AT502925A1 - Bildgebendes verfahren sowie einrichtung zur erfassung von bildern von gelenken - Google Patents

Description

  Die Erfindung bezieht sich auf ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Gelenken in verschiedenen Stellungen sowie auf eine Einrichtung zur Erfassung von Bildern von Gelenken mit einem Support für das Gelenk und wenigstens einem Sensor für ein bildgebendes Verfahren, wie z.B. Magnetresonanz-, Computertomographie-, Ultraschall- oder Röntgenbildverfahren.
Positioniereinrichtungen für Patienten im Zusammenhang mit Strahlenbehandlungen sind bekannt. Bei derartigen Einrichtungen wird der Patient auf einem Schlitten festgelegt und in eine entsprechende Bestrahlungseinrichtung so eingeschoben, dass eine exakte Positionierung des zu behandelnden Teilbereichs des Körpers relativ zur Strahlenquelle gewährleistet ist. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise der US 5,983,424 B und der WO 2005/020819 AI zu entnehmen.

   Bei derartigen Einrichtungen wird der jeweils gewünschte Bereich ergänzend mit bildgebenden Verfahren erfasst und es ist bekannt, in diesem Zusammenhang Röntgenaufnahmen-, Magnetresonanz- oder Computertomographieverfahren sowie ggf . andere bildgebende Verfahren einzusetzen, um die korrekte Stelle der in der Folge gewünschten Behandlung zu unterziehen.
Im Zusammenhang mit bildgebenden Untersuchungen ist es unter anderem bekannt, die Röntgenkamera bzw. die Röntgenstrahlungsquelle über Gelenkarme in eine für die jeweils gewünschte Darstellung geeignete Position zu bringen. Bei einer Reihe von Verfahren, wie z.B.

   Röntgenuntersuchungen, ist es aufgrund der damit verbundenen Strahlenbelastung erforderlich, nach jeder Repositionierung das jeweilige Bedienungspersonal aus dem Auf ahmeraum abzuziehen, sodass eine exakte Repositionierung der Kamera oder des Patienten relativ zeitaufwändig wird.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein bildgebendes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem nicht nur statische Einzelaufnahmen sondern auch Bewegungsabläufe in Form einer filmischen Darstellung aufgenommen werden können, ohne dass hierfür für jede Repositionierung des Patienten bzw. des abzubildenden Gelenks jeweils der Aufnahmeraum neuerlich betreten werden muss.

   Zur Lösung dieser Aufgabe be steht das erfindungsgemässe Verfahren im Wesentlichen darin, dass das darzustellende Gelenk an einem zu einer Drehbewegung antreibbaren Drehsupport festgelegt wird und in die gewünschte Position oder über einen definierten Schwenkwinkelbereich verschwenkt wird und dass die bildgebenden Sensoren bei einer bestimmten Position oder über den gewählten Schwenkwinkelbereich zur Aufnahme von Einzelbildern oder einer Bildsequenz geschaltet werden.

   Dadurch, dass der jeweils abzubildende Teilbereich des menschlichen Körpers, nämlich ein Gelenk, ferngesteuert in eine gewisse Drehposition verbracht werden kann oder sogar über einen zuvor definierten Schwenkwinkelbereich bei zur Aufnahme einer Bildsequenz geschalteter Kamera verschwenkt werden kann, gelingt es ohne zusätzliche Intervention des Bedienungspersonals im Aufnahmeraum selbst die gewünschten Bilder oder Bildsequenzen aufzunehmen, wobei zu allem Überfluss die Möglichkeit geschaffen wird, eine derartige Darstellung mit unterschiedlichen bildgebenden Methoden vorzunehmen oder in der Folge den jeweils gewählten Bildwinkel zur Erzielung dreidimensionaler Abbildungen zu verändern.
Zu diesem Zweck wird mit Vorteil das erfindungsgemässe Untersuchungsverfahren so vorgenommen,

   dass die Sensoren zur Erfassung von Bildern in verschiedenen Abbildungsebenen verstellt oder geschaltet werden und dass die Aufnahmen für die neuen Abbildungsebenen mit gleicher Position bzw. gleichem Schwenkwinkelbereich wiederholt werden, wobei vorzugsweise der Antrieb des Drehsupports für Aufnahmen in voneinander verschiedenen Abbildungsebenen mit gleicher Schwenkgeschwindigkeit betrieben wird. Eine derartige konstante Drehgeschwindigkeit erlaubt es in einfacher Weise, eine Synchronisierung von Aufnahmen in verschiedenen Ebenen zu erzielen und auf die Art und Weise ein dreidimensionales Bild zu errechnen.

   Die jeweils gewählte Position bzw. der sich jeweils beim Verschwenken gleichzeitig mit einer entsprechenden Aufnahme einstellende Schwenkwinkel des vorgegebenen Schwenkwinkelbereichs kann naturgemäss erfasst und für die Synchronisierung zur Errechnung dreidimensionaler Bilder gleichfalls herangezogen werden. Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Erfassung von Bildern von Gelenken mit einem Support für das Gelenk und wenigstens einem Sensor für ein bildgebendes Verfahren, wie z.B.

   Magnetresonanz-, Computertomographie-, Ultraschall- oder Röntgenbildverfahren, ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass ein Support als Drehsupport ausgebildet ist und mit einem Drehantrieb zur Einstellung einer bestimmten Position oder zum Überstreichen eines einstellbaren Schwenkwinkelbereichs verbunden ist, dessen Betrieb über ein Steuergerät fernsteuerbar ist, und dass der Drehsupport relativ zur Position der Sensoren für das bildgebende Verfahren orientierbar verlagerbar und/oder festlegbar ist. Insbesondere für Röntgenaufnahmen können störende Schatten durch Wahl entsprechender Werkstoffe vermieden werden, wobei naturgemäss auch an den Antrieb des Drehsupports je nach gewähltem bildgebenden Verfahren besondere Ansprüche gestellt werden.

   Mit Vorteil ist die erfindungsgemässe Einrichtung zu diesem Zweck so weitergebildet, dass der Drehantrieb von einem linear beweglichen Antrieb, wie z.B. wenigstens einem Luftmuskel oder wenigstens einem pneumatischen oder hydraulischen Zylinderkolbenaggregat, gebildet ist, welcher über Seile und Rollen mit dem Drehsupport gekuppelt ist, wobei ein derartiger pneumatischer oder hydraulischer Antrieb in besonders einfacher Weise aus nicht magnetisierbaren Materialien bestehen kann und damit auch störungsfreie MR-Untersuchungen gewährleistet.
Für die universelle Verwendbarkeit einer derartigen Einrichtungen sind lediglich entsprechende Anschlussstellen vorgesehen, mit welchen die Einrichtung an den üblichen Gleitschienen oder Untertischkonstruktionen der bestehenden Einrichtung für das bildgebende Verfahren angeschlossen werden kann, um in den Strahlengang bzw.

   den Sensorkopf eingeschoben zu werden. Die erfindungsgemässe Einrichtung kann somit auf den beispielsweise üblicherweise vorgesehenen Schlitten oder anstelle eines derartigen Schlittens eingesetzt werden, wobei im Fall von konventionellen Röntgenkammern ein entsprechender Unterlagstisch oder Support für das jeweilige Gelenk zur Verfügung gestellt werden muss, auf welchem der Drehsupport festge legt werden kann.

   Für andere Verfahren, bei welchen das abzubildende Gelenk in den Strahlengang bzw. einen entsprechenden Sensorkopf hineinverfahren werden muss, genügt es, eine entsprechende Festlegung an den Schienen bzw. dem Schlitten vorzunehmen, um die korrekte Positionierung vor Beginn der Winkeleinstellung des Gelenks oder der Verschwenkung aufzusuchen.
Von wesentlichem Vorteil ist hierbei der Umstand, dass ein kompakter mobiler Aufbau ermöglicht wird, welcher es erlaubt, das Gerät bei Bedarf rasch an dem jeweiligen Untersuchungstisch zu montieren und die Aufnahmen vom Kontrollraum aus überwacht durchzuführen, wodurch die Strahlenbelastung von Personal bei Röntgenaufnahmen reduziert werden kann.
Der besonders bevorzugt verwendete Luftmuskel ist in der Regel als pneumatisches Aggregat ausgelegt und wird durch Einpressen von Fluid längsachsig kontrahiert.

   Das Einpressen von Fluid bewirkt hierbei ein Expandieren der Mantelfläche, wodurch der Luftmuskel sich in seiner Länge verkürzt. Um in diesem Fall die entsprechende lineare Rückbewegung sicherzustellen, muss das unter Druck stehende Gas aus dem ballonartigen Luftmuskel wieder abgezogen werden, und es ist daher besonders vorteilhaft, jeweils zwei derartige Luftmuskel oder jeweils zwei pneumatische oder hydraulische Zylinderkolbenaggregate gegensinnig zu beaufschlagen und über einen Seilzug mit einer Rolle des Drehsupports zu verbinden.
Um die Auswertung der jeweiligen Aufnahmen insbesondere für die mathematische Berechnung von dreidimensionalen Bildern zu erleichtern, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass der Drehsupport mit einem Winkelstellungssensor ausgestattet ist, dessen Messwerte an das Steuergerät weiterleitbar sind,

   wobei vorzugsweise der Drehsupport und/oder wenigstens ein Teil der Kraftübertragungselemente des Antriebs für den Drehsupport Kraft/Dehnmesssensoren und/oder Drehmomentsensoren aufweist, deren Messwerte an das Steuergerät weiterleitbar sind. Derartige Kraft/Dehnmesssensoren, wie z.B. Dehnungsmessstreifen, und/oder Drehmomentsensoren können prinzipiell an beliebiger Stelle im Übertragungsweg der Kraft auf den Drehsupport eingeschaltet werden. Eine besonders einfache und vor teilhafte Anordnung ergibt sich allerdings bei unmittelbarer Anordnung dieser Sensoren am Drehsupport selbst, auf dem ja auch die entsprechenden Winkelcodierungen bzw. Winkelstellungsgeber des Drehsupports festgelegt sind.

   Es können somit mit einer einzigen Datenleitung sämtliche Messwerte über einen entsprechenden Verbinder vom Drehsupport weg zur Steuereinrichtung geleitet werden, wobei für den Antrieb dann von der Steuereinrichtung die entsprechenden Pneumatik- bzw. Hydraulikleitungen erforderlich sind.
Die der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellten Messdaten der Winkelstellungssensoren, der Kraft/Dehnmesssensoren und/oder der Drehmomentsensoren können in vorteilhafter Weise für weitergehende Auswertungen oder für Dokumentationszwecke weiterverwendet werden, wobei die Auswertung bzw. Dokumentation unmittelbar in der Steuereinrichtung geschehen kann oder in einer externen Vorrichtung.

   In diesem Fall ist die Ausbildung derart weitergebildet, dass das Steuergerät einen Anschluss zum Auslesen der erfassten Messsignale aufweist.
Für die korrekte externe Steuerung ist die Ausbildung so getroffen, dass das Steuergerät eine Eingabevorrichtung für die Eingabe von Schwenkgeschwindigkeit und/oder Schwenkwinkel des Drehantriebs aufweist. Wie bereits erwähnt, ist es von besonderem Vorteil, die klein und kompakt bauende Einrichtung so auszubilden, dass sie keine Störungen bei Magnetresonanzuntersuchungen oder anderen bildgebenden Verfahren zur Folge hat, wofür mit Vorteil der Support und der Antrieb aus amagnetischen und nicht magnetisierbaren Materialien bestehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Einrichtung näher erläutert.

   In dieser zeigen Fig.l eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Einrichtung, wobei die Art der Festlegung eines Handgelenks schematisch angedeutet ist, und Fig.2 eine Untersicht der erfindungsgemässen Einrichtung bzw. des Manipulators.
In Fig.l ist eine Untersuchungsplatte 1 vorgesehen, welche über entsprechende Füsse 2 an einer Unterkonstruktion festgelegt werden kann, wobei die Füsse 2 so bemessen sind, dass an der Unterseite der Untersuchungsplatte 1 die entsprechenden Antriebsaggregate untergebracht werden können, ohne mit weiteren Teilen einer Unterkonstruktion zu kollidieren.
In Fig.l ist ein Drehsupport 3 ersichtlich, auf welchem sich eine schematisch mit 4 angedeutete Hand anhand eines entsprechenden Griffes 5 festlegen lässt. Zusätzlich zur Stabilisierung können entsprechende Gurte zur Fixation verwendet werden.

   Die Drehachse des Drehsupports ist schematisch mit 6 angedeutet, wobei der Unterarm hier mit einer justierbaren Unterarmklemme 7 und mit schematisch mit 20 angedeuteten Gurten bzw. Bändern fixiert werden kann.
Der Antrieb des Drehsupports 3 erfolgt, wie aus der Fig.2 in der Unteransicht ersichtlich, über einen Luftmuskel 8, welcher in Richtung des Doppelpfeils 9 axial ausdehnbar bzw. kontraktierbar ist. Mit dem Luftmuskel 8, welcher auch als pneumatisches Zylinderkolbenaggregat ausgebildet sein kann, ist ein Seil 10 aus Kunststoff verbunden, welches über eine erste Umlenkrolle 11 und einen Seilspanner 12 mit einem Spanngummi 21 geführt ist und eine Rolle 13 umschlingt. Eine Kontraktion des Luftmuskels 8 hat dabei zur Folge, dass das Seil 10 in Richtung des Pfeils 14 zurückgezogen wird, wodurch sich eine Drehbewegung in Richtung des Pfeils 15 ergibt.

   Entsprechend der Darstellung ist der Antrieb mit einem zweiten identen Aggregat symmetrisch aufgebaut und wird gegengleich angesteuert, sodass eine präzise Feinverstellung und eine Bewegung entgegen des Pfeils 15 ermöglicht wird. Bei Verwendung von pneumatischen Zylinderkolbenaggregaten können die jeweiligen Zylinder kreuzweise verschaltet werden, sodass ein Schwenkantrieb nicht nur in Richtung des Pfeils 15 sondern auch entgegen der Richtung des Pfeils 15 ermöglicht wird.
An der Unterseite der Untersuchungsplatte ist weiters ein mit der Rolle 13 gekuppeltes Messrad 16 ersichtlich, welches an seinem Umfang Markierungen 17 aufweist, welche von einem Sensor 18 zur Erfassung der jeweiligen WinkelStellung abgetastet werden können.
In der Darstellung nach Fig.l ist mit 19 angedeutet eine mögliche Position von Dehnungsmessstreifen bzw.

   einer taugli chen Kraft/Dehnmesszelle ersichtlich, welche die jeweiligen bei fixierter Hand in die Platte geleiteten Drehmomente bzw. Kräfte erfassen kann. Es wird zur Sicherheit des Patienten der Maximaldruck der Antriebsluft auf diese Weise kontrolliert, da über diesen Druck sich das maximale Drehmoment und somit die jeweils zumutbare maximale Kraft auf das Gelenk definiert.

   Zur zusätzlichen Sicherheit wird der Druck, der an der Steuereinheit angeschlossenen Pressluft primär auf einen akzeptablen Wert und somit auf ein absolut mögliches Drehmoment reduziert.
Die Festlegung der Hand auf dem Drehsupport 3 durch entsprechende Riemen oder Klettverschlussbänder kann naturgemäss in verschiedenen Positionen erfolgen und es ist möglich, neben der angedeuteten Positionierung mit einer flachen Hand auf dem Drehsupport die Hand auch quer zur Schwenkebene des Drehsupports entsprechend festzulegen, wobei in diesem Fall zusätzlich beispielsweise nicht dargestellte L-förmige Bügel Verwendung finden können.
Um das Antriebsseil 10 ständig gespannt zu halten, wird die Rolle des Seilspanner 12 mit einem Spanngummi 21 federbelastet.

   Bei Verwendung eines Aggregates ohne symmetrischen Gegenspieler wird die Spannwirkung über eine nicht dargestellte federbelastete Aufrollmechanik der Antriebsrolle 13 realisiert.
Die Messsignale der DMS-Messzellen können bei spontaner Gelenksperre unmittelbar zur Abschaltung des Antriebs herangezogen werden oder aber zum Zwecke einer gezielten Regelung der Kraft genutzt werden. Das Signal des Winkelcodierers ergibt ein Messsignal für den Weg und wird für eine Anzeige bzw. eine gezielte Regelung der Geschwindigkeit und/oder des Abschaltbzw. Einschaltzeitpunkts herangezogen.

   Der Code kann hierbei so aufgebracht sein, dass er über Lichtleiter störungsfrei ausgewertet werden kann, wodurch auch hier die Verwendung von Metallen vermieden werden kann und daher keine magnetischen Störungen bei einer MR-Untersuchung zu befürchten sind.
Die nicht dargestellte Steuereinrichtung erlaubt es auf der Basis der zur Verfügung gestellten Messsignale und des relativ einfachen Antriebs, unterschiedliche Bewegungsabläufe bzw. -einstellungen zu gewährleisten. So ist es beispielsweise möglich, konstante Wege zwischen zwei Winkelstellungen zu durchfahren oder aber eine Bewegung vorzunehmen, bis eine bestimmte vorgegebene Kraft erreicht wird. Die Bewegung selbst kann unter konstanter einstellbarer Geschwindigkeit erfolgen und zyklisch ablaufen oder aber manuell von der Bedienungsperson kontrolliert werden.

Claims (10)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Gelenken in verschiedenen Stellungen, dadurch gekennzeichnet, dass das darzustellende Gelenk an einem zu einer Drehbewegung antreibbaren Drehsupport festgelegt wird und in die gewünschte Position oder über einen definierten Schwenkwinkelbereich verschwenkt wird und dass die bildgebenden Sensoren bei einer bestimmten Position oder über den gewählten Schwenkwinkelbereich zur Aufnahme von Einzelbildern oder einer Bildsequenz geschaltet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren zur Erfassung von Bildern in verschiedenen Abbildungsebenen verstellt oder geschaltet werden und dass die Aufnahmen für die neuen Abbildungsebenen mit gleicher Position bzw. gleichem Schwenkwinkelbereich wiederholt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Drehsupports für Aufnahmen in voneinander verschiedenen Abbildungsebenen mit gleicher Schwenkgeschwindigkeit betrieben wird.

4. Einrichtung zur Erfassung von Bildern von Gelenken mit einem Support für das Gelenk und wenigstens einem Sensor für ein bildgebendes Verfahren, wie z.B. Magnetresonanz-, Computertomographie-, Ultraschall- oder Röntgenbildverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Support als Drehsupport (3) ausgebildet ist und mit einem Drehantrieb zur Einstellung einer bestimmten Position oder zum Überstreichen eines einstellbaren Schwenkwinkelbereichs verbunden ist, dessen Betrieb über ein Steuergerät fernsteuerbar ist, und dass der Drehsupport (3) relativ zur Position der Sensoren für das bildgebende Verfahren orientierbar verlagerbar und/oder festlegbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb als linear beweglicher Antrieb, wie z.B. wenigstens einem Luftmuskel ( 8 ) oder wenigstens einem pneumatischen oder hydraulischen Zylinderkolbenaggregat, gebildet ist, welcher über Seile (10) und Rollen (11,12) mit dem Drehsupport (3) gekuppelt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsupport (3) mit einem Winkelstellungssensor (18) ausgestattet ist, dessen Messwerte an das Steuergerät weiterleitbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4 , 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsupport (3) und/oder wenigstens ein Teil der Kraftübertragungselemente des Antriebs für den Drehsupport (3) Kraft/Dehnmesssensoren (19) und/oder Drehmomentsensoren aufweist, deren Messwerte an das Steuergerät weiterleitbar sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät eine Eingabevorrichtung für die Eingabe von Schwenkgeschwindigkeit und/oder Schwenkwinkel des Drehantriebs aufweist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, dass der Support (3) und der Antrieb aus amagnetischen und nicht magnetisierbaren Materialien bestehen.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät einen Anschluss zum Auslesen der erfassten Messsignale für Auswerte- und Dokumentationszwecke aufweist.