DE19718686A1 - Zielvorrichtung für das geradlinige Einführen eines Instruments in einen menschlichen Körper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zielvorrichtung zum geradlinigen Einführen eines Instruments in einen vorzugs­ weise menschlichen Körper nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Bei einer Biopsie werden Nadeln in den Körper eines Pa­ tienten gestochen, um aus einer bestimmten Körperstelle Gewebsproben zu entnehmen oder Instrumente zu dieser Stelle zu führen. Es ist bekannt, die Zielstelle mit Hilfe eines Computertomographen (CT) zu sichten und festzulegen. Er erzeugt virtuelle Schnittbilder des Körpers in ver­ schiedenen, üblicherweise übereinanderliegenden, üblicher­ weise transversalen Schnittebenen. Nach dem CT-Bild kann die Zielstelle und die Einstichstelle und somit der Ver­ lauf des Stichkanals der Biopsienadel festgelegt werden. Wenn der Einstich nicht senkrecht von oben oder waagerecht von der Seite erfolgen kann, weil Organe oder Knochen in diesem Zugang liegen, die nicht tangiert werden dürfen, ist es schwierig, den anhand der CT-Bilder ermittelten Verlauf des Stichkanals in die Realität zu übertragen und die lange Nadel im richtigen Einstichwinkel zu führen. Bei einer Abweichung vom bestimmten Einstichwinkel wird aber die Zielstelle verpaßt und die Prozedur muß wiederholt werden, oder es werden sogar Organe geschädigt.

Nach der DE 92 18 321 ist ein Positionsanzeiger bekannt, der mindestens einen auf die Eingriffs- oder Behandlungs­ stelle am Patientenkörper gerichteten Lichtstrahl erzeugt, um dem Operateur die Eingriffsstelle und ggf. die Ein­ griffsrichtung am Körper des Patienten anzuzeigen. Der Positionsanzeiger ist dazu an der Vorderseite eines Com­ putertomographengehäuses über einen allseitig beweglichen Arm angeordnet, bei dem vier Armabschnitte durch drei Ge­ lenke aneinander angelenkt sind. Der Arm ist rechnerge­ steuert.

Aus der DE 3 30 092 ist eine Vorrichtung zur Ortsbestimmung eines Punktes für operationstechnische Zwecke unter Ver­ wendung eines längsverschiebbaren Stabs als Sucher bekannt, der in einer Ebene in jedem beliebigen Winkel so verstell­ bar ist, daß die Sucherspitze mit einem vorbestimmten Punkt zusammenfällt.

Die DE-OS 195 02 356 beschreibt eine Zielvorrichtung für das geradlinige Einführen eines Instruments in einen menschlichen Körper mit einer Laserlichtquelle, die an einem Schlitten um eine horizontale Achse schwenkbar gela­ gert ist, wobei der Schlitten entlang einer horizontalen Führung oberhalb der Gantry eines Computertomographen ver­ stellbar geführt und feststellbar ist.

Eine rechnergesteuerte Vorrichtung zur Betätigung eines Positionsanzeigers ist in vielerlei Hinsicht aufwendig: Die Freiheitsgrade der Gelenke oder Lager der Vorrichtung müssen mit Sensorik und Motorik ausgestattet sein, die dem Rechner erlauben, die gegenwärtige Position zu erkennen und in eine gewünschte Position zu verfahren. Die Steuer­ befehle zur Bewegung des Positionsanzeigers müssen um­ ständlicherweise über den Rechner eingegeben werden, und es bedarf üblicherweise einer Regelung der Motorik, um Po­ sitioniergenauigkeit zu erreichen.

Ein Stab als Zeiger oder Sucher hat zur Richtungsbestim­ mung eines Instruments bei einer Operation den Nachteil, daß er dem beim Einführen des Instruments größer werdenden Abstand zu seiner Halterung nicht folgen kann, als sperri­ ger Gegenstand im ohnehin gering bemessenen Operationsfeld stört und, weil man auf unzuverlässige Augenmaßpeilung an­ gewiesen ist, nur eine geringe Genauigkeit der Richtungs­ orientierung ermöglicht.

Eine als Zielvorrichtung oberhalb des operierten Körpers horizontal verfahrbare und um eine horizontale Achse schwenkbare Laserlichtquelle eignet sich, eingeschränkt durch die genannten Freiheitsgrade, nur zur Führung eines Instruments entlang von Strahlen, die in einer durch die Freiheitsgrade festgelegten Ebene einstellbar sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ziel­ vorrichtung auch ohne Rechnersteuerung für das geradlinige Einführen eines Instruments in einen vorzugsweise mensch­ lichen Körper zu schaffen, mit der auf einfache Weise das Instrument in einem vorher festgelegten, beliebigen Rich­ tungswinkel im Raum zur vorbestimmten Zielstelle geführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein erster Schlitten oberhalb der Gantry (Einführöffnung) des Computertomographen entlang einer horizontalen Führung, vorzugsweise entlang einer Transversalebene des Patientenkörpers, verstellbar geführt und an einem beliebigen Punkt arretierbar. Am ersten Schlitten ist eine vertikale Führung angeordnet, entlang der ein zweiter Schlitten verstellbar befestigt und an einem beliebigen Punkt arretierbar ist. Der zweite Schlit­ ten lagert eine Laserlichtquelle um eine horizontale Achse. Zusätzlich ist die Laserlichtquelle um eine vertikale Achse gelagert. Die Laserlichtquelle projiziert eine Ziel­ markierung, zum Beispiel in Form eines Punktes oder eines Linienkreuzes. Bei der Verschwenkung der Laserlichtquelle wird der Laserstrahl entsprechend mit verschwenkt. Am Schlitten sind außerdem zwei Winkelskalen angebracht, an denen der Schwenkwinkel der Laservorrichtung um die hori­ zontale und um die vertikale Achse abgelesen werden kann. Um die Laserlichtquelle an einem bestimmten Ort in einem vorher festgelegten Richtungswinkel zu arretieren, sind der erste und der zweite Schlitten an beliebigen Punkten der jeweiligen Führung und die Laserlichtquelle in einem beliebigen Schwenkwinkel um die horizontale und vertikale Achse feststellbar.

Die horizontale Führung ist vorzugsweise eine horizontal angeordnete Schiene, die oberhalb der Gantry am Gehäuse des Computertomographen befestigt ist. Der erste Schlitten ist an der horizontal angeordneten Schiene verfahrbar und feststellbar. Die vertikale Führung ist vorzugsweise von einer vertikal angeordneten Schiene gebildet, die am er­ sten Schlitten verfahrbar und feststellbar gelagert ist. Die vertikale Schiene ist entweder am ersten Schlitten zu­ sätzlich um die vertikale Achse schwenkbar gelagert - dann ist der zweite Schlitten an der vertikalen Schiene vor­ zugsweise fest befestigt - oder der zweite Schlitten ist an der vertikalen Schiene um die vertikale Achse schwenk­ bar gelagert.

Der Patient wird auf einer horizontal verfahrbaren Liege in die Gantry des Computertomographen hineingefahren. Der Computertomograph erzeugt Schnittbilder des Patientenkör­ pers üblicherweise in einer vertikalen, zur Erstreckungs­ richtung der Gantry rechtwinkligen Ebene, also üblicher­ weise in der Transversalebene des Patienten. Auf diese Weise werden nacheinander Schichtaufnahmen vom Patienten­ körper in bestimmten Abständen zueinander in dem Bereich gemacht, in dem sich die zu behandelnde Stelle im Patien­ ten und die erwartete Einstichstelle auf seiner Haut be­ findet. Die verhältnismäßig geringen Abstände der Schicht­ aufnahmen zueinander gestatten eine räumliche Vorstellung der Anordnung der Organe im Inneren des Patienten im dar­ gestellten Bereich. In der Schichtaufnahme, in der sich die zu behandelnde Stelle befindet, läßt sich zunächst der Richtungswinkel um die horizontale Achse für das Einführen des Instruments bestimmen. Er ist zum Beispiel vom kürze­ sten Weg zur Körperoberfläche, von empfindlichen Struk­ turen oder Organen in der Umgebung der zu behandelnden Stelle oder von anderen Verletzungen in diesem Bereich ab­ hängig. Wenn diese Einflußparameter keinen Zugang zur Be­ handlungsstelle in der einen dargestellten Ebene gestatten oder sich aus anderen Gründen ein diagonal er Zugang durch benachbarte Transversalebenen mit einem Richtungswinkelan­ teil um die vertikale Achse besser eignet, dann werden die benachbarten Schichtabbildungen herangezogen, um dort mit Rücksicht auf die abgebildeten Strukturen die Einstich­ richtung, d. h. den Einstichwinkel (zusätzlich um die ver­ tikale Achse) sowie die Einstichstelle zu ermitteln. Be­ kannte Computertomographen gestatten nun, die Liege mit dem Patienten so weit wieder aus der Gantry herauszufahren, daß die Schnittebene mit der zuvor ermittelten Einstich­ stelle in einer bestimmten Lage außerhalb der Gantry zu liegen kommt. Der Behandelnde markiert dann die Einstich­ stelle, zum Beispiel mit einem hautverträglichen Stift. An der Zielvorrichtung werden daraufhin der Richtungswinkel um die horizontale Achse und um die vertikale Achse, die wie oben beschrieben ermittelt wurden, eingestellt. Für den Sonderfall, daß der Zugang allein in der Ebene der Schichtaufnahme mit der zu behandelnden Stelle möglich ist, wird der Zielwinkel um die vertikale Achse zu Null einge­ stellt, so daß die nur um die horizontale Achse ge­ schwenkte Laserlichtquelle nur die Transversalebene der betreffenden Schichtaufnahme überstreicht.

Mit einer bezüglich ihrer Richtungswinkel um die horizon­ tale und vertikale Achse geschwenkten und arretierten Laserlichtquelle wird der zweite Schlitten, an dem die Laserlichtquelle gelagert ist, entlang der ersten und der zweiten Führung so verfahren, daß die von der Laserlicht­ quelle projizierte Zielmarkierung auf dem Patientenkörper im Bereich der von Hand markierten Einstichstelle auf­ trifft. Die Verfahrbarkeit der Laserlichtquelle entlang der horizontalen und vertikalen Führung wird durch die Verfahrbarkeit der Liege in die Gantry hinein und aus ihr heraus in dem Sinne ergänzt, als letztere rechtwinklig zur horizontalen und vertikalen Führung gerichtet ist. Auf diese Weise sind Laserlichtquelle und Patient zueinander in allen drei Raumrichtungen verfahrbar und die Zielpro­ jektion der Laserlichtquelle kann bei eingestelltem hori­ zontalem und vertikalem Zielrichtungswinkel auf die von Hand markierte Einstichstelle geführt werden. Wenn nun zum Beispiel die Spitze einer Biopsienadel an die zu behan­ delnde Stelle im Patientenkörper geführt werden soll, dann wird sie auf der von Hand markierten Einstichstelle, an der sich auch die Zielprojektion der Laserlichtquelle be­ findet, angesetzt und so ausgerichtet, daß sich die Ziel­ projektion der Laserlichtquelle auf ihrem rückwärtigen, also der Spitze entgegengesetzten Ende abbildet. Dadurch ist die Biopsienadel eindeutig in der vorbestimmten Rich­ tung ausgerichtet, und die Richtung bleibt auch beim Ein­ führen der Biopsienadel erkennbar, indem die Zielprojek­ tion der Laserlichtquelle fortwährend auf dem rückwärtigen Ende der Biopsienadel sichtbar bleibt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im fol­ genden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Vorderansicht einer erfin­ dungsgemäßen Zielvorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine entlang der Linie A-B in Fig. 1 geschnit­ tene Draufsicht auf die Zielvorrichtung.

Fig. 3 zeigt die Zielvorrichtung nach Fig. 1 an einem Com­ putertomographen oberhalb der Gantry in einer Ziel­ winkelposition.

Fig. 4 zeigt die Anordnung nach Fig. 3 in einer zweiten Zielwinkelposition.

In Fig. 1 und 2 ist eine Zielvorrichtung 2 mit einer La­ serlichtquelle 4 dargestellt, die eine Zielmarkierung in Form eines Laserlichtstrahls 6 projiziert und die um eine horizontale Achse 16 entlang Pfeil IV schwenkbar an einem Schlitten 20 gelagert ist. Der Schwenkwinkel um die hori­ zontale Achse 16 ist an einer Winkelskala 18 ablesbar. Der Schlitten 20 ist um eine vertikale Achse 26 entlang Pfeil III schwenkbar an einer vertikalen Schiene 22 gelagert. Der Schwenkwinkel um die vertikale Achse 26 ist an einer Winkelskala 28 ablesbar. Die vertikale Schiene 22 ist in Richtung des Pfeils II vertikal verfahrbar an einem Schlitten 10 gelagert. Der Schlitten 10 ist in Richtung des Pfeils I horizontal verfahrbar an einer horizontalen Schiene 12 gelagert.

Eine Zielrichtung eines Instruments, zum Beispiel einer Biopsienadel, die zum Beispiel mittels computertomographi­ scher Bilder bestimmt worden ist, wird als bestimmter Zielrichtungswinkel um die horizontale Achse 16 und um die vertikale Achse 26 an den Winkelskalen 18 und 28 einge­ stellt und in dieser Zielrichtung festgestellt. Die Laser­ lichtquelle 4 wird dann mit Hilfe der Zielvorrichtung 2 durch Verfahren in Richtung der Pfeile I und II so bewegt, daß die Zielprojektion 6 auf einer vorher von Hand mar­ kierten Einstichstelle auf dem Körper des Patienten pro­ jiziert wird. Dies ist in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt. Dort ist ein Linienkreuz 7 an zwei verschiedenen Posi­ tionen des Patientenkörpers 32 projiziert, die als Ein­ stichstelle, z. B. für eine Biopsienadel, vorgesehen sind. In Fig. 3 ist angedeutet, daß die Laserlichtquelle 4 das Linienkreuz 7 von frontal auf den Brustkorb des Patienten 32, der auf einer Liege 30 liegt, projiziert wird. In Fig. 4 wird das Linienkreuz 7 von kraniolateral auf die rechte Schulter projiziert. In beiden Situationen nach Fig. 3 und 4 wurde zuvor der Zielrichtungswinkel anhand von CT-Bil­ dern bestimmt und die Laserlichtquelle 4 in dem entspre­ chenden bestimmten horizontalen und vertikalen Zielrich­ tungswinkel festgesetzt und anschließend entlang der horizontalen Schiene 12 und der vertikalen Schiene 22 so verfahren, daß das Linienkreuz auf die vorher von Hand markierte Einstichstelle projiziert wird. Die Verfahrbar­ keit der Liege 30 in die Gantry 14 hinein und aus ihr heraus stellt dabei den dritten nötigen translatorischen Freiheitsgrad dar, um das Linienkreuz auf jede beliebige Stelle der Körperoberfläche des Patienten 32 zu projizie­ ren.

Claims (6)

1. Zielvorrichtung (2) zum geradlinigen Einführen eines In­ struments in einen vorzugsweise menschlichen Körper mit einer beweglichen Laserlichtquelle (4) zum Erzeugen einer Projektion (6) in Zielrichtung des Instruments, wobei die Einstichstelle und der Richtungswinkel des Einstichs mit Hilfe eines Computertomographen (8) er­ mittelt und die Einstichstelle durch einen Auftrag mar­ kiert werden kann, mit einem Schlitten (10), der ent­ lang einer horizontalen Führung (12) oberhalb der Gan­ try (14) des Computertomographen (8) verfahrbar und an einem beliebigen Punkt der horizontalen Führung fest­ stellbar ist, wobei die Laserlichtquelle um eine hori­ zontale Achse (16) schwenkbar gelagert ist, mit einer Winkelskala (18) zur Anzeige des horizontalen Schwenk­ winkels der Laserlichtquelle (4), dadurch gekennzeich­ net,
daß eine vertikale Führung (22) am ersten Schlitten (10) angeordnet ist,
daß ein zweiter Schlitten (20) entlang der vertikalen Führung (22) verfahrbar und an einem beliebigen Punkt der vertikalen Führung (22) feststellbar ist,
daß die Laserlichtquelle (4) am zweiten Schlitten (20) gelagert und auch um eine vertikale Achse (26) schwenk­ bar und in einem beliebigen Schwenkwinkel feststellbar ist,
und daß eine zweite Winkelskala (28) zur Anzeige des vertikalen Schwenkwinkels vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (4) ein Linienkreuz (7) proji­ ziert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die horizontale Führung von einer horizontal angeordneten Schiene (12) gebildet ist, die oberhalb der Gantry (14) am Gehäuse des Computertomographen (8) befestigt ist, wobei der erste Schlitten (10) an der horizontalen Schiene (12) verfahrbar und feststellbar gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (4) am zweiten Schlitten (20) um die horizontale Achse (16) schwenkbar gelagert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Führung von einer vertikal angeordneten Schiene (22) gebildet ist, die am ersten Schlitten (10) vertikal verfahrbar und um die vertikale Achse (26) schwenkbar gelagert ist, wobei der zweite Schlitten (20) an der vertikalen Schiene (22) vorzugsweise fest befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Führung von einer vertikal angeordneten Schiene (22) gebildet ist, die am ersten Schlitten (10) vertikal verfahrbar gelagert ist, wobei der zweite Schlitten (20) an der vertikalen Schiene (22) um die vertikale Achse (26) schwenkbar ge­ lagert ist.