DPMA - Erfinderaktivitäten 2005/2006

Navigationssystem. Für die nur mittelbar in
Bilddatensätzen sichtbaren Marken werden zur
Bestimmung der Positionen und Lagen von am Körper
oder an Instrumenten befestigten Marken geeignete
Erkennungs-Algorithmen eingesetzt. Eine dauerhaft hohe
Navigationsgenauigkeit hängt im konkreten
Anwendungsfall ab: von der geschickten Auswahl des
Marken-Materials (Strahlen undurchlässig [= „radiopaque“
oder „röntgenpositiv“] oder Strahlen durchlässig [=
„radiolucent“] oder „multimodal“, d. h. in Modalitäten
basierend auf unterschiedlichen physikalischen
Bildgebungsprinzipien simultan sichtbar), vom
geometrischen Aufbau, von der Farbe, vom Muster und
von den Arrangements von Marken relativ zueinander. Die
bestimmenden Faktoren hierfür sind z. B. das verwendete
optische oder akustische Detektionsverfahren und das
physikalische Prinzip der eingesetzten Modalitäten. Es
müssen zudem mögliche kurzfristige, versehentliche
Abdeckungen solcher Marken während der Operation
berücksichtigt werden, um eine dreidimensionale
Ortsauflösung für die Position und die Lage der Marken
und damit der Bilder und Instrumente jederzeit zu
gewährleisten.
Dabei werden unterschieden:
Künstliche Marken (oft engl. „fiducials“ genannt) sind in
oder an einem Körperteil eingebrachte oder mittels
Referenzstrukturen dort angeordnete, das Ärzteteam nicht
störende, Infrarot-Strahlung emittierende, also „aktive“,
oder passive, Strahlung in Richtung eines Detektors
reflektierende Markierungen oder hybride Kombinationen
hiervon (Figur 3 aus [10]) [10], [11], [12].
Anatomische Landmarken sind charakteristische,
unverwechselbare Punkte bei einem Patienten, etwa am
Beckenknochen.
Ein klassisches Einsatzgebiet solcher Marken in der
Navigationstechnologie ist der orthopädische Bereich, um
beispielsweise zwei Knochenfragmente in eine bestimmte
Position und Lage zueinander zu bringen oder um einen
Knochenteil zu bearbeiten (Figur 4 aus [13]) [13], [14].
Anwendungen finden sich darüber hinaus auch auf
dentalem Gebiet [15].
Figur 3: Eine Markenstruktur, hier bspw. drei kugelförmige
Reflektoren für Infrarotstrahlung, an einem Adapter (18), der auf
einer Referenzstruktur (17’) in Form eines Würfels befestigt ist,
welcher innerhalb seiner Außengeometrie im Röntgenbild
sichtbare Marken aufweist (aus DE 199 17 867 B4, [10]).
Figur 4: Chirurgische Maßnahme an einem Hüftknochen (1) mit
einem am distalen Ende eines Werkzeuges (3) angeordneten
Formfräser (4). Hüftknochen (1) und Werkzeug (3) weisen jeweils
Markierelemente (8, 9, 10, 11) zur Positionsbestimmung mit dem
Navigationssystem (13) auf (aus DE 101 05 822 C2, [13]).
Ergänzend zu solchen Marken oder alternativ hierzu, falls
diese stören oder nur unter schwierigen, nicht vertretbaren
Umständen im Körper eines Patienten anzubringen und
später wieder zu entfernen wären, seien auch die beiden
folgenden Varianten genannt:
In einem ersten Fall weisen die an der Bildgebung
beteiligten Geräte und chirurgischen Instrumente jeweils
Arrangements aus Marken auf (Figur 5 aus [19]). Auch
wenn diese Geräte und Instrumente nicht
notwendigerweise unmittelbar zueinander registriert sind,
so ist doch unter Zuhilfenahme von bekannten
Transformationsbeziehungen zwischen den
Koordinatensystemen der beteiligten Geräte und
28 Erfinderaktivitäten 2005/2006