KLEINSZIG, Gerhard (Brahmsstraße 11, Erlangen, 91052, DE)
RINGHOLZ, Martin (Brahmsstraße 7, Erlangen, 91052, DE)
GRAUMANN, Rainer (Graslitzer Str. 33, Höchstadt, 91315, DE)
KLEINSZIG, Gerhard (Brahmsstraße 11, Erlangen, 91052, DE)
RINGHOLZ, Martin (Brahmsstraße 7, Erlangen, 91052, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Bestimmen einer Referenzobj ekt- Koordinatentransformation zwischen einem Operationsnavigati- onssystem und einem Röntgensystem mit einem schwenkbaren C- Bogen (10), das dazu ausgebildet ist, das Innere eines Objek¬ tes (4) zu erfassen, mit den folgenden Schritten: - Anordnen von Markierungselementen (8a, 8b, 8c) eines Refe- renzobjektes (8) in einem Bereich, der von dem Operationsna- vigationssystem (16) und in zumindest zwei Schwenkstellungen des C-Bogens von dem Röntgensystem (12, 14) erfasst wird; - Erfassen einer Position der Markierungselemente (8a, 8b, 8c) mit dem Operationsnavigationssystem (16) (S18); - Erfassen der Markierungselemente (8a, 8b, 8c) mit dem Rönt¬ gensystem (12, 14) aus zumindest zwei Projektionen (S20); - Bestimmen der Position des Referenzobjektes (8) aus zumin¬ dest zwei zweidimensionalen Projektionsaufnahmen; und - Berechnen der Referenzobjekt-Koordinatentransformation aus der durch das Operationsnavigationssystem (16) erfassten Position der Markierungselemente (8a, 8b, 8c) und der durch das Röntgensystem (12, 14) bestimmten Position der Markierungselemente (S26) . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anordnens des Referenzobjektes (8) so durch¬ geführt wird, dass sich die Markierungselemente (8a, 8b, 8c) in einem Bereich befinden, in dem keine dreidimensionale Bildrekonstruktion durchgeführt wird, die das Innere des Ob- jektes (4) darstellt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer Projektionsaufnahme nicht alle Markierungselemente (8a, 8b, 8c) des Referenzobjektes (8) durch den Röntgenstrahl des Röntgensystems erfasst werden. 4. Verfahren zum Überprüfen, insbesondere Bestimmen, einer C-Bogen-Koordinatentransformation zwischen einem Operations- navigationssystem und dem Röntgensystem (12, 14) mit dem C- Bogen (10), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Erfassen der Position eines Referenzobjektes (8) mit dem Operationsnavigationssystem (16) (S4); - Schwenken des C-Bogens (10) in zumindest zwei Stellungen (S2, S12); - Erfassen der Stellung des C-Bogen (10) mit dem Operations- navigationssystem (16) nach dem Schwenken (S8); - Erfassen von Daten, die das Innere des Objektes (4) reprä¬ sentieren, mittels Röntgenstrahlung nach dem Schwenken (S6) ; - Berechnen der C-Bogen-Koordinatentransformation zwischen einem Operationsnavigationssystem (16) und dem Röntgensystem auf Grundlage der zumindest zwei durch das Operationsnaviga¬ tionssystem (16) erfassten Stellungen des C-Bogens (10) und der durch das Operationsnavigationssystem (16) erfassten Position des Referenzobjektes (8) (S14); und - Überprüfen der C-Bogen-Koordinatentransformation durch Ver- gleichen der C-Bogen-Koordinatentransformation mit der Referenzobjekt-Koordinatentransformation, die mit den Schritten gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ermit¬ telt wird (S28) . 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Erzeugen von Schnittbildern aus den Daten, die das Innere des Objektes (4) repräsentieren; und - Anzeigen von Navigationsinformation in den Schnittbildern. 6. Koordinatentransformationsvorrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, eine Referenzobjekt- Koordinatentransformation zwischen einem Operationsnavigationssystem und einem Röntgensystem zu bestimmen, mit - einer Röntgensystemanweisungseinrichtung (26), die eine Anweisung an ein Röntgensystem (30) mit einem schwenkbaren C- Bogen (10) ausgibt, das dazu ausgebildet ist, das Innere ei¬ nes Objektes (4) zu erfassen; - einer Operationsnavigationssystemanweisungseinrichtung (28), die eine Anweisung an ein Operationsnavigationssystem (32) ausgibt; und - einer Steuerungseinrichtung (22); wobei die Steuerungseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, - mittels der Operationsnavigationssystemanweisungseinrich- tung (28) das Operationsnavigationssystem (32) anzuweisen, die Position von Markierungselementen (8a, 8b, 8c) eines Referenzobjektes (8) zu erfassen; - mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung (26) das Röntgensystem (30) anzuweisen, die Position der Markierungselemente (8a, 8b, 8c) des Referenzobjektes (8) durch Röntgen aus zumindest zwei Projektionen zu erfassen; - mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung (26) das Röntgensystem anzuweisen, die Position der Markierungselemente (8a, 8b, 8c) aus zumindest zwei zweidimensionalen Projek¬ tionsaufnahmen zu bestimmen; und - die Referenzobjekt-Koordinatentransformation aus der durch das Operationsnavigationssystem (32) erfassten Position des Referenzobjektes (8) und der durch das Röntgensystem (30) be¬ stimmten Position des Referenzobjektes (8) zu bestimmen. 7. Koordinatentransformationsvorrichtung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgensystem (30) dazu ausgebildet ist, die Position der Markierungselemente (8a, 8b, 8c) aus zweidimensionalen Projektionsaufnahmen zu bestimmen, obwohl sich die Markierungselemente (8a, 8b, 8c) in ei¬ nem Bereich befinden, in dem keine dreidimensionale Rekonstruktion des Inneren des Objektes (4) durchgeführt wird. 8. Koordinatentransformationsvorrichtung (20) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer Projektionsaufnahme nicht alle Referenzelemente (8a, 8b, 8c) des Referenzobjektes (8) durch den Röntgenstrahl des Röntgen- Systems (30) erfasst werden. 9. Koordinatentransformationsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Koordinatentransformationsvorrichtung eine Prüfeinrichtung (24) aufweist und die Steuerungseinrichtung (22) ferner dazu ausgebildet ist, - mittels der Operationsnavigationssytemanweisungseinrichtung (28) das Operationsnavigationssystem (32) anzuweisen, die Position der Markierungselemente (8a, 8b, 8c) des Referenzob¬ jektes (8) zu erfassen; - mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung (26) das Röntgensystem (30) anzuweisen, den C-Bogen (10) in zumindest zwei Stellungen zu schwenken; - mittels der Operationsnavigationssystemanweisungseinrich- tung (28) das Operationsnavigationssystem (32) anzuweisen, die Stellung des C-Bogens (10) nach dem Schwenken zu erfas¬ sen; - mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung (26) das Röntgensystem (30) anzuweisen, Daten, die das Innere des Objektes (4) repräsentieren, mittels Röntgenstrahlung nach dem Schwenken zu erfassen; - eine C-Bogen-Koordinatentransformation aus der durch das Operationsnavigationssystem (32) erfassten Stellungen des C- Bogens (10) und der durch das Operationsnavigationssystem erfassten Position des Referenzobjektes (8) zu bestimmen; und - die Prüfeinrichtung (24) anzuweisen, die C-Bogen- Koordinatentransformation mit der Referenzobjekt- Koordinatentransformation zu vergleichen. 10. Koordinatentransformationsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steu¬ erungseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, - mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung (26) das Röntgensystem (30) anzuweisen, Schnittbilder aus den Daten, die das Innere des Objektes (4) repräsentieren, zu erzeugen; und - mittels der Operationsnavigationssystemanweisungseinrich- tung (28) das Operationsnavigationssystem (30) anzuweisen, Navigationsinformation in den Schnittbildern anzuzeigen. 11. Operationssystem, mit - einem Röntgensystem (12, 14) mit einem C-Bogen (10); und - einem Operationsnavigationssystem (16, 32); gekennzeichnet durch - eine Koordinatentransformationsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 10. 12. Computerprogrammprodukt, ladbar oder geladen in einen Speicher eines Computers mit Mittel, die zur Ausführung der Schritte des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 eingerichtet sind. |
Bestimmung und Überprüfung der Koordinatentransformation zwischen einem Röntgensystem und einem Operationsnavigationssys- tem
Die Erfindung betrifft die verbesserte Bestimmung und Über ¬ prüfung einer Koordinatentransformation zwischen einem Röntgensystem und einem Operationsnavigationssystem sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung hierfür.
Ein Operationsnavigationssystem weist üblicherweise eine stereoskopische Nachverfolgungskamera auf. An einem Körperteil eines Patienten werden sogenannte Navigationssterne ange- bracht, die zumindest drei Markierungselemente, beispielswei ¬ se Kugeln, aufweisen. Die Markierungselemente sind aus einem Material hergestellt oder mit einer Beschichtung versehen, das bzw. die infrarote Strahlung reflektiert. Auch Operati ¬ onsinstrumente können mit einem Navigationsstern mit den be- sagten drei Markierungselementen versehen sein. Da die räumliche Beziehung zwischen dem Navigationsstern und der Spitze des Operationswerkzeuges, das die eigentliche Operation am Körper durchführt, bekannt ist, kann das Operationsnavigati ¬ onssystem die Position des Operationsinstrumentes bzw. dessen Spitze im menschlichen Körper bestimmen. Hierzu emittiert das Operationsnavigationssystem beispielsweise infrarote Strahlung, und die von den Markierungselementen des Navigationssterns reflektierte Strahlung wird mittels der stereoskopi ¬ schen Kamera erfasst. Aus den erfassten Daten der stereosko- pischen Kamera kann fortlaufend die Position des Navigations ¬ sternes am Operationsinstrument im Raum und somit die Positi ¬ on der Spitze des Operationsinstrumentes im Körper bestimmt werden . Seitens der Chirurgen ist erwünscht, Bildinformation über das Innere des Operationsbereichs zu erhalten. Hierzu werden bei ¬ spielsweise Röntgensysteme mit einem so genannten C-Bogen verwendet. Zum Ermitteln von Information über das Innere des Operationsbereiches wird der C-Bogen in unterschiedliche Stellungen geschwenkt und nach dem Schwenken wird durch Röntgen eine Projektionsaufnahme in dieser Stellung erstellt. Die dabei gewonnenen Bilddaten stellen die Dämpfung eines Rönt- genstrahls beim Durchlaufen des Gewebes bei der jeweiligen Projektion dar. Mittels Bildgebungsverfahren können Schnittbilder rekonstruiert werden, die dem Operateur dreidimensio ¬ nale Bildinformationen über einzelne Schichten des Inneren des Patienten oder des Operationsbereiches liefern.
Damit das Operationsnavigationssystem für den Operateur besonders hilfreich ist, soll die Position des Operationsinstrumentes bzw. dessen Spitze im Körper in zuvor gewonnener Bildinformation dargestellt werden. Die chirurgische Naviga- tion ist also eine Kombination aus Bildinformation eines Objektvolumens und der Lokalisierung chirurgischer Instrumente. Die herkömmliche chirurgische Navigation verwendet hierfür im Wesentlichen drei Verfahren.
Bei dem ersten Verfahren werden prä-operative 3D-Bildsätze verwendet, die beispielsweise mit einem Computertomographen oder einem Magnetresonanztomographen aufgenommen werden. Um eine Übereinstimmung des prä-operativen Datensatzes mit der Position des Patienten im Operationssaal zu erzielen, müssen anatomische Markierungen oder zuvor implantierte Referenzpunkte am Patienten erfasst werden und die Koordinaten zwischen den chirurgischen Instrumenten und dem Bilddatensatz abgeglichen werden. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, dass die Bilddaten nicht in der Lagerung während der Operati ¬ on aufgenommen werden und sich während des chirurgischen Eingriffs anatomische Veränderungen im Gebiet der Operation ergeben können, die nicht berücksichtigt werden können.
Das zweite Verfahren verwendet an einem mobilen C-Bogen eines Röntgensystems im 2D-Modus einen Markerring mit einer Kalib ¬ rierungsschablone, der am Bildverstärker befestigt wird. Ein manueller Abgleich zwischen der Anatomie und der Bildinformation ist nicht erforderlich, doch die Darstellung ist aus- schließlich ein zweidimensionales Projektionsbild. Dies bie ¬ tet im Vergleich zu einer Darstellung einzelner Schichten bei einem dreidimensionalen Verfahren weniger Information und ist daher nicht bevorzugt.
Das dritte Verfahren erzeugt intraoperativ mit einem C-Bogen einen dreidimensionalen Datensatz, der direkt für die Navigation bei der Operation genutzt werden kann, ohne dass weitere Registrierungsschritte erforderlich sind. Diese Registrie- rungsdaten werden durch eine zuvor durchgeführte Systemkalib ¬ rierung im System gespeichert und müssen im klinischen Betrieb nicht erneut erzeugt werden.
Mittels des Röntgensystems mit dem C-Bogen können während der Operation vergleichsweise einfach und schnell aktualisierte Bilddaten über das Innere des Operationsbereiches gewonnen werden. Das Röntgensystem mit dem C-Bogen ist vergleichsweise kompakt und kann während der Operation im Operationssaal ver ¬ schoben werden, so dass der Operationsbereich erneut durch Röntgen untersucht werden kann. Damit ein Operationsinstru ¬ ment bzw. dessen Spitze in den Schnittbildern angezeigt werden kann, muss die Koordinatentransformation zwischen den er- fassten Bilddaten und dem Operationsnavigationssystem ermittelt werden.
Bei der Bestimmung dieser Koordinatentransformation wird ein Markierungsring am Bildverstärker des C-Bogens des Röntgensystems angeordnet. Am Patienten wird ein Referenzstern ange ¬ ordnet. Das Kamerasystem des Navigationssystems wird so ein- gerichtet, dass es sowohl den Markierungsring als auch den
Referenzstern am Patienten erfasst. Das Röntgensystem wird in die Arbeitsstellung zum Röntgen des Patenten bewegt. Es werden die Koordinaten des Markierungsringes durch das Operati ¬ onsnavigationssystem erfasst. Der C-Bogen wird schrittweise geschwenkt, und nach jedem Schwenkvorgang wird eine Röntgenaufnahme durchgeführt. Aus den Röntgenmessungen werden drei ¬ dimensionale Bilddaten erzeugt. Die Bilddaten und die Koordi ¬ naten werden an das Operationsnavigationssystem übertragen. Das mobile Röntgensystem kann jetzt vom Operationsort ent ¬ fernt werden. Der Chirurg kann jetzt die Operation beginnen, nachdem die Genauigkeit der Koordinatentransformation überprüft wurde.
Zum Überprüfen der Genauigkeit der Koordinatentransformation kann ein vom Operationsnavigationssystem nachverfolgtes Zeigeinstrument verwendet werden, mit dem definierte Strukturen beispielsweise die Anatomie, der Referenzstern etc., berührt werden, wobei zumindest drei Punkte berührt werden müssen. Die Position des Zeigeinstrumentes wird in den zuvor ermit ¬ telten Schnittbildern angezeigt. Der Chirurg überprüft visuell, ob das Zeigeinstrument so dargestellt wird, dass es die entsprechende Struktur im Bilddatensatz mit einer hinreichen- den Genauigkeit berührt. Ergibt sich bei dieser visuellen Prüfung nur eine geringe Abweichung, wird die Koordinatentransformation als ausreichend genau für den navigationsge- führten Eingriff befunden. Die erzielte Genauigkeit beträgt etwa +/- 2mm.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen der Koordina ¬ tentransformation zwischen den Bilddaten und dem Operationsnavigationssystem zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen einer Koordinatentransformation zwischen den Bilddaten und dem Operationsnavigationssystem zu schaffen. Des Weiteren soll die Genauigkeit des intraoperativ oder während der bis ¬ herigen medizinischen Prozedur verwendeten Navigationssystems bzw. dessen Positionsbestimmung und Registrierung überprüft werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine automatische Qualitätskontrolle (insbesondere für die Bildregistrierung) für das Navigationssystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die beiliegenden Patentansprüche, insbesondere durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Koordinatentransformation, zur Überprüfung einer Registrierung und durch eine Koordinatentransformationsvorrichtung und durch ein Operationssystem und ein Computerprogrammprodukt gelöst.
Ein Aspekt der Erfindung ist es, die bisherige Registrierung (d.h. Koordinatentransformation) des Navigationssystems zu überprüfen, indem eine Referenz-Registrierung durchgeführt wird, die dann mit der bisherigen Registrierung verglichen wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein Schwellenwert für eine maximal zulässige Abweichung vorbe- stimmt werden. Bei Überschreiten des Schwellenwertes wird ein Warnsignal abgesetzt und/oder es kann ein Update der bisheri ¬ gen Registrierung automatisch oder semi-automatisch (auf eine Bestätigungssignal eines Anwenders) ausgeführt werden. Die Referenz-Registrierung kann unter Verwendung eines 3D-C- Bogen-Scans oder unter Verwendung mehrerer 2D-C-Bogen-Bilder ausgeführt werden.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Referenzobjekt-Koordinatentransformation zwischen einem Operationsnavigationssystem und einem Röntgensystem mit einem schwenkbaren C-Bogen zum Erfassen des Inneren eines Objektes. Die Markierungselemente eines Referenzobjektes werden in ei ¬ nem Bereich angeordnet, der von dem Operationsnavigationssys- tem und dem Röntgensystem in zumindest zwei Schwenkstellungen des C-Bogens erfasst wird. Die Position der Markierungsele ¬ mente des Referenzobjektes wird mit dem Operationsnavigati ¬ onssystem erfasst. Es werden die Markierungselemente des Re ¬ ferenzobjektes mit dem Röntgensystem aus zumindest zwei Pro- jektionen erfasst. Die Position des Referenzobjektes wird aus zumindest zwei zweidimensionalen Projektionsaufnahmen bestimmt. Die Referenzobjekt-Koordinatentransformation wird aus der durch das Operationsnavigationssystem erfassten Position der Markierungselemente des Referenzobjektes und aus der durch das Röntgensystem bestimmten Position der Markierungselemente des Referenzobjektes bestimmt. Der Begriff „Refe ¬ renzobjekt-Koordinatentransformation" kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch im Sinne einer Referenz- Koordinatentransformation für dasselbe Objekt verstanden werden .
Das Referenzobjekt kann ein Referenzstern sein, der zumindest drei, vorzugsweise vier Markierungselemente, aufweist, die von einer Kamera eines Operationsnavigationssystems nachver ¬ folgt werden.
Die Erfindung schafft ein exaktes Kalibrierungs- und/oder Re- gistrierungsverfahren und Prüfverfahren für eine bereits erfolgte Registrierung, ohne das rekonstruierte Volumen zu re ¬ duzieren, das durch die Bildgebungsverfahren ausgewertet werden kann und das sowohl für die Behandlung als auch für die Navigation zur Verfügung steht.
Die Erfindung kann somit auch verwendet werden, um die Genau ¬ igkeit des bislang eingesetzten Navigationssystems bzw. des ¬ sen Registrierung zu überprüfen. Dies erfolgt mit einer Referenz-Registrierung bzw. mit einer Referenz- Koordinatentransformation, wie oben bereits erwähnt. Die
Überprüfung wird automatisch durch einen Vergleich der bisherigen Registrierung/Koordinatentransformation mit der Referenz-Registrierung/Koordinatentransformation ausgeführt. Der Vergleich bezieht sich somit auf die automatische Registrie- rung des Navigationssystems und die berechnete Koordinaten ¬ transformation. Das Ergebnis des Vergleichs kann in einer vorteilhaften Ausführungsform als Gütekriterium oder Gütemaßstab bereitgestellt werden. Das Ergebnis kann in einer vor ¬ teilhaften Ausführungsform auch verwendet werden, um die Re- gistrierung des Navigationssystems anzupassen bzw. zu verbes ¬ sern .
Der Ausdruck „Koordinatensystem des Röntgensystems" ist so auszulegen, dass er die Koordinatensysteme der einzelnen Schnittbilder einschließt, da die Schnittbilder aus mit dem Röntgensystem ermittelten Projektionen bestimmt werden. Das Operationsnavigationssystem kann eine stereoskopische Kamera aufweisen. Es ist aber auch denkbar, dass die Position von Referenzmarkierungen durch das Operationsnavigationssystem durch induktive Verfahren bestimmt wird. Das Operationsnavigationssystem bestimmt die Position des Referenzsternes im Koordinatensystem des Operationsnavigationssystems .
Das Referenzobjekt kann an einem Patienten, beispielsweise an einem Knochen des Patienten angebracht werden. Das Referenzobjekt kann aber auch lediglich an der Haut des Patienten fixiert werden.
Das Verfahren weist ferner den Schritt des Erfassens von Da ¬ ten, die das Innere eines Objektes präsentieren, mittels Röntgenstrahlung beim Erfassen der Position der Markierungselemente des Referenzobjektes mit dem Röntgensystem aus zu- mindest zwei Projektionen auf. Es werden Schnittbilder aus den Daten erzeugt, die das Innere des Objektes repräsentie ¬ ren. Es versteht sich, dass mehr als zwei Projektionen erforderlich sind, um den dreidimensionalen Datensatz für die Schnittbilder zu erzeugen. Diese Daten können an das Operati- onsnavigationssystem übergeben werden. Es kann Navigationsinformation in den Schnittbildern angezeigt werden, beispielsweise die Position eines Operationsinstrumentes oder die Po ¬ sition der Spitze eines Operationsinstrumentes. Folglich ist dem Chirurgen bekannt, an welcher Position sich die Spitze des Operationsinstrumentes befindet.
Die Erfindung offenbart auch ein Verfahren zum Bestimmen und/oder Überprüfen einer C-Bogen-Koordinatentransformation zwischen einem Operationsnavigationssystem und einem Röntgensystem mit einem C-Bogen. Das Operationsnavigationssystem er- fasst die Position eines Referenzobjektes, das am Körper des Patienten angeordnet ist. Der C-Bogen wird in zumindest zwei Stellungen geschwenkt. Die Stellung des C-Bogens wird mit dem Operationsnavigationssystem nach jedem Schwenken bestimmt. Es werden Daten, die das Innere des Objektes repräsentieren mit ¬ tels Röntgenstrahlung nach jedem Schwenken in dieser Stellung erfasst. Aus diesen Daten, die in einer Mehrzahl von Projek- tionen ermittelt werden, können Schnittbilder erstellt werden. Es wird die C-Bogen-Koordinatentransformation zwischen dem Operationsnavigationssystem und dem Röntgensystem auf Grundlage der zumindest zwei erfassten Stellungen des C- Bogens bestimmt. Die C-Bogen-Koordinatentransformation kann mit der zuvor beschriebenen Referenzobjekt- Koordinatentransformation verglichen werden.
Der Ausdruck „C-Bogen-Koordinatentransformation" umfasst auch eine Koordinatentransformation in das Koordinatensystem der einzelnen Schnittbilder die dreidimensionale Bildinformation ergeben, da diese aus den Projektionsaufnahmen ermittelt werden, die durch das Röntgensystem mit dem C-Bogen erfasst wurden. Die Koordinatentransformation zwischen dem Röntgensystem bzw. den Schnittbildern und dem Operationsnavigationssystem werden mittels zweier unterschiedlicher Verfahren bestimmt. Aufgrund dieser Redundanz kann die Qualität der jeweiligen Koordinatentransformation ermittelt werden und bei einer zu hohen Abweichung kann eine Warnung ausgegeben werden. Der Be- diener kann in diesem Fall eine manuelle Nachjustierung durchführen. Des Weiteren ist es möglich, Auswerteparameter zu ändern und/oder eine der Koordinatentransformationen zur Anwendung zu bestimmen. Diese weiteren Schritte können ohne Benutzerinteraktion und automatisch getigert und/oder ausgeführt werden.
Das Verfahren weist auch den Schritt des Erzeugens von
Schnittbildern aus Daten auf, die das Innere des Objektes re ¬ präsentieren. Bilddaten, die eine Mehrzahl von Schnittbildern aufweisen, können an das Operationsnavigationssystem übergeben werden. Navigationsinformation kann in den Schnittbildern angezeigt werden.
Das Verfahren kann vom Operationsnavigationssystem implemen- tiert werden. Hierzu kann das Navigationsoperationssystem Anweisungen an das Röntgensystem ausgeben. Es ist aber auch denkbar, das Verfahren in einer separaten Steuerungseinheit zu implementieren, die sowohl Anweisungen an das Operations- navigationssystem als auch an das Röntgensystem ausgibt. Die Steuerungseinrichtung oder das Operationsnavigationssystem können ein programmierbarer Computer mit einer CPU und einem Speicher sein, die das Verfahren ausführen. Die Erfindung of- fenbart auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemit ¬ teln, die die Schritte des zuvor erwähnten Verfahrens ausfüh ¬ ren, wenn sie in einem Computer geladen werden und vom Computer ausgeführt werden. Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Koordinatentransformationsvorrichtung gelöst, die dazu ausgebildet ist, ein Referenzobjekt-Koordinatensystem zwischen einem Operationsnavigationssystem und einem Röntgensystem mit einem C- Bogen zu bestimmen. Die Koordinatentransformationsvorrichtung kann im Operationsnavigationssystem implementiert sein oder eine separate Vorrichtung sein, beispielsweise der zuvor erwähnte programmierbare Computer. Die Koordinatentransformati ¬ onsvorrichtung kann auch aus diskreten Logikelementen aufgebaut sein. Die Koordinatentransformationsvorrichtung weist eine Röntgensystemanweisungseinrichtung auf, die eine Anweisung an ein Röntgensystem ausgibt. Die Röntgensystemanwei- sungseinrichtung kann beispielsweise eine mittels eines
Steckverbinders implementierte Schnittstelle aufweisen, bei ¬ spielsweise eine Netzwerkschnittstelle. Die Röntgensysteman- Weisungseinrichtung kann auch eine Interprogrammkommunikati- onsschnittstelle sein.
Die Koordinatentransformationsvorrichtung weist eine Operati- onsnavigationsanweisungseinrichtung auf, die eine Anweisung an ein Operationsnavigationssystem ausgibt. Die Operationsna- vigationssystemanweisungseinrichtung, kann eine mittels eines Steckverbinders implementierte Schnittstelle aufweisen oder kann eine Interprogrammkommunikationsschnittstelle sein. Die Koordinatentransformationsvorrichtung weist eine Steuerungs- einrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, mittels der Opera- tionsnavigationssystemanweisungseinrichtung das Operationsnavigationssystem anzuweisen die Position von Markierungselementen eines Referenzobjektes zu erfassen. Das Referenzobjekt kann der zuvor beschriebene Referenzstern mit zumindest drei Markierungselementen sein.
Die Steuerungseinrichtung ist dazu ausgebildet, mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung das Röntgensystem anzuweisen, die die Markierungselemente des Referenzobjektes durch Röntgen aus zumindest zwei Projektionen zu erfassen. Die Steuerungseinrichtung ist dazu ausgebildet, mittels der Rönt- gensystemanweisungseinrichtung das Röntgensystem anzuweisen, die Position der Markierungselemente aus zumindest zwei zwei ¬ dimensionalen Projektionsaufnahmen zu bestimmen. Die Steuerungseinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, die Referenzob ¬ jekt-Koordinatentransformation aus der durch das Operations- navigationssystem erfassten Position des Referenzobjektes und der durch das Röntgensystem erfassten Position des Referenzobjektes zu bestimmen.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung das Röntgensystem an- zuweisen, Daten, die das Innere des Objektes repräsentieren, mittels Röntgenstrahlung beim Erfassen der Position des Referenzobjektes mit dem Röntgensystem aus zumindest zwei Projek ¬ tionen zu erfassen. Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung das Röntgensystem anzuweisen, Schnittbilder aus den Daten, die das Innere des Objektes repräsentieren, zu erzeugen. Die Schnittbilder können an das Operationsnavigationssystem übergeben werden. Die Steuerungseinrichtung kann mittels der Ope- rationsnavigationssystemanweisungseinrichtung das Operations- navigationssystem anweisen, Navigationsinformationen in den Schnittbildern anzuzeigen. Folglich kann der Chirurg die na- vigationsgeführte Operation durchführen.
Alle Markierungselemente müssen in wenigstens zwei, vorzugs- weise in genau zwei, Projektionsaufnahmen enthalten sein.
Vorzugsweise sollten die zwei Aufnahmen nahezu orthogonal zu ¬ einander sein. In zumindest einer Projektionsaufnahme werden durch die Koordinatentransformationsvorrichtung nicht alle Markierungselemente durch Röntgen mit dem auf dem C-Bogen angeordneten Röntgensystem erfasst, weil der Röntgenstrahl das Innere des Objektes und/oder das zu rekonstruierende Volumen in einem derartigen Winkel erfasst, dass der Röntgenstrahl nicht durch alle Markierungselemente verläuft. Obwohl nicht alle Markierungselemente durch den Röntgenstrahl erfasst wer ¬ den, wird das zu rekonstruierende Volumen vollständig er ¬ fasst . Die Koordinatentransformationsvorrichtung kann eine Prüfeinrichtung aufweisen. Die Steuerungseinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, mittels der Operationsnavigationssystem- anweisungseinrichtung das Operationsnavigationssystem anzuweisen, die Position eines Referenzobjektes zu erfassen. Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung das Röntgensystem anzuweisen, den C-Bogen in zumindest zwei Stellungen zu schwenken, und mittels der Operationsnavigationssystemanweisungseinrich- tung das Operationsnavigationssystem anzuweisen, die Stellung des C-Bogens, beispielsweise mittels einer Nachverfolgungska ¬ mera, nach dem Schwenken zu erfassen. Die Steuerungseinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, mittels der Röntgen- systemanweisungseinrichtung das Röntgensystem anzuweisen, Daten, die das Innere des Objektes repräsentieren, mittels Röntgenstrahlung nach dem Schwenken zu erfassen. Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine C-Bogen- Koordinatentransformation aus den durch das Operationsnavigationssystem erfassten Stellungen des C-Bogens und der durch das Operationsnavigationssystem erfassten Position des Refe- renzobjektes zu bestimmen.
Die Steuerungseinrichtung weist die Prüfeinrichtung an, die C-Bogen-Koordinatentransformation mit der Referenzobjekt- Koordinatentransformation zu vergleichen. Hierdurch kann die Genauigkeit der Koordinatentransformationen bestimmt werden. Weichen die Werte der Koordinatentransformationen um mehr als ein vorbestimmter Schwellenwert voneinander ab, kann dies dem Benutzer durch eine Warnung angezeigt werden und der Benutzer kann auf den Fehler reagieren. Es kann ein Neuabgleich, beispielsweise eine virtuelle Verschiebung der Daten zueinander, vom Benutzer gesteuert oder automatisch durchgeführt werden. Mit diesen Eingaben kann die Registrierung wiederholt werden. Eine erneute Durchleuchtung des Patienten ist nicht notwendig. Anschließend kann nun die neue Berechnung und das Ergeb ¬ nis des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Plausibilität ge ¬ prüft werden. Dies kann in einem optionalen zusätzlichen Verfahrensschritt ausgeführt werden, der sich an die anderen an- schließt. Dafür werden die Daten von einer oder von beiden
Koordinatentransformationen auf einem Anzeigegerät angezeigt. Des Weiteren können Überschreitungen von zulässigen Minimalangaben, Maximalangaben und/oder anderen Parametern automatisch überprüft werden. Ebenso ist es möglich, über eine me- nügeführte Steuerung hier noch Korrekturen (insbesondere an den Registrierungsdaten) auch während des laufenden Betriebs (auch manuell) durchzuführen.
Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, mittels der Röntgensystemanweisungseinrichtung das Röntgensystem anzuweisen, Schnittbilder aus Daten, die das Innere des Objektes repräsentieren, zu erzeugen. Die Schnittbilder können an das Operationsnavigationssystem übergeben werden. Die Steuerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, mittels der Ope- rationsnavigationssystemanweisungseinrichtung das Operationsnavigationssystem anzuweisen, Navigationsinformation in den Schnittbildern anzuzeigen.
Die Erfindung betrifft auch ein Operationssystem mit einem Röntgensystem mit einem C-Bogen, einem Operationsnavigationssystem und der zuvor beschriebenen Koordinatentransformati ¬ onsvorrichtung .
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Figur 1 zeigt eine Operationsumgebung, in der sich ein C- Bogen eines Röntgensystems in einer ersten Schwenkstellung befindet ; Figur 2 zeigt eine Operationsumgebung, bei der sich der C-
Bogen des Röntgensystems in einer zweiten Schwenkstellung befindet;
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm des erfinderischen Verfah- rens; und
Figur 4 zeigt schematisch das Zusammenwirken einer Koordinatentransformationseinrichtung mit dem Röntgensystem und einem OperationsnavigationsSystem.
Figur 1 zeigt einen Operationstisch 2, der vorzugsweise aus röntgenstrahldurchlässigem Carbon hergestellt ist. Auf dem Operationstisch befindet sich das Volumen eines Objektes 4 von dem mittels Röntgens Projektionsaufnahmen erstellt werden und schließlich Schnittbilder von dreidimensionalen Bilddaten erzeugt werden. An einer Wirbelsäule 6 ist ein Referenzstern 8 angeordnet. Der Referenzstern 8 weist drei Markierungsele ¬ mente 8a, 8b, 8c auf, die Licht im infraroten Bereich reflektieren. Eine stereoskopische Kamera 16 emittiert Infrarot- Strahlung und erfasst mittels zweier Kameras die Markierungs ¬ elemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8. Die von der ste ¬ reoskopischen Kamera 16 erfassten Daten werden an ein Opera- tionsnavigationssystem weiter gegeben. Die Operationsumgebung umfasst ein Röntgensystem mit einem C- Bogen 10, an dem eine Röntgenstrahlquelle 12 und ein Röntgen- detektor bzw. Röntgenverstärker 14 angeordnet sind. Der C- Bogen ist schwenkbar, um das Volumen des Objektes 4 aus unterschiedlichen Schwenkwinkeln bzw. Projektionen zu röntgen. Aus den Projektionsaufnahmen, die in unterschiedlichen Projektionswinkeln erstellt wurden, können dreidimensionale Schichtbilder erzeugt werden. Am Röntgendetektor bzw. Röntgenverstärker 14 ist eine Referenzmarkierung 18 angebracht, die ebenfalls infrarote Strahlung reflektiert. Die Referenz ¬ markierung 18 kann durch die stereoskopische Kamera 16 des Operationsnavigationssystems erfasst werden. Das Röntgensystem mit dem C-Bogen 10 ist verschiebbar, so dass es vor und/oder während einer Operation zum Operationstisch 2 geschoben werden kann, um ein Objekt 4 zu röntgen, das dem Operationsbereich entspricht. Nach dem Röntgen kann das Röntgensystem mit dem C-Bogen 10 wieder weggeschoben wer- den, damit der Chirurg freien Zugriff zum Operationsbereich hat .
Figur 2 entspricht im Wesentlichen der Figur 1, wobei der C- Bogen 10 eine andere Schwenkstellung eingenommen hat und das Objekt 4 aus einer anderen Projektion mit Röntgenstrahlung analysiert wird.
Die Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf Figuren 1 bis 3 erläutert. Während des Bestimmens der C-Bogen- Koordinatentransformation wird der C-Bogen beispielsweise in die in Figur 1 dargestellte Ausgangsstellung gebracht S2. Die stereoskopische Kamera 16 erfasst die Position des Referenz ¬ sternes 8 mittels von den Markierungselementen 8a, 8b, 8c re ¬ flektiertem infraroten Licht, das vom Operationsnavigations- System ausgestrahlt wird S4. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung umfasst der Ausdruck „Position" auch die Orientierung. In dieser Stellung des C-Bogens wird eine Projektions ¬ aufnahme des Objektes 4 mit dem Röntgensystem erstellt S6. Ferner wird die Position des Röntgendetektors bzw. Röntgen- Verstärkers 14 mit Hilfe der Referenzmarkierung 18 durch die stereoskopische Kamera 16 erfasst S8. Der C-Bogen 10 wird schrittweise geschwenkt S12, wie in Figur 2 gezeigt ist, und nach jedem Schwenken wird eine weitere Projektionsaufnahme erzeugt S6, und die Position der Referenzmarkierung 18 wird durch das Operationsnavigationssystem erfasst S8, bis genügend Projektionen erfasst wurden S10. Aus den von der stereoskopischen Kamera 16 erfassten Positionen des Röntgendetektors bzw. Röntgenverstärkers 14 und der von der stereoskopi- sehen Kamera 16 erfassten Position des Referenzsternes 8 wird die C-Bogen-Koordinatentransformation zwischen dem Koordinatensystem des Operationsnavigationssystems und dem Koordina ¬ tensystem des Röntgensystems ermittelt S14. Wie zuvor erwähnt wurde, umfasst der Ausdruck Koordinatensystem des Röntgensys ¬ tems auch das Koordinatensystem der Bilder, da die Bilder aus mit dem Röntgensystem erstellten Projektionsaufnahmen erzeugt werden . Jetzt wird die Qualität der C-Bogen-Koordinatentransformation mittels einer Referenzobjekt-Koordinatentransformation bzw. einer Referenz-Koordinatentransformation des Objektes geprüft. Hierzu wird der C-Bogen 10 in eine erste Stellung ge ¬ schwenkt, wie sie beispielsweise in Figur 1 dargestellt ist S16. Die stereoskopische Kamera 16 des Operationsnavigations ¬ systems bestimmt die Position der Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsterns 8 S18. Das System nimmt mittels der Röntgenstrahlquelle 12 und dem Röntgenstrahldetektor bzw. Röntgenstrahlverstärker 14 eine Projektionsaufnahme auf S20. Die Röntgenstrahlen verlaufen auch durch die Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsterns 8. Der C-Bogen 10 wird geschwenkt S24 und es wird eine weitere Projektionsaufnahme erstellt S20, bei der die Röntgenstrahlung durch die Markie ¬ rungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes verläuft. Nach- dem zumindest zwei Projektionsaufnahmen erstellt wurden S22, können die Positionen der Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes im Koordinatensystem des Röntgensystems aus zweidimensionalen Projektionsaufnahmen und somit im Koordinatensystem der Schnittbilder bestimmt werden. Jetzt kann aus der vom Operationsnavigationssystem ermittelten Position der Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Navigationssterns 8 im Operationsnavigationskoordinatensystem und der vom Röntgensystem im Röntgensystemkoordinatensystem ermittelten Position der Markierungselemente 8a, 8b, 8c, 8b des Referenzsterns 8 die Referenzobjekt-Koordinatentransformation zwischen dem Navigationssystemkoordinatensystem und Röntgensystemkoordinatensystem ermittelt werden S26. Die Markierungselemente müssen nicht in allen Projektionen und Schwenkstellungen des C-Bogens erfasst werden, da das Vo ¬ lumen des Objektes 4 das mittels des Röntgensystems mit dem C-Bogen 10 erfasst werden kann, relativ klein ist. Die Kan- tenlänge des mit dem C-Bogen 10, auf dem die Röntgenquelle 12 und der Röntgendetektors 14 angeordnet sind, erfassbaren Vo ¬ lumens 4 beträgt typischerweise die Hälfte der Abmessung des Röntgendetektors bzw. Röntgenverstärkers 14. Falls die Länge des Röntgendetektors 14 in einer Richtung 24 cm beträgt, kann mit dem Röntgensystem ein Würfel mit einer Kantenlänge von 12 cm erfasst werden. Von diesem Volumen 4 können mittels bildgebender Verfahren eine dreidimensionale Rekonstruktion als Datensatz und Schnittbilder erzeugt werden. Die Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8 befinden sich au- ßerhalb des Bereichs, von dem mittels des Bildgebungsverfah- rens eine dreidimensionale Rekonstruktion eines Bilddatensat ¬ zes für Schnittbilder erfolgt. Die Position der Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8 wird also aus zwei ¬ dimensionalen Projektionen bestimmt. Die Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8 müssen also nur in wenigen und nicht in allen Projektionsaufnahmen erkennbar sein. Der Ausdruck „Markierungselemente" ist so auszulegen, dass er al ¬ le zur Navigation erforderlichen Markierungselemente umfasst, die am Referenzstern angeordnet sind. Alle Markierungselemen- te 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8 müssen lediglich in eini ¬ gen wenigen Projektionsaufnahmen erfasst sein.
Alle Markierungselemente müssen in wenigstens zwei, vorzugs ¬ weise in genau zwei, Projektionsaufnahmen enthalten sein. Vorzugsweise sollten die zwei Aufnahmen nahezu orthogonal zu ¬ einander sein. In zumindest einer Projektionsaufnahme werden nicht alle Markierungselemente durch Röntgen erfasst, weil der Röntgenstrahl das Innere des Objektes und/oder das zu re ¬ konstruierende Volumen in einem derartigen Winkel erfasst, dass der Röntgenstrahl von der Röntgenquelle 12 zum Röntgen- detektor bzw. Röntgenverstärker 14 nicht durch alle Markierungselemente verläuft. Obwohl nicht alle Markierungselemente durch den Röntgenstrahl erfasst werden, wird das zu rekonstruierende Volumen vollständig erfasst.
Die Referenzobjekt-Koordinatentransformation kann mathema- tisch wie folgt dargestellt werden: wobei A die Rotationsmatrix der Größe 3 x 3 und b ein Ver- schiebungsvektor mit drei Dimensionen ist.
Die Rotationsmatrix A und der Verschiebungsvektor b enthalten also 12 Unbekannte, die durch die dreidimensionalen Positio ¬ nen der drei Markierungselemente des Referenzsternes bestimmt werden können.
Nachdem durch diese Vorgehensweise die Referenzobjekt- Koordinatentransformation bestimmt wurde, kann sie mit der C- Bogen-Koordinatentransformation verglichen werden S28. Ist die Abweichung zwischen beiden Koordinatentransformationen höher als ein vorbestimmter Schwellenwert, kann eine Warnung ausgegeben werden. Der Bediener kann in diesem Fall eine manuelle Nachjustierung durchführen, Auswerteparameter ändern, sich für eine der Koordinatentransformationen entscheiden etc.
Aus den erfassten Projektionsaufnahmen kann das Röntgensystem mit dem eingangs erwähnten Verfahren Schnittbilder ermitteln. Die Schnittbilder können als ein Bilddatensatz an das Opera- tionsnavigationssystem übergeben werden, damit die Bilddaten dort während der Operation zusammen mit der Position des Operationsinstrumentes angezeigt werden.
Sobald die Koordinatentransformation mit hinreichender Genau- igkeit bestimmt wurde, kann der Chirurg mit der navigations- gestützten Operation beginnen. Auf dem Bildschirm des Opera- tionsnavigationssystems werden die Schnittbilddaten, die durch das Röntgensystem ermittelt wurden, sowie die Position eines Operationsinstrumentes, insbesondere dessen Spitze, an ¬ gezeigt. Somit ist dem Chirurg während der Operation bekannt, an welcher Stelle des Objektes 4 sich die Spitze des Operati- onsinstrumentes befindet.
Diese Ausführungsform wurde so beschrieben, dass zuerst die C-Bogen-Koordinatentransformation bestimmt wurde und die C- Bogen-Koordinatentransformation durch die Referenzobj ekt- Koordinatentransformation überprüft wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Es kann zuerst die Referenzobjekt-Koordinatentransformation bestimmt werden und diese anschließend mit der danach bestimmten C- Bogen-Koordinatentransformation überprüft werden. Es ist auch möglich, nur die Referenzobjekt-Koordinatentransformation zu bestimmen und anschließend mit der navigationsgestützten Operation zu beginnen.
Die Ausführungsform wurde so beschrieben, dass zuerst die C- Bogen-Koordinatentransformation und anschließend die Referenzobjekt-Koordinatentransformation bestimmt wird. Es versteht sich, dass der C-Bogen lediglich einmal sukzessive ge ¬ schwenkt werden kann und hierbei Projektionsaufnahmen erstellt werden, die sowohl das Innere des zu analysierenden Objektes 4, von dem die dreidimensionalen Bilddaten erstellt werden sollen, als auch die Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8 durch zumindest einige wenige Projekti ¬ onsaufnahmen erfasst werden, wobei sich die Markierungsele ¬ mente 8a, 8b, 8c außerhalb des Bereichs befinden, von dem dreidimensionalen Bilddaten erstellt werden sollen. Das heißt, der Schritt S6 und der Schritt S20 werden gleichzeitig ausgeführt, indem sichergestellt wird, dass die Projektions ¬ aufnahme sowohl das Innere des Objektes 4 als auch die Mar ¬ kierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8 umfasst. Es versteht sich folglich, dass die in den Ansprüchen genannten Verfahrensschritte in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden können. Figur 4 zeigt den schematischen Aufbau der Koordinatentrans ¬ formationsvorrichtung 20 sowie die Schnittstellen zum Rönt- gensystem 30 und zum Operationsnavigationssystem 32. Die Koordinatentransformationsvorrichtung 20 weist eine Steuerungs- Vorrichtung 22, eine Prüfeinrichtung 24, eine Röntgensystem- anweisungseinrichtung 26 und eine Operationsnavigationssys- temanweisungseinrichtung 28 auf. Die Steuerungseinrichtung 22 gibt über die Röntgensystemanweisungseinrichtung 26 Anweisungen an das Röntgensystem 30 aus. Die Steuerungseinrichtung 22 gibt über die Operationsnavigationssystemanweisungseinrich- tung 28 auch Anweisungen an das Operationsnavigationssystem 32 aus. Die Röntgensystemanweisungseinrichtung 26 und die Operationsnavigationssystemanweisungseinrichtung 28 können durch Schnittstellen mit einem Steckverbinder implementiert werden. Es ist aber auch möglich, die Röntgensystemanwei- sungseinrichtung 26 und die Operationsnavigationssystemanwei- sungseinrichtung 28 durch Interprogrammkommunikationsschnitt- stellen auszubilden. Die Steuerungseinrichtung 22 gibt über die Operationsnaviga- tionssystemanweisungseinrichtung 28 an das Operationsnavigationssystem 32 die Anweisung aus, die Position der Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8 zu erfassen. Die Steuerungseinrichtung 22 gibt über die Röntgensysteman- Weisungseinrichtung 26 an das Röntgensystem 30 die Anweisung aus, eine Projektionsaufnahme zu erstellen, die auch die Mar ¬ kierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8 umfasst. Die Steuerungseinrichtung 22 gibt über die Röntgensysteman- weisungseinrichtung 26 an das Röntgensystem 30 die Anweisung aus, den C-Bogen 10 in eine andere Stellung zu schwenken. Die Steuerungseinrichtung 22 gibt an das Röntgensystem 30 die Anweisung aus, eine weitere Projektionsaufnahme zu erstellen, die die Markierungselemente 8a, 8b, 8c, 8d des Referenzster ¬ nes 8 erfassen.
Die Steuerungseinrichtung 22 gibt über die Röntgensysteman- weisungseinrichtung 26 an das Röntgensystem 33 die Anweisung aus, die Position der Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Re- ferenzsternes 8 aus zweidimensionalen Projektionen zu berechnen und im Koordinatensystem des Röntgensystems an die Steue ¬ rungseinrichtung 22 auszugeben. Anschließend gibt die Steuerungseinrichtung 22 über die Operationsnavigationssysteman- Weisungseinrichtung 28 an das Operationsnavigationssystem 32 die Anweisung aus, die Position der Markierungselemente 8a, 8b, 8c des Referenzsternes 8 im Koordinatensystem des Opera- tionsnavigationssystems an die Steuerungseinrichtung 22 aus ¬ zugeben. Somit kann die Steuerungseinrichtung die Referenzob- j ekt-Koordinatentransformation bestimmen. Die Steuerungseinrichtung 22 übergibt die Referenzobjekt- Koordinatentransformation an die Prüfeinrichtung 24. Ferner übergibt die Steuerungseinrichtung 22 die C-Bogen- Koordinatentransformation, die, wie zuvor unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben wurde, bestimmt wurde, an die Prü ¬ fungseinrichtung 24. Die Prüfeinrichtung 24 vergleicht die Referenzobjekt-Koordinatentransformation mit der C-Bogen- Koordinatentransformation . Falls die Abweichung gleich wie oder niedriger als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, ist die Bestimmung der Koordinatentransformation zwischen dem
Operationsnavigationssystem und dem Röntgensystem und somit den Schnittbildern des dreidimensionalen Bilddatensatzes hinreichend genau. Der Chirurg kann folglich mit der Operation beginnen. Ist die Abweichung größer als ein vorbestimmter Schwellenwert, kann eine Warnung ausgegeben werden, die den zuvor beschriebenen Eingriff des Bedieners zur Folge hat.
Die Erfindung offenbart, dass mittels zumindest zweier Pro ¬ jektionsaufnahmen durch das Röntgensystem bei unterschiedli- chen Schwenkwinkeln des C-Bogens die Position der Navigati- onsmarkierungselemente am Referenzstern erfasst wird. Die Po ¬ sition der Navigationsmarkierungselemente am Referenzstern wird auch durch die Nachverfolgungskamera des Navigationssys ¬ tems berechnet. Die Transformation vom Koordinatensystem des Navigationssystems in das Koordinatensystem des Röntgensys ¬ tems wird aus der durch das Röntgensystem erfassten Position des Referenzsterns und der durch die Navigationskamera er ¬ fassten Position des Referenzsternes berechnet. Die Navigati- onsmarkierungselemente befinden sich außerhalb des Volumens, das mittels Bildgebungsverfahren rekonstruiert wird, um
Schichtbilder bereitzustellen. Die Position der Navigations- markierungselemente wird aus zweidimensionalen Projektionen bestimmt. Alle Navigationsmarkierungselemente müssen ledig ¬ lich von zumindest zwei Projektionsaufnahmen erfasst sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es die Genauigkeit einer zuvor ermittelten Koordinatentransformation überprüfen kann. Ferner hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass nur ein Referenzstern erforderlich ist. Folglich können prä-operative Bilddatensätze schnell und ein ¬ fach an das Operationsnavigationssystem übergeben werden. Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass während einer Operation das Innere des durch die Operation geänderten Objektes bestimmt werden kann und vergleichsweise schnell und mit vergleichsweise einfachen Mitteln dreidimensionale Bild ¬ datensätze des geänderten Objektes erstellt werden können, um sie für eine navigationsgestützte Operation zu verwenden.
Die Erfindung ist nicht auf medizinische Operationen be ¬ schränkt. Die Erfindung kann auch beim Untersuchen eines anderen Objektes verwendet werden, beispielsweise bei der Un ¬ tersuchung eines technischen, physikalischen oder archäologi- sehen Gegenstandes.
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch als verteiltes System ausgebildet sein kann, so dass einzelne Module der Koordinatentransformationsvorrichtung 20 auch auf unterschiedlichen Instanzen verteilt vorgehalten bzw. bereitgestellt werden können, z.B. in dem Navigationssystem 16, 32 und/oder in dem Röntgensystem 12, 14 oder in separaten Instanzen, die über ein Netzwerk in Datenaustausch stehen. Bezugs zeichenliste
2 Operationstisch
4 Objekt
6 Wirbelsäule
8 Referenzstern
8a Markierungselement des Referenzsterns
8b Markierungselement des Referenzsterns
8c Markierungselement des Referenzsterns
10 C-Bogen
12 Röntgenquelle
14 Röntgendetektor bzw. Röntgenverstärker
16 Stereoskopische Kamera des Operationsnavigationssystems
18 Referenzmarkierung
20 KoordinatentransformationsVorrichtung
22 Steuerungseinrichtung
24 Prüfeinrichtung
26 Röntgensystemanweisungseinrichtung
28 OperationsnavigationsSystemanweisungseinrichtung
30 Röntgensystem
32 Operationsnavigationssystem