CN102805640A - 控制医学设备的方法、具有医学设备的设施和数据载体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制设施（1,11,14,21,31）的医学设备（1,31）的方法，该设施具有：用于患者（P）的支承装置（11），其中集成了至少一个机电传感器（20）；信号分析装置（14,21），向该信号分析装置传输利用至少一个机电传感器（20）所产生的测量信号用于分析；以及与信号分析装置（14,21）相连的医学设备（1,31），在该方法中，在将患者（P）置于支承装置（11）上时利用至少一个机电传感器（20）采集涉及患者（P）的呼吸和/或心脏活动的测量信号，利用信号分析装置（14,21）基于测量信号产生涉及患者（P）的呼吸周期和/或心动周期的触发信号，并且在该方法中基于触发信号控制医学设备（1,31）的运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对如下的设施的医学设备进行控制的方法，该设施特别是用于至少无运动伪影地产生患者的通过患者的心脏活动和/或呼吸而运动的组织的图像和/或用于放射治疗患者的通过患者的心脏活动和/或呼吸而运动的组织。本发明还涉及一种具有医学设备和用于实施该方法的计算装置的设施以及一种具有实现该方法的计算程序的数据载体。
背景技术
在利用成像的设备，例如利用X射线计算机断层造影设备检查患者的组织时，从不同的投影方向通常在相对于X射线计算机断层造影仪的X射线拍摄系统移动组织或者说患者的情况下拍摄组织的多个二维X射线投影。检查的目的是基于二维X射线投影产生组织的高质量和有说服力的图像，这些图像通常形成对于医学诊断的基础。
如果检查患者的上身区域中的组织，则在产生组织的图像时也考虑通过患者的心脏活动或呼吸引起的组织的运动，以便能够获得组织的高质量的图像，所述图像没有运动伪影。
因此例如在对作为待检查的组织的心脏本身成像时总是试图在基于心脏的所拍摄的二维X射线投影进行的对层图像和三维图像的重建时仅使用在患者的心动周期的其中心脏实际上不发生运动的心脏阶段中拍摄的那些二维X射线投影，以避免在重建的心脏层图像和三维图像中的所提到的运动伪影。为了确定患者的心脏的心动周期，在此通常记录患者的心脏的心电图（EKG）。
对于心脏的层图像和三维图像的产生通常在多个心动周期上在并行记录心电图的条件下拍摄心脏的二维X射线投影并且之后基于心电图仅选择出对于重建合适的二维X射线投影，因此也称为回溯（retrospektiven）方法。
在一种替换方案中同样在多个心动周期上获得心脏的二维X射线投影，然而仅当心脏处于实际上不发生运动的心脏阶段时才基于并行记录的心电图。该方案的优点是，患者被置于低剂量的X射线中。
如果患者基于低的并且均匀的心脏频率或均匀的心动周期，例如在60bpm（beats per minute，每分钟心跳）以下，则可以通过EKG中的RR间隔的分析来识别在RR间隔的大约60%位置附近的相对短的时间区域，在该区域中例如每个心动周期拍摄二维X射线投影。在此，也称为确定所谓的“Pulsing-Windows，脉动窗”，也就是其中施加X射线的时间窗。在此心脏的静止阶段通常是最可能的。如果该假定正确，则向患者施加低剂量的X射线以用于获得从不同的投影方向的二维X射线投影，所述二维X射线投影对于心脏图像的重建是必需的。同时实现高的图像质量。
以类似方式在考虑患者的呼吸运动的情况下工作。在此，通常使用所谓的呼吸带，该呼吸带具有运动传感器并且施加在患者胸部区域以采集呼吸运动。所探测的呼吸周期最后在成像时被考虑。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出本文开头提到的方法、设施和数据载体，使得医学设备的运行可以按照替换的方式被控制。
按照本发明，上述技术问题通过一种用于控制设施的医学设备的方法来解决，该设施具有：用于患者的支承装置，其中集成了至少一个机电传感器；分析装置，向该信号分析装置传输利用至少一个机电传感器所产生的测量信号用于分析；以及与信号分析装置相连的医学设备。在该方法中，在将患者置于支承装置上时利用至少一个机电传感器采集涉及患者的呼吸和/或心脏活动的测量信号，利用信号分析装置基于测量信号产生涉及患者的呼吸周期和/或心动周期的触发信号，并且在该方法中，基于触发信号控制医学设备的运行。
本发明从以下思路出发：EKG电极的使用通常是麻烦的并且对于患者是不舒适的。由此至少在作为人的患者情况下必须在胸部区域通过局部去除毛发才能为安装EKG电极做好准备。为了在皮肤上安装EKG电极，通常需要使用粘结剂。此外，在使用EKG电极的情况下还出现EKG信号关于患者皮肤的个别的阻抗的一定的依赖关系。即使在使用呼吸带的情况下也必须在检查之前将呼吸带首先合适地固定在患者上，由此需要时间。
因此建议：弃用在患者身上的测量信号拍摄的装置，并且取而代之将至少一个机电传感器布置在（其上放置了患者的）支承装置上。如果将机电传感器这样布置在支承装置中，使得在将患者放置到支承装置上时其位于患者的胸部区域中，则利用机电传感器由于对机电传感器的压力施加而记录通过心脏和/或呼吸活动引起的患者胸廓运动并且产生相应的测量信号，该测量信号涉及、表征或标志了患者的呼吸和/或心脏活动。最后，利用从测量信号中导出的触发信号可以控制或影响医学设备的运行。
按照本发明的一种变形，支承装置具有多个机电传感器，其被布置在二维矩阵中并且其测量信号被传输到信号分析装置。多个机电传感器的使用并且特别是其按照阵列或二维矩阵的布置，简化了患者在支承装置上的放置，因为不必精确注意，患者的胸部区域位于确定的机电传感器上。此外，现在提供多个来自于不同的机电传感器的测量信号，从而可以选择最适合于产生触发信号的那些测量信号。
按照本发明的另一种变形，信号分析装置具有计算单元和多路复用器，其中，来自于机电传感器的测量信号由多路复用器传输到计算单元。测量信号相应地在时分复用器（Zeitmultiplex）中被处理，其中可以限制到或选择出对于产生触发信号是重要的那些。这通常是来自于例如靠近患者心脏的机电传感器的具有较大的幅值的测量信号。
按照本发明的一种实施方式，由信号分析装置借助傅里叶和/或小波分析对测量信号进行分析，以便产生涉及了患者的呼吸周期和/或心动周期的触发信号。优选地，对每个机电传感器的测量信号进行傅里叶和/或小波分析，以便识别测量信号或测量信号的信号分量，包括其信号能量，其频率例如位于与人的心脏对应的（大约每分钟60至140次跳动）频带宽度内部。以相同方式可以识别与患者的呼吸对应的测量信号。
按照本发明的另一种实施方式，例如基于机电传感器的相关的测量信号或测量信号的相关的信号分量的信号强度或信号幅值来确定患者的心脏关于支承装置的位置。优选地，基于对来自于相邻的机电传感器的测量信号或测量信号的信号分量的互相关分析来确定患者的心脏关于支承装置的位置。心脏位置的确定使得可以更精确地识别可以用来最好地探测或记录心脏活动的那些机电传感器或来自于这些机电传感器的测量信号。目标是高质量地采集患者的心动周期，包括QRS波群（QRS-Komplex），以便能够导出用于控制医学设备的合适的触发信号。
心脏关于支承装置的位置的确定还有如下优点：能够更好地识别或定位其测量信号最好地适合于确定患者的呼吸周期的那些机电传感器。在此，可以附加地识别或定位其测量信号涉及胸部呼吸的那些机电传感器，以及其测量信号涉及腹部呼吸的那些机电传感器。以这种方式视患者的上身的区域而定可以为了产生合适的触发信号确定和考虑在呼吸周期中的变化。
按照本发明的另一种构造，医学设备是成像的医学设备，其中基于触发信号利用成像的医学设备采集患者的图像信息，特别是患者的胸部区域或腹部区域中的图像信息。
按照本发明的另一种构造，医学设备是放射治疗设备，其中基于触发信号来控制对患者的组织的放射治疗。
本发明的基本的技术问题还通过一种设施解决，该设置具有：其中集成了至少一个机电传感器的用于患者的支承装置；利用至少一个机电传感器产生的测量信号为了分析可以被传输到其的信号分析装置；与信号分析装置相连的医学设备；以及包括了实现前面描述的方法的计算程序的计算装置。
按照本发明的一种变形，支承装置的至少一个机电传感器或在按照二维矩阵布置的机电传感器的情况下，可以是压电传感器或EMFi传感器（Elektromechanischer Film-Sensor，机电薄膜传感器）。
按照本发明的一种构造，支承装置可以是患者支承台的患者支承板或可以布置在患者支承台的患者支承板上的支承垫。
医学设备可以是计算机断层造影设备、C形臂X射线设备、PET设备、SPECT设备、磁共振设备或放射治疗设备。
本发明的基本技术问题还通过一种具有计算程序的数据载体解决，该计算程序实现前面描述的方法。
附图说明
本发明的实施例在所附的示意图中示出。附图中，
图1示出按照计算机断层造影设备形式的医学设备，
图2示出了具有多个集成的按照二维矩阵布置的机电传感器的支承装置，
图3示出了按照放射治疗设备形式的医学设备，并且
图4示出了仅具有一个集成的机电传感器的支承装置。
在附图中相同的或功能相同的元件始终具有相同的附图标记。附图中的显示是示意性的并且不一定按比例。医学设备在本发明的该实施例的情况下是计算机断层造影设备和放射治疗设备，对于所述计算机断层造影设备和放射治疗设备在以下并且不失一般性地仅在理解本发明所需的程度上进行讨论。
具体实施方式
在图1中示出的计算机断层造影设备1包括机架2，该机架2具有静止部件3和示意性示出的围绕系统轴5可旋转的部件4，该可旋转的部件借助在图1中未示出的支架相对于静止部件3可旋转地支承。可旋转的部件4在本发明的该实施例的情况下具有X射线系统，该X射线系统包括X射线源6和X射线探测器7，它们在可旋转的部件4上互相相对地布置。在计算机断层造影设备1的运行中，X射线8从X射线源6出发在X射线探测器7的方向上入射测量对象并且由X射线探测器7以探测器测量数据或探测器测量信号的形式采集。
此外，计算机断层造影设备1还具有用于支承待检查的患者P的患者卧榻9。患者卧榻9包括卧榻基座10，在该基座上布置了为了实际地放置患者P而设置的患者支承板11。患者支承板11相对于卧榻基座10在系统轴5的方向上可这样电动地移动，使得其与患者P一起可以被移入到用于拍摄（例如按照螺旋扫描）患者P的二维X射线投影的机架2的开口12中。
基于二维X射线投影的探测器测量数据或探测器测量信号，利用示意性示出的计算机断层造影设备1的图像计算机13来进行对利用X射线系统所拍摄的二维X射线投影的计算的处理，或者对层图像、三维图像或三维数据组的进行重建。
此外，计算机断层造影设备1还具有计算装置14，利用该计算装置，可以运行或运行用于操作和控制计算机断层造影设备1的计算程序。计算装置14在此不必构造为单独的计算装置14，而是也可以集成在计算机断层造影设备1中。
在本发明的该实施例的情况下，将实现用于控制计算机断层造影设备1的按照本发明的方法的计算程序15加载到计算装置14中。计算程序15表示除了别的之外对于计算机断层造影设备1的特殊的运行模式，并且可以由便携式数据载体（例如由CD 16或存储棒）或者也可以由服务器17经过可以是诊所或医院内部网络的网络18加载到计算装置14中。
在本发明的该实施例的情况下，在作为用于患者P的支承装置的患者支承板11中集成了以压电传感器20形式的多个机电传感器，所述传感器按照二维矩阵布置。图2以示意图示出了压电传感器20在患者支承板11的内部的布置。压电传感器20在患者支承板11内部的布置在此是这样的：在将患者P置于患者支承板11上时压力可以施加到压电传感器20，使得压电传感器产生测量信号。对于本发明，在此主要通过患者P的心脏活动以及通过胸廓由于患者P的呼吸而上升和下降而对压电传感器20的动态压力施加是相关的（relevant）。
压电传感器20与信号分析装置相连，该信号分析装置具有多路复用器21和用于分析测量信号的计算单元。在本发明的该实施例的情况下，计算装置14构成信号分析装置的计算单元。压电传感器20的测量信号经过多路复用器21传输到计算装置14。
计算装置14分析由多路复用器21所获得的测量信号，其中，在本发明的该实施例的情况下，其对每个压电传感器20的测量信号进行傅里叶和/或小波分析，以便特别是首先识别矩阵的如下压电传感器20：那些压电传感器的测量信号或测量信号的信号分量具有对于心脏活动典型的信号能量和位于与人的心脏对应的频带宽度内部的频率（大约每分钟60至140次跳动）。
通过这样识别的压电传感器20，可以确定患者P的心脏关于患者支承板11的位置。附加地，在本发明的该实施例的情况下，还进行来自于识别的相邻的压电传感器的测量信号的互相关分析，以便确定患者的心脏关于患者支承板11的精确位置。
基于对识别的靠近患者P的心脏布置的压电传感器20的测量信号的分析，确定患者的心脏的活动。理想地确定患者的心动周期，使得基于确定的心动周期可以产生用于确定本文开头提到的“脉动窗”的触发脉冲。以这种方式例如可以控制对患者P的胸部区域，特别是心脏的X射线投影的拍摄，即，仅在通过触发脉冲确定的“脉动窗”期间拍摄X射线投影，在所述“脉动窗”中患者P的心脏实际上不发生运动。
如果确定了心脏关于支承装置的位置，还可以更好地识别或定位其测量信号最好地适合于确定患者P的呼吸周期的那些压电传感器20。特别地，可以识别或定位其测量信号涉及胸部呼吸的那些压电传感器20以及其测量信号涉及腹部呼吸的那些压电传感器。
就此而言，可以基于所识别的其测量信号涉及胸部呼吸的压电传感器20，来确定涉及胸部呼吸的呼吸周期。根据涉及胸部呼吸的呼吸周期可以最后产生触发信号，利用所述触发信号确定用于拍摄患者P的胸部区域的、特别是患者的肺部的X射线投影的呼吸循环的至少一个时间段。
以类似的方式可以基于所识别的其测量信号涉及腹部呼吸的压电传感器20来确定涉及腹部呼吸的呼吸周期。根据涉及腹部呼吸的呼吸周期可以最后产生触发信号，利用所述触发信号确定用于拍摄患者P的腹部区域的投影图像的呼吸周期的至少一个时间段。
分别所确定或规定的触发信号关于计算机断层造影设备1既可以用于已经描述的前瞻性的图像产生方法，在该方法中仅当尽可能没有通过心脏和/或呼吸活动引起的患者P的上身运动时才拍摄X射线投影，而且也用于回溯的图像产生方法，在该方法中在拍摄X射线投影之后基于触发信号对于图像重建选择出在尽可能没有通过心脏和/或呼吸活动引起的患者P的上身运动的阶段拍摄的那些X射线投影。
计算机断层造影设备1在此不仅可以用于成像，而且还可以用于规划介入或用于规划放射治疗，以便将患者的待治疗的组织的运动与患者的呼吸阶段相关。
成像的医学设备此外还可以是C形臂X射线设备、PET设备、SPET设备或磁共振设备。
此外，医学设备还可以是放射治疗设备。图3以强烈示意的图示出了这样的放射治疗设备31，其具有机架32，该机架包括静止部件33和示意性示出的围绕系统轴35可旋转的部件34，该可旋转的部件借助在图3中未示出的支架相对于静止部件33可旋转地支承。可旋转部件34具有治疗的X射线源36以及与之相对布置的用于MeV成像的X射线探测器37。放射治疗设备31的其余组件，诸如患者卧榻9等等，与计算机断层造影设备1的组件基本对应，由此它们具有相同的附图标记。治疗的X射线源36用于向患者P的待治疗的组织施加治疗的X射线，该X射线具有在MeV范围内的光子能量。
在放射治疗设备的情况下，将从患者支承板11的压电传感器20的测量信号中所产生的触发信号用于，当尽可能没有通过患者P的心脏或呼吸活动引起待治疗的组织的运动时和/或当待治疗的组织位于确定的治疗位置时，才向患者P的待治疗的组织施加治疗的X射线，从而不要治疗的组织也就不被施加X射线。
与本发明的描述的实施例不同，压电传感器不一定需要集成在患者支承板中。还存在如下的可能性：压电传感器布置在可以铺在患者支承板上的支承垫中。这对于已经存在的医学设备是特别具有优势的，所述医学设备可以按照这种方式简单地升级。
并不一定要存在压电传感器的矩阵。只要合适，也可以在支承装置中仅存在一个压电传感器。图4结合患者支承板11示出了该简化的结构，其中仅存在一个压电传感器20。在这种情况下不需要多路复用器。
机电传感器不一定必须是压电传感器，而是也可以采用可以用来将由于患者的运动而对传感器的“机械”作用转换为电信号的其他的机电传感器。
此外，还可以将机电传感器的测量信号用于确定支承装置上患者的位置和在支承装置上放置的患者的尺寸。
Claims (16)
1.一种用于对设施（1,11,14,21,31）的医学设备（1,31）进行控制的方法，该设施具有：用于患者（P）的支承装置（11），其中集成了至少一个机电传感器（20）；信号分析装置（14,21），向该信号分析装置传输利用所述至少一个机电传感器（20）所产生的测量信号用于分析；以及与所述信号分析装置（14,21）相连的医学设备（1,31），在该方法中，
-在将患者（P）置于所述支承装置（11）上时利用所述至少一个机电传感器（20）采集涉及患者（P）的呼吸和/或心脏活动的测量信号，
-利用所述信号分析装置（14,21）基于所述测量信号产生涉及患者（P）的呼吸周期和/或心动周期的触发信号，并且
-在该方法中基于所述触发信号控制医学设备（1,31）的运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述支承装置（11）具有多个机电传感器（20），其被布置在二维矩阵中并且其测量信号被传输到所述信号分析装置（14,21）。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述信号分析装置具有计算单元（14）和多路复用器（21），其中，来自于所述机电传感器（20）的测量信号由所述多路复用器（21）传输到所述计算单元（14）。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，由所述信号分析装置（14,21）借助傅里叶和/或小波分析对测量信号进行分析，以便产生涉及了患者（P）的呼吸周期和/或心动周期的触发信号。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，确定患者（P）的心脏关于所述支承装置（11）的位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，基于对来自于相邻的机电传感器（20）的测量信号的互相关分析来确定患者（P）的心脏关于所述支承装置（11）的该位置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述医学设备是成像的医学设备（1），其中，基于触发信号利用该成像的医学设备（1）采集患者（P）的图像信息。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述医学设备是放射治疗设备（31），其中基于触发信号来控制对患者（P）的组织的放射治疗。
9.一种设施，该设施具有：用于患者（P）的支承装置（11），其中集成了至少一个机电传感器（20）；信号分析装置（14,21），能够向该信号分析装置传输利用至少一个机电传感器（20）所产生的测量信号用于分析；与信号分析装置（14,21）相连的医学设备（1,31）；以及计算装置（14），该计算装置包括了实现按照权利要求1至8中任一项所述的方法的计算程序。
10.根据权利要求9所述的设施，其中，所述支承装置（11）具有多个按照二维矩阵布置的机电传感器（20）。
11.根据权利要求9或10所述的设施，其中，所述至少一个机电传感器是压电传感器（20）或EMFi传感器。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的设施，其中，所述支承装置是患者支承台（9）的患者支承板（11）。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的设施，其中，所述支承装置是可以布置在患者支承板（11）上的支承垫。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的设施，其中，所述信号分析装置具有计算单元（14）和多路复用器（21），该多路复用器将来自于所述机电传感器（20）的测量信号传输到该计算单元（14）。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的设施，其中，所述医学设备是计算机断层造影设备（1）、C形臂X射线设备、PET设备、SPECT设备、磁共振设备或者放射治疗设备（31）。
16.一种具有计算程序（15）的数据载体（16），该计算程序实现按照权利要求1至8中任一项所述的方法。
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