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CAMC-Navigation mit strukturiertem Licht

IP.com Disclosure Number: IPCOM000198550D
Original Publication Date: 2010-Aug-23
Included in the Prior Art Database: 2010-Aug-23
Document File: 2 page(s) / 131K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Medizinische Bildgebungsverfahren unterstützen zunehmend chirurgische Eingriffe. Hierbei spielen insbesondere die Positionsbestimmung chirurgischer Instrumente, das Abbilden von Implantaten und das Einblenden dieser in akquirierte medizinische Bilddaten eine wichtige Rolle. Zur Unterstützung chirurgischer Eingriffe werden derzeit beispielsweise sogenannte CAMC-Systeme verwendet, bei denen ein zweidimensionales Röntgenbild mit einem aufgenommenen Videobild exakt überlagert wird (CAMC: Camera Augmented Mobile C-Arm). Im Folgenden wird als neuartige Lösung vorgeschlagen, in das CAMC-System zusätzlich eine Lichtquelle zu integrieren, die ein strukturiertes Licht abstrahlt und somit eine genaue Ortung und Navigation von beispielsweise medizinischen Instrumenten ermöglicht. Das strukturierte Licht besitzt vorschlagsgemäß eine Wellenlänge im nahen Infrarotbereich und weist beispielsweise eine sinusförmige Variation auf. Das strukturierte Licht wird z.B. von einem Instrument oder Objekt reflektiert und anschließend von einer modifizierten CAMC-Kamera empfangen. Aus den Reflektionseigenschaften wird in Echtzeit ein 3D-Oberflächenmodell des sichtbaren Teils des Instruments sowie dessen Position in dem Koordinatensystem der Kamera ermittelt (3D: dreidimensional). Wird zusätzlich ein virtuelles 3D-Modell des Instruments an die 3D-Daten angepasst, so lassen sich auch die Positionen und Orientierungen der nicht im reflektierten Licht erkennbaren Strukturen ermitteln, z.B. Instrumentenspitzen im Körper oder durch den Operateur verdeckte Objekte.

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CAMC-Navigation mit strukturiertem Licht

Idee: Hagen Klausmann, DE-Erlangen; Dr. Rainer Graumann, DE-Erlangen

Medizinische Bildgebungsverfahren unterstützen zunehmend chirurgische Eingriffe. Hierbei spielen insbesondere die Positionsbestimmung chirurgischer Instrumente, das Abbilden von Implantaten und das Einblenden dieser in akquirierte medizinische Bilddaten eine wichtige Rolle. Zur Unterstützung chirurgischer Eingriffe werden derzeit beispielsweise sogenannte CAMC-Systeme verwendet, bei denen ein zweidimensionales Röntgenbild mit einem aufgenommenen Videobild exakt überlagert wird (CAMC: Camera Augmented Mobile C-Arm).

Im Folgenden wird als neuartige Lösung vorgeschlagen, in das CAMC-System zusätzlich eine Lichtquelle zu integrieren, die ein strukturiertes Licht abstrahlt und somit eine genaue Ortung und Navigation von beispielsweise medizinischen Instrumenten ermöglicht. Das strukturierte Licht besitzt vorschlagsgemäß eine Wellenlänge im nahen Infrarotbereich und weist beispielsweise eine sinusförmige Variation auf. Das strukturierte Licht wird z.B. von einem Instrument oder Objekt reflektiert und anschließend von einer modifizierten CAMC-Kamera empfangen. Aus den Reflektionseigenschaften wird in Echtzeit ein 3D-Oberflächenmodell des sichtbaren Teils des Instruments sowie dessen Position in dem Koordinatensystem der Kamera ermittelt (3D: dreidimensional). Wird zusätzlich ein virtuelles 3D-Modell des Instruments an die 3D-Daten angepasst, so lassen sich auch die Positionen und Orientierungen der nicht im reflektierten Licht erkennbaren Strukturen ermitteln, z.B. Instrumentenspitzen im Körper oder durch den Operateur verdeckte Objekte.

Die vorschlagsgemäß einzusetzende CAMC-Kamera weist entsprechende Modifikationen auf (siehe Abbildung 1). Sie verfügt über einen Strahlsplitter in der Eingangsoptik, einen Infrarot-Sperrfilter mit einem dahinter liegenden CCD-Sensor für die Normalbildaufnahme und einen Normallicht-Sperrfilter mit dahinter liegendem IR CCD-Sensor für Infrarotaufnahmen (IR: Infrarot; CCD: Charge-Coupled Device). Die Position der Infrarot-Lichtquelle muss um einen bestimmten Betrag von der Kamera entfernt angebracht werden, um die Phasenverschiebung des reflektierten Lichtes ausnutzen zu können. Die beschriebene Lösung ermöglicht es, dass mehrere Instrumente, Werkzeuge oder sichtbare Implantate simultan gemessen bzw. durch das System erfasst werden können.

Darüber hinaus sind weitere Ausführungsformen der vorgeschlagenen Lösung denkbar. Beispielsweise kann eine Ausleuchtung mit strukturiertem Licht anhand von fest positionierten Lichtquellen im Raum erfolgen. Diese Lichtquellen können...