DE3205085A1

DE3205085A1 - Stereotaktisches chirurgiesystem

Info

Publication number: DE3205085A1
Application number: DE19823205085
Authority: DE
Inventors: Manlio 11530 Garden City N.Y. Abele; Maxim 10016 New York N.Y. Koslow
Original assignee: New York University NYU
Current assignee: New York University NYU
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1982-09-23
Also published as: IT8247768A0; GB2094590A; AU7986682A; FR2499399A1; JPS57177738A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die stereotaktische Chirurgie und ist speziell auf eine Vorrichtung zur Anwendung der Computer-Tomographie bei chirurgischen Operationen gerichtet. Die Erfindung wird zwar nachfolgend unter spezielle Bezugnahme auf die Erfordernisse bei der llirnchirurgie beschrieben, es sei jedoch betont, daß ihr Anwendungsgebiet hierauf nicht beschränkt ist.

Die stereotaktische Chirurgie ist ein Teilgebiet der Neurochirurgie und betrifft eine Klasse von Operationen, bei welchen Sonden, wie beispielsweise Kanülen, Nadeln, Klemmen oder Elektroden an Hirnstellen oder anderen verdeckten anatomischen Zielen angebracht werden sollen, die von außen her nicht sichtbar sind. Die allgemeine Lage jener Stellen wird mit Hilfe von Messungen aus Bezugspunkten bestimmt, die mit Hilfe von Röntgenstrahlen oder anderen geeigneten Misteln dargestellt werden. Solche Messungen basieren auf Atlanten, die mit Hilfe anatomischer Studien und der Autopsie gewonnen wurden. Wegen der unterschiedlichen Anatomie der Patienten muß die exakte Lage des interessierenden Bereiches beim einzelnen Patienten mit Hilfe physiologischer Untersuchungen für den betreffenden Patienten bestimmt werden. Der Umfang des Erfolges der stereotaktischen Chirurgie hängt von der Erfahrung des Chirurgen, von der Präzision des stereotaktischen Instruments und der radiologischen Gehirndarstellungstechnik ab.

Ein stereotaktisches Instrument ist eine führungsvorrichtung, die in der Human-Neurochirurgie verwendet wird, um ein Instrument zu einem speziellen Punkt innerhalb des Gehirns durch eine kleine Öffnung in der Schädeldeckel mit Hilfe radio-

graphischer oder anderer Sichtbarmachung von Bezugspunkten zu führen. Stereotaktische Instrumente sind so konstruiert, daß sie es dem Chirurgen erlauben, mit hoher Wiederkehrgenauigkeit Instrumente in vorbestimmte Gewebsbereiche zu steuern. Die richtige Lage einer Sonde wird häufig mit Hilfe von Röntgenstrahlen überprüft, um Fehler der Vorausberechnung zu ermitteln und eine Abweichung der Sonde von der vorbeschriebenen Richtung während ihrer Einführung in das Hirn zu korrigieren. Physiologische Parameter können hierbei herangezogen werden, um das' optimale Ziel weiter einzugrenzen.

Gegenwärtig werden stereotaktische Instrumente meistens, aber nicht ausschließlich bei folgenden Operationen eingesetzt:

Thalamotomie bei Parkinsonismus und anderen Arten von Zitterkrankheiten,

Elektrodenimplantierung bei Epilepsie, Nadel- und/oder Magneteinsetzen bei Aneurysmusthrombosen,

Thalamische oder subthalamische Operationen zur Behebung ungesteuerter Bewegungen, wie Veitstanz oder Hemiballismus,

Entfernen von Kleinhirnzellen bei Spastizität,

Cingulotomie und thalamische oder subthalamische Chirurgie zur Schmerzbehandlung,

Stereoenzephalotomie zur Schmerzbehandlung,

Entfernen der subcorticalen Schläfenbeinlappen zur Behandlung von Epilepsie,

Psychachirurgische Verfahren,

Implantieren von tiefenstimulierenden Elektroden zur Schmerzbehandlung,

Einführen von Klemmen oder Nadeln zur Entnahme von Gewebsproben,

Entfernen von Fremdkörpern,

Implantieren von radioaktivem Material, Entnehmen von Gewebsproben oder Behandeln von Tumoren.

Die vorstehende Aufzählung gibt nur einige Anwendungsbeispiele an. Es ist nicht erforderlich, einen Punkt im Raum zu treffen, sondern einen Bereich zu treffen oder einen Querschnitt durch ein Gebiet anzugeben. Die stereotaktische Vorrichtung hat die Aufgabe, den Vorschub einer Elektrode oder einer anderen Sonde genau zu einem vorgegebenen Punkt im Raum, dem stereotaktischen Ziel, relativ zur Vorrichtung zu führen. Wenn man die Vorrichtung daher an der Schädeldecke anbringt, dann kann man die Sonde zu einem gegebenen geographischen Punkt innerhalb des Schädels vorwärtsbewegen, der an der Schädelbasis oder im Rückenmarkskanal liegt. Gewöhnlich werden die Kammern oder Hohlräume innerhalb des Hirns oder andere Bezugspunkte im Gehirn mit Hilfe von Röntgenaufnahmen oder anderen geeigneten Einrichtungen identifiziert,indem man hierzu einen Atlas oder Tabellen zu Hilfe nimmt und es werden die mittlere Distanz und die Richtung zwischen einem so ermittelten Bezugspunkt und einem gegebenen anatomischen Ziel damit ausgemessen. Die Sonde wird dann in das stereotaktische Ziel eingeführt, d.h. zu dem Punkt im Raum innerhalb des Schädels gebracht, der aus der ermittelten Distanz und Richtung

zwischen dem wahrgenommenen Bezugspunkt und dem gewünschten Ziel in Bezug auf das Koordinatensystem der stereotaktischen Vorrichtung errechnet worden ist. Es ist bekannt, daß es erhebliche anatomische Unterschiede in der Hirngröße und -gestalt gibt, so daß die Ermittlung des Zielpunktes aus einem Atlas oder einer Tabelle mit Unsicherheiten behaftet ist. Wo es möglich ist, wird daher noch eine physiologische Nachprüfung durchgeführt. Man muß dabei unterscheiden zwischen der anatomischen Genauigkeit, die wegen der Unterschiedlichkeit der Hirne nicht groß ist, und der mechanischen Genauigkeit, die von der Präzision des stereotaktischen Instruments abhängt. Beim Einsatz der Computer-Tomographie für die stereotaktische Chirurgie kann man manche Ziele, wie beispielsweise einen Hirntumor, direkt als Bild darstellen.

Wie zuvor erläutert, werden gegenwärtig Röntgenbilder des Gehirns in der Neurochirurgie dazu herangezogen, die verfügbaren Bezugspunkte zu lokalisieren. Eine Serie von Bildern, die in einander orthogonalen Ebenen aufgenommen worden sind, erlauben es dem Neurochirurgen, die Koordinaten eines Bezugspunktes zu bestimmen. Dabei kann es leider geschehen, daß ein Bezugspunkt wegen des geringen Auflösungsvermögens von konventionellen Röntgenbildern und Unsicherheiten in der Kopfausrichtung nicht sogleich identifizierbar ist.

Die Computer-Tomographie schafft eine neue Darstellungstechnik, die nicht nur ein hohes Auflösungsvermögen aufweist, sondern auch eine quantitative Information über die Anatomie liefert. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Computer-Tomographie in ein neurochirurgisches Verfahren integriert werden, das eine verbesserte Zielermittlung schafft.

Die Grundlagen der Computer-tomographischen Abtastung und der Darstellung sind in der US-PS 37 78 614 erläutert, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Offenbarungsgehalt dem Inhalt dieser Beschreibung zugerechnet werden soll.

Eine ausführliche Analyse der Integration der Computer-Tomographie in die Neurochirurgie erfordert es, die Unterschiede zwischen den Bedürfnissen des Chirurgen und der Abtastart und Datendarstellung in üblichen Computer-Tomographen aufzuzeigen, die bislang ausschließlich für Diagnosezwecke entwickelt worden und für diese geeignet sind.

Die Hauptinformation, die man aus einem üblichen Computer-Tomogramm erhält, ist die Größe der lokalen Gewebsdichte. Dieser wird zur Diagnose von Gewebeanomalin verwendet. Die räumliche Dichteverteilung ergibt eine Information über die Anatomie, die Lage und die Dimensionen von Gewebeanomalin. Für Diagnosezwecke werden daher die räumliche Auflösung in der Bildebene und die Dicke der bei jeder Abtastung überdeckten Gewebs-"Scheibe" so gewählt, daß man eine maximale Empfindlichkeit im Gewebsdichte-Unterscheidungsvermögen erhält. Dies steht im Widerspruch zu den Bedürfnissen der Chirurgie, wo die Anatomie und speziell die Umrisse von Organen der dominierende Parameter sind, um entweder Zielpunkt- oder Bezugspunktlage zu bestimmen. Die Abtastparameter und die Algorithmen zur Bilddarstellung müssen dann so gewählt werden, daß man eine maximale Genauigkeit bei der Zielortungsmessung erhält, während das Gewebsclichte-Auf lösungsvermögen von untergeordneter Bedeutung ist.

Bei der gewöhnlichen Computer-tomographischen Abtastung für Diagnosezwecke wird eine Mehrzahl von Abtastungen durchgeführt, um den gesamten Bereich des Hirns zu erforschen und um die dreidimensionalen Eigenschaften des besonders interessierenden Gewebebereichs zu bestimmen. Der Abstand zwischen den Abtastebenen oder "Scheiben" und die Dicke und Zahl der Scheiben hängen von der spezifischen Information ab, die der Aizt in jedem betreffenden Fall sucht. In der Chirurgie muß

die Folge der Abtastungen die räumlichen Koordinaten eines Zielpunktes liefern. Im allgemeinen muß daher der interessierende Raumbereich gleichmäßig mit einer Folge von Abtastungen mit Intervallen erforscht werden, die so gewählt sind, daß man ein gleichförmiges räumliches Auflösungsvermögen über den gesamten interessierenden Volumenbereich erhält.

Bezüglich der Abmessungen des abzutastenden Volumenbereichs sind für Diagnosezwecke·eine Folge von Gesamtabtastungen des Kopfes notwendig, während man für chirurgische Zwecke die Abtastungen auf den interessierenden Bereich beschränken kann, denn wenn der Patient in den Operationssaal gebracht wird, dann liegt die Diagnose bereits vor und dem Chirurgen stehen die mit konventioneller Abtastung ermittelten Ergebnisse zur Verfügung. Abmessungen in der Größenordnung von 5 cm des während der Operation zu 'beobachtenden Volumenbereichs sind für Hirnoperationen ausreichend. Der chirurgische Abtaster kann dann für solche Teilabtastungen dimensioniert werden und es können damit zwei wesentliche Vorteile erzielt werden. Die Beschränkung der Abtastung auf den erwähnten Teilbereich machen es möglich, eine hohe räumliche Auflösung zu erreichen, ohne daß die Gesamt-Röntgenstrahlendosis gesteigert wird. Weiterhin werden Größe und Gewicht des Aufbaus eines Abtasters für Teilabtastung eines solch kleinen Bereiches im Vergleich zu einem konventionellen Abtaster drastisch kleiner.

Die obigen Betrachtungen beziehen sich primär auf die Darstellungslogik und die Abtastmodalitäten. Bedeutsame Betrachtungen müssen zusätzlich hinsichtlich des chirurgischen Instrumentatriums oder des Operationsvorganges sowie des Umgangs mit den Patienten angestellt werden. Zunächst sei erläutert, daß die stereotaktische Führung und der Kopfhalter so gestaltet sein müssen, daß sie den Röntgenstrahl während

der Abastfolge so wenig wie möglich stören. Die stereotaktische Führung kann so getroffen werden, daß ihre EinstellVorrichtungen und Haltevorrichtungen außerhalb der Abtastebenen liegen. Konventionelle Kopfhalter sind andererseits für dieses System nicht so einfach geeignet, weil sie einen relativ geringen Freiheitsgrad in der Lage der Haltestifte aufweisen, die den Schädel in der geeigneten Lage festhalten. Wenn diese Stiftanordnung die Abtastebene kreuzen muß, dann müssen die Materialien und die Gestalt des Halters sorgfältig so gewählt werden, daß über den gesamten Bildbereich schädliche Einflüsse vermieden werden. Die Gestaltung dieser chirurgischen Komponenten ist jedoch nur ein Teil des Gesamtproblems, die chirurgischen und die Abtasterfordernisse miteinander zu vereinen. Es ist wohl bekannt, daß die Bildrekonstruktion Daten benötigt, die aus einem Umlauf der Röntgenstrahlenquelle um wenigstens 180° in der Abtastebene gewonnen wurden. Dies hat zu geschlossenen Bauweisen aller üblichen Abtaster geführt, die lediglich eine Öffnung aufweisen, deren Abmessungen von dem Querschnitt des menschlichen Körpers bestimmt werden. Eine geschlossene Bauweise und die Lage der Abtastebene in Bezug auf den Halter, der den Patienten hält, macht einen solchen bekannten Abtaster jedoch kaum geeignet für stereotaktische chirurgische Operationen, da sie dem Chirurgen den Zustang zum Operationsbereich erschweren. Die Größe und die Gestalt des Aufbaus des Abtasters sind daher ein bedeutsamer Faktor bei der Gestaltung eines integralen chirurgischen Systems.

Die Behandlungsverfahren eines Patienten für Diagnosezwecke sind darüber hinaus häufig nicht geeignet für chirurgische Anwendungen. Bei einem üblichen bekannten Abtaster wird, von einer Neigung des Abtastergestells abgesehen, ausschließlich der Patient auf seiner Liege in axialer und in vertikaler

Richtung bewegt, um einen vorgegebenen Bereich des Patienten in die Abtastebene zu bringen. Bei einer chirurgischen Behandlung muß als erstes der Patient jedoch in eine Lage gebracht werden, die sowohl für die Operation als auch für die Abtastung geeignet ist. Es muß dazu sowohl das Gestell des Abtasters als auch die Auflage für den Patienten in geeigneter Weise gesteuert, bewegt und ausgerichtet werden. Wenn diese Ausrichtphase beendet ist und der Kopf des Patienten an seinem Halter festgelegt ist, dann muß der Patient in dieser Stellung unbewegt gehalten werden und es müssen die Bewegungen aller Instrumente, einschließlich des Abtasters sehr definiert steuerbar sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Algorithmus für die Bildrekonstruktion und für die Orientierung der Bildebenen so gewählt, daß die Darstellung der Gewebeanatomie, nicht jedoch die Darstellung der Gewebecharakteristik optimiert ist. Außerdem wird die Abtastung auf einen Teilbereich beschränkt, in dem nur der interessierende Raumbereich erfaßt wird, wobei das räumliche Auflösungsvermögen in einer Abtastebene als auch in einer Ebene senkrecht dazu gleichförmig ist. Es muß eine niedrige Abtastgeschwindigkeit gewählt werden, um einerseits eine optimale Bildqualität zu erreichen, andererseits die Röntgenstrahlendosis im Bereich der Teilabtastung innerhalb der Gesamtabtastzeit des interessierenden Gewebebereichs gering zu halten. Die Abmessungen des bei der Teilabtastung erfaßten Gewebebereichs werden so gewählt, daß einerseits die chirurgischen Bedürfnisse befriedigt werden, andererseits die Anzahl der Daten und die Rechenzeit im Computer-Tomographen nicht zu groß werden. Der Kopfhalter und die stereotaktische Führung sind vorzugsweise so gestaltet, daß sie sich gegenseitig während der Abtastung im interessierenden Gewebebereich so wenig wie möglich stören. Das Gestell für den Abtaster ist so gestaltet, daß er den Zugang für den Chirurgen zum Operationsfeld so wenig wie möglich stört und ausreichend Freiheit

läßt, den Patienten in geeigneter Weise zu positionieren. Verschiebungen und Winkelverstellungen, die für die Abtastung erforderlich sind, sollten mit Hilfe des Gestells anstelle mit Hilfe der Liege des Patienten vorgenommen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in dem Abtaster Sicherheitsmaßnahmen getroffen, um Notfällen Rechnung zu tragen und es insbesondere zu ermöglichen, das Gestell schnell vom Patienten zu entfernen, wenn dies notwendig sein sollte.

Weitere Ausgestaltungen beziehen sich vorteilhafterweise auf Maßnahmen zur Beobachtung der chirurgischen Operation. Nach Abschluß der Ermittlung des Zielpunktes und Einstellung der Richtungssteuerung der stereotaktischen Führung wird die Sonde in das Gehirn eingebracht, um die Tiefe des Zielpunktes zu erreichen. Das Eindringen in das Hirn wird dadurch beobachtet, daß die Koordinaten der Position der Sondenspitze gemessen werden, bis diese den Zielpunkt erreicht hat. Das Röntgensystem des Abtasters wird auf diese Weise dazu verwendet, die Lage der Sondenspitze an vorbestimmten Punkten des Weges, den die Sonde nimmt, zu beobachten.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung von der Stirnseite einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vereinfachte Teildarstellung der Anordnung nach Fig. 1 von der Seite;

Fig. 3 Bilddarstellungen, beispielsweise auf einer Kathodenstrahlröhre, die nach der Erfindung gewonnen werden;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise unter Verwendung der Erfindung;

Fig. 5 eine weitere Darstellung bezüglich der geometrischen Zusammenhänge, wie sie bei der Erfindung Anwendung finden;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der geometrischen Parameter, wie sie bei der Teilabtastung nach der Erfindung zu beachten sind;

Fig. 7 eine Verteilung in der Nähe des Übergangs zwischen Bereichen verschiedener Werte;

Fig. 8 eine seitliche Schnittdarstellung eines Operationstisches, um die Lage der erfindungsgemäßen Vorrichtung darzustellen;

Fig. 9 eine stirnseitige Ansicht der Anordnung nach Fig. 8;

Fig. 10 eine detaillierte Darstellung der Sondenanordnung;

Fig. 11 eine Darstellung einer Halteeinrichtung, um den

Kopf des Patienten in Bezug auf die Sondenanordnung festzuhalten, und

Fig. 12 eine geometrische Darstellung über die mathematischen Zusammenhänge zwischen den starr miteinander verbundenen Koordinatensystemen.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Man erkennt einen Operationstisch 20 zur Aufnahme eines Patienten, dessen Kopf hier der Einfachheit halber mit einem Kreis 21 eingezeichnet ist. Der Kopf des Patienten muß in einer vorgegebenen Position auf dem Tisch starr festgehalten werden. Zu diesem Zweck kann eine Mehrzahl von Stäben oder Stiften 22 von einem Halterahmen 23 radial nach innen vorgeschoben werden. Die Stäbe 22 liegen fest am Schädel des Patienten an. Diese Art der Festlegung des Kopfes des Patienten ist hier nur als Beispiel erläutert, es können auch andere Methoden hierfür angewendet werden.

Der Tisch ist mit einer Abtasteinrichtung versehen, die eine Teilabtastung durchführen kann. Diese Abtasteinrichtung ist hier in offener Bauweise ausgeführt, weil es nicht notwendig ist, daß der gesamte Schädel des Patienten von der Abtasteinrichtung umfahren wird, so daß der Schädel für den Chirurgen ziemlich frei zugänglich ist. Die Abtasteinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Strahlenquelle 25 und einer Serie von Detektoren, die mit 26 bezeichnet sind. Die Strahlenquelle 25 kann eine solche sein, die durchdringende Strahlen, beispielsweise Röntgenstrahlen, kreissektorfijrmig aussendet und ist auf einem gegebenen Bogen beweglich. Die Detektoren 26 können aus einer V/ielzahl von Detektoren bestehen, die diese Strahlen empfangen und ihre Signale einem Rechner 27 zuführen. Diese Anordnung erlaubt eine Abtastung eines Kreises gegebenen Radius beispielsweise an einer vorbestimmten Stelle innerhalb des Hirns des Patienten.

Es ist wichtig hervorzuheben, daß die Rekonstruktion der Bilder nach einem Algorithmus durchgeführt wird, der nachfolgend mit Delta /U Algorithmus bezeichnet wird. Dieser Algorithmus, der nachfolgend noch im Detail erläutert wird, ermöglicht eine scharfe Eingrenzung von Bereichen des Hirns und macht daher

die Vorrichtung der Erfindung für den beschriebenen Zweck anwendbar. An don Rechner kann eine Anzeigeeinrichtung 28 angeschlossen sein, um die rekonstruierten Bilder darzustellen, wie noch weiter beschrieben wird. Auch kann zusätzlich ein Speichor M vorgesehen sein, der die Daten zuvor ermittelter Orte spezieller Merkmale, die mit dem beobachteten Bereich Beziehungen aufweisen, speichert. Mit Hilfe einer Tastatur KB können Daten in den Rechner eingegeben werden und ein Lichtgriffel LP dient dem Operateur dazu, Daten auf der Anzeigeeinrichtung zu lokalisieren und sie in den Rechner einzugeben.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht im Ausschnitt der Anordnung nach Fig. 1, aus'der ersichtlich ist, daß die Strahlenquelle 25 und dementsprechend die Detektoranordnung 26 in Längsrichtung des Operationstisches, d.h. vom Kopf zum Fuß des Patienten, bewegbar sind. Fig. 2 zeigt auch eine Mehrzahl von vertikalen Linien 27, die im wesentlichen im gleichen Abstand voneinander im Kopfbereich des Patienten verlaufen. Diese Linien 27 stellen Abtastebenen dar, die beispielsweise 2,5 mm Abstand voneinander haben können. Die Abtasteinrichtung, bestehend aus der Strahlenquelle 25 und dem Detektor 26, ist in Achsrichtung beweglich, um eine diskrete Abtastung des Kopfes des Patienten in den verschiedenen Ebenen 27 zu ermöglichen.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung von Aufnahmen, die man auf der Anzeigeeinrichtung 28 während des typischen Einsatzes der vorbeschriebenen Einrichtung erhält. Diese Figur zeigt 14 Bilder in vier Reihen, die in verschiedenen Vertikalebenen durch das Hirn des Patienten aufgenommen und rekonstruiert worden sind. Die drei einzelnen Bilder in der oberen Reihe zeigen Schnittbilder, die aus den Daten rekonstruiert worden sind, die in den Scheibenschnitten gewonnen worden sind und geben Schnitte in Axialrichtung des Patienten, d.h. in vom Kopf zum Fuß gerichteten Ebenen an. Die Art dieser Rekonstruktion solcher

Bilder und der Algorithmus zur Gewinnung derselben sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, werden jedoch zum besseren Verständnis nachfolgend noch erläutert.

Es sei noch einmal auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen. Ein beweglicher Halter 30 ist nahe der Schädeldecke des Patienten eingezeichnet. Dieser Halter 30 trägt eine Sonde 31.

Der Halter 30 ermöglicht es, die Spitze der Sonde an jeder beliebigen Stelle nahe der Schädeldecke in Position zu bringen und weist weiterhin Einrichtungen auf, mit denen die Koordinaten der Sondenspitze in Bezug auf ein Referenzkoordinatenkreuz der Abtasteinrichtung, d.h. der Strahlenquelle 25 und des Detektorsystems 26,zu ermitteln. Das Koordinatensystem kann beispielsweise eine X-Koordinate aufweisen, die sich horizontal in Bezug auf die Oberseite des Operationstisches und transversal zu ihr erstreckt, während eine Y-Koordinate sich vertikal erstreckt und sich eine Z-Koordinate senkrecht zu der Abtastebene erstreckt, beispielsweise durch das Zentrum des Abtastbereiches der Abtasteinrichtung. Mit anderen Worten, der Sondenhalter ermöglicht es, den Ort der Sonde präzise in Bezug auf das Abtastsystem festzulegen. Die Sonde selbst ist ebenfalls in drei verschiedenen Möglichkeiten einstellbar. Mit der ersten wird der Winkel der Sonde präzise gegenüber der von dem Operationstisch angegebenen Ebene, d.h. der Horizontalebene einjustiert. Weiterhin kann der Winkel eine?, vertikalen Flusses, der die Sonde enthält, in Bezug auf eine vertikale Axialebene, d.h. eine Ebene, die von den Y- und Z-Koordinaten definiert wird, präzise festgelegt werden. Schließlich kann die Länge der Sonde, die sich von dem Referenzpunkt erstreckt, längs der gegebenen Winkelrichtungen präzise bestimmt werden.

An diesem Punkt sei betont, daß die Sonde eine beliebige konventionelle Sonde sein kann, beispielsweise eine Kälte erzeugende Sonde für Vereisungsoperationen.

Die Betriebsweise des dargestellten Systems soll nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert werden, die die geometrischen Parameter der Erfindung darstellt.

Wenn nine Teilabtastung durchgeführt wird, wie oben erläutert wurde, dann werden vollständige Daten in einem kreisförmigen Bereich erhalten, der einen kleinen Radius aufweist. Wenn eine Serie von Abtastungen in axialen Richtungen durchgeführt wird, die im Abstand zueinander verlaufen, dann ergibt sich eine Vielzahl von Scheiben oder Schnitten S, bis S.., so daß insgesamt dadurch ein zylindrischer Bereich C umrissen wird, innerhalb welchem alle Abtastungen liegen. Die Länge 1 des Zylinders wird selbstverständlich von der Anzahl der Schnitte und dem Abstand zwischen den Schnitten bestimmt.

Bei den Abtastungen nach Fig. 3 sind beispielsweise 14 solcher Schnitte dargestellt, obgleich eine größere oder kleine Anzahl solcher Schnittaufnahmen gemacht werden kann, je nachdem, was benötigt wird. Die Position eines jeden Schnittes in der Z-Richtung, gemessen vom Zentrum 0 des Koordinatensystems, wird präzise von der Geometrie des Systems festgelegt. Diese Daten werden dem Rechner zugeführt, so daß der Rechner daraus präzise die axiale Lage eines jeden Schnittes identifizieren kann.

Gemäß einer Betriebsart des erfindungsgemäßen Systems wird eine Vielzahl solcher Schnitte des Hirns abgetastet, so daß sich Bilder wie die in Fig. 3 dargestellten ergeben. Der Chirurg kann aufgrund des Studiums dieser Schnitte, die auf dem Bildschirm rekonstruiert werden, bestimmen, welcher spezielle Punkt in einem bestimmten Schnitt für ihn von besonderem Interesse ist. In Übereinstimmung mit der konventio-

-ZZ-

nellen Praxis kann jeder dieser Schnitte auf dem Schirm vergrößert dargestellt werden, um Details genauer beobachten zu können. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Schnitt entsprechend S₂ von Fig. 4 für den Chirurg von besonderem Interesse ist und daß der Punkt T dieses Schnittes jener ist, zu dem er die Sonde führen will. Bei der genauen Inspektion der entsprechenden Rekonstruktion des Schnittes auf dem Schirm kann der Chirurg mit Hilfe eines Lichtgriffels diesen Punkt markieren und dadurch mit Hilfe des Rechners besonders kennzeichnen. Der Rechner erhält dadurch eine genaue Information über die wahren Koordinaten dieses Punktes T im Raum.

Aufgrund der starren mechanischen Kopplung zwischen dem Koordinatensystem des Abtastsystems und dem Koordinatensystem der Sonde P nach Fig. 4 können die Daten entsprechend den Koordinatenwerten der Spitze P-, der Sonde entweder manuell oder automatisch in den Rechner eingegeben werden. Diese Koordinatenwerte können beispielsweise Xp₁> Yp-i und Z_p, sein. Mit diesen Daten kann der Rechner sofort den Winkel Q zwischen der Linie D und der Horizontalen ermitteln, den Winkel Φ der Linie D gegenüber der vertikalen Axialebene und die Distanz zwischen dem Punkt T und dem P,. Mit diesnn Informationen, die gegebenenfalls auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden können, kann die Sonde manuell oder automatisch in der geeigneten Richtung auf den Punkt T eingestellt und zu diesem Punkt mit der richtigen Distanz hingesteuert werden. In Fig. ist der Punkt P, in der Mitte eines Kreises H eingezeichnet, dieser Kreis stellt das zu bohrende Loch dar und durch dieses Loch wird die Sonde eingeführt. Der Punkt T, der Ausgangsstellung der Sondenspitze wird vorzugsweise im Zentrum dieses Loches festgelegt, das man entweder vor oder nach dem Abtastprogramm bohren kann, dessen Ergebnisse in Fig. 3 dargestellt sind.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung soll unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert werden. Eine Scheibe S-, ist dort abgebildet und man erkennt auf ihr zwei Punkte L, und L„ . Diese Punkte haben die- Koordinatengrößen X. , , Y, ,, Z. , bzw. X. „, Y. „ und Z.,. Die;se Punkte L, und L „ sind Bezugspunkte im Hirn und liegen hier nur zufälligerweise in derselben Svheibe (Schnittebene). Diese Bezugspunkte können beispielsweise die Commiiisura anterior und die Commissura posterior sein. Aufgrund der Verwendung des Delta /U Algorithmus können solche Bezugspunkte sehr schnell durch einen Blick auf die Anzeigeeinrichtung lokalisiert werden und ihre Koordinaten lassen sich sehr schnell ermitteln. Man kann beispielsweise mit Hilfe eines Lichtgriffels einen spezifischen Bezugspunkt identifizieren und dem Eingang des Rechners in der gleichen Weise zuführen wie man einen solchen Bezugspunkt mit Hilfe einer Tastatur oder einer mit einer mit einem Lichtgriffel angesprochenen angezeigten Datenliste dem Rechner eingeben kann, und der Rechner ermittelt dann die diesem Bezugspunkt zugehörigen Koordinaten. Der "Atlas for Stereotaxy of the Human Brain" von Schaltenbrand und Wahren, Zweite Auflage, George Thieme-Verlag, 1977, gibt Standardvergleichswerte in Bezug auf die Linie zwischen der Commissura anterior und der Commissura posterior an, so daß die Lagen spezifischer Punkte im Hirn relativ zu dieser Linie hinsichtlich Richtung und Abstand präzise ermittelt werden können. Die Daten dieses Atlas können in den Speicher des Rechners eingeschrieben sein, so daß nach Eingabe der Koordinatenwerte der Commissura anterior und der Commissura posterior und der Eingabe eines Codes, der einer weiteren speziellen Stelle im Hirn entspricht, der Rechner sofort die Koordinatenpositionen dieser Stelle ermitteln kann.

Mit anderen Worten, die Teilabtastungen werden unter Zuhilfenahme des Delta ,u Algorithmus dazu verwendet, die Commissure anterior und die Commissure posterior zu lokalisieren und zu identifizieren, wodurch es möglich wird, die Sonde an einen anderen spezifischen Punkt im Hirn heranzuführen, ohne daß es notwendig ist, daß dieser andere Punkt in den auf dem Bildschirm dargestellten Schnittebenen identifiziert wird. Diese Verfahrensweise ist wegen der starren mechanischen Kupplung der Referenzkoordinaten des Abtastsystems und der des Sondenhaltesystems und wegen der Definition der rekonstruierten Bilder, die mit Hilfe des Delta ,u Algorithmus gewonnen wurden, möglich.

Diese Verfahrensweise und die Vorrichtung sind demzufolge nicht auf diagnostische Anwendungen beschränkt, sondern ermöglichen auch den Einsatz von Operationsinstrumenten in Kombination mit den Abtasteinrichtungen, so daß sich deren Nutzen gegenseitig ergänzen. Durch Einbeziehung des Teilabtastsystems in das Sondensystem und durch die starre Kupplung der Koordinatensysteme dieser zwei Anordnungen stehen sofort Informationen bezüglich der Lage der Sonde zur Verfügung, sobald sie der Chirurg benötigt. Das Teilabtastsystem läßt um den Kopf des Patienten darüber hinaus im Vergleich zu einem Vollabtastsystem beachtlichen Platz frei, so daß chirurgische Operationen vereinfacht werden. Aufgrund des Einsatzes des Delta ,u Algorithmus werden spezifische Bezugspunkte oder andere interessierende Bereiche des Hirns mit ausreichender Genauigkeit identifizierbar, so daß die starre Kopplung der erwähnten Koordinatensysteme für die Positionierung der Sonde von großem Wert ist. Die geschaffene Genauigkeit ist ausreichend, um eine genaue Positionierung der Sonde an der gewünschten Stelle sicherzustellen, ohne daß es notwendig ist, den Patienten zwischen einem Operationsort und beispielsweise einem Röntgenbestrahlungsort hin- und herzufahren, um dort die

Lage der Sonde zu überprüfen.

Bezüglich der Genauigkeit der Lokalisierung der Schnittebenen (Scheiben) in der axialen Richtung oder Z-Koordinate sei betont, daß die Lage jeder Scheibe in Bezug auf den Vergleichsursprung festgelegt wird, so daß sich Fehlerabweichungen nicht addieren können. Die Lage jeder Scheibe läßt sich auf diese Weise mit einer Genauigkeit von beispielsweise 0,5 mm festlegen. In einem typischen Beispiel haben die Scheiben einen Durchmesser von etwa 5 cm und die Rekonstruktions-Anzeigeeinrichtung hat ein Auflösungsvermögen von 1 mm, d.h. es hat eine 50 χ 50-Bildpunktematrix aufgrund der Teilabtastung. Diese Scheibendimensionen kann man mit einer Strahlenquelle und einer Detektoranordnung erzielen, die sich nur um 10° in Bezug auf die Z-Achse um den Operationstisch erstrecken.

Das Abtastsystem wird während der Erfassung der verschiedenen Scheiben um den Patienten bewegt, alternativ kann jedoch auch der Patient gegenüber dem Abtastsystem bewegt werden.

Die oben beschriebenen Scheiben sind 3 mm dick. Dieser Parameter wird selbstverständlich von dem Abtastsystem festgelegt. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Mitten dieser Scheiben einen Abstand von 2,5 mm haben, damit eine gewisse Überlappung zwischen" den Scheiben erzielt wird.

Bei dem von der Erfindung benutzten Abtastsystem ist die Abtastgeschwindigkeit nicht wesentlich, jedoch ist eine zeitliche Abstimmung zwischen dem Abtastsystem und dem Sondensystem von besonderer Bedeutung. Bei den üblichen Abtastalgorithmen ergibt die Rekonstruktion der Bilder eine Information über die Gewebeeigenschaften, jedoch keine endgültige Lokalisierung anatomischer Strukturen. Beim Gebrauch von Sonden ist es daher für den Chirurgen wichtig, anatomische Lagen zu

identifizieren und aus diesem Grund muß der Delta /U-Algorithmus verwendet werden, weil dieser Algorithmus die Grenzbedingungen anatomischer Strukturen mit für die Operation genügender Genauigkeit angibt.

Bei der Teilabtastung wird beim Rekonstruktions-Algorithmus nur ein Teil eines vorgegebenen Volumens betrachtet. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 sei angenommen, daß der Umriß des Kopfes des Patienten in Querschnittsrichtung gesehen von der Linie 40 angegeben ist. Für die Hirnchirurgie ist es dagegen selbstverständlich nicht notwendig, eine vollständige Information über den gesamten Querschnitt, der von der Linie 40 angegeben wird, zu erhalten. Es werden daher nur jene Daten ausgewertet, die aus einem Kreisquerschnitt 41 vom Radius Γ_ς stammen, und nur dieser Bereich wird durchstrahlt, während der Restbereich abgedeckt ist.

Die durchgezogene Linie 42 gibt den Röntgenstrahl an und ihre Lage wird durch die Polarkoordinaten & ψ im Koordinatensystem bestimmt, dessen Ursprung im Zentrum des Kreises, wie in Fig.5 dargestellt, gewählt ist. Wenn ß (£", ψ) dio Größe der Dämpfung ist, die der Röntgenstrahl im Körper erfährt, dann wird bei der Teilabtastung ß für alle Werte der Winkelkoordinate ψ und für alle Werte von ζ" ermittelt, die gleich oder kleiner als Γς sind.

Es sei nun die vergrößerte Darstellung des Kreisbereiches 41 in Fig. 6 betrachtet und es sei ein Polarkoordinatensystem mit den Koordinaten r, Q in der Bildebene angenommen. An jedem Punkt P(r,B) ermittelt man aus den Maßen von ß einen gewichteten Durchschnittswert <yU> des linearen Dämpfungskoeffizienten:

/ I r.e[rcos(i|»-6) * ο j=-^{00 D}

worin γ, das berechnete Abtastintervall und die Koeffizienten f. die Konvolut-Kernfunktion definiert. In der Gleichung I

werden die fehlenden Werte von ß für I^I> r als konstant für

■ * ■ s

jeden Wert von Ψ und als gleich mit dem letzten gemessenen Wert bei JfI= r angenommen. Auf diese Weise nimmt man in Gleichung I die Kontinuität von ß über den Kreis vom Radius

r an.
s

Der örtliche Wert ,u des linearen Dämpfungskoeffizienten in

/ a

der Bildebene hängt von der Optik des Röntgenstrahlensystems ab und ist ein geeigneter Mittelwert des wahren örtlichen Wertes des Dämpfungskoeffizienten über dem Strahlquerschnitt. Der Bildrekonstruktions-Algorithmus basiert auf dem Verhältnis

zwischen 4.,u > und ,u : / / a

2ir «

/ d4> / V₌(s, α) ω(ρ)ραρ _ττ

CL ^- J- J

οο

worin c£>(%) die gewichtende Funktion ist und:

f_s = [_r2 + p² + 2rp οο5(φ-θ)]^1/2 | -e) =-^- sin(a-e) III,

worin ^ und ($ die Polarkoordinaten in Bezug aufden Rekonstruktionspunkt P nach Fig. 6 ist. Die gewichtende Funktion, die für die Bildrekonstruktionen gewählt ist, ist eine Gauss-Uerteilung

worin A ein willkürlich gewählter Koeffizient ist. Der Wert von £,u > ist im wesentlichen gleich dem Durchschnittswert

von /U innerhalb eines Kreises des Radius Ar₁. / a I

Die Konvolutionsfaktoren \. hängen mit Cu wie folgt zusammen:

r₂

_f(|j|+Dr, τ ω

_f|| = 2ττ ω(ρ) ρ dp

^J II

θ. ν - ir [/(h+k)²- h² - /(h+k-1)"¹ -h⁵] _VI

und unter Berücksichtigung des Wertes der flewichtungsfunktion, die durch Gleichung IV angegeben ist, wird die rechte Seite der Gleichung \l zu

2τγ| ω(ρ)ρ dp = e ^λ · -e

^J hl

Eine Auflistung der numerischen Werte von Γ· ist für einige

Werte des Parameters H in Tabelle 1 angegeben. Die asymptotischen Werte von f- für |j j >?Λ ist unabhängig von /1 und gleich

j ir j* ■ VIII.

Man nehme nun die Differenz A,u zwischen zwei Werten von die für zwei verschiedene Werte /\,, ho ^^es P^arameters (i errechnet wurden. Es sei weiter angenommen, daß A~> ^i und daß der Wert von ^, in der Größenordnung von 1 liegt. Innerhalb der Grenzen von H??) 1» ^wo λ2^Γΐ 9^r°^^{er a}^^s die Abmessungen Körperquerschnitts werden, ist der einzige Unterschied zwischen dem Δ/U-Bild und dem Bild von ^/u), das bei jl - Λι rekonstruiert wird, eine willkürliche Abweichung des linearen Dämpfungskoeffizienten. Wenn man dagegen einen Wert für /i „ nahe bei A ■, wählt und einen kleinen Wert für r·,, dann wird das Λ/U-Bild die Differenz zwischen dem örtlichen Wert von ,u und dem

/ a

Durchschnittswert von /U innerhalb des Kreises vom Radius

/ a

λο^Γι · Eis sei z.B. angenommen, daß jt~ = 2^, und daß der Wert von r, klein im Vergleich zu den Abmessungen der untersuchten Organe ist. Innerhalb der Grenzen von r, -y 0 ergibt der örtliche Wert ν·οη Δ,υ:

IX,

worin der Mittelwert der zweiten Ableitung am Punkt P über den Gesamtbereich 2ΤΓ der Winkelkoordinate ψ errechnet wird. Im Hinblick auf die Gleichung IX ergeben Bereiche von gleichförmigen Werten für /U oder gleichförmigen Gradienten für /U Null· / a /a

werte für Δ,υ.\Ιοη Null verschiedene Werte für Δ,u liegen in der Nähe der Grenzflächen zwischen Regionen verschiedener /U-Werte, wie Fig. 7 zeigt, was im Idealfall einer ebenen Grenzfläche zwischen zwei in sich gleichförmigen Bereichen entspricht. Entsprechend der Gleichung IX reduziert sich das ß/ii-Bild auf zwei Bänder positiven und negativen Wertes, die durch eine Linie voneinander getrennt sind, die an der Grenzfläche zwischen den zwei Bereichen liegt. Die Breite der positiven und negativen Bänder hängt hauptsächlich von /U und r, ab und die räumliche Auflösung des £,u-Bildes steigt daher sowohl mit der räumlichen Auflösung des Abtasters und mit abnehmendem Abtastintervall r·,. Die Größe der Änderung von Δ,υ über die Grenzfläche hängt von der Orientierung der Grenzfläche in Bezug auf die Abtastebene ab und steigt mit der Differenz zwischen den Werten von ,u über der Grenzfläche selbst. Diese Betrachtungen gelten für anatomische Strukturen solange wie der örtliche Krümmungsradius der Grenzfläche zwischen Organen des Körpers ausreichend größer als r, ist. Innerhalb der Grenzen IX des JyU-Bildes ist der Umriss der Körperorgane durch folgende Gleichung bestimmt:

Ä/U = 0 X.

Die 4/U-Werte erhält man aus den Dämpfung:;werten ß mit Hilfe einer Gleichung, die identisch der Gleichung I ist, wenn Γ·

durch die neuen Koeffizienten:

ersetzt wird.

Weil die Gleichung VIII unabhängig von /{ ist, fallen die j~ Terme in der asymptotischen Ausdehnung von Alj für Jj|iV/l₇ weg. Asymptotisch nimmt Δ T- sehr schnell mit j entsprechend

der Gleichung

Ki(Xi,X₂)

ab, worin K(A₁S A₇) eine numerische Konstante ist, die die Größe

Kx(X₁, X₂) ^Y (λ₂ ² - λι²) _χΐΙΙ

aufweist. Eine Auflistung der Δ f.-Werte zeigt die Tabelle II für verschiedene Kombinationen der Werte A ι und ^„. Die schnelle Abnahme von 4 1*·, die durch die Gleichung XII gegeben ist, macht es möglich, den Radius r_s des Abtastkreises auf einen Ausschnitt der Körperabmessungen zu begrenzen, ohne daß ernsthafte Bildstörungen auftreten, die vom Verlust von Meßwerten ß außerhalb des Abtastkreises hervorgerufen werden könnten.

Tabelle I - Γ.

.250

.500

1.00

2.00

4.00

10.00

0	. .200000Ε+01	.19C337E+01	.126424Ε+01	.442398Ε+00	.121173Ε+00	.199003E-Ol
1	-.577350Ε+00	-.556201Ε+00	-.163134Ε+00	.109536Ε+00	.577497E-Ol	.111488E-Ol
2	-.164130Ε+00	-.166309Ε+00	-.194570Ε+00	-.352457E-Ol	.380649E-Ol	.110394E-Ol
3	-.738420E 01	.-.742578E-Ol	-.841560E-Ol	-.775770E-Ol	.129448E-Ol	.100671E-Ol
4	-.413549E-Ol	-.414827E-Ol	-.443852E-Ol	-.575726E-Ol	-.722496Ε-02	•865788Ε-02
5	-.263065E-Ol	-.263575E-Ol	-.274887E-Ol	-.347911E-Ol	-.183476E-Ol	.699149Ε-02
6	-.181722E-Ol	-.181963E-Ol	-.187244E-Ol	-.219224E-Ol	-.213030E-Ol .	.520595Ε-02
7	-.132949E-Ol	-.133077E-Ol	-.135862E-Ol	-.151109E-Ol	-.193324E-Ol	.342184Ε-02
8	-.101451E-Ol	-.101525E-Ol	-.103130E-Ol	-.111357E-Ol	-'155668E-Ol	.174130Ε-02
9	-.799477Ε-02	-.799934Ε-02	-.809827Ε-02	-.858510Ε-02	-.118946E-Ol	.243563Ε-03
10	-.646205Ε-02	-.646503Ε-02	-.652929Ε-02	-.683713Ε-02	-.901663Ε-02	-.101796Ε-02
11	-.533133Ε-02	-.533335Ε-02	-.537689Ε-02	-.558159Ε-02	-.696186Ε-02	-.201603Ε-02
12	-.447342Ε-02	-.447484Ε-02	-.450539Ε-02	-.464702Ε-02	-.553060Ε-02	-.274725Ε-02
13	-.380715Ε-02	-.380817Ε-02	-.383023Ε-02	-.393146Ε-02	-.451774Ε-02	-.322775Ε-02
14	-.327940Ε-02	-.328016Ε-02	-.329649Ε-02	-.337081Ε-02	-.377651Ε-02	-.348773Ε-02
15	-.285428Ε-02	-.285485Ε-02	-.286720Ε-02	-.292303Ε-02	-.321459Ε-02	-.356570Ε-02
16	-.250679Ε-02	-.250724Ε-02	-.251674Ε-02	-.255952Ε-02	-.277564E-Ö2	-..350326Ε-02
17	-.221913Ε-02	-.2219Ί8Ε-02	-.222692Ε-02	-.226025Ε-02	-.242448Ε-02	- . 3340 / ju -υζ
18	-.197831Ε-02	-.197858Ε-02	-.198449Ε-02	-.201085Ε-02	-.213822Ε-02	-.311418Ε-02
19	-.177467Ε-02	-.177489Ε-02	-.177964Ε-02	-.180077Ε-02	-.190126Ε-02	-.285355Ε-02
20	-.160094Ε-02	-.160112Ε-02	-.160498Ε-02	-.162212Ε-02	-.170256Ε-02	-.258206Ε-02
21	-.145154Ε-02	-.145169Ε-02	-.145486Ε-02	-.146891Ε-02	-.153413Ε-02	-.231632Ε-02
22	-.■IJ2ZL2E-02	-.132224Ε-02	-.132^67^-02	-.133650Ε-02	-.138998Ε-02	-.206715Ε-02
23	-.120928Ε-02	-.120938Ε-02	-.121158Ε-02	-.122128Ε-02	-.126558Ε-02	-.184064Ε-02
24	-.111029Ε-02	-.111038Ε-02	-.111223Ε-02	-.112039Ε-02	-.115741Ε-02	-.163929Ε-02
2 5	-.102298Ε-02	-.102306Ε-02	-.102463Ε-02	-.103155Ε-02	-.106273Ε-02	-.146313Ε-02
26	-.945586Ε-03	-.945649Ε-03	-.946990Ε-02	-.952892Ε-03	-.979364Ε-03	-.131063Ε-02
27	-.876654Ε-03	-.876708Ε-03	-.877861Ε-02	-.882926Ε-03	-.905546Ε-03	-.117939Ε-02
28	-.814996Ε-03	-.815042Ε-03	-.816038Ε-02	-.82O411E-Ö3	-.839859Ε-03	-.106671Ε-02
29	-.759623Ε-03	-.759663Ε-03	-.760.528Ε-02	-.764323Ε-03	-.781139Ε-03	-.969870Ε-03
30	-.709709Ε-03	-.709744Ε-03	-.710498Ε-02	-.713808Ε-03	-.728426Ε-03	-.886378Ε-03

Tabelle

II - ΔΓ.

1-2

1-5

1-10

2-4

2-10

2-20

Ό	.82184Ε+00■	,11858Ε+01	.12443Ε+01	.32122Ε+00	.42250Ε+00	. 43740Ε+00
1	-.27267Ε+00	-.20322Ε+00	-.17428Ε+00	.51786E-Ol	.98387E-Ol	.10667Ε+00
2	-.15932Ε+00	-.22646Ε+00	-.2056.1Ε+00	-.73311E-Ol	-.46285E-Ol	-.38226E-Ol
3	-.6579ÖE-02	-;103UE+00	-.94223E-Ol	-.90522E-Ol	-.87644E-Ol	-.8Ό531Ε-01
4	.13187E-Ol	-.50299E-Ol	-.53043E-Ol	-.50348E-Ol	-.66230E-Ol	-.60442E-Ol
5	.78024Ε-02	-.23067E-Ol .	-.34 48 0E-Ol	-.16444E-Ol	-.41783E-Ol	-.37539E-Ol
6	.31989Ε-02	-.78649Ε-02	-.23930E-Ol	-.61940Ε-03	-.27128E-Ol	• -..24520E-Ol
7	.15247Ε-02	.23700Ε-05	-.17008E-Ol ■	.42215Ε-02	-.18533E-Ol	-.17534E-Ol
8	.82270Ε-03	.32979Ε-02	-.12054E-Ol	.44311Ε-02	-.12877E-Ol	-.13366E-Ol
9	.48683Ε-03	.40250Ε-02	-.83458Ε-02	•.33095Ε-02	-.88287Ε-02	-.10606E-Ol
10	.30784Ε-03	.35684Ε-02	-.55113Ε-02	.21795Ε-02	-.58192Ε-02	-.86390Ε-02
11	.20469Ε-03	.27536Ε-02	-.33609Ε-02	.13803Ε-02	-.35656Ε-02	-.71568Ε-02
12	.14163Ε-03	•19791Ε-02	-.17581Ε-02	.88358Ε-03	-.18998Ε-02	-.59923Ε-02
13	.10123Ε-03	.13790Ε-02	-.60249Ε-03'	.58628Ε-03	-.70371Ε-03	' -.50470Ε-02
14	.74324Ε-04	.95771Ε-03	.19124Ε-03	.40570Ε-03	.11691Ε-03'	-.42601Ε-02
15	.55832Ε-04	.67532Ε-03	.69851Ε-03	.29156Ε-03 ·	.64267Ε-03	-.35928Ε-02
16	.42772Ε-04	.48810Ε-03	.98651Ε-03 "	.21612Ε-03	•94374Ε-03	•-.30192Ε-02
17	.33330Ε-04	.36246Ε-03	.11138Ε-02	.16423Ε-03	.1Ο8Ο5Ε-Ο3	-.25215Ε-02
18	.26363Ε-04	.27602Ε-03	•11297Ε-02	.12737Ε-03	.11033Ε-03	-••2087-3Ε-02
19	.21131Ε-04	•21478Ε-03	.10739Ε-02	••10049Ε-03	•10528Ε-03	-.17076Ε-02
20	.17137Ε-04	.17018Ε-03	•97708E-03	.8Ο444Ε-Ο4 .	.95994Ε-03	-.13755Ε-02
21	.14047Ε-04	.13690Ε-03	•86148Ε-03	.65226Ε-04	•84741Ε-03	-.10857Ε-02
22	.11624Ε-04	.11156Ε-03	.74228Ε-03	•53484Ε-04	..73065Ε-03	-.83400Ε-03
2-3	.97027Ε-05	.91943Ε-04	.62906Ε-03	.44297Ε-04	.61936Ε-03	-.61658Ε-03
24	.81633Ε-05	.76523Ε-04	.52706Ε-03	.37019Ε-04	.51890Ε-03	-.43024Ε-03
25	.69179Ε-05	.64252Ε-04	.43851Ε-03	.31187Ε-04	•.43159Ε-03.	-.27204Ε-03
26	.59017Ε-05	.54376Ε-04	.36364Ε-03	.26472Ε-04	.35774Ε-03	-.13925Ε-03
27	.50656Ε-05	.46349Ε-04	.30153Ε-03	.22620Ε-04	.29647Ε-03	-.29305Ε-04
28	.43727Ε-05	.39765Ε-04	.25067Ε-03	•19448Ε-04	.24630Ε-03	.60226Ε-04
29	.37945Ε-05	.34320Ε-04	.20934Ε-03	.16817Ε-04	.20555Ε-03	.13165Ε-04
30	.33089Ε-05	.29785Ε-Ο4	.17588Ε-03	.14618Ε-04	.17257Ε-03	.18717Ε-04

CO K) O UI CD OO

Die Figuren 8 und 9 stellen in vereinfachter Form eine Technik dar, in welcher die Erfindung vorteilhaft bei chirurgischen Operationen angewendet werden kann. Man erkennt einen Operationstisch 50, der mit Hilfe von Rädern 51 fahrbar ist. Weiterhin erkennt man ein Abtastsystem 52 für die Computer-Tomographie, die ebenfalls auf Rädern 53 fahrbar ist. Selbstverständlich sind sowohl der Operationstisch als auch das Abtastsystem mit geeigneten Bremseinrichtungen für die Räder versehen. Da der Abtaster 52 nur für Teilabtastung verwendet wird, ist es nicht notwendig, daß der Abtastbereich einen vollständigen Kreis umfaßt. Es ergibt sich auf diese Weise eine Öffnung 54 für den Durchtritt des Operationstisches 50 (Fig. 9). Es ist auf diese Weise auch leicht möglich, den Patienten, der in Fig. 9 nur mit einem Kreis 55 dargestellt ist, leicht in den Tomographen einzuschieben und ihn daraus zu entfernen. Da es entsprechend der vorliegenden Erfindung wichtig ist, daß die Bezugskoordinaten von Abtaster und Sondenanordnung 56 zueinander starr sind, muß die Sondenanordnung fest und starr mit der Abtasteinrichtung gekuppelt sein. Da es weiterhin notwendig ist, daß während der chirurgischen Operation keine Relativbewegung zwischen Patient und Sonde stattfindet, muß die Sondenanordnung so eingerichtet sein, daß sie fest am Operationstisch verankert werden kann, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben 57 od.dgl.

Man sieht aus den Figuren 8 und 9, daß die Abtasteinrichtung von dem Operationstisch notfalls entfernt werden kann, beispielsweise bei unvorhergesehenen Zwischenfällen, daß sie aber sowie die Sondenanordnung schnell für chirurgische Operationen in geeignete Position gebracht werden kann.

Man sieht weiterhin, daß die Figuren 8 und 9 nur vereinfachte Darstellungen sind und nur eine Ausführung3art zeigen.

In Fig. 10 ist in vereinfachter Form eine Sondenanordnung dargestellt, die man gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzen kann, um eine genaue Positionierung der Sonde an einem beliebigen vorbestimmten Punkt zu ermöglichen. Die Sondenanordnung besteht aus einer Grundplatte 60 mit einer aufrechtstehenden Säule 61, die einen vertikalen Schlitz 62 aufweist. In dem Schlitz ist eine sich vertikal erstreckende Zahnstange angeordnet, und ein Arm 63 ragt mit einem Vorsprung in diesen Schlitz 62 hinein. Mittels eines geeigneten Zahnradgetriebes kann der Arm 63 mit Hilfe eines Stellknopfes 64 vertikal bewegt werden. Diese Steueranordnung erlaubt es demnach, die Sonde in der Y-Koordinate zu verstellen. Der Arm 63 trägt einen Schlitten -65, der längs des Arms beweglich ist. Weiterhin weist der Arm 63 eine längslaufende Zahnung 66 auf, in die ein nicht sichtbares Zahnrad eingreift, das mittels eines Knopfes 67 am Schlitten 65 drehbar ist, wodurch die Sonde in der X-Koordinate verstellt werden kann. Von dem Schlitten 65 erstreckt sich quer zum Arm 63 ein Ausleger 68. Auch dieser Ausleger 68 ist mit einer Zahnung 69 versehen, in die ein Zahnrad eingreift, das mit einem Knopf 70 gekuppelt ist, wodurch die Sonde in der Z-Koordinate verstellt werden kann.

An dem Ausleger 68 ist ein bogenförmig verlaufender Bügel 71 befestigt, auf welchem ein Schlitten 72 geführt ist. Der Bügel 71 ist zu diesem Zweck mit einer Zahnung 73 versehen, in die ein Zahnrad eingreift, an welchem ein Knopf 74 befestigt ist. Mit dessen Hilfe läßt sich die Sonde längs des Bügels 71 verstellen, um die Sonde in einem bestimmten Winkel in Bezug auf die vertikale Mittenebene der Abtasteinrichtung zu verstellen. Der Schlitten 72 trägt weiterhin einen nach oben verlaufenden bogenförmigen Bügel 75, auf dem ein Reiter 76 geführt ist. Der Bügel 75 ist mit einer Zahnung 77 versehen, in die ein am Reiter gelagertes Zahnrad eingreift, das mit Hilfe eines Knopfes 78 gedreht werden kann, wodurch es möglich ist, die

Sonde in einer Vertikalebene gegenüber einer Horizontalebene zu verstellen. Der Reiter 76 trägt seinerseits einen sich quer zum bogenförmigen Bügel 75 verlaufenden Ausleger 78, der mit einer Zahnung 80 versehen ist, in die ein am Reiter 76 gelagertes Zahnrad eingreift, das mit Hilfe eines Knopfes 81 drehbar ist. Mit dessen Hilfe ist die Eindringtiefe der Sonde 82 am Ende des Auslegers 79 verstellbar.

Es sei betont, daß diese Anordnung nur zur Illustration dient und andere Lösungsmöglichkeiten in Betracht kommen, um die Sonde exakt an ihren Platz im Koordinatensystem und mit einer vorbestimmten Richtung dorthin zu führen. Es geht weiterhin aus Fig. 10 hervor, daß die verschiedenen Arme und Ausleger sowie Bügel geeignete Markierungen tragen können, um die Koordinaten und Winkel exakt einstellen zu können. Alternativ kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß sie automatisch entsprechende Ausgangssignale liefert, die; solchen Parametern entsprechen. Auch können anstelle der Knopfantriebe automatisch arbeitende, vom Rechner gesteuerte Motorantriebe und Rückmeldungskreise vorhanden sein, um die gewünschten Bewegungen hervorzurufen.

Nach dem Abschluß der Abtastfolge und der Bildrekonstruktionen kann man mit dem Identifizieren der infrage kommenden Bezugspunkte und dem Errechnen des Vorschiebewecjes der Sonde beginnen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die linearen und die Schwenksteuerungen der stereotaktischen Führung mit den Koordinaten der Bezugspunkte, die mit dem Referenzkoordinatensystem des Abtasters gemessen wurden (s. Fig. 12) in Bezug zu bringen.

Ein rechteckiges Koordinatensystem mit den Koordinaten x, y und z, die fest in Bezug auf den Abtaster sind, wird mit seinem Ursprung 0 in die Schwenkachse des Abtastorjochs so gelegt, daß

die z-Achse senkrecht zur Abtastebene verläuft. Die Abtastebene liegt demnach in

= O

und die x- und y-Achsen zeigen in die horizontale und vertikale Richtung.

Ein sphärisches Bezugskoordinatensystem r, 0, (j> ist in Bezug auf die stereotaktische Führung festgelegt. Der Ursprung O¹ dieses zweiten Koordinatensystems ist an die Stelle der Sondenspitze gelegt, die der Nullstellung der Steuerung für die Eindringtiefe der Sonde entspricht. Die Position eines Punktes T in diesem Koordinatensystem wird durch dessen Distanz r vom Ursprung 0', dem Winkel Q zwischen der Linie O¹T und einer Vertikalachse parallel zu y und dem Winkel φ zwischen einer Vertikalebene, die durch O¹T verläuft und einer Horizontalachse parallel zu ζ bestimmt.

Es sei angenommen, daß xj, yj und zj den Einstellungen der Steuerungen für die stereotaktische Führung entsprechen und χ , y und ζ die Koordinaten von 0' im Koordinatensystem x, y, ζ sind, wenn die Einstellung der stereotaktischen Führung so ist, daß

^Χΐ ^{= y}i = ^zi = ^r = ^Q ·

Es ist klar, daß die Werte von χ , y und ζ von der anfäng-⁷ ο ο ο

liehen Kalibrierung des Systems her bekannt sind. Sobald der Kopf des Patienten in der gewählten Lage festgelegt ist, und ein Loch in die Schädeldecke gebohrt ist, dann besteht der erste Schritt der chirurgischen Operation darin, die Spitze der Sonde auf der Hirnrinde in der Mitte des Bohrloches in Stellung zu bringen. Dies wird mit Hilfe der Steuerungsmittel

in x'-, y¹- und z'-Richtung getan, wobei die Tiefeneinstellung auf r = 0 gestellt wird. Auf diese Weise ist die Position des Eintrittspunktes in den Abtasterkoordinaten durch die bekannten Werte χ , y , ζ und xj, yj und z| bestimmt.

Die axiale Position des Kopfes gegenüber dem Abtaster wird mit Hilfe der Indexsteuerung verändert, die die Grundplatte für die ;j tor ο otnk tische Führung und den Kopfhalter in einer Richtung senkrecht zur Abtastebene bewegt. Die Abtastfolge wird dann durch Abtastungen an vorbestimmten konstanten

Intervallen ζ der axialen Position ζ durchgeführt, s η

Die Lage eines Zielpunktes T im Koordinatensystem x, y, ζ wird durch seine Koordinaten Xj, y_T in der zugehörigen Bildebene und durch die Position der Bildebene

ζ = nz
η s

angegeben, wobei die Zahl η jener Abtastung entspricht, die den Punkt T erfaßt.

Aus den gemessenen Werten der Koordinaten von O¹ und T wird die Sonde in Richtung der Linie O¹T orientiert, indem die Winkelsteuerungen der stereotaktischen Führung auf die Werte von θ und η eingestellt werden:

y_o ⁺y'-y_T

^{COSÖ =} ^(x _+x._x )² + (y +y'-y_T)² + (z+z'-nzJ²

Ol Oi OS

X+X'-X.

sini = \/~f \ 7Ϊ ", \ Tl " ^v (x +x'-x-r) + (z+z'-nz )

Die Eindringtjefe der Sonde ist gegeben durch Γ = / (Χ_ο+Χ'-Χ_τ)² + (y_o+y'-y_T)² + (z^z'-nZg)²

Das einfachste mögliche Beispiel ist jenes, wo der Zielpunkt in den Bildern identifizierbar ist, weil dann x_T, y_T und nz

ti S

direkt gemessen werden können. Es ist dann eine einfache Rechnung, die Werte von r, 0 und ρ zu errechnen und den gewünschten Ziehpunkt mit der Spitze der Sonde zu erreichen.

Im allgemeinen ist jedoch der Zielpunkt in den Bildern nicht sichtbar und seine Position muß in Bezug auf Bezugspunkte innerhalb des Teilabtastbereiches ermittelt werden, die ihrerseits in den Eiildebenen klar identifizierbar sind. In diesem Falle muß zunächst mit den ursprünglichen Bildern, die parallel zur Abtastebene rekonstruiert worden sind, und mit Bildern, die mit spezifischen Orientierungen relativ zur Abtastebene rekonstruiert worden sind, die Anatomie identifiziert werden, um die anatomischen Strukturen, die zu untersuchen sind, dreidimensional sichtbar zu machen. Sobald die Bezugspunkte identifiziert sind, geben die ursprünglichen Bilder ihre Koordinaten an und die Kenntnis der Anatomie erlaubt es dem Chirurgen, die Lage des Zielpunktes zu bestimmen. Sodann wird die Führung der chirurgischen Operation mit Hilfe der obigen Gleichungen vollzogen.

Während der Abtastung und der nachfolgenden Operationen ist es selbstverständlich absolut notwendig, die Koordinatensysteme der Sonde und des Abtasters in Bezug aufeinander völlig starr zu halten. Es ist selbstverständlich ebenso bedeutsam, sicherzustellen, daß der Kopf des Patienten in der vorgegebenen Position gegenüber diesen Koordinatensystemen starr festgehalten wird. Die in Fig. 1 grob darge-

stellte Anordnung mag nicht in der Lage sein, den Patienten für Hirnoperationen ausreichend festzuhalten. Um die erforderliche Festlegung sicherzustellen, ist gemäß Fig. 11 ein Rohrstutzen 90 vorgesehen, der in das Loch 91 in der Schädeldecke 92 einzuführen ist. Dieser Rohrstutzen kann ringförmig sein und weist einen Flansch 93 auf, der an der Schädeldecke anliegen soll. Der Rohrstutzen 90 ist an einem Rahmen 94 einstellbar angeordnet. Dieser Rahmen 94 weist Ständer 95 od.dgl. auf, die beispielsweise mit Schrauben fest auf dem Operationstisch oder einem anderen festen Bezugssystem angebracht werden können. Drei Befestigungspunkte sind für diesen Zweck bevorzugt, damit die Anordnung ausreichend steif ist. Ein weiterer einstellbarer Arm 96 dieses Gestells weist ein Halteelement 97 nach Art eines Knebels an seinem Ende auf, der in den Mund 98 des Patienten einzuführen ist und am Oberkiefer anliegen soll. Die Einstellbarkeit dieser Arme und der gesamten Anordnung ermöglicht es, den Kopf des Patienten in dem flestell so festzuklemmen, daß er sich gegenüber der Sonde 100 nicht bewegen kann. Auch zu dieser Anordnung sei beton!., daß sie nur ein mögliches Ausführungsbeispiel darstellt und daß auch andersartige Geräte für die Festlegung des Kopfes des Patienten verwendet werden können. Die Sonde kann zu Anfang im Zentrum des Rohrstutzens gehalten werden, beispielsweise mit Hilfe einer zerstörbaren Scheibe 101. Die Sonde ist lösbar an dem einstellbaren Halter befestigt und folgt daher zunächst der Einführung des Rohrstutzens in den Kopf. Auch kann der Rohrstutzen lösbar an dem beschriebenen Gestell befestigt sein, um den Zusammenbau der Anordnung zu erleichtern. Die in Fig. 11 gezeigte Anordnung stellt sicher, daß der Patient sich gegenüber den Koordinatensystemen von Abtaster und Sonde nicht bewegt, so daß der Einsatz der Sonde mit großer Genauigkeit erfolgen kann.

In einer Ausführungsform der Erfindung war der Datenerfassungsbereich der Längsbewegung auf 48 mm reduziert, wodurch der Durchmesser des Gewebebildes in der Abtastebene begrenzt war. Andere Anwendungsformen sind jedoch ebenso möglich.

Kö/Ro

Anlage zu Fig. 12

x',y',z' - Bezugs-Koordinaten des stereotaktischen Führungssystems mit dem Ursprung O¹ im Umlaufzentrum der Sonde. Die Achsen x', y' und z¹ sind parallel zu den entsprechenden Achsen x, y, z.

x, y, ζ - Feste Bezugskoordinaten des Abtasters. Die

Ebene x, y ist die Abtastebene mit dem Ursprung 0 im Umlaufzentrum des Abtasters.

χ - Horizontalachse, zur Rechten des Arztes gerichtet.

y - Vertikalachse, nach oben gerichtet.

ζ - Achse senkrecht auf die Abtastebene, gegen den Arzt gerichtet.

r, 0, c| - Sphärisches Bezugssystem mit dem Ursprung in 0' r - Eindringtiefe der Sonde.

Q - Winkel gegen die Horizontalebene. Ein positiver Wert bedeutet, daß die Sonde nach unten gerichtet ist.

- Winkel des vertikalen Bogens des Führungssystems der x',y'-Ebene. Ein positiver Wert bedeutet eine Bewegung um y¹ im Gegenuhrzeigersinn.

ζ - inkrementeller Schritt der Abtastebene, der in der Abtastfolge Verwendung findet.

Leerseite

Claims

Ansprüche

1/ Stereotaktisches Chirurgiesystem mit einer Sonde und einem rechnergesteuerten tomographischen Abtastsystem, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung, eine Einrichtung zur Rekonstruktion von Bildern auf der Anzeigeeinrichtung, die ein Teilabtastverfahren mit einem Algorithmus verwendet, der die Differenz zwischen den örtlichen Werten des linearen Dämpfungsfaktors und dem Durchschnitt dieser Werte innerhalb eines Kreises ergibt, der in jedem Rekonstruktionspunkt zentriert ist, und durch eine Einrichtung, die die Koordinatensysteme der Sonde und des Abtastsystems in starrer Zuordnung zueinander halten.

5ystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum Abtasten, Rekonstruieren und Darstellen der Bilder als eine Serie von im Abstand angeordneten Bildern enthält, die von im Abstand angeordneten Bildern abgeleitet sind, die von einer Folge von Abtastungen abgeleitet sind, die in einer axialen Richtung durch einen Patienten aufgenommen worden sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Speicher enthält, der eine Mehrzahl von Bezugspunkt-Ortsdaten speichert, daß Einrichtungen zum Eingeben eines gewünschten Zielpunktes in das System vorhanden sind, und daß das System weiterhin einen Rechner zum Ermitteln der Koordinaten des Zielpunktes aus einem festen Ort im Sondenkoordinatensystem aufweist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner die Transversaldaten aus den Bilddaten der im Abstand aufgenommenen Bilder errechnet, um ein Transversalbild darzustellen, das einen Bildschnitt quer zu den im Abstand aufgenommenen Bildern darstellt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bilder simultan auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden, und daß die Einrichtung zur Eingabe eines gewünschten Zielpunktes ein Lichtgriffel ist, der mit der Anzeigeeinrichtung gekuppelt ist.

6. Stereotaktisches Chirurgiesystem mit einer Sonde und einem rechnergesteuerten tomographischen Abtastsystem, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung, eine Einrichtung zur Rekonstruktion von Bildern auf der Anzeigeeinrichtung und eine Einrichtung zur starren Kupplung der Koordinatensysteme von Sonde und Abtastsystem vorhanden sind, daß die Sonde an einer Halteeinrichtuncj angeordnet ist, die mehrere Freiheitsgrade der Bewegung zuläßt, und daß die Abtasteinrichtung eine aufrechtstehendo Anordnung aus Strahlenquelle und Detektoren aufweist, die relativ um einen Punkt und entlang einer linearen Achse beweglich sind, daß Strahlenquelle und Detektoren in offener Bauweise konstruiert sind, wodurch eine schnelle Entfernung des Abtastsystems vom abzutastenden Patienten ermöglicht ist.

7. System nach Anspruch". 6, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen Operationstisch zur Aufnahme des Patienten enthält, der in den offenen Abtaster einbringbar ist, um ihn in die Nähe der Abtasteinrichtung und der Sonde zu bringen.

8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung eine Sonde mit drei Bewegungsfreiheitsgraden aufweist, die einzeln durch Einstellmittel kalibrierbar sind, und daß die Abtasteinrichtung starr mit der Sondenanordnung derart gekuppelt ist, daß die Abtasteinrichtung und die Sondenanordnung dieselbe Koordinatenfläche miteinander teilen.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das System weiterhin einen Rechner enthält, der Daten entsprechend den Bildern erhält, die durch jede der aufeinanderfolgenden Abtastungen erzeugt worden sind, daß Einrichtungen zum Eingeben eines Ortes in einem der Bilder in den Rechner vorgesehen sind, daß der Rechner eine Bahn von der Sondenanordnung zu dem genannten Ort errechnet, und daß Einrichtungen zum Darstellen der Bahn in Form von Koordinaten für die Sondenanordnung vorgesehen sind.

10. System'nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher zum Speichern einer Mehrzahl von Bezugspunkt-Ortsangaben vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zum Eingeben eines gewünschten Zielpunktes in das System vorhanden ist,und daß das System außerdem einen Rechner enthält, der die Koordinaten des Zielpunktes von einem festen Ort im Koordinatensystem der Sondenanordnung berechnet.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der

.Rechner Transversaldaten aus den Daten der im Abstand an-

geordneten Bilder errechnet, um ein Transversalbild anzuzeigen, das einen Bildschnitt quer zu den im Abstand angeordneten Bildern darstellt.

12. Stereotaktisches Chirurgiesystem, gekennzeichnet durch eine Sondenanordnung, die ein erstes Koordinatensystem festlegt, ein rechnergesteuertes tomographisches Abtastsystem mit einer Quelle von Eindringenergie, eine Detektoranordnung zum Aufnehmen der Energie und Erzeugen von Abtastsignalen, das ein zweites Koordinatensystem festlegt, eine Anzeigeeinrichtung und einen Rechner zum Aufnehmen der Abtastsignale und Rekonstruieren eines Bildes auf der Anzeigeeinrichtung, und durch eine Einrichtung

zum starren Kuppeln der beiden Koordinatensysteme.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es für Teilabtastung eingerichtet ist, wodurch die Bildrekonstruktion auf der Anzeigeeinrichtung nur einen begrenzten Teil eines abzutastenden Objekts entspricht.

14. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung mehrere Freiheitsgradc hat und reproduzierbar in jedem der Freiheitsgrade einstellbar ist, daß die Quelle der Eindringenergie und die Detektoranordnung längs einer gegebenen Achse gegenüber dem abzutastenden Patienten beweglich sind, um die Erzeugung von Abtastsignalen zu ermöglichen, die einer Mehrzahl von Scheiben entsprechen, daß der Rechner die Bilder dieser Scheiben auf der Anzeigeeinrichtung rekonstruiert, wodurch Teile dieser Bilder auf der Anzeigeeinrichtung in dem zweiten Koordinatensystem festlegbar sind.

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15. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner zur Rekonstruktion von Bildern gemäß einem Algorithmus programmiert ist, der von Null verschiedene Werte nur in der Nähe der Grenzen zwischen unterschiedlichen Werten des linearen Dämpfungskoeffizienten eines abzutastenden Gegenstandes ergibt.

16. System nach Anspruch 12,- dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle und die Detektoranordnung so montiert sind, daß sie parallele Scheiben eines Gegenstandes abtasten, und eine offene Bauweise haben, um einen in einer Richtung parallel zu den Ebenen der Scheiben abzutastenden Patienten darin positionieren zu können.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum starren Festhalten eines Patienten in Bezug auf die Koordinatensysteme vorhanden ist.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhalteeinrichtung einen Rahmen aufweist, der in Bezug auf die Koordinatensysteme festliegt, daß von der Halteeinrichtung ein Rohrstutzen getragen wird, der zum Einführen in eine Körper(Kopf)-öffnung des zu behandelnden Patienten geeignet ist, und daß die Sonde an dem Rohrstutzen lösbar befestigt ist.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum Festlegen eines weiteren Körperteils des Patienten an dem Rahmen aufweist.

20. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner einen Speicher aufweist, in welchem Daten gespeichert sind, die die Koordinaten von Bezugspunkten in dem zweiten Koordinatensystem festlegen.

21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsystem weiterhin eine Einrichtung zum Bezeichnen eines Punktes auf der Anzeigeeinrichtung in dem

. Rechner aufweist, wodurch der Rechner Einrichtungen enthält, die auf diese Punktbezeichnung ansprechen und die Koordinaten für die Verstellung der Sonde zu einer Stelle im Patienten bestimmen, die dem bezeichneten Punkt auf der Anzeigeeinrichtung entspricht.

22. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten der beiden Koordinatensysteme auf einen gemeinsamen Ursprung bezogen sind.

23. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsystem dazu eingerichtet ist, in gleichmäßigen Abständen parallel angeordnete Scheiben in einem Patienten abzutasten und um teilweise einen Volumenbereich abzutasten, der diese Scheiben enthält.

24. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde gegenüber dem Patienten in drei zueinander orthogonalen Richtungen eines rechteckigen ersten Koordinatensystems und weiterhin längs einer Linie beweglich ist, die von einem Polarkoordinatensystem in dem ersten Koordinatensystem bestimmt ist.

25. Stereotaktisches Chirurgiesystem, gekennzeichnet durch ein erstes Koordinatensystem und eine Sonde, die in definierter Weise in diesem beweglich ist, ein rechnergesteuertes tomographisches Abtastsystem mit einer Strahlenquelle für Eindringenergie und einer Detektoranordnung zum Empfang der Strahlungsenergie und zum Erzeugen von Abtastsignalen, wobei die Strahlenquellen- und Detektaranordnung ein zweites Koordinatensystem bestimmen, durch eine zum Abtastsystem

gehörige Anzeige- und Rechnereinrichtung zum Aufnehmen der Signale und Rekonstruieren eines Bildes auf der Anzeigeeinrichtung, wodurch die Koordinaten von Punkten auf der Anzeigeeinrichtung innerhalb des zweiten Koordinatensystems bestimmbar sind, und durch ein bestimmbares räumliches Verhältnis von erstem und zweitem Koordinatensystem zueinander, wodurch die Sonde genau an einen Punkt steuerbar i.-st, der von Koordinaten des ersten Koordinatensystems angegeben wird.

26. System nach Anspruch 24 oder 25,. dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner eine Einrichtung zur Rekonstruktion von Bildern auf der Anzeigeeinrichtung entsprechend einem Algorithmus aufweist, der bestimmte Werte in der Nähe von Grenzflächen zwischen Bereichen im abgetasteten Gegenstand liefert, die unterschiedliche Werte des linearen Dämpfungskoeffizienten für die Strahlung aufweisen.