsimplantate 10 zuerst in den Körper eines
Patienten in einem gewünschten interessierenden Bereich
implantiert. Dann wird der Patient in ein Abbildungs
system eingebracht, und es werden Bilder einer Reihe
von Querschnittsscheiben erhalten, die beispielsweise
das Volumen des Tumors enthalten, der das interessierende
primäre Ziel darstellt. Aus den erhaltenen Abbildungsdaten
erfolgt die Lokalisierung der drei Bezugsimplantate,
und in bezug hierzu wird ein internes Koordinatensystem
definiert. Falls gewünscht, können die Bilddaten weiter
in ihrem Format geändert werden, um Bildscheiben zu zeigen,
deren Richtung anders ist als die ursprünglich während
des Abbildungszeitraums erhaltene Richtung. Abhängig
von der diagnostischen Information, die diese Bildscheiben
zeigen, können entsprechende Entscheidungen in bezug
auf eine Operation, Chemotherapie oder Bestrahlungstherapie
eines Patienten getroffen werden. Die Bilddaten können
ebenfalls von mehreren unterschiedlichen Abbildungsarten
verwendet werden, beispielsweise CT, PET oder NMR, um
diesselbe Ansicht der Anatomie zu erhalten, jedoch mit
unterschiedlichen betonten Eigenschaften.
Wenn entschieden wird, daß weitere Abbildungsdaten zu
einem späteren Zeitpunkt erhalten werden sollen, wird
der Patient zum Abbildungssystem zurückgebracht, und
der Vorgang zum Erhalt von Bilddaten wird wiederholt.
Die Bezugsimplantate 10 werden in bezug auf die zweite
Abbildungssitzung lokalisiert, und es wird dasselbe interne
Koordinatensystem relativ zu den Implantaten 10 definiert.
Sobald dasselbe interne Koordinatensystem in bezug auf
die zweite Abbildungssitzung definiert wurde, werden
die Translation und die Rotation des internen Koordinaten
systems und der hiermit zusammenhängenden Bilder in bezug
auf das bei der ersten Abbildungssitzung eingerichtete
Koordinatensystem bestimmt. Eine aus der ersten Abbildungs
sitzung identifizierte Bildscheibe, die zur Diagnose
verwendet werden soll, wird aus der zweiten Abbildungs
sitzung wiedergewonnen. Die beiden Bildscheiben, eine
aus der ersten Abbildungssitzung und eine aus der zweiten
Abbildungssitzung, werden verglichen, um festzulegen,
ob und gegebenenfalls welche Änderungen bei der Anatomie
des Patienten aufgetreten sind.
Im einzelnen erfordert ein dreidimensionales nicht col
lineares Koordinatensystem drei getrennte nicht collineare
Punkte, um vollständig definiert zu sein. Falls es mehr
als drei identifizierbare Punkte gibt, so ist das System
überbestimmt, und drei Punkte müssen zur Festlegung des
Koordinatensystems ausgewählt werden. Falls es weniger
als drei identifizierbare unterschiedliche Punkte gibt,
so ist das System unbestimmt, und es wird keine Position
relativ zu dem einen identifizierbaren Punkt oder den
zwei identifizierbaren Punkten definiert.
Die bekannte Lokalisierung dreier unterschiedlicher Punkte
legt eine Ebene fest, auf der ein orthogonales Koordinaten
system eingerichtet werden kann. Wenn die drei Punkte
zueinander an festen Orten im Verlauf der Zeit liegen,
so kann ein Koordinatensystem eingerichtet werden, das
ebenfalls in bezug auf die Zeit fixiert ist. Die Fähigkeit,
ein nicht zeitabhängiges festes internes Koordinatensys
tem zum menschlichen Körper zu definieren, führt zu wich
tigen Vorteilen. Ein vollständig definiertes internes
Koordinatensystem, das bezüglich des Ortes und bezüglich
der Zeit fest ist, in bezug auf einen Ort in dem Körper,
gestattet den Vergleich aufeinanderfolgender Abbildungen
des Körpers, die in Abbildungssystemen wie etwa CT-Ab
tastungen, NMR-Abtastungen, oder PET-Abtastungen vorgenommen
wurden, um nur einige zu erwähnen. Genauer gesagt gestatten
diese Vergleiche einem Diagnostiker zu sehen, ob und
gegebenenfalls welche Änderung innerhalb des Körpers
an einem vorher festlegbaren Ort aufgetreten ist.
Durch Verwendung eines festen Koordinatensystems in bezug
auf den Körper können dieselben Koordinaten im Verlauf
der Zeit verglichen werden. Allerdings ist das Gewebe
oder das Material des Körpers nicht notwendigerweise
an einem Ort fixiert in bezug auf einen vorher festleg
baren Satz von Koordinaten im Verlauf der Zeit. Nach
dem Ablauf der Zeit kann sich das Gewebe verschoben haben,
und dies stellt eine nach Operationen nicht unübliche
Änderung dar. Dennoch stellt die Fähigkeit, unterschied
liche Eigenschaften (abhängig von der Art der Abbildungen)
des Gewebes bei denselben Koordinaten und zu unterschied
lichen Zeiten zu vergleichen, einen großen Vorteil für
diagnostische Zwecke dar.
Im Prinzip können die drei Punkte (die erforderlich sind)
zur Definition eines Koordinatensystems auf verschiedene
Weisen ausgewählt werden. Bei einer Ausführungsform in
bezug auf den Gehirn- oder Kopfbereich können die beiden
Ohren und ein Zahn, oder die beiden Ohren oder die Nase
die drei Punkte ausmachen. Alternativ kann eine Bildscheibe
des Schädels einen Satz von Punkten bereitstellen, von
dem die drei Punkte ausgewählt wurden, um das Koordinaten
system für den Körper zu erzeugen. Vorzugsweise stellen
drei Bezugspunkte, die in den Körper implantiert werden
und kontrastreiche Bilder während der Abtastung erzeugen,
den verläßlichsten Weg zur Definition eines Koordinaten
systems zur Verfügung. Idealerweise sollten die drei
Punkte in demselben ungefähren Bereich des Körpers liegen,
der untersucht wird, und sollten ebenfalls identifizierbar
und meßbar durch unterschiedliche Abbildungssysteme sein,
beispielsweise CT-Abbildungsgeräte und NMR-Abbildungsgeräte.
Um ein vollständig definiertes Koordinatensystem zu schaffen,
ist die Bestimmung dreier unterschiedlicher nicht col
linearer Bezugspunkte erforderlich. In bezug auf die Schaf
fung eines vollständig definierten, mit dem menschlichen
Körper verankerten Koordinatensystems schreibt das Nachweis
erfordernis die Anforderung vor, daß Bezugsimplantate 10
aus einem Material hergestellt sind, das durch ein den
menschlichen Körper abbildendes System detektierbar ist.
Das Bezugsimplantat 10 weist einen ersten Abschnitt 12 auf,
der eine Einrichtung zur Markierung einer vorher festleg
baren Position innerhalb eines Körpers bereitstellt,
vergleiche Fig. 1. Der erste Abschnitt oder Markierer
12 stellt idealerweise einen hohen Kontrast in einem
Bild zur Verfügung, verglichen mit dem umgebenden Material.
Das Material, aus dem der Markierer 12 hergestellt ist,
führt ebenfalls zu einer geringstmöglichen Störung des
Bildes, so daß das Auftreten von Artefakten auf ein Minimum
begrenzt ist. Der Markierer 12 ist ebenfalls sicher zur
Verwendung im menschlichen Körper und ist unauffällig,
so daß ein Träger sich nicht unkomfortabel oder beein
trächtigt fühlt.
Der Markierer 12 ist symmetrisch und einheitlich, um
seine Lokalisierung durch das Abbildungssystem zu erleich
tern. Wenn der Markierer 12 abgetastet wird, so stellt
die Symmetrie sicher, daß jede Ebene durch das Implantat
im wesentlichen dasselbe Bild zur Verfügung stellt sowie
die Fähigkeit, den Schwerpunkt zu lokalisieren. Es ist
deswegen so wichtig, den Schwerpunkt des Markierers 12
zu identifizieren, da derselbe exakte Punkt zur Verwendung
bei der Definition des Koordinatensystems reproduzierbar auf
gefunden werden kann. Ein von nachfolgenden Wiederher
stellungen desselben Koordinatensystems infolge einer
Verschiebung des Koordinatensystems von einer früheren
Ausrichtung herrührender Fehler ist daher minimalisiert.
Beispielsweise ist eine Kugel die Idealform für einen
Markierer 12 in bezug auf symmetrische Einheitlichkeit,
da das Bild jeder Ebene der Kugel immer ein Kreis ist.
Bei Kenntnis des Radius des kugelförmigen Objekts und
durch Anwendung von Standardalgorithmen kann das Zentrum
des kugelförmigen Markierers 12 aus jeder durch die Kugel
gelegten Ebene bestimmt werden. Der Algorithmus zur Be
stimmung des Zentrums einer Kugel kann einen Benutzerein
griff erforderlich machen, um den ungefähren Ort des
Implantats zu markieren. Der Schwerpunkt kann durch erfolg
reiche Approximation von der Grenze des kreisförmigen
Profils bestimmt werden, welches durch den Benutzereingriff
identifiziert wird. Falls beispielsweise a priori-Informa
tionen über die Dichteverteilung des Bildes des Bezugsim
plantats vorliegen und angenommen wird, daß dieses Kugel
symmetrie aufweist, dann werden Abtastprofile durch dessen
Bild zu glockenförmigen Verteilungen führen, deren Grenzen
hieraus bestimmt werden können. Aus den Grenzpunkten
wird der Schwerpunkt berechnet. Dies kann zusätzliche
Scheiben erfordern, abhängig von der Größe des Bezugsim
plantats und seiner Relativlage in bezug auf benachbarte
Scheiben, insbesondere wenn die physikalische Größe des
Implantats größer ist als die Abtastscheibe.
Wenn die Schwerpunkte der drei Bezugsimplantate (10 a,
10 b, 10 c) bestimmt werden, dann legen zwei von Ihnen
(10 a, 10 b) beispielsweise den x-Achsenvektor des Koordi
natensystems fest, und das Vektorprodukt der Vektoren
10 a, 10 b und 10 a, 10 c bestimmt vollständig das Koordinaten
system, wie in Fig. 5a gezeigt ist, die nachstehend
noch eingehend beschrieben wird.
Der Markierer 12, der einen Durchmesser von 1 bis 10
mm, vorzugsweise 4 mm aufweist, kann beispielsweise aus
Titan in Form einer Hohlkugel hergestellt sein. Der Hohlraum
der Kugel kann beispielsweise mit einem Agarose-Gel gefüllt
sein, das verschiedene gewünschte Dotiermittel aufweist,
deren Auswahl von dem verwendeten Abbildungssystem abhängt,
um den Markierer 12 am besten zu akzentuieren oder hervor
zuheben. Der Markierer 12 ist fest mit einem zweiten
Abschnitt 14 des Bezugsimplantats 10 verbunden.
Der zweite Abschnitt 14 stellt eine Einrichtung zum Veran
kern der Implantatvorrichtung 12 in dem Körper zur Verfü
gung. Der bevorzugte Verankerungsplatz für den Markierer
12 im Körper ist Knochen, da dieser ein gutes Material
darstellt, um die Implantatvorrichtung an ihrem Ort zu
halten, und weiterhin deswegen, da ein Knochen auch im
Verlauf der Zeit in dem Körper an einem Ort verbleibt.
Der Anker 17 ist lang genug, um in den Knochen einzudrin
gen, mit dem er verankert wird, und weiterhin lang genug,
um fest eingebettet zu sein, ohne den Knochen zu zerbrechen.
Der Anker 14 ist 1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 mm lang.
Vorzugsweise sollte der Anker 14 in den Knochen einge
schraubt werden, anstatt mit einem Schlagwerkzeug einge
trieben zu werden, um die Gefahr eines Knochenbruchs
zu verringern. Der Anker 14 kann ebenfalls beispielsweise
aus Titan hergestellt sein.
Das Bezugsimplantat 10 weist ebenfalls eine Einrichtung
16 zur Aufnahme einer Kraft auf, so daß die Ankervor
richtung 14 fest an dem Körper befestigt werden kann.
Wenn die Ankervorrichtung 14 eine Schraube ist, ist vorzugs
weise eine Eindellung 16 in Form einer polygonförmigen
Ausnehmung zur Aufnahme eines Inbusschlüssels in der
Implantatvorrichtung 12 angeordnet. Die Verwendung eines
Inbusschlüssels mit der zugehörigen polygonalen Ausnehmung
ist symmetrisch einheitlicher als der kreuzförmige Aufnahme
ort für einen Kreuzschlitzschraubendreher oder der mit
einer einzigen Nut versehene Aufnahmeort für einen üblichen
Schraubendreher.
Die Implantation eines Bezugsimplantats 10 mit einem
Anker, in diesem Falle einer Schraube 14, geschieht vorzugs
weise unter Verwendung eines nicht dargestellten Trocars,
um in die Haut einzudringen und einen gewünschten Ort
am Knochen zu erreichen. Der Trocar wird zunächst auf
die Haut über dem gewünschten Verankerungsort aufgesetzt,
und eine darin angeordnete Durchstechstange wird durch
die Haut getrieben. Dann wird die Durchstechstange in
dem Trocar entfernt, während der Trocar an seinem Platz
bleibt. Eine Stange mit einem Inbusschlüsselkopf, der
an die polygonale Ausnehmung 16 in der Implantatvorrichtung
12 des Implantats 10 angepaßt ist, wird in den Trocar
eingeführt, bis der Schraubenabschnitt 14 des Implantats
10 den Verankerungsort erreicht, beispielsweise den Knochen.
Dann wird auf den Abschnitt der Stange, der sich aus
dem Trocar herauserstreckt, eine Kraft ausgeübt, bis
das Implantat 10 in dem Knochen eingebettet ist. Ein
derartiger Vorgang wird unter Lokalanästhesie durchgeführt
und sollte nur etwa 5 Minuten dauern.
Die Plazierung der drei Bezugsimplantate 10 hängt von
dem zu beurteilenden Abschnitt der Anatomie ab. Im wesent
lichen werden drei Bezugsimplantate 10 an drei Orten
angeordnet, so daß sie einfach identifizierbar sind und
die Orte in bezug aufeinander im Verlauf der Zeit fixiert
sind. Wenn beispielsweise eine Untersuchung des Schädels
und Gehirns unternommen werden soll, wird vorzugsweise
ein Implantat 10 A auf der Mittenlinie des Schädels 18
gerade oberhalb des Haaransatzes angeordnet, und die
anderen zwei Implantate 10 B, 10 C werden auf der rechten
beziehungsweise linken Seite der Mittenlinie und weiter
hinten als das Implantat 10 A auf der Mittenlinie ange
ordnet. Dies geht aus Fig. 2a und 2b hervor, die eine
Frontalansicht beziehungsweise eine Aufsicht des Schädels
18 darstellen. Ein anderes Beispiel für einen interessieren
den Bereich ist der Torso, wobei ein Bezugsimplantat
10 auf der Mittenlinie des Brustbeins (Sternum) angeordnet
wird, und die beiden anderen Bezugsimplantate 10 seitlich
hierzu auf der rechten beziehungsweise linken Seite und
in einer Rippe. Es kann aber auch ein Bezugsimplantat
10 im spinalen Raum eines Wirbels in der Mittenlinie
angeordnet werden und die beiden anderen Bezugsimplantate
im Kamm des rechten beziehungsweise linken Weichenbeins.
Das Abbildungsgerät stellt eine feste Achse zur Verfügung,
in bezug auf welche jede andere Lage im Raum lokalisiert
werden kann. Dies führt dazu, daß die Position des Bezugs
markierers und das Koordinatensystem, das diese Markierer
definieren, in bezug auf das Abbildungsgerät lokalisiert
werden können. Diese Merkmale der Erfindung erlauben
es, den Ort der Markierer relativ zum Abbildungsgerät
zum Nachschlagen in der Zukunft aufzuzeigen. Bei folgenden
Abtastungen kann sich die Orientierung des Patienten
in bezug auf das Abbildungsgerät ändern. Diese Neuorien
tierung kann durch Lokalisierung der Bezugsmarkierer
in bezug auf das Abbildungsgerät und Vergleich mit dem
vorher aufgezeichneten Ort gemessen werden. Das Vergleichs
verfahren gestattet eine Reorientierung von Bildern nach
folgender Abtastungen in eine Position, die der früheren
aufgezeichneten Abtastung entspricht, so daß sich die
Bildscheiben immer im wesentlichen an demselben Querschnitt
der früher aufgezeichneten Scheiben befinden.
Im tatsächlichen Betrieb werden diese Positionen durch
Koordinatensysteme definiert, und es ist die Position
dieser Systeme, die wie nachstehend erläutert durch Trans
lation oder Rotation erreicht wird.
Nachdem die Bezugsimplantate 10 an ihrem Ort sind und
ein Koordinatensystem definiert ist, können folgende
Bilder desselben anatomischen Volumenbereichs verglichen
werden. Wenn beispielsweise Bilder des Gehirns aufgenommen
werden, kann der Kopf einer Person unterhalb, oberhalb
oder seitlich (siehe Fig. 3) des Ortes des Kopfes bei
einer früheren Abbildungssitzung angeordnet werden. Der
Kopf kann (vergleiche Fig. 4) im Vergleich zu seiner
Orientierung während einer früheren Abbildungssitzung
gedreht werden. Auch kann sich im Vergleich zu einer
früheren Abbildungssitzung, siehe Fig. 5, der Kopf transla
torisch bewegt haben oder sich gedreht haben. Unabhängig
davon, aus welchem Grund der Kopf unterschiedlich orien
tiert ist, kann unter Ausnutzung des Vorteils des festen,
vollständig definierten inneren Koordinatensystems in
dem Gehirn ein früherer Punkt oder Scheibenbild des Gehirns
aus nachfolgenden Bildinformationen erhalten werden.
Dies wird, wie in Fig. 6 gezeigt ist, erreicht durch
Vergleich des Ortes und der Richtung der Ebene, die durch
die drei Bezugspunkte bei der ersten Untersuchung definiert
wurde, mit dem Ort und Richtung derselben Ebene, die
durch die drei Bezugspunkte zum Zeitpunkt der zweiten
Untersuchung definiert wird. Zur Vereinfachung ist der
Ursprung des Koordinatensystems an einem gegebenen Bezugs
punkt angeordnet. Durch Messung der Entfernung in beispiels
weise der x-, y- und z-Richtungen zwischen demselben Bezugs
punkt (den Ursprüngen) zu den beiden unterschiedlichen
Zeiten kann die Translation des Ursprungs eines Koordi
natensystems in bezug auf das andere erhalten werden.
Vorzugsweise kann die Transformation in bezug auf die
Drehung von einem gegebenen kartesischen Koordinatensystem
auf ein anderes mittels dreier aufeinanderfolgender Drehungen
ausgeführt werden, die in einer bestimmten Folge durchge
führt werden. Dann werden drei als Eulersche Winkel bekannte
Winkel definiert. Diese drei Eulerschen Winkel sind die
drei aufeinanderfolgenden Drehwinkel, die erforderlich
sind, um die Transformation auszuführen. Die Bestimmung
der Eulerschen Winkel wird dadurch erreicht, daß zuerst
der Schnitt zweier durch die Bezugsimplantate festge
legter Ebenen berechnet wird, dann der Winkel zwischen
der Bezugs-x-Achse und der Schnittlinie (psi) berechnet
wird, dann der Winkel theta, und schließlich der Winkel
phi berechnet wird. Dann sind die drei Eulerschen Winkel
festgelegt. Für das in den Fig. 5a, 5b und 5c gezeigte
Beispiel wird die Sequenz, die zur Ausführung der Transfor
mation erforderlich ist, eingeleitet durch Drehung des
anfänglichen Achsensystems xyz um einen Winkel phi gegen
den Uhrzeigensinn um die z-Achse, wie in Fig. 5a gezeigt
ist. Das resultierende Koordinatensystem wird durch die
xi-, eta-, zeta-Achsen bezeichnet. In der zweiten Stufe
werden die zeitweiligen Achsen xi, eta, zeta um die xi-Achse
gegen den Uhrzeigersinn um einen Winkel theta gedreht,
um einen weiteren Zwischensatz zu erzeugen, nämlich die
xi′-, eta′-, zeta′-Achsen, wie in Fig. 5b gezeigt ist,
in der das dritte Bezugsimplantat 10 c zu Erleichterung
des Verständnisses nicht gezeigt ist. Die xi′-Achse befindet
sich am Schnitt der xy- und xi′-eta′-Ebenen und ist als
Knotenlinie bekannt. Schließlich werden die xi′-, eta′-
und zeta′-Achsen gegen den Uhrzeigersinn um einen Winkel
psi um die zeta′-Achse gedreht, um das gewünschte x′y′z′-
Achsensystem zu erzeugen, das in Fig. 5c gezeigt ist.
Daher legen die Eulerschen Winkel theta, phi und psi
vollständig die Orientierung des x′y′z′-Koordinatensystems
relativ zum xyz-Koordinatensystem fest und können daher
als die drei erforderlichen generalisierten Koordinaten
verwendet werden.
Die Elemente der vollständigen Transformation A können
erhalten werden, indem eine vollständige Transformations
matrix als das Dreifachprodukt der getrennten Rotationen
aufgeschrieben wird, von denen jede in Matrixform geschrie
ben werden kann. Daher kann die anfängliche Rotation
um die z-Achse durch die Matrix D beschrieben werden:
xi = Dx
wobei xi und x Spaltenmatrizen darstellen. Entsprechend
kann die Transformation von xi, eta, zeta zu xi′, eta′,
zeta′ durch die Matrix C beschrieben werden:
x′ = Cxi
und die letzte Drehung zu x′y′z′ durch eine Matrix B
x′ = Bxi′
Daher kann die Matrix der gesamten Transformation geschrieben
werden als
x′ = Ax
und dies stellt das Produkt der aufeinanderfolgenden
Matrizen dar:
A = BCD
Die Matrix D kann geschrieben werden als
Die Matrix C kann geschrieben werden als
Die Matrix B kann geschrieben werden als
Die Produktmatrix A = BCD wird dann unter Zuhilfenahme
des voranstehenden Ausdrucks erhalten. Die Reihenfolge
der Matrixmultipliation hängt von der zu lösenden Aufgabe
ab; im vorliegenden Fall definiert sie die Transformation
von dem xyz-Achsensystem auf das x′y′z′-Achsensystem.
Nachdem die Eulerschen Winkel bestimmt sind, ist zumindest
grundsätzlich das Problem der Orientierung gelöst. Eine
wesentliche Vereinfachung der Berechnung läßt sich aller
dings erreichen, wenn der Satz von Euler angewandt wird.
Der Satz von Euler über die Bewegung eines starren Körpers
besagt, daß die allgemeine Verschiebung eines starren
Körpers mit einem festgehaltenen Punkt eine Drehung um
irgendeine Achse darstellt.
Wenn der feste Punkt als Ursprung des Körperachsensystems
genommen wird, dann führt die Verschiebung des starren
Körpers zu keiner Translation des Körperachsensystems,
und die einzige Änderung ist die Orientierung. Der Satz
sagt dann aus, daß das Körperachsensystem immer als einzige
Rotation des ursprünglichen Koordinatensystems erhalten
werden kann. Es ist kennzeichnend für die Rotation, daß
sie die Richtung der Rotation durch die Operation unbe
einflußt läßt. Mit anderen Worten muß jeder Vektor, der
in der Richtung der Drehachse liegt, vor und nach der
Rotation dieselben Komponenten aufweisen. Eine notwendige
Bedingung besteht darin, daß die Größe des Vektors unbe
einflußt bleibt, und dies wird automatisch durch die
Orthogonalitätsbedingungen gesichert. Daher kann der
Satz von Euler bewiesen werden, wenn gezeigt wird, daß
ein Vektor R existiert, der vor und nach der Transformation,
also in beiden Systemen, dieselben Komponenten hat.
Hieraus folgt, daß
R′ = AR = R
Der voranstehende Eigenwert kann geschrieben werden als
Ar - kR
wobei k eine Konstante darstellt. Die Werte, für die
k lösbar ist, werden Eigenwerte der Matrix genannt. Die
Eigenwertgleichungen können geschrieben werden als
(A - k 1)R = R
Diese Gleichung umfaßt einen Satz dreier homogener gleich
zeitiger Gleichungen für die Komponenten X, Y, Z des
Vektors R. Daher können sie niemals die bestimmten Werte
der drei Komponenten zur Verfügung stellen, sondern nur
deren Verhältnisse. Daher bleiben die Größen der Komponen
ten unbestimmt. Für homogene Gleichungen muß die Deter
minante der voranstehenden Gleichung verschwinden, und
die Lösung stellt die Werte k zur Verfügung. Für reelle,
orthogonale Matrizen der Gleichung muß gelten: k = +1.
Im allgemeinen hat die Gleichung drei Wurzeln, entsprechend
drei Eigenvektoren. Die Betrachtung führt zu einer Dia
gonalmatrix von k
Die Matrixgleichung kann dann geschrieben werden als
AR = Rk
oder, durch multiplizieren von links mit R**(-1)
R**(-1)Ar = k
Diese Gleichung stellt eine nützliche Vorgehensweise
zur Lösung des Problems zur Verfügung: Suche eine Matrix,
die A in eine Diagonalmatrix transformiert, deren Elemente
die gewünschten Eigenwerte sind.
Schließlich muß der Drehwinkel bestimmt werden. Die Richtungs
cosinus der Drehachse können erhalten werden, indem k = 1
in der Eigenwertgleichung gesetzt wird und diese für
die Komponenten von R gelöst wird. Es läßt sich zeigen,
daß die Spur der Matrix A verwendet werden kann, um den
Drehwinkel zu bestimmen. Man muß die Spur T von A bestimmen,
also
T = 1 + cos W
woraus W bestimmt werden kann.
Damit die voranstehend beschriebenen Rotationen irgendeine
Bedeutung haben, muß sich das Bezugsimplantat 10 A oder
irgendein Punkt für die beiden Koordinatensysteme, die
ausgerichtet werden, an demselben Platz befinden. Dies
erfordert eine Translation des Bezugsimplantats 10 A an
einem Ort, der einem Koordinatensystem entspricht, in
den Ort des Bezugsimplantats 10 A in dem anderen Koordinaten
system. Durch einfache Bewegung des gewünschten Koordinaten
systems um lineare Beträge von x, y und z, in bezug auf
ein kartesisches Koordinatensystem, befindet sich das
Bezugimplantat 10 A an dem selben Ort. Für eine vollständigere
Diskussion der Transformation eines kartesischen Koordina
tensystems in ein anderes vergleiche Herbert Goldstein,
Classical Mechanics, Addison Wesley, Reading, MA, 1965,
Seite 107-109.
Daher kann jeder Punkt in bezug auf die Translation und
Rotation eines gegebenen kartesischen Koordinatensystems
erhalten werden. Da jeder Punkt erhalten werden kann,
kann auch jede Ebene erhalten werden, da eine Ebene aus
einem Satz von Punkten besteht. Wenn man beispielsweise
einen gegebenen Punkt im Verlauf der Zeit betrachten
möchte, wird die Koordinate des Punktes in bezug auf
eine erste Zeit identifiziert. Die Translations- und
Rotationsinformation entsprechend dem Koordinatensystem
zur ersten Zeit in bezug auf die zweite Zeit wird dann
auf den Punkt zur ersten Zeit angewendet, um die Koordinaten
des identischen Punkts im Koordinatensystem zur zweiten
Zeit zu erhalten. Dann werden die sich auf den zweiten
Zeitpunkt beziehenden Abbildungsdaten durchsucht, um
den gewünschten Punkt aufzufinden. Dies ist nur einer
von zahlreichen Wegen, um denselben Punkt im Koordinaten
system als Funktion der Zeit zu erhalten.
Entsprechend wird für eine Ebene oder ein Scheibenbild
dasselbe Verfahren auf jeden Punkt des Punktsatzes ange
wendet, der das Scheibenbild ausmacht. Die gewünschten
Punkte werden dann in der Bildinformation gesucht, die
dem Koordinatensystem zur zweiten Zeit entspricht. Nach
dem sämtliche Punkte mit ihren zugehörigen Bildinformationen
identifiziert sind, werden sie umformatiert, um eine
Bildscheibe zu erzeugen, die der gewünschten Bildscheibe,
die sich auf das Koordinatensystem zur ersten Zeit bezieht,
soweit wie möglich entspricht. Selbstverständlich muß
die Lage der vom Arzt aus den ursprünglichen Bildscheiben
ausgesuchten Scheibe in bezug auf die Bezugsimplantate
bestimmt werden. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise
die z-Koordinaten oder die Höhenkoordinaten des Systems
eingeführt. Dies kann ohne Bezug auf irgendeine Scheibe
in dem Bildsatz geschehen. Beispielsweise kann die Scheibe
ausgewählt werden, die das erste Bezugsimplantat enthält.
Idealerweise werden beim Umformatierungsschritt Bildpunkte
von Bildscheiben der zweiten Zeit genommen und zusammen
ausgerichtet und eine Bildscheibe erzeugt, die soweit
wie möglich der gewünschten Bildscheibe der ersten Zeit
gleicht. Allerdings existiert in der Praxis recht häufig
ein Punkt nicht, der zur Erzeugung eines umformatierten
Bildes erforderlich ist, da Bildscheiben beispielsweise
oberhalb und unterhalb des Punktes aufgenommen wurden.
In diesem Fall muß eine Interpolation verwendet werden,
um die Beiträge des fehlenden Punkts abzuschätzen und
so eine gewünschte Bildscheibe herzustellen. Beispielsweise
verwendet ein einfaches Interpolationsverfahren die beiden
zum nicht existierenden gewünschten Punkt nächstgelegenen
bekannten Punkte. Diese beiden bekannten Punkte sind
auch soweit wie möglich einander gegenübergelegen, mit
dem gewünschen Punkt dazwischen, und es wird der Durch
schnitt ihrer Bildwerte genommen. Ist beispielsweise
die Intensität des einem Punkt zugeordneten Bildes 6
Einheiten auf einer Skala von 1 bis 10 Einheiten, und
die des zweiten Punkts 4 Einheiten, und die beiden Punkte
weisen eine im wesentlichen gleiche Entfernung von dem
gewünschten Punkt auf, so wird dem gewünschten Punkt
ein Bildintensitätswert von 5 Einheiten zugewiesen. Ver
gleiche Fig. 6, die das das gesamte voranstehende Verfah
ren beschreibende Flußdiagramm zeigt.
Ein Interpolation kann vermieden werden, wenn das interne
Koordinatensystem zu den unterschiedlichen Zeiten, an
welchen Abbildungsdaten erhalten werden, in eine identi
sche Lage gebracht wird. Dies kann dadurch erreicht werden,
daß man veranlaßt, daß die drei Bezugsimplantate 10 sich
in exakt derselben Lage befinden, wenn Abbildungsdaten
aufgenommen werden. Wenn man beispielsweise ein Röntgenge
rät hat oder dem nachstehend geschilderten Verfahren
folgt, das den Ort der Bezugsimplantate im Körper in
bezug auf ein externes Koordinatensystem ergibt, und
wenn man weiß, an welchem Ort die Implantate zum ersten
Zeitpunkt lagen, an welchem eine Abbildung vorgenommen
wurde, kann der Körper bewegt werden, um sich an demselben
exakten Ort zu befinden. Ein Weg zur Bewegung des Körpers
in eine Lage erfolgt mit einem Tisch oder einer Plattform,
die dreidimensional bewegbar ist. Wenn man dann weiß,
wo sich das Koordinatensystem im Körper in bezug auf
die Plattform befindet, kann die Plattform nach oben,
unten, vorwärts, rückwärts und/oder zur Rotation bewegt
werden, so daß das interne Koordinatensystem in exakt
derselben Weise angeordnet ist wie beim erstenmal, als
Abbildungsdaten erhalten wurden.
Zusammenfassend und unter Bezug auf Fig. 6 umfaßt das
Verfahren die folgenden Schritte:
- 1. Lokalisierung der Bezugsimplantate in dem anfänglichen Untersuchungsbildsatz, und Einrichtung des internen Koordinatensystems;
- 2. Auswahl der interessierenden Scheibe oder Scheiben in dem anfänglichen Satz;
- 3. Bestimmung der Translationsentfernung zwischem dem durch die Bezugsimplantate festgelegten Koordinatensystem und der ausgewählten Scheibe;
- 4. Lokalisierung der Bezugsimplantate in der Nachsorgeunter suchung;
- 5. Bestimmung der Eulerschen Winkel in dem Koordinaten system;
- 6. Bestimmung der Koordinaten jedes Punktes in der transfor mierten Scheibe, die der ausgewählten Scheibe in dem ursprünglichem System entspricht; und
- 7. Bestimmung der Intensitätswerte in jedem Punkt unter Verwendung von Interpolation in Axialrichtung (Axial richtung ist definiert als die Bewegungsrichtung des Tisches des Abbildungsgeräts).
Obwohl es zahlreiche unterschiedliche Hardware- und Software-
Ausführungsformen zur Ausführung der Bearbeitung der
Bilddaten gibt, können diese jeweils entsprechend ihrer
Funktion wie folgt unterteilt werden:
- (1) Hardware, die eine schnelle Rekonstruktion des Quer schnittsbildes erleichtert;
- (2) Bildanzeige mit Interaktion durch eine Bedienungsperson;
- (3) Speichergerät für Bilder;
- (4) Kopierfähigkeit, um dauerhafte Kopien der Abbildungen herzustellen.
Eine Ausführungsform verwendet einen existierenden Com
puter und seine Peripheriegeräte zur Erzeugung der umforma
tierten Bilder.
Eine weitere Ausführungsform verwendet ein selbständiges
System, bei welchem die Bilder von dem jeweiligen Abbil
dungsgerät zugeführt werden, und dann wird die Vergleichs
untersuchung in dem selbsttätigen System vorgenommen.
Der gesamte Computerteil des Abbildungsgeräts muß im wesent
lichen doppelt vorhanden sein, und es müssen unterschied
liche Optionen für zugeführte Dateneingabe gegeben sein,
damit Bilder sämtlicher Typen verarbeitet werden können.
Die Möglichkeit zur Erzeugung dauerhafter Kopien ist
ebenfalls wünschenswert, beispielsweise eine Matrixkamera,
da dauerhafte Aufzeichnungen für einen Diagnostiker für
unschätzbarem Wert sind.
Gleichwie ob ein selbsttätiges System oder ein existierendes
System zur Implementierung der voranstehend beschriebenen
Umformatierung modifiziert wird, werden die Abbildungen
vorzugsweise als Files mit zwei Teilen gespeichert: (1)
einem Kopfteil, der die persönlichen Daten des Patienten
und Information der Untersuchung selbst enthält, also
technische Parameter der Belichtung oder des Abbildungs
verfahrens; und (2) die Bildmatrix. Diese zwei Teile
werden vorzugsweise zeitweilig (gewöhnlich für einige
Tage) auf magnetischen Festplatten gespeichert, und dann
auf ein dauerhaftes Speichermedium übertragen, beispiels
weise wie Magnetband oder Floppydisk. Zusätzlich zu diesem
Fileaufbau kann ein Unterfile zugefügt werden, der die
Ergebnisse der Berechnung enthält (beispielsweise können
die Eulerschen Winkel zugefügt werden).
Ein Gerät 100 führt die Abbildung, Signalverarbeitung
und die Anzeige durch, die erforderlich sind, um Abbildun
gen im wesentlichen derselben Koordinaten in dem menschlichen
Körper zu erzeugen, die im Verlauf der Zeit verglichen
werden können, oder um den Ort von Zielen anzugeben,
beispielsweise Tumoren, und ein derartiges Gerät ist
in Fig. 7 dargestellt. Ein solches Gerät 100 besteht
aus einem Abbildungsgerät 102, das Abbildungsdaten liefert,
und wird durch einen programmierbaren Computer 104 gesteuert.
Die Abbildungsdaten werden von einer Quelle 106 in dem
Abbildungsgerät 102 erhalten, die etwa über einem Patienten
107 auf der Fachwelt wohlbekannte Weise angeordnet wird.
Die Abbildungsdaten werden, wie voranstehend beschrieben,
einer Signalverarbeitung unterworfen, und die gewünschten
Abbildungen werden auf einer Anzeigevorrichtung 108 darge
stellt. Zusätzlich kann ein Benutzereingriff durch ein
Benutzerbedienungspult 110 erfolgen, und die Koordinaten
eines Ziels können in den Koordinaten der Zielanzeige
vorrichtung 112 für Bestrahlungstherapieanwendungen darge
stellt werden.
Eine Anwendung, die sich der Vorteile eines vollständig
definierten internen Koordinatensystems des Körpers bedient,
bezieht sich auf Bestrahlungsbehandlung. Zur Bestrahlungs
therapie muß der Ort eines radioaktiven Strahls eines
externen Koordinatensystems in Bezug zu dem internen Koor
dinatensystem gesetzt werden. Vergleiche Fig. 5, wo
das externe Koordinatensystem als das ungestrichene System
und das interne System als das gestrichene System angesehen
werden kann. Der Punkt P kann den Ort eines Punktes eines
Tumors darstellen. In dieser Situation sind die tatsächlichen
Entfernungen und Orte des Punktes P in dem gestrichenen
Koordinatensystem und der Ort des Ursprungs des gestrichenen
Koordinatensystems wichtig. Wenn der Punkt P in bezug
auf das interne oder gestrichene Koordinatensystem bekannt
ist, und das gestrichene Koordinatensystem in bezug auf
das externe oder ungestrichene Koordinatensystem sowie
die Eulerschen Winkel der Rotation bekannt sind, dann
ist der Ort des Punktes P in bezug auf das externe Koordi
natensystem bekannt. Beispielsweise und unter Bezug auf
Fig. 7 gibt es für die Bestrahlungsbehandlung oder die
Chirurgie zahlreiche Verwendungen, wenn man weiß, wo
sich das interne Koordinatensystem A in bezug auf das
externe Koordinatensystem B befindet. Wenn in der Bestrah
lungstherapie der Ort eines Tumors in bezug auf das interne
Koordinatensystem bekannt ist, und das interne Koordi
natensystem in bezug auf ein externes Koordinatensystem
bekannt ist, das eine Strahlungsquelle 20, beispielsweise
ein Röntgengerät zur Abtötung von Krebszellen, aufweist,
dann kann Strahlung nur auf den Tumor ausgeübt werden,
unter der Voraussetzung, daß sie sich auf das Volumen
nur des Tumors konzentrieren kann. Hierdurch wird das
Raten eines Röntgentherapeuten entbehrlich, der auf ver
schiedene Bilder eines Tumors in einem Körper sieht und
schätzt, wohin er die Strahlungsquelle richten soll,
um so hoffentlich nur den Tumor zu bestrahlen. Der Ort
eines Tumors in einem internen Koordinatensystem kann,
beispielsweise durch eine erste Abbildungssitzung, identi
fiziert werden. Die hiervon erhaltenen Daten werden in
einem Medium gespeichert, das ein Wiederauslesen der
Daten gestattet, wenn der Ort des Tumors gewünscht ist
und nicht noch einmal Bilder der Anatomie genommen werden
sollen.
Ein Weg zur Durchführung der Bestrahlung eines bestimmten
Ortes in dem Körper 32, an dem sich beispielsweise ein
Tumor befindet, umfaßt die Verwendung eines Roborterarmes
34, dessen Basis 36 als Ursprung (0, 0, 0) des externen
Koordinatensystems B ausgewählt werden kann. An der Spitze
38 des Roboterarms 34 befindet sich ein Sensor 40. Der
Sensor 40 kann ein Metalldetektor oder ein Ultraschall
detektor sein oder jedes Instrument, das die Lage eines
Bezugsimplantats 10 in einem Körper 32 abfühlen kann.
Wenn die Bezugsimplantate 10 in einen Schädel 18 einge
setzt sind und sich hierin ein Tumor befindet, wird die
Spitze 38 des Roboterarms 34 durch den Arm 34 bewegt,
bis sie ein Bezugsimplantat 10 in dem Schädel 18 berührt.
Die Bewegung des Roboterarms 34 wird durch einen Computer
(nicht dargestellt) verfolgt, und daher ist die Lage
des Sensors 40 in bezug auf die Basis 36, den Ursprung
0 des externen Koordinatensystems B, des Arms 34 bekannt.
Die Einrichtung zur Verfolgung des Arms ist wohlbekannt
und wird durch (nicht dargestellte) Sensoren in kritischen
Orten des Arms 34 bewirkt, die eine Drehung oder Bewegung
der Verbindungsglieder 42 des Arms 34 detektieren. Durch
Zuführung dieser Information zu einem Computer, zusammen
mit den Informationen bezüglich der festen Längen des
Aufbaus des Roboterarms 34, ist der Ort der Spitze 38
des Arms 34 immer bekannt. Wenn die Spitze 38 des Arms
34 auf dem Bezugsimplantat 10 in dem Schädel 18 ruht,
so ist der Ort des internen Koordinatensystems A, das
durch die Bezugsimplantate 10 festgelegt ist, in bezug
auf das äußere Koordinatensystem B bekannt. Wenn die
Eulerschen Winkel der Drehung und der Ort des Tumors,
der relativ zum internen Koordinatensystem A bekannt
ist, dem Computer zugeführt werden, kann der Ort des
Tumors in dem externen Koordinatensystem B bestimmt werden.
Der Ort des Tumors ist in bezug auf das interne Koordinaten
system durch beispielsweise die bereits gespeicherten
Abbildungsdaten bekannt, und durch die Tatsache, daß
die Bezugsimplantate 10 ebenfalls in fester Lage zueinander
angeordnet sind, nachdem sie einmal angebracht wurden.
Dem Computer ist die Strahlungsquelle 30 bekannt und
wohin diese gerichtet ist, in bezug auf das externe Koordi
natensystem B. Der Computer, dem die Information vorliegt,
wo sich der Tumor in dem externen Koordinatensystem B
befindet, kann die Strahlungsquelle 30 ausrichten, um
den Ort des Tumors im Gehirn präzise zu bestrahlen. Im
allgemeinen wird der Ort eines Punktes P in dem internen
Koordinatensystem relativ zum externen Koordinatensystem
bestimmt, wenn die Entfernung zwischen den Ursprüngen
der beiden Koordinatensysteme bekannt ist und die Eulerschen
Winkel bekannt sind, wie voranstehend ausgeführt wurde.
In der Chirurgie kann das durch die drei Bezugspunkte
definierte interne Koordinatensystem es beispielsweise
gestatten, daß ein Laser verfolgt wird, während er durch
Gewebe zu einem Tumor schneidet. Ein im Operationsraum
vorgesehenes Abbildungssystem wird so angeordnet, daß
es kontinuierlich Abbildungsdaten aufnimmt, die einem
Computersystem zugeführt werden, das ebenfalls auf der
Grundlage der zugeführten Daten den Laser führt. Während
der Laser durch das Gewebe schneidet, wird die Änderung
des Gewebes durch das Abbildungssystem deutlich und kann
in bezug auf das feste interne Koordinatensystem verfolgt
werden. Wenn ein vorher festlegbarer Ort durch den Laser
erreicht ist oder ein vorher festlegbarer Abschnitt des
Gewebes durch den Laser entfernt wurde, so bricht der
Computer, der den Laser steuert und die Abbildungsdaten
verarbeitet, den Betrieb des Lasers ab.
Beim Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung werden,
nachdem sich die Bezugsimplantate in einem Patienten
an ihrem Ort befinden, zu einem ersten Zeitpunkt Abbildungs
daten aufgenommen und gespeichert. In festgelegten Zeit
intervallen, beispielsweise in jedem weiteren Jahr danach,
kehrt der Patient zum Ort des Abbildungssystems oder
eines ähnlichen Systems zurück und unterzieht sich einer
Nachsorgeabbildung. Die zuletzt aufgenommenen Abbildungs
daten werden dann, wie voranstehend beschrieben, umforma
tiert, um hochgenaue Abbildungen derselben Querschnitte
des Körpers zu erhalten, wie derer, die in der früheren
Sitzung aufgenommen wurden. Die Bilder von der letzten
Sitzung werden dann mit der früheren Sitzung verglichen
(falls es mehrere frühere Sitzungen gibt, können sie
sämtlich für Vergleichszwecke herangezogen werden), um
zu bestimmen, ob sich irgendwelche signifikante Änderungen
ergeben haben, etwa eine Progression oder Regression
einer Abnormität, beispielsweise eines Tumors. Die Bild
daten, die aus verschiedenen Abbildungssitzungen gesammelt
und in unterschiedlichen Zeitintervallen aufgenommen
wurden, können selbstverständlich auf zahlreiche Weisen
verglichen werden, etwa durch Umformatieren von Bildern,
die bei früheren Sitzungen genommen wurden, um eine inte
ressierende Bildscheibe zu zeigen, die aus der letzten
Sitzung ausgewählt wurde, anstelle nur eines Vergleichs
von Bildscheiben einer letzten Sitzung mit denen früheren
Sitzung. Wie bereits voranstehend ausgeführt wurde, können
die Vergleiche mehrere Zwecke verfolgen: (a) entweder
eine einfache Überwachung des Wachstums des Tumors, ohne
Therapie; oder (b) die Bestätigung einer therapeutischen
Behandlung, beispielsweise Bestrahlung oder Chemotherapie;
oder (c) die Nachüberwachung einer chirurgischen Behandlung.
Beim erfindungsgemäßen Betrieb in bezug auf Bestrahlungs
therapie wird der Tumor zunächst im Körper des Patienten
identifiziert. Dann wird der Patient in das Abbildungs
system eingebracht, so daß zumindest der Tumorbereich
abgebildet werden kann. Das Abbildungssystem wird einge
setzt, um die Lage des Tumors in dem internen Koordinaten
system zu lokalisieren. Dann können die Bilddaten beispiels
weise für eine spätere Verwendung gespeichert werden,
und so wird die Position des Tumors identifiziert, ohne
daß jedesmal neue Bilder erhalten werden müssen, wenn
eine Bestrahlungstherapie durchgeführt wird. Dann kann
der Patient vor eine Strahlungsquelle gebracht werden,
und jedesmal dann, wenn eine Bestrahlungstherapie erfolgt,
wird die gespeicherte Information von der Abbildungs
sitzung dem Computer zugeführt, der die Bestrahlungsquelle
betätigt. Das interne Koordinatensystem wird in bezug
auf das externe Koordinatensystem lokalisiert, beispiels
weise durch Lokalisierung eines Bezugsimplantats, wie
voranstehend beschrieben ist, in bezug auf eine bekannte
Position in dem externen Koordinatensystem. Sobald die
Position des internen Koordinatensystems in bezug auf
das externe Koordinatensystem bekannt ist, ist die Tumorpo
sition in bezug auf das externe Koordinatensystem bekannt,
da die Tumorposition bereits in bezug auf das interne
Koordinatensystem von der gespeicherten Bildinformation
bekannt ist. Dann wird eine Strahlungsquelle auf den
Tumor in dem Körper gerichtet, beispielsweise durch einen
Computer, der die Abbildungs- und Positionsdaten empfängt.
In bezug auf die Chirurgie ist das Verfahren, das eingesetzt
wird, um die Vorteile der Bezugsimplantate zu nutzen,
gleich dem voranstehend beschriebenen Verfahren für Be
strahlungstherapie. Sobald der Tumor in bezug auf das
interne Koordinatensystem lokalisiert ist und der Ort
des internen Koordinatensystems in bezug auf das externe
Koordinatensystem bekannt ist, ist der Tumor in bezug
auf das externe Koordinatensystem lokalisiert. Chirurgische
Instrumente können dann mit dem Computer auf den Tumor
geleitet werden, wobei das Abbildungssystem interaktiv
mit dem Computer arbeitet. Die Abbildungsdaten, die das
Abbildungssystem dauernd dem Computer zuführt, gestatten
dem Computer, den Fortschritt und das Ausmaß der Operation
zu verfolgen.
Augenscheinlich sind zahlreiche (weitere) Modifikationen
und Änderungen der vorliegenden Erfindung in Ansehung
der voranstehenden technischen Lehre möglich. Es wird
daher darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch innerhalb
des Umfangs der beigefügten Patentansprüche anders als
gemäß der speziellen Ausführungsbeispiele ausgeführt
werden kann.
Claims (21)
1. Bezugsimplantat für den menschlichen Körper mit
- a) einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, wobei der erste Abschnitt zum Nachweis durch ein Abbildungssystem ausgebildet ist;
- b) wobei der zweite Abschnitt zur festen Halterung an einem Knochen unterhalb der Haut ausgebildet ist, ohne den Knochen vollständig zu durchdringen und ohne einen Knochenbruch hervorzurufen;
- c) wobei der erste Abschnitt genügend groß und aus einem Material ausgebildet ist, um den Nachweis durch ein Abbildungssystem zu gestatten, und genügend klein ist, um eine minimale Störung der Haut bereit zustellen, wenn er an der Grenzfläche zwischen der Haut und dem Knochen angebracht wird; und
- d) wobei der erste Abschnitt mit zumindest einem Abschnitt versehen ist, der kugelförmig ausgebildet ist und eine Oberfläche zum Zusammenwirken mit einem Werkzeug zur Befestigung des zweiten Abschnitts am Knochen ausbildet.
2. Bezugsimplantat für den menschlichen Körper mit
- a) einem im wesentlichen kugelförmig ausgebildeten Abschnitt, der aus einem zum Nachweis durch ein Abbildungssystem geeigneten Material, wenn er unter der Haut angeordnet ist, besteht, wobei der erste Abschnitt ebenfalls eine Ausnehmung ausbildet, die mit polygonalen Innenseiten zum Eingriff durch ein Inbusschlüsselwerkzeug ausgebil det ist;
- b) wobei das Implantat einen zweiten Abschnitt auf weist einschließlich einer Schraube, deren Länge genügend groß ist, um das Implantat an dem Knochen festzulegen, die jedoch so ausgebildet ist, daß sie nicht den Knochen vollständig durchdringt und den Knochen nicht zerbricht, wenn sie an diesen festgelegt wird;
- c) wobei die Kugel genügend klein ist, um eine minimale Störung der Haut bereitzustellen, wenn die Kugel an einer Grenzfläche zwischen der Haut und dem Knochen angeordnet ist und die Schraube vollständig in den Knochen eingeschraubt ist; und
- d) die Schraube eine Länge zwischen 1 und 10 mm auf weist und die Kugel einen wirksamen Durchmesser zwischen etwa 1 und 10 mm.
3. System dreier Bezugsimplantate, von denen jedes aufweist:
- a) einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt zum Nachweis durch ein Abbildungssystem, wenn er unterhalb der Haut angeordnet ist, ausgebildet ist;
- b) wobei der zweite Abschnitt zur festen Halterung an einem Knochen unterhalb der Haut ausgebildet ist, ohne vollständig den Knochen zu durchdringen und ohne den Knochen zu zerbrechen;
- c) wobei der erste Abschnitt genügend groß ist und aus einem Material besteht, um durch ein Abbildungs system nachgewiesen zu werden, und genügend klein ist, um eine minimale Störung der Haut hervorzu rufen, wenn er an einer Grenzfläche zwischen der Haut und dem Knochen angeordnet ist; und
- d) wobei der erste Abschnitt zumindest einen Abschnitt aufweist, der kugelförmig ausgebildet ist und eine Oberfläche zum Zusammenwirken mit einem Werkzeug zur Festlegung des zweiten Abschnitts an dem Knochen ausbildet.
4. Verfahren zur Diagnose bestimmter innerer Abschnitte der
menschlichen Anatomie,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) Aufnahme einer ersten Reihe von Bildern in parallelen Querschnittsscheiben fester Dicke des zu diagnostizieren den Abschnitts der Anatomie;
- b) Anordnung der durch die Scheiben erzeugten Bilder in paralleler Ausrichtung zu einer Ebene, die durch Bezugsim plantate erzeugt wird, welche im Abschnitt der Anatomie angeordnet sind;
- c) Bewertung der durch die Abbildungen gezeigten Scheiben;
- d) Aufnahme einer zweiten Reihe von Bildern paralleler Quer schnittsscheiben des zu diagnostizierenden Abschnitts der Anatomie;
- e) Anordnung der durch die zweite Reihe erzeugten Abbildungen in paralleler Ausrichtung zu der durch die Bezugsimplantate erzeugten Ebene; und
- f) Vergleich der durch die erste Reihe von Scheiben erzeugten Abbildungen mit den durch die zweite Reihe von Scheiben erzeugten Abbildungen durch Messen der Volumenunterschiede und zu diagnostischen Zwecken.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß weiterhin zumindest eines der Bezugsimplantate
als Referenz zur Erzeugung einer zweiten Reihe von
Abbildungen parallel zur ersten Reihe von Abbildungen
verwendet wird, indem die Scheiben entsprechend der
Beziehung der Scheiben zur Referenz indexiert werden.
6. Verfahren zur Bereitstellung zueinander in bezug
stehender Bilder im Verlauf der Zeit eines Abschnitts
der Anatomie mit drei Bezugsimplantaten mit folgenden
Schritten:
Aufnahme einer ersten Reihe von Querschnittsbild scheiben des Abschnitts der Anatomie zu einem ersten Zeitraum, wobei die ersten Bildscheiben durch zumindest eines der Bezugsimplantate aufgenommen werden, wobei sich die drei Bezugsimplantate in räumlicher Beziehung zueinander in einer gegebenen Lage befinden;
Aufnahme einer zweiten Reihe von Querschnittsbild scheiben des Abschnitts der Anatomie zu einem zweiten Zeitintervall;
Anordnung einer Bildscheibe der Anatomie, die aus der zweiten Reihe von im zweiten Zeitraum aufgenommenen Bildscheiben erzeugt wird, so daß sie im wesentlichen gleich demselben Querschnitt einer Bildscheibe der Anatomie ist, die im ersten Zeitraum aufgenommen wurde, zum Betrachten.
Aufnahme einer ersten Reihe von Querschnittsbild scheiben des Abschnitts der Anatomie zu einem ersten Zeitraum, wobei die ersten Bildscheiben durch zumindest eines der Bezugsimplantate aufgenommen werden, wobei sich die drei Bezugsimplantate in räumlicher Beziehung zueinander in einer gegebenen Lage befinden;
Aufnahme einer zweiten Reihe von Querschnittsbild scheiben des Abschnitts der Anatomie zu einem zweiten Zeitintervall;
Anordnung einer Bildscheibe der Anatomie, die aus der zweiten Reihe von im zweiten Zeitraum aufgenommenen Bildscheiben erzeugt wird, so daß sie im wesentlichen gleich demselben Querschnitt einer Bildscheibe der Anatomie ist, die im ersten Zeitraum aufgenommen wurde, zum Betrachten.
7. Verfahren zur Bereitstellung in Bezug stehender Bilder
gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Schritt der Aufnahme einer ersten Reihe von Bild scheiben der Schritt der Festlegung eines internen Koordinatensystems in bezug auf die drei Bezugsimplan tate erfolgt, und die Lage der ersten Querschnitts- Bildscheibe relativ zum internen Koordinatensystem bestimmt wird; und
nach dem Schritt der Aufnahme einer zweiten Reihe von Bildscheiben die Schritte vorgesehen sind zum Umformatieren der Reihe der im zweiten Zeitraum aufge nommenen Bildscheiben, so daß diese den Lagen und Richtungen von Scheiben entsprechen, die in dem ersten Zeitraum aufgenommen wurden.
nach dem Schritt der Aufnahme einer ersten Reihe von Bild scheiben der Schritt der Festlegung eines internen Koordinatensystems in bezug auf die drei Bezugsimplan tate erfolgt, und die Lage der ersten Querschnitts- Bildscheibe relativ zum internen Koordinatensystem bestimmt wird; und
nach dem Schritt der Aufnahme einer zweiten Reihe von Bildscheiben die Schritte vorgesehen sind zum Umformatieren der Reihe der im zweiten Zeitraum aufge nommenen Bildscheiben, so daß diese den Lagen und Richtungen von Scheiben entsprechen, die in dem ersten Zeitraum aufgenommen wurden.
8. Verfahren zur Lokalisierung eines Tagets auf einem
Abschnitt der Anatomie mit drei Bezugsimplantaten
mit:
- a) Aufnahme einer ersten Reihe von Querschnittsbild scheiben eines Abschnitts der Anatomie;
- b) Festlegung eines internen Koordinatensystems in bezug auf die drei Bezugsimplantate;
- c) Festlegung eines externen Koordinatensystems;
- d) Lokalisierung des Ziels in dem Abschnitt der Anato mie in bezug auf das interne Koordinatensystem mit Festlegung des internen Koordinatensystems in bezug auf ein vorher festgelegtes externes Koordinatensystem; und
- e) Lokalisierung des Ziels in bezug auf das externe Koordinatensystem.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt der Festlegung des internen Koordi
natensystems in bezug auf das externe Koordinatensystem
den Schritt der Bewegung eines Roboterarmes umfaßt,
dessen Lage in dem externen Koordinatensystem bekannt
ist, bis der Arm ein Bezugsimplantat berührt.
10. Verfahren zur Bereitstellung in Bezug stehender Ab
bildungen im Verlauf der Zeit eines Abschnitts der
Anatomie mit drei Bezugsimplantaten mit folgenden
Schritten:
- a) Aufnahme einer ersten Reihe von Querschnittsbild scheiben des Abschnitts der Anatomie während eines ersten Zeitraums;
- b) Anordnung eines Bilds einer gewünschten Erscheinungs form des Abschnitts der Anatomie in bezug auf den ersten Zeitraum;
- c) Aufnahme einer zweiten Reihe von Querschnittsbild scheiben des Abschnitts der Anatomie während eines zweiten Zeitraums, wobei der zweite Zeitraum von dem ersten Zeitraum verschieden ist; und
- d) Anordnung eines Bilds einer gewünschten Erscheinungs form des Abschnitts der Anatomie, der von der zweiten Reihe von Querschnittsbildscheiben erzeugt wird, die zum zweiten Zeitraum genommen wurden, wobei die Erscheinungsform dieselbe ist wie die des Abschnitts der Anatomie, der im ersten Zeitraum aufgenommen wurde.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Schritt der Aufnahme eines ersten Satzes
von Bildscheiben die Schritte der Lokalisierung der
Bezugsimplantate aus der ersten Reihe von Querschnitts
bildscheiben und der Einrichtung eines internen Ko
ordinatensystems in bezug auf den Ort der Bezugsimplan
tate vorgesehen sind.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Einrichtungsschritt der Schritt der
Bestimmung der Translationsentfernung zwischen dem
eingerichteten internen Koordinatensystem und der
ausgewählten Scheibe vorgesehen ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Schritt der Aufnahme einer zweiten Reihe
von Querschnittsbildscheiben der Schritt der Bestimmung
der Eulerschen Winkel in bezug auf das interne Ko
ordinatensystem und die erste und zweite Reihe von
Bildscheiben vorgesehen ist, sowie die Bestimmung
der Koordinaten einer gewünschten Erscheinungsform
des Abschnitts der Anatomie von der zweiten Reihe
von Bildscheiben entsprechend dem dargestellten Bild
der gewünschten Erscheinungsform des Abschnitts der
Anatomie in bezug auf die erste Reihe der Bildscheiben.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Schritt der Bestimmung der Koordinaten
einer gewünschten Erscheinungsform des Abschnitts
der Anatomie aus der zweiten Reihe von Bildscheiben
der Schritt der Interpolation der Intensität der
gewünschten Erscheinungsform des Abschnitts der Anato
mie aus der zweiten Reihe von Bildscheiben vorgesehen
ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt der Lokalisierung der Bezugsimplantate
den Schritt der Bestimmung des Schwerpunktes jedes
Bezugsimplantats umfaßt.
16. Vorrichtung zur Erzeugung von Bildscheiben der Anatomie
eines menschlichen Patienten, gekennzeichnet durch:
- a) ein Abbildungsgerät zur Erzeugung scheibenförmiger Bilder eines gewünschten Querschnitts der Anatomie;
- b) eine Darstellungseinrichtung zur Darstellung der durch die Abtasteinrichtung erzeugten Bilder;
- c) einen programmierbaren Datenverarbeitungscomputer;
- d) eine Einrichtung zur Festlegung eines bezüglich der Zeit festen Koordinatensystems in bezug auf die menschliche Anatomie, wobei die Einrichtung durch die Abbildungseinrichtung identifizierbar und vom äußeren der Anatomie her verborgen, jedoch durch das Abbildungsgerät nachweisbar ist;
- e) wobei der Computer zum Erhalt von Bildscheiben durch das Abbildungsgerät während einer ersten Abtastung programmiert ist; und
- f) das Abbildungsgerät und der Computer zusammenwirken, um scheibenförmige Bilder in einer zweiten Abtastung zu erzeugen, die im wesentlichen gleich den Schei benbildern der ersten Abtastung sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Festlegung eines Koordinaten
systems drei implantierbare Bezugsimplantate umfaßt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abbildungsgerät und der Computer zusammen
wirken, um Bildscheiben herzustellen und die Bildschei
ben relativ zu dem durch die Bezugsimplantate defi
nierten Koordinatensystem umzuformatieren, damit
sie den während einer ersten Abtastung erhaltenen
Bildscheiben entsprechen, wobei die umformatierten
Bildscheiben durch die Darstellungseinrichtung darge
stellt werden.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Umformatieren der Bildscheiben
eine Rotation und eine Translation der Bildscheiben
umfaßt.
20. Vorrichtung zur Behandlung eines Zielobjekts auf
einem Abschnitt der Anatomie mit drei Bezugsimplantaten,
mit:
- a) einer Abbildungseinrichtung zur Erzeugung scheiben förmiger Bilder eines gewünschten Querschnitts der Anatomie;
- b) einer Darstellungsvorrichtung zur Darstellung der durch die Abbildungseinrichtung erzeugten Bilder;
- c) einem programmierbaren Datenverarbeitungscomputer;
- d) einer Einrichtung zur Festlegung eines internen Koordinatensystems in bezug auf die menschliche Anatomie und identifizierbar durch das Abbildungs gerät, wobei die Einrichtung vom äußeren der Anatomie her verborgen, jedoch durch die Abbildungsgeräte detektierbar ist;
- e) wobei der Computer zum Erhalt von Bildern durch das Abbildungsgerät während einer ersten Abtastung programmiert ist;
- f) wobei das Abbildungsgerät und der Computer zusammen arbeiten, um scheibenförmige Bilder zu erzeugen, die im wesentlichen gleich den Bildern der ersten Abtastung sind;
- g) einer Einrichtung zur Festlegung eines internen Koordinatensystems in bezug auf ein externes Koor dinatensystem; und
- h) einer Einrichtung zur Lokalisierung des Zielobjekts durch Inbezugsetzung des internen Koordinatensystems zu dem externen Koordinatensystem.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Lokalisierung des Zielobjekts
die Festlegung eines internen Koordinatensystems
in bezug auf das externe Koordinatensystem umfaßt
sowie weiterhin einen Roboterarm, der Positionen
aufweist, die in bezug auf ein externes Koordinaten
system bekannt sind, und daß der Computer zur Festle
gung der Beziehung zwischem dem internen Koordinaten
system und dem bekannten externen Koordinatensystem
programmiert ist.
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