DE102007021769B4 - Angiographiegerät und zugehöriges Aufnahmeverfahren mit einem Mechansimus zur Kollisionsvermeidung - Google Patents

Angiographiegerät und zugehöriges Aufnahmeverfahren mit einem Mechansimus zur Kollisionsvermeidung Download PDF

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Abstract

Angiographiegerät (1) zur Untersuchung von Gefäßen von Patienten (2) mit einem Röntgenstrahler (3) und einem zugehörigen Detektor (5), mit einer Bildverarbeitungseinheit (7), einer Bildanzeigeeinheit (8), einer Steuereinheit (9), einem Kollisionsrechner (10) und Sensoren (6), wobei die Sensoren (6), die am Angiographiegerät (1) befestigt sind, zur Abtastung der äußeren Abmessung des Patienten (2) vor der eigentlichen Untersuchung und während der Untersuchung ausgebildet sind, und wobei die dabei gewonnenen Daten in einen Speicher (14) des Kollisionsrechners (10) einspeisbar sind und das System durch eine Software (13) des Kollisionsrechners (10) so steuerbar ist, dass durch die Steuereinheit (9) die Bewegung des Systems bei zu großer Annäherung zwischen System und Patient (2) automatisch verlangsambar oder gänzlich stoppbar ist, wobei es sich um ein System mit einem C-Arm (12) und einem Patiententisch (11) handelt, wobei Röntgenstrahler (3), Blende (4), Detektor (5) und Sensoren (6) am C-Arm (12) befestigt sind und der C-Arm (12) rotierbar oder alternativ longitudinal entlang der Längsachse des Patiententisches (11) bewegbar ist, und/oder wobei der Patiententisch (11) longitudinal entlang seiner Längsachse bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Software (13) des Kollisionsrechners (10) die vor der eigentlichen Untersuchung ermittelte individuelle statische Patientenhüllkurve, die der realen Patientensilhouette entspricht, hinterlegt ist und die Software (13) auch den Vergleich von individuell statischer mit in Echtzeit während der Untersuchung aufgenommener dynamischer Patientenhüllkurve steuert, wobei der C-Arm (12) mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 100 Grad pro Sekunde rotieren kann und wobei je nach Position des C-Arms (12) oder des Patiententisches (11), d. h. je nach Messposition, die einstellbare tolerierbare Abweichung von dynamischer zu individueller statischer Hüllkurve zwischen 0,5 und 10 cm liegt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Angiographiegerät mit Röntgenstrahler, Detektor, Bildverarbeitungseinheit, Bildanzeigeeinheit, Steuereinheit, Kollisionsrechner und Sensoren und ein zugehöriges Angiographieverfahren zur Untersuchung von Gefäßen von Patienten
  • Stand der Technik
  • Röntgensysteme sind heute zumeist dediziert einem klinischen Anwendungsfeld zuzuordnen. So wird zwischen Angiographiesystemen, Fluoroskopiesystemen und Radiographiesystemen unterschieden. Dabei können die beiden erstgenannten Systemgruppen sowohl dynamische Applikationen als auch Einzelbildaufnahmen (single shot) abdecken. Zur Untersuchung von Blutgefäßen stehen primär die Angiographie, die Sonographie, die Computertomographie, die Magnetresonanztomographie und die Optical Coherence Tomographie zur Verfügung. Der Goldstandart für die Untersuchung von Gefäßen ist aber die Angiographie. Bei Interventionen, d. h. wenn die Untersuchung dahin zielt, eine Verengung eines Gefäßes sichtbar zu machen, um diese aufzudehnen und ggf. mit einem Stent aufzuhalten, gibt es zurzeit keine Alternative zur Angiographie. Vorzugsweise werden Rotationsangiographiesysteme mit einem beweglichen C-Arm eingesetzt, um dreidimensionale Bilder von Gefäßen aufzuzeichnen.
  • Bisher wurden um eine Kollision zwischen dem beweglichen C-Arm und dem Patienten zu vermeiden, Hüllkurven für die äußere Abmessung eines Patienten angenommen, die wie ein virtueller Ballon um den Patienten liegen. Die Hüllkurven, die im Kollisionsrechner des Angiographiesystems abgespeichert sind, werden als statisch angenommen bestehend aus mehreren Zylindern. Dabei kann zum Beispiel ein Zylinder für den Kopf, ein Zylinder für den Körperstamm, zwei für die Arme und einer für die Beine vorgesehen sein. Unabhängig von der tatsächlichen Größe des zu untersuchenden Patienten gibt es nur eine statische Hüllkurve, die mit der spezifischen Silhouette des Patienten nichts zu tun hat. Kommt der C-Arm des Angiographiesystems in die Nähe der statischen Hüllkurve verlangsamt der C-Arm seine Fahrt. Um Patienten jeglicher Körperform und Größe vor einer Kollision mit dem C-Arm während der Untersuchung zu schützen, muss die statische Hüllkurve sehr groß bemessen sein.
  • Bei den Aufnahmen gemäß obigem Stand der Technik erfolgt zunächst eine langsame, handgesteuerte Fahrt ohne Röntgenstrahlung währenddessen ein Kollisionsrechner aktiv ist, wobei geprüft wird, ob eine Kollision des C-Arms mit dem Tisch oder mit der statischen Patientenhüllkurve, gebildet aus den Zylindern, eintritt. Anschließend erfolgt eine schnelle, bildgebende Fahrt, während der die Röntgenstrahlung angewendet wird. Dabei ist der Kollisionsrechner nicht mehr aktiv und der Arzt kann auch nicht mehr eingreifen. Während der Untersuchung wird der Patient als unbeweglich angenommen.
  • Die US-Anmeldung US 2005/0281374 A1 beschreibt einen Stand der Technik, wonach ein Patientenpositionierungssystem für ein therapeutisches Bestrahlungssystem mit beweglichen Komponenten beansprucht wird. Das Patientenpositionierungssystem plant Bewegungen voraus und analysiert diese, um die Effizienz der Bewegung für eine geringere Latenzzeit zu erhöhen und proaktiv Kollisionen zu vermeiden. Das Patientenpositionierungssystem beinhaltet mehrere Kameras, die sowohl den Ort von festen und beweglichen Systemkomponenten bestimmen können, als auch ein Eindringen von fremden Objekten oder Personal in den Bewegungspfad überwachen können. Wenn eine Kollision droht hemmt das System die Bewegung des Patientenpositionierungssystems. Besonders kennzeichnend für die obige US-Anmeldung ist es, dass auch hier der Patient selbst als unbeweglich angenommen wird. Weiterer relevanter Stand der Technik ist in den Offenlegungsschriften DE102005023165A1 und DE102005049106A1 offenbart. In DE102005023165A1 wird ein medizinisches Bildgebungssystem mit einem um einen Patienten verfahrbaren Teil und Kollisionsschutzverfahren beschrieben. DE102005049106A1 beschreibt ein medizinisches Bildgebungssystem und Kollisionsschutzverfahren mit regelbarem Arm.
  • Als letzte Instanz, um das System zu stoppen, bevor ein Patient durch Kollision mit dem C-Arm ernsthaft verletzt wird, dienen elektromechanische Auffahrschalter. Ein solcher Schalter kann zum Beispiel in der Verkleidung des C-Arms integriert sein. Die Schalter können ausgeprägt sein als Endschalter, Abschaltgummis, Trittmatten usw..
  • Das Problem besteht also darin, dass die im Stand der Technik beschriebenen Angiographiesysteme eine Bewegung des Patienten während der Untersuchung mit Röntgenstrahlen nicht erfassen können und dass wegen der sehr groß bemessenen statischen Hüllkurven der C-Arm an vielen Stellen nicht nahe genug an den Patienten heranfahren kann.
  • Darstellung der vorliegenden Erfindung
  • Ausgehend von den vorstehenden, diskutierten Nachteilen und Problemen stellt sich die Aufgabe, ein Angiographiesystem so weiterzuentwickeln, dass ungeplante und ungewollte Bewegungen des Patienten während seiner Untersuchung in Echtzeit vom System detektiert werden können und bei Kollisionsgefahr des Patienten mit dem C-Arm die Bewegung des C-Arms oder des Patiententisches sofort stoppt, ohne dass das System erst durch die elektromechanischen Auffahrschalter in einer Art „Nothalt” zum Stehen kommt. Um Bewegungsartefakte zu verringert und die Untersuchungszeiten zu verkürzen, werden in Zukunft immer höhere Geschwindigkeiten des C-Arms notwendig, weshalb zum Schutz des Patienten unbedingt ein dynamischer Mechanismus zur Kollisonsvermeidung erforderlich ist.
  • Die vorliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 5. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
  • Die vorliegende Erfindung ist aus dem folgenden Grund vorteilhaft. Vor der eigentlichen Untersuchung wird die reale äußere Abmessung des Patienten als individuelle statische Hüllkurve ermittelt. Während der eigentlichen Untersuchung wird die reale äußere Abmessung des Patienten in Echtzeit als dynamische Hüllkurve ermittelt. Das Angiographiegerät und insbesondere der C-Arm oder der Patiententisch stoppt, wenn für eine Position des C-Arms oder des Patiententisches der Abstand von individueller statischer zu dynamischer Hüllkurve einen einstellbaren Wert überschreitet. Dies ermöglicht einen gegenüber dem Stand der Technik stark verbesserten Schutz des Patienten vor Kollision mit dem C-Arm des Angiographiegerätes, für den Fall, dass sich der Patient während der Untersuchung über ein bestimmtes Maß hinaus bewegt. Zudem wird durch die Bestimmung und Nutzung der individuellen statischen Hüllkurve erlaubt, dass der C-Arm bei der eigentlichen Untersuchung sehr nahe an den Patienten heranfahren kann.
  • Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
  • Kurzbeschreibung der Figur
  • 1 eine schematische Abbildung eines C-Bogen-Angiographiegerätes mit C-Arm, Röntgenstrahler, Detektor, Bildverarbeitungseinheit, Bildanzeigeeinheit, Kollisionsrechner, Steuereinheit, Patiententisch, und einem exemplarischen Sensor.
  • 1 zeigt ein Angiographiegerät 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich um eine Anordnung zur Untersuchung von Gefäßen von Patienten 2 mit einem Röntgenstrahler 3 und einem zugehörigen Detektor 5, mit einer Bildverarbeitungseinheit 7, einer Bildanzeigeeinheit 8, einer Steuereinheit 9, einem Kollisionsrechner 10 und Sensoren 6 bei der die Sensoren 6, die am Angiographiegerät 1 befestigt sind, zur Abtastung der äußeren Abmessung des Patienten 2 vor der eigentlichen Untersuchung und während der Untersuchung ausgebildet sind und bei der die dabei gewonnenen Daten in einen Speicher 14 des Kollisionsrechners 10 einspeisbar sind und das System durch eine Software 13 des Kollisionsrechner 10 so steuerbar ist, dass durch die Steuereinheit 9 die Bewegung des Systems bei zu großer Annäherung zwischen System und Patient 2 automatisch verlangsambar oder gänzlich stoppbar ist.
  • Zur Erhöhung des Kontrastes können die Gefäße während der Untersuchung mit Kontrastmittel gefüllt werden. Das Kontrastmittel kann durch einen Katheter direkt an der Stelle des Gefäßsystems, die untersucht werden soll, eingespritzt werden.
  • In einer ersten Ausführungsform handelt es sich um ein System mit einem C-Arm 12 und einem Patiententisch 11, wobei Strahler 3, Blende 4, Detektor 5 und Sensoren 6 am C-Arm 12 befestigt sind und der C-Arm 12 rotierbar oder alternativ longitudinal entlang der Längsachse des Patiententisches 11 bewegbar ist.
  • In einer zweiten Ausführungsform handelt es sich um ein System mit einem C-Arm 12 und einem Patiententisch 11, wobei Strahler 3, Blende 4, Detektor 5 und Sensoren 6 am C-Arm 12 befestigt sind und wobei der Patiententisch 11 longitudinal entlang seiner Längsachse bewegbar ist
  • Die oben eingeführten Sensoren 6 zur berührungslosen Abstandsmessung können kapazitive Näherungssensoren und/oder Ultraschallsensoren und/oder Lasersysteme und/oder Kamerasysteme sein und sie können so am C-Arm 12 bzw. den Anbaukomponenten des C-Arms 12 befestigt sein, dass in jeder Stellung des C-Arms 12 oder des Patiententisches 11 der Abstand des Systems zum Patienten 2 messbar ist und eine Patientenhüllkurve ermittelt werden kann. Die Sensoren 6 können längs des C-Arms 12, vorzugsweise in der Mitte des C-Arms 12, und/oder am Detektor 5 und/oder an der Blende 4 befestigt sein. Der C-Arm 12 kann um das ISO-Zentrum rotieren und die Rotationsgeschwindigkeit kann dabei 100 Grad pro Sekunde und mehr betragen.
  • In einem Speicher 14 des Kollisionsrechners 10 können die Sensordaten der vor der eigentlichen Untersuchung ermittelten individuellen statischen Patientenhüllkurve in Form einer Look-up-Tabelle hinterlegt sein. Eine Software 13 kann auch den Vergleich von individuell statischer mit der in Echtzeit während der Untersuchung aufgenommenen dynamischen Patientenhüllkurve an jeder Position des Bewegungsablaufes des C-Arms 12 oder des Patiententisches 11 steuern.
  • Je nach Position des C-Arms 12 oder des Patiententisches 11, d. h. je nach Messposition, kann die einstellbare tolerierbare Abweichung von dynamischer zu individueller statischer Hüllkurve zwischen 0,5 und 10 cm und darüber hinaus liegen.
  • Weiter beansprucht die Erfindung ein Angiographieverfahren zur Röntgenuntersuchung von Gefäßen von Patienten 2, bei dem zuerst während einer langsamen Fahrt des C-Arms 12 oder des Patiententisches 11, die manuell gesteuert wird, durch die Sensoren 5 eine individuelle statische Patientenhüllkurve entsprechend der realen Patientensilhouette aufgenommen wird und an den Kollisionsrechner 10 weitergeleitet wird und bei dem anschließend während der eigentlichen Röntgenuntersuchung bei automatischer Fahrt des C-Arms 12 oder des Patiententisches 11 eine dynamische Patientenhüllkurve, rekonstruiert aus den permanent in Echtzeit eintreffenden Daten, erzeugt wird und bei dem, wenn die Abweichung der dynamischen von der individuellen statischen Hüllkurve, ermittelt durch den Kollisionsrechner 10, bei einer bestimmten Position des C-Arms 12 oder des Patiententisches 11 einen zuvor festgelegten Wert überschreitet, die Bewegung des C-Arms 12 oder des Patiententisches 11 durch die zentrale Steuereinheit 9 unmittelbar verlangsamt oder gestoppt wird.
  • Bei der Ermittlung der während der Röntgenbestrahlung gemessenen dynamischen Patientenhüllkurve werden also unerwünschte und unvorhergesehene Bewegungen des zu untersuchenden Patienten 2 von den Sensoren 6 erfasst, die zugehörigen Daten in dem Speicher 14 aufgezeichnet und durch die Software 13 des Kollisionsrechners 10 ausgewertet.
  • In Verfahren, wo der C-Arm 12 bewegt wird, ist das System so ausgelegt, dass sich der C-Arm während der eigentlichen Röntgenuntersuchung möglichst schnell bewegt.
  • Ein mögliches Verfahren ist die Rotationsangiographie. Dabei rotiert der C-Arm 12 um den Patiententisch 11 samt Patient 2 und es wird eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern ein und derselben Körperregion aus verschiedenen Winkeln aufgenommen, wobei diese Bilder anschließend von der Bildverarbeitungseinheit 7 zu dreidimensionalen Bildern der untersuchten Körperregion zusammengerechnet werden können.
  • Ein weiteres Verfahren ist das periphere Angiographieverfahren, wobei bei der Aufnahme der C-Arm 12 ortsfest ist und der Patiententisch 11 sich gleichzeitig longitudinal entlang der Längsachse des Patiententisches 11 bewegt, wobei zweidimensionale Bilder aufgenommen werden können.
  • Eine weitere Ausprägung des peripheren Angiographieverfahrens ist ein Verfahren nach dem bei der Aufnahme der C-Arm 12 sich longitudinal entlang der Längsachse des Patiententisches 11 bewegt und der Patiententisch 11 ortsfest ist, wobei zweidimensionale Bilder aufgenommen werden können.
  • Die oben beschriebene Methode, vor der eigentlichen Angiographieaufnahme eine individuelle statische Hüllkurve entsprechend der realen Patientensilhouette aufzuzeichnen, diese Hüllkurve dann mit der in Echtzeit während der Angiographieaufnahme gemessenen dynamischen Hüllkurve abzugleichen und die Daten in einem Kollisionsrechner auszuwerten, ist universell zur Vermeidung einer Kollision zwischen Patient und Angiographiesystem einsetzbar. Das Verfahren ist für beliebige Bewegungstrajektorien von C-Arm 12 und Patiententisch 11, sowie für beliebige Kombinationen aus Bewegungen von C-Arm 12 und Patiententisch 11 anwendbar.
  • Die oben beschriebene automatische und dynamische Kollisionsvermeidung unter Berücksichtigung der individuellen statischen Patientenhüllkurve und ungewollter Bewegungen des Patienten 2 während der Untersuchung wird umso wichtiger je schneller sich der C-Arm 12 eines Angiographiesystem bewegt. Um Bewegungsartefakte zu vermeiden und die Untersuchungsdauer zu minimieren werden in Zukunft Rotationsgeschwindigkeiten des C-Arms 12 implementiert werden, die 100 Grad pro Sekunde überschreiten. Da die hohe Geschwindigkeit bei der großen Masse des C-Arms 12 einen enormen Impuls erzeugt, kann der Patient 2 bei Kollision mit dem C-Arm 12 schwer verletzt werden. Deshalb ist ein dynamisches individuelles Kollisionsvermeidungssystem wie oben beschrieben zwingend erforderlich.

Claims (8)

  1. Angiographiegerät (1) zur Untersuchung von Gefäßen von Patienten (2) mit einem Röntgenstrahler (3) und einem zugehörigen Detektor (5), mit einer Bildverarbeitungseinheit (7), einer Bildanzeigeeinheit (8), einer Steuereinheit (9), einem Kollisionsrechner (10) und Sensoren (6), wobei die Sensoren (6), die am Angiographiegerät (1) befestigt sind, zur Abtastung der äußeren Abmessung des Patienten (2) vor der eigentlichen Untersuchung und während der Untersuchung ausgebildet sind, und wobei die dabei gewonnenen Daten in einen Speicher (14) des Kollisionsrechners (10) einspeisbar sind und das System durch eine Software (13) des Kollisionsrechners (10) so steuerbar ist, dass durch die Steuereinheit (9) die Bewegung des Systems bei zu großer Annäherung zwischen System und Patient (2) automatisch verlangsambar oder gänzlich stoppbar ist, wobei es sich um ein System mit einem C-Arm (12) und einem Patiententisch (11) handelt, wobei Röntgenstrahler (3), Blende (4), Detektor (5) und Sensoren (6) am C-Arm (12) befestigt sind und der C-Arm (12) rotierbar oder alternativ longitudinal entlang der Längsachse des Patiententisches (11) bewegbar ist, und/oder wobei der Patiententisch (11) longitudinal entlang seiner Längsachse bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Software (13) des Kollisionsrechners (10) die vor der eigentlichen Untersuchung ermittelte individuelle statische Patientenhüllkurve, die der realen Patientensilhouette entspricht, hinterlegt ist und die Software (13) auch den Vergleich von individuell statischer mit in Echtzeit während der Untersuchung aufgenommener dynamischer Patientenhüllkurve steuert, wobei der C-Arm (12) mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 100 Grad pro Sekunde rotieren kann und wobei je nach Position des C-Arms (12) oder des Patiententisches (11), d. h. je nach Messposition, die einstellbare tolerierbare Abweichung von dynamischer zu individueller statischer Hüllkurve zwischen 0,5 und 10 cm liegt.
  2. Angiographiegerät (1) nach Anspruch 1, wobei die Sensoren (6) zur berührungslosen Abstandsmessung kapazitive Näherungssensoren und/oder Ultraschallsensoren und/oder Lasersysteme und/oder Kamerasysteme sind und so am C-Arm (12) bzw. den Anbaukomponenten des C-Arms (12) befestigt sind, dass in jeder Stellung des C-Arms (12) oder des Patiententisches (11) der Abstand des Systems zum Patienten (2) messbar ist und eine Patientenhüllkurve ermittelt werden kann.
  3. Angiographiegerät (1) nach Anspruch 2, wobei die Sensoren (6) längs des C-Arms (12), vorzugsweise in der Mitte des C-Arms, und/oder am Detektor (5) und/oder an der Blende (4) befestigt sind.
  4. Angiographiegerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kollisionsrechner (10) den Speicher (14) aufweist, in dem in Form einer Look-up-Tabelle die Sensordaten, gewonnen bei der Erfassung der individuellen statischen Patientenhüllkurve an jeder Position des Bewegungsablaufes des C-Arms (12) oder des Patiententisches (11), speicherbar sind.
  5. Angiographieverfahren zur Röntgenuntersuchung von Gefäßen von Patienten (2), wobei zuerst während einer langsamen Fahrt des C-Arms (12) oder des Patiententisches (11), die manuell gesteuert wird, durch die Sensoren (6) eine individuelle statische Patientenhüllkurve entsprechend der realen Patientensilhouette aufgenommen wird und an den Kollisionsrechner (10) weitergeleitet wird und wobei anschließend während der eigentlichen Röntgenuntersuchung bei automatischer Fahrt des C-Arms (12) oder des Patiententisches (11) eine dynamische Patientenhüllkurve, rekonstruiert aus den permanent in Echtzeit eintreffenden Daten, erzeugt wird und wobei, wenn die Abweichung der dynamischen von der individuellen statischen Hüllkurve, ermittelt durch den Kollisionsrechner (10), bei einer bestimmten Position des C-Arms (12) oder des Patiententisches (11) einen zuvor festgelegten Wert überschreitet, die Bewegung des C-Arms (12) oder des Patiententisches (11) durch die zentrale Steuereinheit (9) unmittelbar verlangsamt oder gestoppt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Software (13) des Kollisionsrechners (10) die vor der eigentlichen Untersuchung ermittelte individuelle statische Patientenhüllkurve, die der realen Patientensilhouette entspricht, hinterlegt wird und die Software (13) auch den Vergleich von individuell statischer mit in Echtzeit während der Untersuchung aufgenommener dynamischer Patientenhüllkurve steuert, wobei der C-Arm (12) mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 100 Grad pro Sekunde rotieren kann und wobei je nach Position des C-Arms (12) oder des Patiententisches (11), d. h. je nach Messposition, die einstellbare tolerierbare Abweichung von dynamischer zu individueller statischer Hüllkurve zwischen 0,5 und 10 cm liegt.
  6. Angiographieverfahren nach Anspruch 5, wobei bei der Aufnahme der C-Arm (12) um den Patiententisch (11) samt Patient (2) rotiert und dabei eine Vielzahl von zweidimensionalen Bildern ein und derselben Körperregion aus verschiedenen Winkeln aufgenommen werden, die anschließend von der Bildverarbeitungseinheit (7) zu dreidimensionalen Bildern der untersuchten Körperregion zusammengerechnet werden.
  7. Angiographieverfahren nach Anspruch 5, wobei bei der Aufnahme der C-Arm (12) ortsfest ist und der Patiententisch (11) sich longitudinal entlang der Längsachse des Patiententisches (11) bewegt, wobei zweidimensionale Bilder aufgenommen werden.
  8. Angiographieverfahren nach Anspruch 5, wobei bei der Aufnahme der C-Arm (12) sich longitudinal entlang der Längsachse des Patiententisches (11) bewegt und der Patiententisch (11) ortsfest ist, wobei zweidimensionale Bilder aufgenommen werden.
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