DE102013224883B4

DE102013224883B4 - Procedure for planning an intervention and intervention system

Info

Publication number: DE102013224883B4
Application number: DE102013224883.0A
Authority: DE
Inventors: Lutz Gündel
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2033-12-05
Also published as: DE102013224883A1

Abstract

Verfahren zum Planen einer Intervention an einer Läsion (1) in einem Patienten anhand von räumlichen Bilddaten eines medizinischen Bildgebungssystems, zumindest umfassend die Schritte:
1.1. Bestimmen einer räumlichen Ausdehnung der Läsion (1),
1.2. Bestimmen eines Schwerpunktes (S) der räumlichen Ausdehnung der Läsion (1),
1.3. Bestimmen einer Verbindungslinie (V) von dem Schwerpunkt (S) der Läsion (1) zu einer Hautoberfläche (2) des Patienten,
1.4. Berechnen eines Zugangskegels (3), wobei die Verbindungslinie (V) die Längsachse des Zugangskegels (3) ist,
1.5. Segmentieren von im Zugangskegel (3) vorhandenen Strukturen (5), und
1.6. Darstellen des Zugangskegels (3) mit den darin segmentierten Strukturen (5), wobei
1.7. eine Parallelprojektion der Läsion (1) und der im Zugangskegel (3) enthaltenen Strukturen (5; 6) entlang der Längsachse des Zugangskegels (3) auf der Hautoberfläche (2) dargestellt wird.

A method for planning an intervention on a lesion (1) in a patient based on spatial image data of a medical imaging system, comprising at least the steps:
1.1. Determining a spatial extent of the lesion (1),
1.2. Determining a center of gravity (S) of the spatial extent of the lesion (1),
1.3. Determining a connecting line (V) from the center of gravity (S) of the lesion (1) to a skin surface (2) of the patient,
1.4. Calculating an access cone (3), wherein the connecting line (V) is the longitudinal axis of the access cone (3),
1.5. Segmenting structures (5) present in the access cone (3), and
1.6. Depicting the access cone (3) with the structures (5) segmented therein, wherein
1.7. a parallel projection of the lesion (1) and the structures (5; 6) contained in the access cone (3) along the longitudinal axis of the access cone (3) on the skin surface (2) is shown.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen einer Intervention an einer Läsion in einem Patienten anhand von räumlichen Bilddaten eines medizinischen Bildgebungssystems und ein Interventionssystem zum Durchführen einer Intervention, zumindest aufweisend eine Recheneinheit und eine von der Recheneinheit gesteuerte Biopsienadel.The invention relates to a method for planning an intervention on a lesion in a patient on the basis of spatial image data of a medical imaging system and an intervention system for performing an intervention, comprising at least one arithmetic unit and a biopsy needle controlled by the arithmetic unit.

Bildgebende Verfahren werden in der Medizin unter anderem dazu eingesetzt, Läsionen im menschlichen Körper aufzufinden. Zur weiteren Untersuchung derartiger Läsionen erfolgt meist im Rahmen einer Intervention mit Hilfe einer speziellen Biopsienadel eine Gewebeentnahme aus der Läsion. Hierzu wird die Biopsienadel, in der Regel durch die Haut, in die zu untersuchende Läsion eingeführt, sodass eine Gewebeprobe entnommen werden kann, welche anschließend untersucht wird. Handelt es sich bei der entnommenen Probe um gesundes Gewebe, so wurde entweder die Läsion getroffen, welche sich dann folglich als gutartig herausgestellt hat, oder die Läsion wurde nicht getroffen, sodass lediglich umliegendes Gewebe entnommen wurde und die Intervention wiederholt werden muss. Aus diesem Grund ist die Planung der Intervention, das heißt insbesondere die Bestimmung von Eintrittsstelle und -winkel der Biopsienadel, die Lage des Zugangspfades und die Tiefe der Läsion im menschlichen Körper von besonderer Bedeutung.Among other things, imaging techniques are used in medicine to detect lesions in the human body. For the further examination of such lesions, tissue removal from the lesion usually takes place within the framework of an intervention with the aid of a special biopsy needle. For this purpose, the biopsy needle, usually through the skin, is introduced into the lesion to be examined so that a tissue sample can be taken, which is subsequently examined. If the sample taken was healthy tissue, either the lesion was hit, which then turned out to be benign, or the lesion was not struck so that only surrounding tissue was removed and the intervention must be repeated. For this reason, the planning of the intervention, in particular the determination of the entry point and angle of the biopsy needle, the position of the access path and the depth of the lesion in the human body is of particular importance.

Weiterhin ist es bei der Planung des Zugangspfades zu der Läsion wichtig, dass der Zugangspfad frei von empfindlichen Strukturen des Patienten ist, sodass die Nadel zum Beispiel keine Knochen, Gefäße oder Organe verletzt, da hierdurch zum Beispiel Blutungen ausgelöst werden können.Furthermore, when planning the access pathway to the lesion, it is important that the access pathway be free of delicate structures of the patient such that the needle does not injure bones, vessels, or organs, for example, as this may trigger bleeding.

Es ist bekannt, die Planung von Interventionen auf der Basis von räumlichen Bilddaten der medizinischen Bildgebung durchzuführen. Bisher wurde hierzu die zu punktierende Läsion markiert und eine Verbindungslinie zur geplanten Eintrittsstelle gezogen. Der Untersucher legt dann den Zugangspfad manuell außerhalb von kritischen Strukturen wie Gefäßen oder Knochen fest. Dies ist vielfach zeitaufwändig. Oft sind mehrere Versuche notwendig bis ein optimaler Zugangspfad gefunden ist. Anschließend werden Eintrittsstelle und Eintrittswinkel dem Untersucher am Patienten angezeigt. Dies kann zum Beispiel durch ein Lasersystem erfolgen. Der Laser markiert dabei die Eintrittsstelle auf der Hautoberfläche und die Einfallsrichtung des Laserstrahls auf die Eintrittsstelle bestimmt den Eintrittswinkel.It is known to carry out the planning of interventions based on medical imaging spatial image data. So far, the lesion to be punctured has been marked and a connecting line drawn to the planned entry point. The examiner then manually sets the access pathway outside critical structures such as vessels or bones. This is often time consuming. Often several attempts are necessary until an optimal access path is found. Subsequently, entry point and entry angle are displayed to the examiner on the patient. This can be done for example by a laser system. The laser marks the entry point on the skin surface and the direction of incidence of the laser beam on the entry point determines the entrance angle.

Es sind noch andere Verfahren zur Planung von Interventionen bekannt, welche mit Navigationssystemen arbeiten oder anatomische oder künstliche Landmarken verwenden. Zum Stand der Technik wird außerdem auf die Druckschriften DE 10 2005 037 000 A1 , DE 10 2012 200 207 B3 und US 2011 137 156 A1 verwiesen.Still other methods are known for planning interventions that work with navigation systems or use anatomical or artificial landmarks. The prior art is also to the documents DE 10 2005 037 000 A1 . DE 10 2012 200 207 B3 and US 2011 137 156 A1 directed.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Planung einer Intervention an einer Läsion zu schaffen, welches zum einen sicherstellt, dass der Zugangspfad außerhalb empfindlicher Strukturen verläuft, und welches zum anderen einfach und zeitsparend durchzuführen ist. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Interventionssystem zum Durchführen einer Intervention zu schaffen.It is therefore an object of the invention to provide an improved method for planning an intervention on a lesion, which on the one hand ensures that the access path runs outside of sensitive structures, and on the other hand is easy and time-saving to perform. Further, it is an object of the invention to provide an intervention system for performing an intervention.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the subordinate claims.

Der Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist, anhand von räumlichen Bilddaten eines medizinischen Untersuchungssystems, insbesondere eines CT-Systems, die genaue Lage einer Läsion zu bestimmen, um dann innerhalb eines zuvor berechneten Zugangskegels einen Zugangspfad zu der Läsion zu ermitteln, welcher keine weiteren Strukturen innerhalb des Zugangskegels beeinträchtigt, sondern außerhalb dieser verläuft. Stellt der Untersucher fest, dass in einem berechneten Zugangskegel kein geeigneter Zugangspfad zur Läsion vorhanden ist, kann das Verfahren beliebig oft wiederholt werden.The inventor has recognized that it is possible to determine the exact position of a lesion on the basis of spatial image data of a medical examination system, in particular of a CT system, in order then to determine an access path to the lesion within a previously calculated access cone, which does not require further access Structures within the access cone are affected, but outside of these runs. If the examiner finds that a suitable access path to the lesion is not present in a calculated access cone, the procedure can be repeated as often as desired.

Hierzu kann zuerst in einem Volumendatensatz des Patienten eine Läsion entweder manuell oder automatisch segmentiert werden, sodass die räumliche Ausdehnung mit dem Schwerpunkt der Läsion berechnet werden kann. Ausgehend von dem Schwerpunkt wird eine Verbindungslinie zur Hautoberfläche bestimmt. Bei der Verbindungslinie handelt es sich beispielsweise um die kürzeste Verbindung zur Hautoberfläche oder um eine direkte Verbindung zu einer manuell bestimmten Stelle auf der Hautoberfläche. In jedem Fall ist die Verbindungslinie eine gerade Linie.For this purpose, a lesion may first be segmented manually or automatically in a volume data set of the patient so that the spatial extent can be calculated with the centroid of the lesion. Starting from the center of gravity, a connecting line to the skin surface is determined. The connecting line is, for example, the shortest connection to the surface of the skin or a direct connection to a manually determined point on the surface of the skin. In any case, the connecting line is a straight line.

In einem weiteren Schritt wird ein Zugangskegel berechnet, dessen Längsachse die zuvor bestimmte Verbindungslinie ist. Der Zugangskegel verläuft von der Läsion bis zur Hautoberfläche und weitet sich zur Hautoberfläche hin auf. Entsprechend handelt es sich bei dem Zugangskegel zumeist um einen unregelmäßigen Kegel, da die Hautoberfläche im Allgemeinen gekrümmt ist. Der Zugangskegel wird kleiner gleich einer Projektion der Läsion berechnet, sodass ein Zugangspfad durch den Zugangskegel immer auf die Läsion trifft. Mit anderen Worten wird der Zugangskegel derart berechnet, dass dessen Öffnungsfläche auf der Haut höchstens die Größe einer Projektionsfläche der Läsion auf der Haut hat. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass ein Zugangspfad, welcher in einem weiteren Schritt berechnet wird, stets innerhalb des Zugangskegels verläuft und so auch nicht aus diesem austritt. Es kann dabei ein Sicherheitsabstand wählbarer Größe vorgesehen werden, indem der Zugangskegel kleiner als eine Projektion der Läsion berechnet wird. Hiermit wird sichergestellt, dass auch bei kleineren Abweichungen von einem Zugangspfad durch den Zugangskegel zur Läsion auch stets die Läsion getroffen wird.In a further step, an access cone is calculated whose longitudinal axis is the previously determined connecting line. The access cone runs from the lesion to the skin surface and expands towards the skin surface. Accordingly, the access cone is usually an irregular cone, as the skin surface is generally curved. The access cone is calculated to be less than or equal to a projection of the lesion, so that an access path through the access cone always hits the lesion. In other words, the access cone is calculated such that its opening area on the skin is at most the size of a projection area of the lesion on the skin. This can ensure that an access path, which in a further step calculated, always runs within the access cone and thus does not exit from this. A safety margin of selectable size can be provided by calculating the access cone smaller than a projection of the lesion. This ensures that even with smaller deviations from an access path through the access cone to the lesion, the lesion is always struck.

In dem Zugangskegel enthaltene Strukturen wie Knochen, Organe und Gefäße werden in einem weiteren Schritt segmentiert. Dabei können die Strukturen auch mit einer Vergrößerung als Sicherheitsabstand segmentiert werden, sodass auch bei kleineren Abweichungen vom Zugangspfad bei der Intervention keine Strukturen verletzt werden.In the access cone contained structures such as bones, organs and vessels are segmented in a further step. In this case, the structures can also be segmented with a magnification as a safety margin, so that even with smaller deviations from the access path during the intervention, no structures are violated.

Schließlich wird in einem Schritt der Zugangskegel mit den darin enthaltenen und segmentierten Strukturen dargestellt. Die Darstellung erfolgt entweder auf einem Bildschirm als eine Vielzahl von Schnittbildern senkrecht zur Längsachse des Zugangskegels oder in einer dreidimensionalen Darstellung oder als Projektionsbild. Weiterhin ist auch eine Darstellung als Parallelprojektion direkt auf der Hautoberfläche des Patienten möglich.Finally, the access cone with the contained and segmented structures is represented in one step. The display is carried out either on a screen as a plurality of sectional images perpendicular to the longitudinal axis of the access cone or in a three-dimensional representation or as a projection image. Furthermore, a representation as a parallel projection directly on the skin surface of the patient is possible.

Der dargestellte Zugangskegels ermöglicht das Bestimmen eines direkten Zugangspfades zu der Läsion. Dies erfolgt entweder manuell von einem Untersucher oder automatisiert. Ein optimaler Zugangspfad ist frei von jeglichen Strukturen und verläuft gerade und direkt von der Hautoberfläche bis zu der Läsion. Als Eintrittsstelle wird im Folgenden die Stelle auf der Hautoberfläche bezeichnet, an welcher der Zugangspfad endet. Die Eintrittsstelle und ein Eintrittswinkel an der Eintrittsstelle in den Zugangspfad können dem Untersucher zusätzlich noch angezeigt werden. Das Anzeigen von Eintrittsstelle und -winkel erfolgt zum Beispiel mit einem Laser direkt auf der Hautoberfläche des Patienten.The illustrated access cone allows the determination of a direct access path to the lesion. This is done either manually by an investigator or automated. An optimal access pathway is free of any structures and runs straight and straight from the surface of the skin to the lesion. The point of entry in the following text is the point on the skin surface at which the access path ends. The entry point and an entry angle at the entry point into the access path can also be displayed to the examiner. For example, entry point and angle are displayed with a laser directly on the skin surface of the patient.

Stellt der Untersucher fest, dass in dem dargestellten Zugangskegel kein Zugangspfad vorhanden ist, kann er die Eintrittsstelle und damit die Verbindungslinie interaktiv, beispielsweise mit einem Joystick, verändern. Hierbei werden Zugangskegel, Sicherheitsabstand und Segmentierung kontinuierlich angepasst und dem Untersucher dargestellt. Beispielsweise kann die Steuerung direkt von einem auf der Biopsienadel angeordneten Navigationssystem vorgenommen werden.If the examiner determines that there is no access path in the illustrated access cone, he can change the entry point and thus the connection line interactively, for example with a joystick. Access cones, safety distance and segmentation are continuously adapted and presented to the examiner. For example, the controller can be made directly from a navigation system arranged on the biopsy needle.

Bei besonders engen Zugangskegeln oder Zugangspfaden, die sehr dicht und oft an empfindlichen Strukturen vorbei führen, oder bei tumorartigen Läsionen, welche ohne Kontrastmittel nicht erkennbar sind, kann der Zugangspfad bei der Intervention mittels einer Echtzeit-Bildgebung, beispielsweise einer interventionellen Computertomographie oder Ultraschall, beobachtet werden, sodass der Untersucher unmittelbar erkennt, wenn er von dem geplanten Zugangspfad abweicht oder eine Struktur beeinträchtigt wird. Hierzu können pre-operative und online-Datensätze registriert und gemeinsam dargestellt werden. Zum Beispiel wird die Kontur eines nur im preoperativen, mit Kontrastmittel erzeugten Datensatzes oder kontrastmittelgefüllte Gefäße gemeinsam mit der Echtzeit-Bildgebung dargestellt.In particularly narrow access cones or access paths, which lead very dense and often past sensitive structures, or in tumor-like lesions, which are not recognizable without contrast, the access path can be observed in the intervention by means of a real-time imaging, such as an interventional computed tomography or ultrasound so that the examiner immediately recognizes if it deviates from the planned access path or if a structure is impaired. For this purpose, pre-operative and online data records can be registered and displayed together. For example, the contour of a set of data only generated in the preoperative, contrast agent-generated, or contrast-filled, vessel is displayed along with real-time imaging.

Demgemäß schlägt der Erfinder ein Verfahren zum Planen einer Intervention an einer Läsion in einem Patienten anhand von räumlichen Bilddaten eines medizinischen Bildgebungssystems, vor, zumindest umfassend die Schritte:

- Bestimmen einer räumlichen Ausdehnung der Läsion,
- Bestimmen eines Schwerpunktes räumlichen Ausdehnung der Läsion,
- Bestimmen einer Verbindungslinie von dem Schwerpunkt der Läsion zu einer Hautoberfläche des Patienten,
- Berechnen eines Zugangskegels, wobei die Verbindungslinie die Längsachse des Zugangskegels ist,
- Segmentieren von im Zugangskegel vorhandenen Strukturen, und
- Darstellen des Zugangskegels mit den darin segmentierten Strukturen, wobei
- eine Parallelprojektion der Läsion und der im Zugangskegel enthaltenen Strukturen entlang der Längsachse des Zugangskegels auf der Hautoberfläche dargestellt wird.

Accordingly, the inventor proposes a method for planning an intervention on a lesion in a patient based on spatial image data of a medical imaging system, comprising at least the steps:

Determining a spatial extent of the lesion,
Determining a center of gravity of the lesion,
Determining a connecting line from the center of gravity of the lesion to a skin surface of the patient,
Calculating an access cone, wherein the connection line is the longitudinal axis of the access cone,
- segmenting existing structures in the access cone, and
- Representing the access cone with the structures segmented therein, wherein
a parallel projection of the lesion and the structures contained in the access cone along the longitudinal axis of the access cone on the skin surface is shown.

Ein derartiges Verfahren ermöglicht eine zuverlässige und einfache Planung einer Intervention an einer Läsion. Es wird sichergestellt, dass der Untersucher bei der Planung der Intervention gegebenenfalls zwischen der Läsion und der Hautoberfläche befindliche Strukturen berücksichtigt und nicht mehrere Blindversuche notwendig sind, um die zu punktierende Läsion zu treffen. Bei der Läsion handelt es sich beispielsweise um einen Tumor.Such a method allows a reliable and simple planning of an intervention on a lesion. It is ensured that the examiner, when planning the intervention, takes into account any structures located between the lesion and the surface of the skin and does not need several blank attempts to find the lesion to be punctured. The lesion is, for example, a tumor.

Zur Gewinnung der räumlichen Bilddaten wird vorzugsweise ein CT-System eingesetzt. In einem ersten Schritt wird die räumliche Ausdehnung der Läsion bestimmt. Dies erfolgt bevorzugt durch Segmentierung der räumlichen Bilddaten. Beispielsweise wird die Segmentierung manuell von einem Benutzer oder automatisiert durchgeführt.To obtain the spatial image data, a CT system is preferably used. In a first step, the spatial extent of the lesion is determined. This is preferably done by segmentation of the spatial image data. For example, the segmentation is performed manually by a user or automatically.

In einem weiteren Schritt wird eine Verbindungslinie von dem Schwerpunkt der Läsion zu einer Hautoberfläche des Patienten bestimmt. Hierzu kann zuvor die Hautoberfläche des Patienten mittels des Kontrastunterschiedes eines Luft-Gewebe-Übergangs an den räumlichen Bilddaten bestimmt werden. Die Verbindungslinie kann von dem Schwerpunkt der Läsion zu verschiedenen Stellen auf der Hautoberfläche verlaufen. In einer Ausführungsform wird eine kürzeste Verbindungslinie bestimmt. Hier verläuft die Verbindungslinie direkt zu der Hautoberfläche. Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass die Länge eines möglichen Zugangspfades von der Hautoberfläche zur Läsion durch die Länge der zur Intervention verwendeten Biopsienadel beschränkt wird. Vorteilhafterweise ist der Zugangspfad kürzer als die verwendete Biopsienadel.In a further step, a connecting line from the center of gravity of the lesion to a skin surface of the patient is determined. For this purpose, the skin surface of the patient can be determined beforehand by means of the contrast difference of an air-tissue Transition to the spatial image data are determined. The connecting line may be from the center of gravity of the lesion to various locations on the skin surface. In one embodiment, a shortest connection line is determined. Here, the connecting line runs directly to the skin surface. This is advantageous in that the length of a possible access path from the skin surface to the lesion is limited by the length of the biopsy needle used for intervention. Advantageously, the access path is shorter than the biopsy needle used.

In einer anderen Ausführungsform wird die Verbindungslinie von dem Schwerpunkt der Läsion zu einer benutzerdefinierten Stelle auf der Hautoberfläche bestimmt. Der Untersucher kann so die Verbindungslinie und den in einem nächsten Schritt berechneten Zugangskegel gezielt beeinflussen. Dies ist von Vorteil, falls sich herausgestellt hat, dass in dem um die Verbindungslinie dargestellten Zugangskegel kein freier Zugangspfad existiert, weil beispielsweise die Läsion vollständig von einem Organ oder Knochen verdeckt ist.In another embodiment, the connecting line is determined from the center of gravity of the lesion to a user-defined location on the skin surface. The examiner can thus influence the connecting line and the access cone calculated in a next step. This is advantageous if it has been found that there is no free access path in the access cone around the connecting line, for example because the lesion is completely obscured by an organ or bone.

Der Zugangskegel wird erfindungsgemäß derart berechnet, dass die zuvor bestimmte Verbindungslinie die Längsachse des Zugangskegels ist. Mit anderen Worten umschließt der Zugangskegel die Verbindungslinie und erstreckt sich von der Läsion bis zur Hautoberfläche. Aufgrund der normalerweise unebenen Hautoberfläche ist der Zugangskegel ein unregelmäßiger Kegel. According to the invention, the access cone is calculated such that the previously determined connecting line is the longitudinal axis of the access cone. In other words, the access cone encloses the connecting line and extends from the lesion to the skin surface. Due to the normally uneven skin surface, the access cone is an irregular cone.

Der Zugangskegel öffnet sich zur Hautoberfläche hin. Dabei kann der Zugangskegel mit einem Öffnungswinkel zwischen 0° und 60°, vorzugsweise zwischen 0° und 30°, weiterhin vorzugsweise zwischen 10° und 20°, berechnet werden. Als Öffnungswinkel wird hier der Schnittwinkel zwischen der Längsachse und einer Mantellinie des Zugangskegels bezeichnet. Der genaue Wert des Öffnungswinkels ist vom Benutzer vorwählbar. Vorteilhafterweise kann der Winkel kleiner gewählt werden, je kürzer der Zugangskegel beziehungsweise der Zugangspfad ist. Ein größerer Winkel kann sich in einem längeren Zugangsweg nachteilig auswirken, jedoch steigt die Chance sensible Strukturen umgehen zu können. In einer Ausführungsform wird der Öffnungswinkel daher in Abhängigkeit der Länge des Zugangskegels gewählt. In einigen wenigen Extremfällen, zum Beispiel bei einer bösartigen Läsion in der Lunge, wenn die Verschleppung von Krebszellen in benachbarte Lungensegmente vermieden werden soll, wird der Benutzer den Öffnungswinkel deutlich größer 30° wählen.The access cone opens to the skin surface. In this case, the access cone with an opening angle between 0 ° and 60 °, preferably between 0 ° and 30 °, more preferably between 10 ° and 20 °, are calculated. As the opening angle here the intersection angle between the longitudinal axis and a surface line of the access cone is called. The exact value of the opening angle is preselected by the user. Advantageously, the angle can be chosen smaller, the shorter the access cone or the access path. A larger angle may be detrimental in a longer access path, but increases the chance to bypass sensitive structures. In one embodiment, the opening angle is therefore selected as a function of the length of the access cone. In a few extreme cases, for example, a malignant lesion in the lungs, if the carryover of cancer cells to adjacent lung segments is to be avoided, the user will choose the opening angle much greater than 30 °.

Vorteilhafterweise wird der Zugangskegel kleiner oder gleich groß zu einer Ausdehnung der Läsion senkrecht zur Längsachse des Zugangskegels berechnet. Hiermit soll sichergestellt werden, dass ein in dem Zugangskegel verlaufender Zugangspfad stets auf die Läsion am Ende des Zugangskegels trifft. In einer Ausführungsform ist der Zugangskegel gleich groß wie die Läsion. Die Läsion wird also von einer Mantelfläche des Zugangskegels unmittelbar umschlossen. Diese Berechnung eignet sich vorteilhafterweise bei kompakten, insbesondere annähernd runden, Läsionen. Wird die Läsion bei dieser Ausführungsform als Parallelprojektion entlang der Längsachse des Zugangskegels auf die Hautoberfläche in den Zugangskegel projiziert, ist die projizierte Läsion annähernd deckungsgleich mit dem Zugangskegel.Advantageously, the access cone is calculated to be smaller or equal to an extent of the lesion perpendicular to the longitudinal axis of the access cone. This is to ensure that an access path in the access cone always hits the lesion at the end of the access cone. In one embodiment, the access cone is the same size as the lesion. The lesion is thus enclosed directly by a lateral surface of the access cone. This calculation is advantageously suitable for compact, in particular approximately round, lesions. If the lesion is projected onto the skin surface in the access cone as a parallel projection along the longitudinal axis of the access cone on the skin surface in this embodiment, the projected lesion is approximately congruent with the access cone.

In einer anderen Ausführungsform ist der Zugangskegel kleiner als die Läsion. Eine Parallelprojektion der Läsion entlang der Längsachse des Zugangskegels auf die Hautoberfläche ist also kleiner als der Zugangskegel. Das heißt, die projizierte Läsion liegt vollständig innerhalb des Zugangskegels. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Art Sicherheitsabstand zwischen der Größe des Zugangskegels und der tatsächlichen Ausdehnung der Läsion, sodass auch bei Abweichungen von dem Zugangspfad die Läsion getroffen wird.In another embodiment, the access cone is smaller than the lesion. A parallel projection of the lesion along the longitudinal axis of the access cone on the skin surface is thus smaller than the access cone. That is, the projected lesion lies completely within the access cone. This embodiment allows some sort of safety margin between the size of the access cone and the actual extent of the lesion so that the lesion is hit even in the event of deviations from the access path.

Abhängig von der Lage der Läsion im Körper und dem Verlauf des Zugangskegels zwischen Läsion und Hautoberfläche ist es möglich, dass der Zugangskegel empfindliche Strukturen des Körpers beinhaltet. Diese Strukturen werden in einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens segmentiert und als Knochen, Gefäße und/oder Organe erkannt. Der in einem späteren Schritt zu bestimmende Zugangspfad ist vorteilhafterweise frei von derartigen empfindlichen Strukturen, verläuft also an diesen vorbei. Weiterhin können diese Strukturen mit einer definierten Vergrößerung segmentiert werden, sodass auch bei kleineren Abweichungen von einem an den Strukturen vorbei führenden Zugangspfad diese bei der Intervention nicht verletzt werden.Depending on the location of the lesion in the body and the course of the access cone between the lesion and the skin surface, it is possible that the access cone contains sensitive structures of the body. These structures are segmented in one step of the method according to the invention and recognized as bones, vessels and / or organs. The access path to be determined in a later step is advantageously free of such sensitive structures, ie runs past them. Furthermore, these structures can be segmented with a defined magnification, so that even with smaller deviations from an access path leading past the structures these are not violated during the intervention.

Schließlich wird in einem Schritt der berechnete Zugangskegel mit den darin segmentierten Strukturen bildlich dargestellt. Dies erfolgt in einer Ausführungsform auf einem Bildschirm. Zur graphischen Darstellung werden beispielswiese eine Vielzahl von Schnittbildern senkrecht zur Längsachse des Zugangskegels als multiplanare Rekonstruktion verwendet oder ein Projektionsbild erstellt. Alternativ kann der Zugangskegel in einer dreidimensionalen Darstellung mittels der Volumen-Rendering-Technik dargestellt werden.Finally, the calculated access cone with the structures segmented in it is depicted in one step. This is done in one embodiment on a screen. For graphical representation, for example, a multiplicity of sectional images perpendicular to the longitudinal axis of the access cone are used as multiplanar reconstruction or a projection image is created. Alternatively, the access cone can be displayed in a three-dimensional representation by means of the volume rendering technique.

Erfindungsgemäß kann zur Darstellung des Zugangskegels mit den segmentierten Strukturen eine Parallelprojektion der Läsion und der im Zugangskegel enthaltenen Strukturen entlang der Längsachse des Zugangskegels direkt auf der Hautoberfläche dargestellt werden. Diese Ausführungsform ermöglicht ein einfaches Erkennen der jeweiligen optimalen Eintrittsstelle in den Zugangskegel. Beispielsweise kann die Parallelprojektion mittels eines Lasers in Form einer Laserprojektion oder mittels eines Bildprojektors dargestellt werden.In accordance with the invention, a parallel projection of the lesion and the structures contained in the access cone along the longitudinal axis of the access cone directly on the skin surface can be displayed to depict the access cone with the segmented structures. This embodiment allows easy recognition of the respective optimal entry point into the access cone. For example, the parallel projection can be represented by means of a laser in the form of a laser projection or by means of an image projector.

Anhand des dargestellten Zugangskegels kann der Untersucher einen optimalen Zugangspfad bestimmen. Um dies dem Untersucher zu erleichtern, werden vorteilhafterweise strukturfreie und somit als Zugangspfad geeignete Bereiche des Zugangskegels optisch hervorgehoben.Based on the access cone shown, the examiner can determine an optimal access path. In order to make this easier for the examiner, structurally free areas of the access cone which are thus suitable as access paths are advantageously highlighted.

Vorteilhafterweise wird dann in einem weiteren Schritt eine Eintrittsstelle in den Zugangskegel direkt auf der Hautoberfläche des Patienten angezeigt. Weiterhin vorteilhaft wird der Eintrittswinkel des Zugangspfades, ausgehend von der zuvor bestimmten und angezeigten Eintrittsstelle, in den Zugangskegel berechnet und angezeigt. Dies erfolgt ebenfalls vorteilhaft direkt auf der Hautoberfläche. Zum Anzeigen von Eintrittsstelle und -winkel auf der Hautoberfläche eignet sich beispielsweise ein Laser.Advantageously, in a further step, an entry point into the access cone is displayed directly on the skin surface of the patient. Further advantageously, the entry angle of the access path, starting from the previously determined and displayed entry point, is calculated and displayed in the access cone. This is also advantageously done directly on the skin surface. For example, a laser is suitable for indicating entry point and angle on the surface of the skin.

Zur weitergehenden Überwachung und Kontrolle einer Intervention kann der Zugangskegel während der Intervention mittels eines Echtzeit-Bildgebungsverfahrens beobachtet werden. Somit kann beispielsweise eine Abweichung bei der Intervention von dem geplanten Zugangspfad erkannt und der Untersucher gewarnt werden.To further monitor and control an intervention, the access cone can be monitored during the intervention using a real-time imaging technique. Thus, for example, a deviation in the intervention can be recognized by the planned access path and the examiner can be warned.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Untersucher ein Zugangskegel zu einer Läsion zur Verfügung gestellt. Ergibt sich bei der weiteren Planung der Intervention, dass in diesem Zugangskegel kein direkter freier Zugangspfad zu der Läsion enthalten ist, wird vorteilhafterweise ein anderer Zugangskegel berechnet. Hierzu werden zumindest die Schritte

- Bestimmen einer Verbindungslinie von dem Schwerpunkt der Läsion zu einer Hautoberfläche des Patienten,
- Berechnen eines Zugangskegels, wobei die Verbindungslinie die Längsachse des Zugangskegels ist,
- Segmentieren von im Zugangskegel vorhandenen Strukturen, und
- Darstellen des Zugangskegels mit den darin segmentierten Strukturen,

wiederholt bis der Zugangskegel einen Zugangspfad von der Hautoberfläche zur Läsion enthält, welcher frei von den in dem Zugangskegel enthaltenen segmentierten Strukturen ist.By means of the method according to the invention, the examiner is provided with an access cone to a lesion. If, during the further planning of the intervention, no direct access path to the lesion is contained in this access cone, a different access cone is advantageously calculated. For this at least the steps

Determining a connecting line from the center of gravity of the lesion to a skin surface of the patient,
Calculating an access cone, wherein the connection line is the longitudinal axis of the access cone,
- segmenting existing structures in the access cone, and
Depicting the access cone with the structures segmented therein,

repeatedly until the access cone contains an access path from the skin surface to the lesion which is free of the segmented structures contained in the access cone.

Weiter betrifft die Erfindung ein Interventionssystem zum Durchführen einer Intervention an einer Läsion eines Patienten zumindest aufweisend eine Recheneinheit und eine von der Recheneinheit gesteuerte Biopsienadel, wobei die Recheneinheit das vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren ausführt.Furthermore, the invention relates to an intervention system for performing an intervention on a lesion of a patient, comprising at least one arithmetic unit and a biopsy needle controlled by the arithmetic unit, wherein the arithmetic unit carries out the method according to the invention described above.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Läsion; 2: Hautoberfläche; 3: Zugangskegel; 4: Sicherheitsrand; 5: Knochen; 6: Gefäß; 7: freier Bereich; 21: Bestimmen der räumlichen Ausdehnung der Läsion; 22: Bestimmen des Schwerpunkts der Läsion; 23: Bestimmen einer Verbindungslinie; 24: Berechnen eines Zugangskegels; 25: Segmentieren von Strukturen; 26: Darstellen des Zugangskegels und der segmentierten Strukturen; 27: Anzeigen von Eintrittsstelle und Eintrittswinkel auf der Hautoberfläche; S: Schwerpunkt der Läsion; V: Verbindungslinie; φ: Öffnungswinkel des Zugangskegels.In the following the invention with reference to a preferred embodiment with reference to the figures will be described in more detail, with only the features necessary for understanding the invention features are shown. The following reference symbols are used: 1 : Lesion; 2 : Skin surface; 3 : Access cone; 4 : Safety edge; 5 : Bones; 6 : Vessel; 7 : free area; 21 : Determining the spatial extent of the lesion; 22 : Determining the center of gravity of the lesion; 23 : Determining a connection line; 24 : Calculating an access cone; 25 : Segmentation of structures; 26 : Presenting the access cone and segmented structures; 27 : Indication of entry point and entrance angle on the skin surface; S: focal point of the lesion; V: connecting line; φ: opening angle of the access cone.

Es zeigen im Einzelnen:

1: eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zugangskegels zu einer Läsion sowie eine Projektion des Zugangskegels, und
2: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte.

They show in detail:

1 a schematic cross-sectional representation of an access cone to a lesion and a projection of the access cone, and
2 : a schematic representation of the method steps according to the invention.

Die 1 zeigt einen Zugangskegel 3 zu einer Läsion 1 sowie eine Projektion des Zugangskegels 3 auf eine Hautoberfläche 2. Im rechten Bereich ist der Zugangskegel 3 zu der Läsion 1 in einer schematischen Querschnittsdarstellung gezeigt, während im linken Bereich eine Projektionsdarstellung gezeigt ist.The 1 shows an access cone 3 to a lesion 1 and a projection of the access cone 3 on a skin surface 2 , In the right area is the access cone 3 to the lesion 1 in a schematic cross-sectional view, while a projection view is shown in the left area.

Die Läsion 1 befindet sich unter einer Hautoberfläche 2 des Patienten. Zwischen dem Schwerpunkt S der Läsion 1 und der Hautoberfläche 2 erstreckt eine Verbindungslinie V. In dieser Ausführungsform ist die Verbindungslinie V die kürzeste Verbindung des Schwerpunktes S zur Hautoberfläche 2. Um die Verbindungslinie V ist ein Zugangskegels 3 angeordnet, welcher sich von der Läsion 1 bis zur Hautoberfläche 2 erstreckt. Die Verbindungslinie V stellt dabei die Längsachse des Zugangskegels 3 dar. Da die Hautoberfläche 2 des Patienten uneben ist, handelt es sich bei dem Zugangskegel 3 um einen unregelmäßigen Kegel. Der Zugangskegel 3 weist zur Hautoberfläche 2 hin einen Öffnungswinkel φ von ca. 20° auf.The lesion 1 is located under a skin surface 2 of the patient. Between the center of gravity S the lesion 1 and the skin surface 2 extends a connecting line V , In this embodiment, the connection line V the shortest connection of the center of gravity S to the skin surface 2 , To the connecting line V is an access cone 3 arranged, which differs from the lesion 1 to the skin surface 2 extends. The connecting line V represents the longitudinal axis of the access cone 3 dar. Because the skin surface 2 the patient is uneven, it is at the access cone 3 around an irregular cone. The access cone 3 points to the skin surface 2 towards an opening angle φ of about 20 °.

In der hier gezeigten Ausführungsform ist der Zugangskegel 3 kleiner als eine Ausdehnung der Läsion 1 senkrecht zur Verbindungslinie V beziehungsweise Längsachse des Zugangskegels 3. Der Abstand zwischen der Mantelfläche des Zugangskegels 3 und der Ausdehnung der Läsion 1 bildet einen Sicherheitsrand 4.In the embodiment shown here, the access cone is 3 smaller than an extent of the lesion 1 perpendicular to the connecting line V or longitudinal axis of the access cone 3 , The distance between the lateral surface of the access cone 3 and the extent of the lesion 1 forms a safety edge 4 ,

In dem Zugangskegel 3 befinden sich Strukturen. Diese sind der besseren Übersicht wegen lediglich in der Projektionsdarstellung im linken Bereich der 1 gezeigt. Bei den Strukturen handelt es sich um einen Knochen 5 und um ein bei der Segmentierung vergrößertes Gefäß 6. In der Projektionsdarstellung ist der Zugangskegel 3 mit dem Sicherheitsrand 4 und den darin enthaltenen Strukturen dargestellt. In dem Zugangskegel 3 sind mehrere freie Bereiche 7 enthalten. Als frei wird ein projizierter Bereich des Zugangskegels 3 bezeichnet, welcher keine Strukturen 5 oder 6 aufweist. In diesen freien Bereichen 7 kann der Untersucher einen Zugangspfad zur Läsion 1 bestimmen.In the access cone 3 there are structures. These are the better overview because only in the projection view in the left area of the 1 shown. The structures are a bone 5 and a vessel enlarged in segmentation 6 , In the projection view is the access cone 3 with the safety edge 4 and the structures contained therein. In the access cone 3 are several free areas 7 contain. As free is a projected area of the access cone 3 denotes which no structures 5 or 6 having. In these free areas 7 the examiner can provide an access path to the lesion 1 determine.

In der 2 sind schematisch die Schritte 21 bis 27 des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Planen einer Intervention an einer Läsion anhand von räumlichen Bilddaten eines medizinischen Bildgebungssystems in einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. In einem ersten Schritt 21 wird mittels Segmentation der räumlichen Bilddaten eine räumliche Ausdehnung der Läsion 1 bestimmt. Als nächster Schritt 22 wird an den segmentierten Bilddaten der Schwerpunkt S der Läsion 1 bestimmt. Ausgehend von dem Schwerpunkt S wird in einem Schritt 23 eine Verbindungslinie V zu einer Hautoberfläche 2 des Patienten bestimmt. Die Verbindungslinie V erstreckt sich als gerade Linie von dem Schwerpunkt S bis zu einer von einem Untersucher bestimmten Stelle auf der Hautoberfläche 2. Hierdurch hat der Untersucher die Möglichkeit, zu einer beispielsweise direkt hinter einem Gefäß oder einem Knochen liegende Läsion 1, gezielt einen Zugangspfad von einer Seite aus zu suchen.In the 2 are the steps schematically 21 to 27 of the inventive method for planning an intervention on a lesion based on spatial image data of a medical imaging system in an exemplary embodiment. In a first step 21 becomes a spatial extension of the lesion by segmentation of the spatial image data 1 certainly. As a next step 22 becomes the focus of the segmented image data S the lesion 1 certainly. Starting from the center of gravity S is in one step 23 a connecting line V to a skin surface 2 determined by the patient. The connecting line V extends as a straight line from the center of gravity S to a point on the skin surface determined by an examiner 2 , As a result, the examiner has the opportunity to a lying directly behind a vessel or a bone lesion 1 to search specifically for an access path from one side.

Weiter wird in einem nächsten Schritt 24 entlang der Verbindungslinie V ein Zugangskegel 3 berechnet. Die Verbindungslinie V stellt dabei die Längsachse des Zugangskegels 3 dar. Der Zugangskegel 3 wird in dieser Ausführungsform kleiner als die Ausdehnung der Läsion 1 senkrecht zur Verbindungslinie V berechnet. So kann sichergestellt werden, dass sich ein wesentlicher Teil der Läsion 1 innerhalb des Zugangskegels 3 befindet. Dies eignet vor allem bei unregelmäßig geformten Läsionen 1.Next will be in a next step 24 along the connecting line V an access cone 3 calculated. The connecting line V represents the longitudinal axis of the access cone 3 dar. The access cone 3 becomes smaller than the extent of the lesion in this embodiment 1 calculated perpendicular to the connecting line V. This can ensure that there is a substantial part of the lesion 1 within the access cone 3 located. This is especially useful for irregular shaped lesions 1 ,

In einem darauffolgenden Schritt 25 werden in dem Zugangskegel 3 vorhandene Strukturen segmentiert. Hat der Untersucher zuvor die Verbindungslinie V beziehungsweise die entsprechende Stelle auf der Hautoberfläche 2 so bestimmt, dass im Zugangskegel 3 zwischen der Hautoberfläche 2 und der Läsion 1 keine Strukturen vorhanden sind, werden folglich bei der Segmentierung keine Strukturen erkannt. Als nächster Schritt 26 werden der Zugangskegel 3 und die segmentierten Strukturen bildlich dargestellt. In dieser Ausführungsform erfolgt die Darstellung als Parallelprojektion senkrecht zur Verbindungslinie V direkt auf der Hautoberfläche 2 mittels einer Laserprojektion.In a subsequent step 25 be in the access cone 3 segmented existing structures. If the examiner previously has the connecting line V or the corresponding point on the skin surface 2 so determined that in the access cone 3 between the skin surface 2 and the lesion 1 no structures are present, therefore no structures are recognized during the segmentation. As a next step 26 become the access cone 3 and the segmented structures are depicted. In this embodiment, the representation takes place as a parallel projection perpendicular to the connecting line V directly on the skin surface 2 by means of a laser projection.

Anhand der Projektion des Zugangskegels 3 kann der Untersucher einen Zugangspfad zur Läsion 1 und eine Eintrittsstelle in den Zugangspfad bestimmen, wobei der Zugangspfad frei von Strukturen ist. Die Eintrittsstelle und ein Eintrittswinkel in den Zugangspfad können in einem weiteren Schritt 27 direkt auf der Hautoberfläche 2 mittels eines Lasers angezeigt werden.Based on the projection of the access cone 3 the examiner can provide an access path to the lesion 1 and determine an entry point into the access path, the access path being free of structures. The entry point and an entry angle into the access path may be in a further step 27 directly on the skin surface 2 be displayed by a laser.

Claims

Method according to the preceding Claim 1 , characterized in that the spatial extent of the lesion (1) is determined by segmentation.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 2 , characterized in that the skin surface (2) is determined by means of an air-tissue transition.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 3 , characterized in that a shortest connecting line (V) from the center of gravity (S) of the lesion (1) to the skin surface (2) is determined.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 3 characterized in that a connecting line (V) from the center of gravity (S) of the lesion (1) to a user-defined location on the skin surface (2) is determined.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 5 , characterized in that the access cone (3) with an opening angle (φ) between 0 ° and 60 °, preferably between 0 ° and 30 °, further preferably between 10 ° and 20 °, is calculated.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 6 , characterized in that the access cone (3) smaller or equal to an extension (4) of the lesion (1) is calculated perpendicular to the longitudinal axis of the access cone.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 7 , characterized in that the structures (5; 6) in the access cone (3) are recognized as bones (5), vessels (6) and / or organs.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 8th , characterized in that the structures (5; 6) are segmented with a defined magnification.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 9 , characterized in that the access cone (3) with the structures (5; 6) segmented therein is displayed on a screen.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 10 , characterized in that the parallel projection by means of a laser on the skin surface (2) is shown.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 10 , characterized in that the parallel projection by means of an image projector on the skin surface (2) is displayed.

Method according to one of the preceding Claims 10 to 12 , characterized in that the structure-free, suitable as access path areas of the access cone (3) are highlighted.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 13 , characterized in that an entry point in the access cone (3) is displayed.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 14 , characterized in that an entry angle in the access cone (3) is displayed.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 15 , characterized in that the access cone (3) is observed by means of a real-time imaging method.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 16 , characterized in that at least steps 1.3 to 1.6 are repeated until the access cone (3) contains an access path from the skin surface (2) to the lesion (1) which is free from the segmented structures (5) contained in the access cone (3). is.

Intervention system for performing an intervention on a lesion (1) of a patient comprising at least one arithmetic unit and a biopsy needle controlled by the arithmetic unit, characterized in that the arithmetic unit a method according to one of the preceding Claims 1 to 17 performs.