DE102006001850A1

DE102006001850A1 - Bildgebendes medizintechnisches Gerät

Info

Publication number: DE102006001850A1
Application number: DE102006001850A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dr. Hempel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-01-14
Also published as: JP2007185514A; US7436927B2; US20070172102A1; CN101023890A; DE102006001850B4; CN101023890B

Abstract

Ein bildgebendes medizintechnisches Gerät (1) weist einen Untersuchungsraum (5) auf, in welchem eine zu untersuchende Region eines Untersuchungsobjektes (4) positionierbar ist, sowie einen optischen Bildaufnahmesensor (6), welcher dazu vorgesehen ist, eine Oberfläche des Untersuchungsobjektes (4) im Untersuchungsraum (5) zu erfassen, und mit einer Auswerteeinheit (8) derart verknüpft ist, dass erfasste Oberflächendaten als Steuerungsinformationen zur Ansteuerung einer bildgebenden Diagnoseeinheit (11), insbesondere röntgentechnischen Vorrichtung, vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes medizintechnisches Gerät, insbesondere ein mit Röntgenstrahlung oder mit Magnetresonanz arbeitendes Gerät, sowie ein Verfahren zur Einstellung von Betriebsparametern eines solchen Gerätes.

Beim Betrieb medizintechnischer Geräte, die für diagnostische oder therapeutische Zwecke vorgesehen sind, ist es in aller Regel für die Aussagekraft der gewonnenen diagnostischen Daten beziehungsweise für den therapeutischen Erfolg von wesentlicher Bedeutung, den Patienten in exakt definierter Weise relativ zum medizintechnischen Gerät zu positionieren. Eine Vorrichtung zum Positionieren eines Patienten ist beispielsweise aus der DE 103 40 002 B3 bekannt.

Wird ein Patient mittels Computertomographie untersucht, so wird typischerweise vor der Erstellung der computertomographischen Aufnahme im Rahmen der Untersuchungsplanung röntgentechnisch ein sogenanntes Topogramm als Übersichtsaufnahme erstellt. Bei der Erstellung des Topogramms befindet sich der Patient in einer definierten Lage, während sich eine Röntgenstrahlenquelle sowie eine zugehörige Detektorvorrichtung tragende Gantry des Computertomographen in einer festgelegten Winkelausrichtung befinden. Die sich während einer computertomographischen Aufnahme drehende Gantry muss daher vor der Erstellung des Topogramms bis zum Stillstand abgebremst werden. Dies bedingt angesichts einer Drehzahl der Gantry von bis zu drei Umdrehungen pro Sekunde und einer Masse der Gantry in der Größenordnung von einer Tonne einen bedeutsamen Zeitaufwand von beispielsweise etwa einer Minute. Der gleiche Zeitaufwand fällt an, um die Gantry nach der Erstellung des Topogramms wieder auf die ursprüngliche Drehzahl zu beschleunigen. Des Weiteren ist mit der Erstellung des Topogramms eine unvermeidliche Strahlenbelastung des Patienten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betrieb eines bildgebenden medizintechnischen Gerätes mit besonders geringer Belastung, insbesondere Strahlenbelastung, für den Patienten zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein bildgebendes medizintechnisches Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Im Folgenden im Zusammenhang mit der Vorrichtung genannte Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.

Das medizintechnische Gerät ermöglicht die Erfassung von Strukturen im Inneren eines Untersuchungsobjektes, insbesondere die Erstellung einer Schichtaufnahme des Untersuchungsobjektes, wobei grundsätzlich ein mit Röntgenstrahlung arbeitendes Computertomographieverfahren ebenso wie ein Magnetresonanzverfahren zum Einsatz kommen kann. Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung stellt die Computertomographie dar.

Zusätzlich zu den vorzugsweise röntgentechnischen Sende- und Detektorvorrichtungen des medizintechnischen Gerätes weist dieses einen optischen Bildaufnahmesensor auf, der dazu vorgesehen ist, eine Oberfläche des Untersuchungsobjektes im Untersuchungsraum zu erfassen. Der optische Bildaufnahmesensor ist derart angeordnet, dass er eine Oberflächenerfassung des Untersuchungsobjektes ermöglicht, wenn sich dieses in der selben Position befindet, die es auch bei einer durchstrahlenden Untersuchung mittels einer hierfür vorgesehenen Diagnoseeinheit, insbesondere einer Röntgenstrahlungs- und detektoreinheit, des medizintechnischen Gerätes einnimmt.

Zur datentechnischen Verknüpfung des optischen Bildaufnahmesensors mit der bildgebenden Diagnoseeinheit ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die erfasste Oberflächendaten des Untersuchungsobjektes, insbesondere Patienten, als Steuerungsinformationen zur Ansteuerung der bildgebenden Diagnoseein heit nutzbar macht. Insbesondere ist eine automatische Übernahme von mittels des optischen Bildaufnahmesensors erfassten Daten in ein Untersuchungsprotokoll des bildgebenden medizintechnischen Gerätes vorgesehen, wobei das Untersuchungsprotokoll den Ablauf der durchstrahlenden Untersuchung festlegt.

Die optische Erfassung der Lage des Patienten, während sich dieser in derselben Lage befindet, in der er auch bei der computertomographischen Untersuchung bleibt, minimiert das Risiko einer Fehlpositionierung des Patienten sowie einer Fehlinterpretation diagnostischer Daten. Dies gilt insbesondere für spezielle Untersuchungen, beispielsweise der Hand, wobei der Arm über den Kopf des Patienten hinaus gestreckt ist und die Bildaufnahme entgegen der sonst üblichen Konvention in der Radiologie, welche von einer Blickrichtung von unten durch den Patienten ausgeht, durchgeführt wird.

Verschiedene Vorteile ergeben sich aus der Möglichkeit, mittels einer Anzeigevorrichtung Informationen, die mittels der bildgebenden Diagnoseeinheit, insbesondere röntgentechnischen Strahlungs- und Detektorvorrichtung, gewonnen wurden, in Korrelation mit Daten anzuzeigen, die mit Hilfe des optischen Bildaufnahmesensors erfasst wurden. Vorzugsweise ermöglicht die Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein auch bei der Untersuchungsplanung verwendeter Bildschirm des Computertomographiegerätes, eine Darstellung der Oberfläche des Untersuchungsobjektes in Echtzeit. Unter einer Echtzeitdarstellung wird dabei eine Bildschirmdarstellung verstanden, deren systembedingt unvermeidliche Verzögerungen in Relation zum aufgenommenen Gegenstand derart gering sind, dass ein Betrachter keinen Zeitversatz der Bildschirmdarstellung erkennt.

Die mittels des optischen Bildaufnahmesensors erfasste Oberfläche des Untersuchungsobjektes ist bevorzugt dreidimensional, insbesondere gerändert oder als Gitter, darstellbar. Weiter ermöglicht die Auswerteeinheit vorzugsweise eine Verschiebung sowie eine Vergrößerung oder Verkleinerung des auf der Anzeigevorrichtung dargestellten Oberflächenbereichs des Untersuchungsobjektes. In allen Arten der Darstellung der Oberfläche ist diese in vorteilhafter Weise zusammen mit zu untersuchenden Bereichen, insbesondere Schichten, im Inneren des Untersuchungsobjektes darstellbar. Ferner ist die Möglichkeit gegeben, mittels des optischen Bildaufnahmesensors erfasste Oberflächendaten korreliert mit mittels der bildgebenden Diagnoseeinheit gewonnenen Volumeninformationen zu speichern.

Die Anzeigevorrichtung bietet darüber hinaus die Möglichkeit, ein chirurgisches Instrument gleichzeitig mit einer Volumen-, Schnitt- und/oder Oberflächendarstellung des Untersuchungsobjektes, abzubilden. Ebenso können die mittels der bildgebenden Diagnoseeinheit sowie des optischen Bildaufnahmesensors gewonnenen Abbildungen für Navigationszwecke medizinischer Interventionen genutzt werden.

Als optischer Bildaufnahmesensor ist in bevorzugter Ausgestaltung ein CMOS-Sensor vorgesehen, welcher mit einem gepulsten Laserstrahler als Lichtquelle zusammenwirkt. Hierbei erhält der CMOS-Sensor seine Information durch eine Vielzahl einzelner Lichtblitze. Unabhängig von der Ausgestaltung des Bildaufnahmesensors ist dieser vorzugsweise ortsveränderlich, insbesondere relativ zum Untersuchungsobjekt schwenkbar, im medizintechnischen Gerät gelagert.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere in einer durch die Verknüpfung von lichtoptischen Methoden der Formerfassung mit Röntgenverfahren erreichten Dosisreduktion bei Computertomographieuntersuchungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
1 schematisch einen Querschnitt eines zur kombinierten optischen und röntgentechnischen Diagnose vorgesehenen bildgebenden medizintechnischen Gerätes,
2 in einem Flussdiagramm vorbereitende Schritte einer Untersuchung mittels des bildgebenden medizintechnischen Gerätes, und
3 bis 5 Beispiele der Darstellung von Oberflächen eines mit dem bildgebenden medizintechnischen Gerät zu untersuchenden Untersuchungsobjektes.
Einander entsprechende Teile oder Parameter sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist in einem schematischen Ausschnitt aus einem bildgebenden medizintechnischen Gerät 1, nämlich Computertomographiegerät, eine Gantry 2 sichtbar, welche um eine Achse senkrecht zur dargestellten Ebene rotierbar ist. Innerhalb des kreisförmigen Querschnitts der Gantry 2 ist eine Patientenliege 3 angeordnet, auf der sich ein Patient 4 befindet. Der Raum innerhalb des Querschnitts der Gantry 2 oberhalb der Patientenliege 3, in welchem sich der Patient 4 befindet, wird als Untersuchungsraum 5 bezeichnet. Zur optischen Überwachung dieses Untersuchungsraumes 5 ist ein CMOS-Sensor als optischer Bildaufnahmesensor 6 vorgesehen, der eine relativ zur Gantry 2 sowie zur Patientenliege 3 definierte Position einnimmt und um die genannte Achse der Gantry 2 verschwenkbar ist, so dass beispielsweise eine auch als 12.00 Uhr Position bezeichnete 0°-Position, eine +90°-Position (03.00 Uhr Position) sowie eine –90°-Position (09.00 Uhr Position) einstellbar sind.
Der Bildaufnahmesensor 6 ermöglicht es, zumindest einen Teil der Oberfläche des Untersuchungsobjektes, also des zu untersuchenden Patienten 4, auf einem Bildschirm als Anzeigevorrichtung 7 darzustellen. Der Bildschirm 7 ist verknüpft mit einer Auswerteeinheit 8, welche vorzugsweise mit einer zum Betrieb des medizintechnischen Gerätes 1 verwendeten Datenverarbeitungsanlage identisch ist. An die Auswerteeinheit 8 ist sowohl der Bildaufnahmesensor 6 als auch eine Röntgen strahlenquelle 9 sowie ein Röntgendetektor 10, welche lediglich symbolisiert dargestellt und zusammenfassend als bildgebende Diagnoseeinheit 11 bezeichnet werden, angeschlossen.
Die Auswerteeinheit 8 ist derart gestaltet, insbesondere softwaretechnisch eingerichtet, dass mittels des Bildaufnahmesensors 6 erfasste Oberflächendaten als Steuerungsinformationen zur Ansteuerung der bildgebenden Diagnoseeinheit 11 verwendbar sind. Unter einer Ansteuerung wird dabei jegliche Beeinflussung des Betriebs der bildgebenden Diagnoseeinheit 11 verstanden. Insbesondere fällt hierunter das Positionieren und Verfahren der Röntgenstrahlenquelle 9 relativ zur Patientenliege 3. Bei der computertomographischen Untersuchung des Patienten 4 kann die Patientenliege 3 und/oder oder eine oder mehrere Komponenten 9, 10 der Diagnoseeinheit 11 bewegt werden, wobei es sich insbesondere um eine Spiral-Computertomographie-Untersuchung handeln kann.
In jedem Fall werden zur Planung der Computertomographie-Untersuchung Daten herangezogen, die mit Hilfe des optischen Bildaufnahmesensors 6 erfasst wurden. Nach dem in 2 vereinfacht dargestellten Ablauf der Vorbereitung einer mit dem bildgebenden medizintechnischen Gerät 1 durchzuführenden Untersuchung wird in einem ersten Schritt S1 mit dem Bildaufnahmesensor 6 eine Oberflächenaufnahme der betreffenden Region des Untersuchungsobjektes 4 erstellt. Im nächsten Schritt S2 werden im ersten Schritt S1 gewonnene Daten mit weiteren für die Untersuchung relevanten Daten, insbesondere mit Patientendaten PD, logisch verknüpft, um hierauf basierend ein Untersuchungsprotokoll UP zu erstellen, nach dem die Computertomographieuntersuchung mit dem Gerät 1 durchgeführt wird. Im Schritt S1 gewonnene Daten werden dabei mittels der Auswerteeinheit 8, welche auch in Form eines vernetzten Computersystems realisiert sein kann, automatisch in das Untersuchungsprotokoll UP übernommen.
Der optische Bildaufnahmesensor 6 ermöglicht eine Erzeugung von dreidimensionalen Oberflächendaten in Zusammenwirkung mit einer Lichtquelle 12, nämlich einem Laserstrahler, welcher auch in den Bildaufnahmesensor 6 integriert sein kann. Die 3 zeigt ein Beispiel einer dreidimensionalen Darstellung, die mittels des Bildaufnahmesensors 6 generierbar ist. Zur Veranschaulichung der weitreichenden Möglichkeiten der räumlichen Darstellung ist in 3 der Patient 4 sitzend dargestellt, während er sich im bildgebenden medizintechnischen Gerät 1 typischerweise in liegender Position befindet.
Der Laserstrahler 12 sendet Lichtimpulse mit einer Dauer von weniger als 30 Nanosekunden in Richtung zum Patienten 4 aus. Reflexionen dieser Impulse werden vom Bildaufnahmesensor 6, der ein Halbleiter-Array von beispielsweise 1000 Pixeln umfasst, aufgenommen, wobei eine sogenannte Blende des Bildaufnahmesensors 6 elektronisch realisiert ist und eine entsprechend hohe Schaltfrequenz aufweist. Damit wird die Lichtintensität einzelner Pixel erfasst, womit die Entfernung der betreffenden Objektpunkte, das heißt Punkte auf der Oberfläche des Untersuchungsobjektes 4, detektiert wird. Das in 3 sichtbare Abbild des Patienten 4 wird mit diesen Messdaten softwaretechnisch mittels der Auswerteeinheit 8 in Echtzeit generiert. Somit kann der Bediener des medizintechnischen Gerätes 1 jegliche Veränderung der Positionierung des Patienten 4 relativ zum Bildaufnahmesensor 6 am Bildschirm 7 verfolgen.
Der Bediener hat weiter die Möglichkeit, die am Bildschirm 7 sichtbare Darstellung eines Oberflächenbereichs des Patienten 4 zu verschieben, zu zoomen, oder in sonstiger Weise zu bearbeiten.
Zur Speicherung von Daten, unter anderem von mittels der Auswerteeinheit 8 bearbeitbaren Daten, ist ein Speicher 13 vorgesehen, welcher Teil der Auswerteeinheit 8 sein kann. Dieser Speicher 13 ermöglicht insbesondere die korrelierte Speicherung von mit Hilfe des Bildaufnahmesensors 6 ermittelten Informationen, die die Oberfläche des Untersuchungsobjektes 4 betreffen, einerseits und Informationen, die mittels der röntgentechnischen Diagnoseeinheit 11 gewonnen wurden, ande rerseits. Diese logisch verknüpfte Speicherung von lichtoptisch gewonnenen Informationen zusammen mit durch Computertomographie gewonnenen Informationen ist auch für weitere Zwecke, beispielsweise Navigationszwecke bei medizinischen Interventionen, nutzbar.
Die Erfassung einer Oberfläche des Untersuchungsobjektes 4 mittels des in das medizintechnische Gerät 1 integrierten Bildaufnahmesensors 6 ist insbesondere bei Routineanwendungen vorteilhaft, bei denen sich aus der Lage der erfassten Oberfläche für eine Computertomographieuntersuchung hinreichende Schlüsse auf die Lage zu untersuchender innerer Strukturen des Untersuchungsobjektes 4 ziehen lassen. In vorteilhafter Weise ist der Bildaufnahmesensor 6, welcher auch aus mehreren Einzelsensoren aufgebaut sein kann, zur Durchführung der Videorasterstereographie (VRS) geeignet, die ohne jegliche Belastung durch Röntgenstrahlung, allein basierend auf lichtoptisch ermittelten Oberflächeninformationen bereits einen Teil der durchstrahlenden Untersuchung substituiert.
Anwendungsfälle, die orthopädische Fragestellungen betreffen, sind in den 4 und 5 veranschaulicht. Ein Oberflächengrid zeigt in diesen Fällen einen Fuß (4) beziehungsweise ein Knie (5) des Patienten 4. In beiden Fällen sind die mit dem Bildaufnahmesensor 6 erfassten Oberflächenbilder ausreichend für die Planung einer Computertomographieuntersuchung, insbesondere für die Definition von Schichten, wie in den 4 und 5 eingezeichnet, und/oder des Untersuchungsvolumens. Dies gilt entsprechend auch für die Planung einer Spiral-CT-Untersuchung.

Claims

Bildgebendes medizintechnisches Gerät, mit einem Untersuchungsraum (5), in welchem eine zu untersuchende Region eines Untersuchungsobjektes (4) positionierbar ist, sowie mit einem optischen Bildaufnahmesensor (6), welcher dazu vorgesehen ist, eine Oberfläche des Untersuchungsobjektes (4) im Untersuchungsraum (5) zu erfassen, und mit einer Auswerteeinheit (8) derart verknüpft ist, dass erfasste Oberflächendaten als Steuerungsinformationen zur Ansteuerung einer bildgebenden Diagnoseeinheit (11) vorgesehen sind.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (11) zur Erstellung schichtweiser Aufnahmen der zu untersuchenden Region des Untersuchungsobjektes (4) ausgebildet ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (11) eine röntgentechnische Strahlungs- und Detektorvorrichtung (9, 10) ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlenquelle (9) der röntgentechnischen Vorrichtung (11) rotierbar gelagert ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (11) eine Magnetresonanz-Vorrichtung ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine mit der Auswerteeinheit verknüpfte Anzeigevorrichtung (7), welche dazu ausgebildet ist, eine mittels des optischen Bildaufnahmesensors (6) erfasste Oberfläche anzuzeigen.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (7) zur Darstellung einer Oberfläche des Untersuchungsobjektes (4) in Echtzeit ausgebildet ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (7) zur Darstellung der Oberfläche in Linienform, insbesondere als Gitter, ausgebildet ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (7) datentechnisch derart mit der Auswerteeinheit (8) verknüpft ist, dass ein dargestellter Oberflächenbereich verschiebbar ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (7) datentechnisch derart mit der Auswerteeinheit (8) verknüpft ist, dass die sichtbare Größe eines dargestellten Oberflächenbereichs veränderbar ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (7) datentechnisch derart mit der Auswerteeinheit (8) verknüpft ist, dass zusätzlich zu einem Oberflächenbereich des Untersuchungsobjektes auch ein zu untersuchender Bereich, insbesondere mindestens eine Schicht, im Inneren des Untersuchungsobjektes (4) darstellbar ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen mit der Auswerteeinheit (8) verknüpften Speicher (13), welcher dazu vorgesehen ist, mittels des optischen Bildaufnahmesensors (6) er fasste Oberflächendaten korreliert mit mittels der bildgebenden Diagnoseeinheit (11) gewonnenen Informationen zu speichern.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Bildaufnahmesensor (6) ein CMOS-Sensor vorgesehen ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnahmesensor (6) ortsveränderlich, insbesondere relativ zum Untersuchungsobjekt (4) schwenkbar, gelagert ist.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine mit dem Bildaufnahmesensor (6) zusammenwirkende Lichtquelle (12).
Bildgebendes medizintechnisches Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle (12) ein gepulster Laserstrahler vorgesehen ist.
Verfahren zur Einstellung von Betriebsparametern eines bildgebenden medizintechnischen Gerätes (1), mit folgenden Schritten: – Eine Oberfläche eines Untersuchungsobjektes (4) wird mittels eines optischen Bildaufnahmesensors (6) erfasst, wobei sich das Untersuchungsobjekt (4) im selben Untersuchungsraum (5) befindet, der auch zur Erstellung einer durchdringenden Aufnahme, insbesondere Schichtaufnahme, des Untersuchungsobjektes (4) mittels des bildgebenden medizintechnischen Gerätes (1) vorgesehen ist, – mittels des optischen Bildaufnahmesensors (6) erfasste Oberflächendaten werden verwendet, um automatisch Betriebsparameter des bildgebenden medizintechnischen Gerätes (1) derart einzustellen, dass ein innerer Bereich des Untersuchungsobjektes (4) relativ zum bildgebenden medizintechni schen Gerät (1) in einer zur Erstellung der durchdringenden Aufnahme geeigneten Weise positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des optischen Bildaufnahmesensors (6) erfasste Oberflächendaten für Navigationszwecke bei einer medizinischen Intervention automatisch mit mittels des bildgebenden medizintechnischen Gerätes (1) erzeugten, das Innere des Untersuchungsobjektes (4) betreffenden Daten korreliert werden.