DE102004041897A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Positionsbestimmung bei medizinischen Untersuchungen - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei medizinischen Untersuchungen, umfassend eine Tischplatte (2) zur Lagerung eines Patienten (1), mindestens einen in die Tischplatte (2) integrierten dehnbaren Messstreifen (3) und Sensoren (4) zur Erfassung der Durchbiegung der Tischplatte (2) in Abhängigkeit von der Länge des durch die Durchbiegung gedehnten Messstreifens (3). DOLLAR A Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren, um die Schritte mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchzuführen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei medizinischen Untersuchungen gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Positionsbestimmung bei medizinischen Untersuchungen gemäß Patentanspruch 11.
  • Die im Rahmen medizinischer Untersuchungen verwendeten Geräte zeichnen sich zunehmend aus durch eine hohe Genauigkeit und eine sehr gute Qualität der Aufnahmen. Um hoch auflösende Aufnahmen sowie eine optimale Bildqualität zu gewährleisten, unterliegt dementsprechend die genaue Lokalisation des zu untersuchenden Bereichs und damit des Patienten erhöhten Anforderungen. Es besteht daher die Notwendigkeit einer entsprechenden Vorrichtung und eines Verfahrens, durch welches eine exakte Positionsbestimmung des Patienten während der medizinischen Untersuchung ermöglicht wird.
  • In bisherigen Verfahren wurden zum Teil die Tischplatten, auf welchen die Patienten während der Untersuchung gelagert wurden, sehr steif gestaltet, um Verformungen und damit Lageänderungen des Patienten weitmöglichst einzugrenzen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass Verformungen in jedem Falle nicht ausgeschlossen werden können, was aufgrund der gesteigerten Anforderungen der Aufnahme zu ungenau ist. Des weiteren behindern sehr hart oder dick gestaltete Tischplatten die Aufnahmen.
  • Ein weiterer Ansatz besteht darin, die durch den Patienten bewirkte Durchbiegung der Tischplatte zu ermitteln und die Aufnahme dementsprechend anzupassen. Dies wurde bisher durch Wiegen des Patienten sowie durch eine ständige und wiederholte Lagemessung des Patienten während der Aufnahme getätigt.
  • Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass sie sehr umständlich ist und schlecht praktikabel.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur genauen Positionsbestimmung eines Patienten während medizinischer Untersuchungen zu schaffen, welche genau ist, einfach zu realisieren und die Aufnahme sowie die Bildqualität nicht beeinflusst.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung und das im Patentanspruch 11 gekennzeichnete Verfahren gelöst. Die Erfindung wird in ihren Unteransprüchen weitergebildet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei medizinischen Untersuchungen beschrieben, umfassend eine Tischplatte zur Lagerung eines Patienten, mindestens einen in die Tischplatte integrierten dehnbaren Messstreifen und Sensoren zur Erfassung der Durchbiegung der Tischplatte in Abhängigkeit von der Länge des durch die Durchbiegung gedehnten Messstreifens.
  • Des weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Positionsbestimmung bei medizinischen Untersuchungen beschrieben, welches die folgenden Schritte umfasst: Vorsehen einer Tischplatte zur Lagerung eines Patienten, Integrieren mindestens eines dehnbaren Messstreifens in die Tischplatte und Erfassen der Durchbiegung der Tischplatte in Abhängigkeit der Länge des durch die Durchbiegung gedehnten Messstreifens.
  • Durch die Verwendung von Messstreifen, welche sich entsprechend der Durchbiegung des Tisches in ihrer Länge verändern und durch Sensoren, deren Daten zur Berechnung der Durchbiegung der Tischplatte dienen, wird ein einfaches und exaktes Verfahren und eine Vorrichtung bereit gestellt, um die Position eines Patienten mit hoher Auflösung zu bestimmen. Des weiteren wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung die Bildqualität der durch das medizinische Untersuchungsgerät aufgenommenen Bilder nicht negativ beeinflusst, da die Notwendigkeit einer starren und unnachgiebigen Tischplatte entfällt.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Messstreifen entlang der Längsrichtung der Tischplatte in die Tischplatte integriert.
  • Vorzugsweise besteht der Messstreifen aus elektrisch leitendem Material.
  • Vorteilhafterweise wird die Längenänderung des Messstreifens durch eine Änderung des elektrischen Widerstands des Messstreifens erfasst.
  • Des weiteren sind die Sensoren vorteilhafterweise an den Enden des Messstreifens angebracht.
  • Ein Datenverarbeitungsgerät kann auf Basis der von den Sensoren gemessenen Daten die Durchbiegung der Tischplatte berechnen.
  • Vorzugsweise ist die Tischplatte an einem Lager befestigt.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfassen Lagersensoren die durch die Durchbiegung an dem Lager wirkenden Kräfte.
  • Vorteilhafterweise ist in einem Datenverarbeitungsgerät die Korrelation zwischen den durch die Sensoren und die Lagersensoren gemessenen Daten gespeichert.
  • Vorzugweise berechnet das Datenverarbeitungsgerät auf Basis der von den Lagersensoren gemessenen Daten und der gespeicherten Korrelation die Durchbiegung der Tischplatte.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1a und 1b eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 eine Aufsicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
  • 4 ein schematisches Blockdiagramm des Systems der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 1a und 1b zeigen eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Tischplatte 2, auf welcher ein Patient 1 zum Zwecke einer medizinischen Untersuchung gelagert werden kann. Das Material der Tischplatte 2 ist hierbei entsprechend der zu verwendenden Untersuchungstechnik ausgebildet. In die Tischplatte 2 ist mindestens ein Messstreifen 3 integriert. Dieser erstreckt sich vorzugsweise in Längsrichtung der Tischplatte 2, kann jedoch auch andere Orientierungen, beispielsweise quer zur Längsrichtung oder senkrecht haben, und es können auch mehrere Messstreifen mit der selben oder unterschiedlichen Orientierungen in die Tischplatte 2 integriert sein. Zum besseren Verständnis wird die Längsrichtung der Tischplatte durch die X-Achse eines Koordinatensystems gekennzeichnet und die Richtung senkrecht zur Tischplatte durch die Z-Achse eines Koordinatensystems, wie aus den 1a und 1b zu ersehen ist. Durch das Gewicht des Patienten 1 erfolgt eine Durchbiegung Δz der Tischplatte 2, wie in 1b dargestellt ist. Der in X-Richtung der Tischplatte 2 integrierte Messstreifen 3 dehnt sich bei Durchbiegung der Tischplatte aus, hierbei ist die Längenänderungen des Messstreifens 3 proportional zur Durchbiegung Δz der Tischplatte 2, das heißt je mehr sich die Tischplatte durchbiegt, um so größer ist auch die Längenänderung des Messstreifens 3.
  • Der Messstreifen 3 besteht aus einem dünnen Draht oder aus einem anderen dehnbaren elektrisch leitenden Material. An den Enden des Messstreifens 3 sind Sensoren 4 angebracht. Diese Sensoren 4 dienen zur Messung des elektrischen Widerstands des Messstreifens 3. Da sich der elektrische Widerstand des Messstreifens 3 mit der Länge des Messstreifens 3 ändert, kann über die Sensoren 4 die Änderung des elektrischen Widerstands, damit die Längenänderung und hierdurch die Durchbiegung Δz der Tischplatte ermittelt werden.
  • Es ist anzumerken, dass durch einen Messstreifen 3 lediglich die Durchbiegung der Tischplatte 2 in einer Richtung gemessen werden kann. Dementsprechend ist es möglich Messstreifen 3 mit unterschiedlichen Orientierungen in die Tischplatte 2 zu integrieren oder die Zahl der Messstreifen zu erhöhen, um so eine detailliertere Aussage zu ermöglich, an welchen Stellen die Durchbiegung der Tischplatte 2 besonders groß ist. Entsprechend der Anzahl der Messstreifen 3 müssen auch mehrere Sensoren 4 in die Vorrichtung integriert sein, um dem jeweiligen elektrischen Widerstand eines einzelnen Messstreifens 3 zu erfassen.
  • 2 zeigt eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Tischplatte 2 und zwei in die Tischplatte 2 integrierten Messstreifen 3, an deren Enden jeweils ein Sensor 4 angebracht ist. In Analogie zu den 1a und 1b ist hierbei die Längsrichtung des Tisches durch die X-Achse eines Koordinatensystems bezeichnet und die Querrichtung der Tischplatte 2 durch die Y-Achse des Koordinatensystems.
  • Wie in 1a und 1b dargestellt, kann die Tischplatte 2 einseitig an einem Lager 5 eingespannt sein. Im Folgenden soll anhand des Beispiels der einseitig eingespannten Tischplatte eine Möglichkeit der Berechnung der Durchbiegung aus der gemessenen Dehnung erläutert werden.
  • Das durch das Gewicht des Patienten 1 auf die Tischplatte 2 wirkende Biegemoment Mb (x) kann berechnet werden als
    Figure 00060001
    wobei q die Linienlast ist und x der entsprechenden Koordinate der X-Achse entspricht. Vorzugsweise wird das Biegemoment Mb in N × mm, die Linienlast in N/mm und der Abstand x in mm angegeben. Die Position der Tischplatte entlang der z-Achse ergibt sich aus
    Figure 00060002
    wobei ETischplatte das Elastizitätsmodul der Tischplatte in N/mm2 und ITischplatte das Flächenträgheitsmoment der Tischplatte in mm4 ist. Die Spannung in der Tischplatte σTischplatte berechnet sich zum Einen aus
    Figure 00060003
    und zum Anderen aus σTischplatte = ETischplaue × εTischplatte wobei Wb das Widerstandsmoment der Tischplatte gemessen in mm3 und εTischplatte die Dehnung der Tischplatte, welche aus den von den Sensoren 4 gemessenen Daten der Längenänderung des Messstreifens 3 ermittelt werden kann, darstellt. Nach Umformung ergibt sich für die Position der Tischplatte
    Figure 00070001
    und nach weiterer Umformung
    Figure 00070002
    wodurch sich die Durchbiegung der Tischplatte in Abhängigkeit der mit den Messstreifen 3 gemessenen Dehnung berechnen lässt.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Tischplatte 2, dem in die Tischplatte 2 integrierten Messstreifen 3, dem Lager 5, an welchem die Tischplatte 2 eingespannt ist, sowie zwei Lagersensoren 11, die zur Messung der an dem Lager wirkenden Kräfte dienen. Die Lagersensoren 11 sind in der Lage, die durch die Durchbiegung der Tischplatte 2 hervorgerufenen Kräfte an dem Lager 5 zu messen. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, bei Kalibrierungsmessungen eine Korrelation zwischen der Durchbiegung der Tischplatte, der freien Länge L der Tischplatte 2 sowie den an dem Lager 5 wirkenden Kräfte festzustellen. Somit kann für jede freie Länge L der Tischplatte 2 ein Zusammenhang zwischen dem durch die Messstreifen 3 gemessene Dehnung und damit Durchbiegung der Tischplatte 2 und den am Lager 5 wirkenden Kräften, welche durch die Lagersensoren 11 gemessen werden können, hergestellt und gespeichert werden. Dadurch ist es nicht mehr nötig, nach solch einer Kalibrierung die Dehnung der Messstreifen 3 zu erfassen, sonder es genügt die Messung der an dem Lager 5 wirkenden Kräfte durch die Lagersensoren 11, um die Durchbiegung der Tischplatte zu ermitteln. Dies hat den Vorteil, dass bei besonders sensiblen bildgebenden Verfahren, bei welchen die Messstreifen 3 die Bildgebung stören würden, diese nicht in die Tischplatte integriert sein müssen.
  • 4 zeigt ein System mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Untersuchungsgerät 6 umfasst hierbei die Tischplatte 2, das Lager 3 sowie die übrigen Geräte, welche für die Untersuchung notwendig sind, Daten übermitteln und angesteuert werden müssen. Das Untersuchungsgerät 7 kann dabei für verschiedene Untersuchungen ausgebildet sein, beispielsweise für MRT, CT, Röntgen, Mammographie oder jede andere medizinische Untersuchungsmethode. An das Untersuchungsgerät angeschlossen sind die Sensoren 4 zur Messung des elektrischen Widerstands des Messstreifens 3 und/oder die Lagersensoren 11 zur Messung der durch die Durchbiegung hervorgerufenen Kräfte an dem Lager 5. Die Sensoren 4 und/oder die Lagersensoren 11 übermitteln die Daten an ein Datenverarbeitungsgerät 7. In dem Datenverarbeitungsgerät 7 ist unter anderem die Korrelation zwischen den durch die Sensoren 4 gemessenen Daten und den durch die Lagersensoren 11 während der Kalibrierung gemessenen Daten gespeichert. Dadurch kann das Datenverarbeitungsgerät 7 entweder aufgrund der von den Sensoren 4 übermittelten Daten die Durchbiegung berechnen oder aufgrund der gespeicherten Korrelation sowie der durch die Lagersensoren 11 übermittelten Daten die Durchbiegung berechnen. Falls die Durchbiegung der Tischplatte 2 in einer Größenordnung ist, so dass eine Neupositionierung des Patienten 1 oder des Aufnahmegerätes, welches Teil des Untersuchungsgerätes 7 ist, erforderlich ist, so kann das Datenverarbeitungsgerät 7 über eine Steuerung 10 die entsprechenden Änderungen am Untersuchungsgerät 6 vornehmen lassen. Die vom Untersuchungsgerät 6 übermittelten Bilddaten werden vom Datenverarbeitungsgerät 7 weiter an ein Bildbearbeitungsgerät 8 übermittelt, welches nach entsprechend der Untersuchungsmethode vorzunehmenden Berechnungen, Bildbearbeitungen und Korrekturmethoden das Bild dann auf einem Monitor 9 darstellt, als Datei ausgibt oder anderweitig verfügbar macht.
  • Je nach verwendeter Untersuchungsmethode kann es notwendig sein, die in dem Bild auftauchenden Messstreifen 3 aus dem Bild herauszurechnen. Dies kann entweder in der Datenverar beitungseinheit 7 oder im Bildbearbeitungsgerät 8 vorgenommen werden. Um eine solche nachträgliche Bearbeitung zu vermeiden, kann die bereits erläuterte Methode angewandt werden, wonach durch die Lagersensoren 11 die an dem Lager 5 wirkenden Kräfte gemessen werden, was es nicht mehr notwendig macht, nach der Kalibrierung und für die eigentliche Untersuchung eine Tischplatte 2 zu verwenden, in die die Messstreifen 3 integriert sind.

Claims (20)

  1. Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei medizinischen Untersuchungen, umfassend eine Tischplatte (2) zur Lagerung eines Patienten (1), mindestens einen in die Tischplatte (2) integrierten dehnbaren Messstreifen (3) und Sensoren (4) zur Erfassung der Durchbiegung der Tischplatte (2) in Abhängigkeit von der Länge des durch die Durchbiegung gedehnten Messstreifens (3).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstreifen (3) entlang der Längsrichtung der Tischplatte (2) in die Tischplatte (2) integriert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstreifen (3) aus elektrisch leitendem Material besteht.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenänderung des Messstreifens (2) durch eine Änderung des elektrischen Widerstands des Messstreifens (2) erfasst wird.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (4) an den Enden des Messstreifens (2) angebracht sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Datenverarbeitungsgerät (7) auf Basis der von den Sensoren (4) gemessenen Daten die Durchbiegung der Tischplatte berechnet.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tischplatte (2) an einem Lager (5) befestigt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Lagersensoren (11) die durch die Durchbiegung an dem Lager (5) wirkenden Kräfte erfassen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Datenverarbeitungsgerät (7) die Korrelation zwischen den durch die Sensoren (4) und die Lagersensoren (11) gemessen Daten gespeichert ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungsgerät (7) auf Basis der von den Lagersensoren (11) gemessenen Daten und der gespeicherten Korrelation die Durchbiegung der Tischplatte (2) berechnet.
  11. Verfahren zur Positionsbestimmung bei medizinischen Untersuchungen, umfassend die Schritte: Vorsehen einer Tischplatte (2) zur Lagerung eines Patienten (1), Integrieren mindestens eines dehnbaren Messstreifens (3) in die Tischplatte (2) und Erfassen der Durchbiegung der Tischplatte (2) in Abhängigkeit der Länge des durch die Durchbiegung gedehnten Messstreifens (3).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch, Integrieren des Messstreifens (3) in die Tischplatte (2) entlang der Längsrichtung der Tischplatte (2).
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch, Vorsehen des Messstreifens (3) aus elektrisch leitendem Material.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch, Erfassen der Längenänderung des Messstreifens (2) durch Messen der Änderung des elektrischen Widerstands des Messstreifens (2).
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch, Anbringen der Sensoren (4) an den Enden des Messstreifens (2).
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch, Berechnen der Durchbiegung der Tischplatte (2) auf Basis der von den Sensoren (4) gemessenen Daten.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch, Befestigen der Tischplatte (2) an einem Lager (5).
  18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch, Erfassen der durch die Durchbiegung an dem Lager (5) wirkenden Kräfte durch Lagersensoren (11).
  19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch, Speichern der Korrelation zwischen den durch die Sensoren (4) und die Lagersensoren (11) gemessenen Daten in einem Datenverarbeitungsgerät (7).
  20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch, Berechnen der Durchbiegung der Tischplatte (2) auf Basis der von den Lagersensoren (11) gemessenen Daten und der gespeicherten Korrelation.
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