Im Gegensatz zu Operationen in der Orthopädie ändert sich das Operationsgebiet z. B. in der Hirnchirurgie und der Leber- chirurgie während des Eingriffs. Im Falle beispielsweise der Koagulation eines Hirntumors treten nämlich zwei Effekte auf.

Der Hirntumor wird sich zum einen absenken und zum anderen an Volumen abnehmen, wobei das Gehirn jeweils sofort das von dem koagulierenden Tumor freigegebene Volumen einnimmt. Mithin ist es erforderlich, präoperativ gewonnene Bilddaten intraoperativ zu aktualisieren, um zu verhindern, daß wegen falscher oder fehlender Informationen über die aktuelle Lage des zu koagu- lierenden Tumors Schädigungen des angrenzenden Gehirns auftre- ten.

Um detaillierte Informationen über das Operationsgebiet zu erhalten, werden bildgebende Verfahren eingesetzt, wie bei- spielsweise die Kernspintomographie und die Computertomogra- phie. Beide bildgebenden Verfahren sind aber nur eingeschränkt oder gar nicht zur intraoperativen Bildgebung geeignet. Bild- gebende Verfahren mittels Ultraschalls können zwar intraopera- tiv angewendet werden, die damit gewonnenen Bilddaten sind aber meist nicht detailliert genug.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der in- traoperativ ausreichend detaillierte Bilddaten ermittelt und angezeigt werden können.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Vor- richtung der eingangs genannten Art gelöst durch eine bei- spielsweise mit Ultraschall arbeitende bildgebende Einrichtung zum Gewinnen von zweiten Bilddaten über das Operationsgebiet während der Operation und eine Aktualisierungseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, zu einem ersten Zeitpunkt gewonnene zweite Bilddaten mit zu einem zweiten, nach dem ersten Zeitpunkt lie- genden Zeitpunkt gewonnenen zweiten Bilddaten zu vergleichen, die ersten Bilddaten entsprechend der sich aus dem Vergleich ergebenden Veränderung zu aktualisieren und die aktualisierten ersten Bilddaten der Anzeigeeinrichtung zuzuleiten.

Mit anderen Worten werden intraoperativ nicht oder nur schwer zu erhaltende, jedoch ausreichend detaillierte Bildda- ten präoperativ gewonnen und intraoperativ mittels während der Operation leichter zu erhaltender, jedoch weniger detaillier- ter Bilddaten aktualisiert und angezeigt, so daß ein aktuelles und ausreichend detailliertes, wenngleich künstlich erzeugtes Bild erhalten und angezeigt werden kann. Es werden also erfin- dungsgemäß die intraoperativ erhaltenen Bilddaten nicht selbst zur Anzeige gebracht, sondern nur dazu verwendet, präoperativ erhaltene und wesentlich detailliertere Bilddaten zu aktuali- sieren.

Verfahren zum Aktualisieren von Bilddaten sind in der Me- dizintechnik allgemein bekannt, und zwar beispielsweise aus folgenden Veröffentlichungen : "Individualizing Anatomical Atlases of the Head"aus "Visualization in Biomedical Computing", 1996 ;"Medical Image Segmentation Using Topologically Adaptable Surfaces", aus "CVRMed-MRCAS'97", März 1997, S. 23-32 ;"Segmentation Using Deformable Models with Affinity-Based Localization", aus "CVRMed-MRCAS'97", März 1997, S. 54-62 ;"Volumetric Medical Images Segmentation Using Shape Constrained Deformable Mo- dels", aus"CVRMed-MRCAS'97", März 1997, S. 13-22 ;"Shape- Based Segmentation and Tracking in 4D Cardiac MR Images", aus "CVRMed-MRCAS'97", März 1997, S. 43-52 ;"Decimation of Iso- surfaces with Deformable Models", aus"CVRMed-MRCAS'97", März 1997, S. 84-92.

Erfindungsgemäß bevorzugt kann vorgesehen sein, daß die Aktualisierungseinrichtung die ersten Bilddaten in vorbestimm- ten Zeitabständen aktualisiert. Die Zeitabstände werden dabei den der jeweilig durchzuführenden Operation eigenen Erforder- nissen angepaßt sein. Manche Veränderungen, wie z. B. Schrump- fungen bei Koagulation erfordern, daß die Aktualisierung na-

hezu in Echtzeit erfolgt. Dies kann viele Aktualisierungen pro Sekunde bedeuten.

Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Aktualisie- rungseinrichtung die ersten Bilddaten immer dann aktualisiert, wenn die sich aus dem Vergleich ergebenden Änderungen ein vor- bestimmtes Maß überschreiten. Mit anderen Worten erfolgt eine Aktualisierung nur dann, wenn dies erforderlich ist, weil zu berücksichtigende Änderungen eingetreten sind. Dadurch kann die zur Aktualisierung erforderliche Rechenzeit und-kapazität auf ein Minimum reduziert werden.

Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Operationsroboter auf, der dazu ausgelegt ist, unter Einbezie- hung der aktualisierten ersten Bilddaten manuell eingegebene Befehle auszuführen und/oder nach einem vorbestimmten Programm mindestens einen Operationsschritt selbsttätig auszuführen.

Mit anderen Worten arbeitet der Operationsroboter selbsttätig auf der Grundlage der jeweils aktualisierten ersten Bilddaten, und/oder er wird von einem Operateur geführt, der die jeweils aktualisierten Bilddaten der Anzeigeeinrichtung entnehmen kann, und gegebenenfalls durch endoskopische Einrichtungen di- rekten Einblick in den Operationsbereich hat.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß der Operations- roboter dazu ausgelegt ist, auf ein vorbestimmtes Volumen in dem durch die aktualisierten ersten Bilddaten repräsentierten Operationsgebiet beschränkt zu arbeiten. Dieses Volumen kann beispielsweise ein zu koagulierender Hirntumor sein. Mithin wird der Operationsroboter in diesem Fall die Koagulation auf den Tumor beschränken, so daß angrenzende Gehirnsubstanz nicht gefährdet ist.

Der Operationsroboter kann erfindungsgemäß dazu ausgelegt sein, einen vorbestimmten Abstand zu einer vorbestimmten

Grenzoberfläche in dem durch die aktualisierten ersten Bildda- ten repräsentierten Operationsgebiet einzuhalten. Wiederum gilt, daß dadurch an das Operationsgebiet angrenzende Hirnsub- stanz vor einer Schädigung durch den Operationsroboter sicher ist.

Ferner kann der Operationsroboter erfindungsgemäß dazu ausgelegt sein, einen vorbestimmten Punkt in dem durch die ak- tualisierten ersten Bilddaten repräsentierten Operationsgebiet anzufahren. Bei so einem Anfahrpunkt kann es sich beispiels- weise um das Zentrum eines zu koagulierenden Hirntumors han- deln.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Einrichtung zum Einge- ben des Beschränkungsvolumens, der Grenzoberfläche und/oder des Anfahrpunktes vorgesehen. Dadurch hat der Operateur die Möglichkeit, dem Operationsroboter präoperativ und/oder in- traoperativ die für die Sicherheit erforderlichen und oben be- schriebenen Grenzen zu setzen bzw. einen Anfahrpunkt zu set- zen, der zu Beginn, im Verlauf oder gegen Ende der Operation von dem Operationsroboter angefahren werden soll.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Eicheinrichtung vorge- sehen, die fest an dem Körper anzubringen ist und die minde- stens eine Landmarke aufweist, welche bezüglich des Körpers einen festen gemeinsamen Bezugspunkt für die ersten und die zweiten Bilddaten darstellt. Eine solche Eicheinrichtung dient beispielsweise dazu, mittels Ultraschall erhaltene Bilddaten unmittelbar vor Beginn der Operation mit präoperativ im Wege der Computertomographie oder der Kernspintomographie erhalte- nen Bilddaten durch sogenannte Koregistrierung abgleichen zu können.

Die Eicheinrichtung ist erfindungsgemäß bevorzugt von ei- nem stereotaktischen Rahmen gebildet. Selbstverständlich sind

auch andere (äquivalente) Einrichtungen für diesen Zweck ein- setzbar.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes eines menschlichen oder tierischen Körpers.

Wie bereits oben erwähnt, gibt es Situationen, beispiels- weise während einer Operation, in denen nur Bildgebungsverfah- ren angewendet werden können, die keine ausreichend detail- lierten Bilddaten ergeben.

Der Erfindung stellt sich mithin die Aufgabe, ein Verfah- ren der genannten Art anzugeben, das auch dann intraoperativ detaillierte Bilddaten ergibt, wenn ein entsprechend detail- liert arbeitendes Bildgebungsverfahren intraoperativ nicht an- wendbar ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch ein Ver- fahren mit folgenden Schritten gelöst : -Speichern erster, beispielsweise im Wege der Computerto- mographie oder der Kernspintomographie gewonnener Bildda- ten des Körpers, -Aufnehmen zweiter Bilddaten des Körpers, beispielsweise mittels Ultraschalls, zu einem ersten und zu einem zwei- ten, nach dem ersten Zeitpunkt liegenden Zeitpunkt, -Vergleichen der zu dem ersten und zu dem zweiten Zeit- punkt aufgenommenen zweiten Bilddaten miteinander, -Aktualisieren der ersten Bilddaten entsprechend einer sich aus dem Vergleich ergebenden Veränderung und -Anzeigen der aktualisierten ersten Bilddaten.

Wie bereits oben unter Bezugnahme auf die erfindungsge- mäße Vorrichtung detailliert erläutert, wird nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren in bestimmten Situationen, d. h. bei- spielsweise während einer Operation, ein Bildgebungsverfahren angewendet, das weniger detaillierte Bilddaten liefert, wobei nicht diese weniger detaillierten Bilddaten, sondern anhand der Anderung der weniger detaillierten Bilddaten aktualisierte detailliertere Bilddaten angezeigt werden.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich das er- findungsgmäße Verfahren ausschließlich auf das Erzeugen bzw.

Anzeigen eines Bildes des menschlichen oder tierischen Kör- pers, nicht aber auf eine Diagnose oder Therapie bezieht. Zur Diagnose ist es nämlich erforderlich, das Bild nicht nur zu erzeugen und anzuzeigen, sondern auch auszuwerten. Zur Thera- pie sind über die bloße Erzeugung und das bloße Anzeigen hin- ausgehende Maßnahmen an dem Körper erforderlich.

Erfindungsgemäß bevorzugt werden der erste Zeitpunkt und die Lage des Körpers bei dem Aufnehmen der zweiten Bilddaten derart gewählt, daß die zum ersten Zeitpunkt aufgenommenen zweiten Bilddaten den gespeicherten ersten Bilddaten entspre- chen.

Mit anderen Worten wird eine Eichung insofern vorgenom- men, daß die ersten und die zweiten Bilddaten einmal aufeinan- der abgestimmt werden, indem sie ein und denselben Zustand des Körpers wiedergeben.

Erfindungsgemäß kann der Schritt des Aktualisierens in vorbestimmten Zeitabständen durchgeführt werden.

Es kann aber auch vorgesehen sein, daß der Schritt des Aktualisierens immer (nur) dann durchgeführt wird, wenn die

sich aus dem Vergleich ergebenden Änderungen ein vorbestimmtes Maß überschreiten. Dadurch kann Rechenzeit und-kapazität ein- gespart werden.

Im folgenden ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh- rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, wobei die Zeichnung schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Herzstück der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Rech- ner 10 mit einem Vergleicher 12. Mittels eines fest am Körper, zu neurochirurgischen Zwecken beispielsweise am Kopf ange- brachten stereotaktischen Rahmens 14 wird präoperativ unter Einbeziehung von Landmarken ein Computertomogramm und/oder ein Kernspintomogramm mittels eines Computertomographen bzw. Kern- spintomographen 16 aufgenommen. Die dabei erhaltenen Bilddaten werden in einem Speicher 18 abgelegt. Zu Beginn der Operation wird unter Benutzung desselben stereotaktischen Rahmens 14 mittels eines Ultraschallgeräts 20 ein Ultraschallbild aufge- nommen, das zu Eichzwecken mit dem Computertomogramm bzw.

Kernspintomogramm abgeglichen wird.

Das präoperativ gewonnene Computertomogramm bzw. Kern- spintomogramm wird mittels einer Anzeige, beispielsweise in Form eines Monitors 22 angezeigt.

Im Verlaufe der Operation, die beispielsweise mittels ei- nes Operationsroboters 24 durchgeführt wird, werden immer wie- der Ultraschallbilder erzeugt, die mit vorhergehenden Ultra- schallbildern verglichen werden. Dabei sich ergebende Abwei- chungen dienen dazu, das Computertomogramm bzw. das Kernspin-

tomogramm entsprechend zu ändern. Die jeweils so geänderte ak- tuellste Version des Computertomogramms bzw. Kernspintomo- gramms wird zum einen von dem Rechner 12 dem Monitor 22 zuge- führt, so daß der Operateur durchgehend über den Verlauf der Operation informiert ist. Zum anderen wird sie aber auch ver- wendet, um den Operationsroboter 24 zu steuern, was beispiels- weise beinhaltet, daß ihm ein (sich im Laufe der Operation veränderndes) Operationsvolumen zugewiesen wird, wobei er bei- spielsweise weiter dazu angehalten wird, einen vorbestimmten Abstand von einer vorher in den Rechner eingegebenen Grenzoberfläche einzuhalten.

Der Operationsroboter 24 ist u. a. zu folgendem in der Lage : -automatisches Beschränken auf einen vom Operateur vorge- planten Raum, -automatisches Halten einer vorgegebenen Distanz zu einer Oberfläche im Operationsgebiet und/oder -Zurückkehren zu einem vorgewähltem Punkt im Opera- tionsfeld oder am operativen Zugangsweg.

Das Programmieren dieser robotischen Leistungen erfolgt dadurch, daß der Operateur auf Schichtbildern präoperativ er- haltener Bilddatensätze manuell Umgrenzungen angibt, welche sodann Punkte, Strecken oder Räume ergeben und für die Steue- rung des Operationsroboters 24 verwendet werden können. Ein solcher Punkt kann ein Start-oder Zielpunkt oder ein Rück- kehrpunkt auf einen operativen Zugangsweg sein. Eine Strecke kann eine Verbindungslinie zwischen verschiedenen Punkten auf einem Zugangsweg zu einem Operationsgebiet oder innerhalb des Operationsgebietes sein. Ein Raum oder Volumen kann der Umfang eines soliden oder zystischen Tumors oder einer Zyste bzw. de-

ren Wandung sein, deren Außengrenze mit einem Operationsin- strument nicht berührt werden soll.

Zur Kontrolle der räumlichen Gegebenheiten und ihrer Ver- änderungen während einer Operation bedient sich der Operateur der intraoperativen Ultraschallbildgebung.

Vor der Operation wird ein 3D-Datensatz mit einem bildge- benden Verfahren wie etwa der Kernspintomographie oder der Computertomographie hergestellt. Dieser Datensatz dient als Referenzbildgebung für die weiteren Schritte. Während dieser Untersuchung wird für neurochirurgische Zwecke dem Patienten der stereotaktische Rahmen 14 am Kopf befestigt. Dieser Rahmen 14 enthält Landmarken, welche zur Eichung bzw. Koregistrierung der Systeme zu Operationsbeginn verwendet werden können. Zum Zeitpunkt des Operationsbeginns wird der Operationsroboter 24, der beispielsweise die Form eines Roboterarms hat, in eine fest vorgegebene räumliche Beziehung zu dem montierten stereo- taktischen Rahmen 14 gebracht und fest montiert. Sodann werden Landmarkenpunkte mit der Spitze des Operationsinstruments als Eichungsgerät angefahren, wodurch eine eindeutige Beziehung zwischen dem Arbeitsraum des Roboters und dem Raum der präope- rativ hergestellten Bilder erzeugt wird. Eine ähnliche feste Verbindung wird sodann hergestellt zwischen dem stereotakti- schen Rahmen 14 und dem zu inplantierenden Ultraschallkopf 20 zur Herstellung 3-dimensionaler Ultrschallbilder. Durch diese feste, vorgegebene Verbindung zwischen dem präoperativen Bild- raum und dem intraoperativen Ultraschallbildraum besteht die Möglichkeit, Veränderungen im Operationsfeld mit Hilfe der U1- traschallbildgebung zunächst einmal festzuhalten.

Sodann erfolgt eine sogenannte Koregistrierung zwischen präoperativen und intraoperativen Bildern mit dem Ziel, diese Informationen in Echtzeit an den Roboterarm weiterzugeben und damit die geplanten operativen Schritte an die aktuellen räum-

lichen Gegebenheiten anzupassen. Außerdem ermöglicht es dieser Koregistrierschritt, für die Bilddarstellung, welche dem Ope- rateur während des Eingriffs als Orientierung dient, die je- weils qualitativ höchstwertige Darstellung der aktuellen Gege- benheiten zu erhalten, indem durch die Koregistrierung zum Beispiel der präoperative 3D-Kernspindatensatz nach den im in- traoperativen Ultraschallbild erkannten räumlichen Veränderun- gen abgewandelt und dargestellt wird. Der koregistrierte, ab- gewandelte Kernspindatensatz als Kunstprodukt eines Koregi- strierschrittes wird daher Bilder ergeben, welche den Anschein erwecken, es sei intraoperative Kernspintomographie durchge- führt worden. Tatsächlich aber wurde die Bildinformation von der intraoperativen Ultraschallbildgebung dazu verwendet, den präoperativen Kernspindatensatz derart abzuändern, daß das neue Kernspinbild den aktuellen räumlichen Gegebenheiten ent- spricht und identisch mit denen des aktuellen Ultraschallbil- des ist. Damit können gegebenenfalls auch Bilddetails aus dem Kernspinbild, welche im Ultraschallbild nicht darstellbar sind, in diese abgewandelten, der aktuellen Situation angegli- chenen Form dargestellt werden und dem Operateur ein hoch auf- gelöstes virtuelles Bild seines Operationsgebietes präsentie- ren. Umgekehrt werden damit auch Bildinhalte präsentierbar, welche im präoperativen Bild nicht vorkommen, die also erst mittels des Ultraschalls erhalten werden können.

Im Detail bedeutet dieser Koregistriermechanismus, daß vorgeplante Zielpunkte, Strecken, Flächen und Räume des Robo- terraumes jeweils den aktuellen Gegebenheiten im Operationsge- biet angepaßt werden. Sie ermöglichen aktuell präzises Operie- ren.

Wenn also z. B. eine Koagulationssonde aktiviert wird, um den zentralen Bereich eines Tumors zu koagulieren, wird als Folge des Koagulationsvorgangs der gesamte Tumor schrumpfen und die vom Operateur präoperativ vorgegebene Tumorgrenze

nicht mehr den aktuellen Tumorgrenzen entsprechen. Die erfin- dungsgemäße Vorrichtung ist dazu in der Lage, Bewegungen die- ser vorgegebenen Grenze zu beobachten und zu dokumentieren, also die Volumenveränderungen zu registrieren und an den Ope- rationsroboter weiterzugeben. Das vom Operateur im Rahmen sei- ner präoperativen Planung vorgegebene Volumen wird als "Alarmvolumen"bezeichnet. Die Steuersoftware zur Registrie- rung von Veränderungen dieses Volumens bzw. Veränderungen der Oberfläche dieses Volumens wird als"Alarmvolumen-Adaptie- rungstool" (AVAT) bezeichnet.

Eines der Programme für robotische operative Leistungen besteht darin, ein vom Operateur vorgeplantes Volumen automa- tisch zu koagulieren. Dabei wird der automatische Koagulati- onsvorgang gestoppt, sobald das aktuell koagulierte Volumen an einer Stelle das geplante Volumen erreicht. Dabei ist die Lei- stung des AVAT zu berücksichtigen, welches gewährleistet, daß das geplante Volumen gegen Ende des Koagulationsvorgangs nicht mehr dem aktuellen Volumen entspricht, weil der gesamte Tumor während des Koagulationsvorgangs geschrumpft ist. Der Koagula- tionsvorgang wird also entsprechend der Bewegung der Tumoroberfläche während des Koagulationsvorgangs adaptiert und früher beendet.

Der nächste Operationsschritt besteht dann beispielsweise darin, die Spitze der Koagulationssonde in den Mittelpunkt je- ner neuen Kugel zu befördern, welche den größtmöglichen näch- sten zu koagulierenden Resttumoranteil beinhaltet. Auch dabei ist wieder das AVAT zur Adaptierung zwischen geplantem und ak- tuellem Volumen zu berücksichtigen. Außerdem wird für diesen und die darauffolgenden Schritte zur dritten, vierten, etc.

Koagulation jeweils die Bewegung vom aktuellen Standpunkt der Sondenspitze zu einem vorgegebenen Eintrittspunkt und von dort entlang einer Zugangsstrecke zum neuen Zielpunkt geführt.

Ein weiterer Programmablauf ist beispielsweise dazu vor- gesehen, die innere Oberfläche eines zystischen Tumors mit ei- nem Operationsinstrument abzuscannen, zuerst eine vorgegebene Schichtdicke zu koagulieren und sodann das koagulierte Gewebe abzuschürfen. Dabei wird das Distanzhalteprogramm aktiviert, welches gewährleistet, daß ein Sicherheitsabstand von der Koagulationsgrenze gehalten wird, damit bei der Tumorentfer- nung Blutungen vermieden werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen so- wie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfüh- rungsformen wesentlich sein.