DE102008007869A1

DE102008007869A1 - Method of making a diagnosis on the human body

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Publication number: DE102008007869A1
Application number: DE200810007869
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Prof. Dr. med. Schmitz-Rode; Catherine Dr.rer.nat. Disselhorst-Klug; Andreas Horst Dr. med. Mahnken; Elmar Junker; Franziska Dipl.-Ing. Heinze
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Boll Automation De GmbH
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2009-08-13
Also published as: WO2009098270A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Diagnose am menschlichen Körper, wobei an wenigstens zwei voneinander verschiedenen Ableitungsstellen des Körpers jeweils wenigstens ein mit einer Organbewegung verbundenes Signal abgeleitet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eines der abgeleiteten Signale ein nichtelektrisches Signal ist. Damit wird ein derartiges Verfahren zur Erfassung von Organbewegungen ermöglicht, das auf verlässliche Weise und mit einfachen Mitteln durchführbar ist.The invention relates to a method for carrying out a diagnosis on the human body, wherein in each case at least two mutually different discharge points of the body at least one connected to an organ movement signal is derived. According to the invention, it is provided that at least one of the derived signals is a non-electrical signal. Thus, such a method for detecting organ movements is made possible, which can be carried out in a reliable manner and with simple means.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Diagnose am menschlichen Körper, wobei an wenigstens zwei voneinander verschiedenen Ableitungsstellen des Körpers jeweils wenigstens ein mit einer Organbewegung verbundenes Signal abgeleitet wird.The The invention relates to a method for carrying out a Diagnosing the human body, taking at least two different discharge points of the body in each case at least one signal associated with an organ movement is derived.

Bei zahlreichen bildgebenden Diagnoseverfahren sowie bei Therapieverfahren treten Artefakte durch Organbewegungen auf, die die Diagnose bzw. Therapie negativ beeinflussen. Die Organbewegungen werden meistens durch lebensnotwendige Funktionen, wie die Kontraktion des Herzmuskels oder die Atmung, hervorgerufen und können daher nicht, wie im Falle des Pulses, oder zumindest nur kurzfristig unterdrückt werden, wie im Falle der Atmung.at Numerous imaging diagnostic procedures and in therapeutic procedures Artefacts occur due to organ movements that cause the diagnosis or therapy influence negatively. The organ movements are mostly through vital functions, such as the contraction of the heart muscle or respiration, and therefore can not, as in the case of the pulse, or at least briefly suppressed as in the case of breathing.

So führt z. B. die Herzbewegung während einer radiologischen Bildgebung des Herzens zu Bewegungsartefakten. Um dies zu vermeiden, werden Aufnahmen des Herzens durch eine sogenannte prospektive EKG-Triggerung oder ein retrospektives EKG-Gating mit der Herzbewegung synchronisiert. Wenn keine EKG-Synchronisation stattfindet, führt dies zu einem Artefakt, was sich wegen der eingeschränkten zeitlichen Auslösung und der unterschiedlichen Herzphasen nicht nur durch eine Bildunschärfe ausdrückt, sondern auch bis zu Doppelbildern reichen kann. Die auf diese Weise gewonnenen Bilder sind somit für die Diagnostik unbrauchbar.So leads z. B. the heart movement during a radiological Imaging the heart to motion artifacts. To avoid this, Be recordings of the heart through a so-called prospective ECG triggering or a retrospective ECG gating synchronized with the heart movement. If no ECG synchronization takes place, this leads to a Artifact, which is due to the limited temporal Triggering and different heart phases not only expressed by a blur of image, but also can reach up to double images. The won in this way Images are thus useless for diagnostics.

Problematisch sind auch Effekte durch die Atembewegung. Im Übrigen wird der Effekt bei der Überlagerung mehrerer Organbewegungen noch verstärkt, z. B. bei der Eigenbewegung des Herzens, also der periodischen Kontraktion des Herzens, und der Bewegung des Herzens im Brustkorb durch Atmung.Problematic are also effects due to the respiratory movement. Incidentally, will the effect of superimposing multiple organ movements even stronger, z. B. in the proper motion of the heart, so the periodic contraction of the heart, and the movement of the heart in the ribcage by respiration.

Aus der US 2004/0111025 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem anstatt eines EKG-Signals vom Körper eines Patienten ein nichtelektrisches Signal abgeleitet wird. Dort ist z. B. beschrieben, einen Beschleunigungssensor oder einen Kraftsensor zu verwenden, der auf der Brust des Patienten befestigt ist, um damit, wie bei einem EKG-Signal, ein Triggersignal zu generieren. Auf diese Weise soll ein Signal bereitgestellt werden, das die gleichen Triggermöglichkeiten bereitstellt, wie ein EKG-Signal, jedoch einfacher, insbesondere mittels weniger Sensoren, ableitbar ist.From the US 2004/0111025 A1 For example, a method is known in which a non-electrical signal is derived from the body of a patient rather than an ECG signal. There is z. Example, to use an acceleration sensor or a force sensor which is mounted on the chest of the patient, so as to generate, as in an ECG signal, a trigger signal. In this way, a signal is to be provided which provides the same triggering possibilities as an ECG signal, but can be derived more easily, in particular by means of fewer sensors.

Den zuvor angesprochenen herkömmlichen Verfahren ist jedoch gemein, dass Organbewegungen im Körper eines Patienten nur unzureichend oder aber mit sehr hohem Aufwand erfasst werden können.The However, the previously mentioned conventional method is mean that organ movements in the body of a patient only inadequately or at very high cost can.

Damit ist es die Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren zur Erfassung von Organbewegungen im Körper eines Patienten anzugeben, das auf verlässliche Weise und mit einfachen Mitteln durchführbar ist.In order to It is the object of the invention, such a method for detection to indicate organ movements in the body of a patient, This can be done in a reliable way and with simple means is.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens eines der abgeleiteten Signale ein nichtelektrisches Signal ist.outgoing from the method described above, this task is characterized solved that at least one of the derived signals is a non-electrical signal.

Die Erfindung geht damit einen völlig neuen Weg, indem, wie bei einem EKG, an verschiedenen Stellen des Körpers Signale abgeleitet werden, es sich bei diesen Signalen jedoch nicht ausschließlich um elektrische Signale handelt, sondern wenigstens um ein nichtelektrisches Signal. Dabei ist erkannt worden, dass auf diese Weise, nämlich mit wenigstens zwei Signalen von verschiedenen Orten auf dem Körper des Patienten, von denen wenigstens eines nich telektrisch ist, eine wesentlich bessere und genauere Erfassung von Organbewegungen im Körper des Patienten möglich wird.The Invention thus goes a completely new way by how with an ECG, at different points of the body signals However, these signals are not exclusively about electrical signals, but at least a non-electrical Signal. It has been recognized that in this way, namely with at least two signals from different locations on the body of the patient, at least one of which is not telectrical, one Much better and more accurate detection of organ movements in the Body of the patient becomes possible.

Grundsätzlich ist eine Vielzahl von Arten der nichtelektrischen Signale denkbar. Insbesondere müssen die nichtelektrischen Signale auch nicht von derselben Art sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass wenigstens zwei Signale gleicher Signalart abgeleitet werden. Ganz besonders ist es im Übrigen bevorzugt, dass ausschließlich nichtelektrische Signal abgeleitet werden.in principle a variety of types of non-electrical signals is conceivable. In particular, the non-electrical signals must also not be of the same kind. According to a preferred Development of the invention, however, is provided that at least two signals of the same signal type are derived. Most notably It is otherwise preferred that exclusively non-electrical signal are derived.

Zur Erfassung der nichtelektrischen Signale können z. B. Kraftsensoren, Ultraschallsensoren, Spannungssensoren, Drucksensoren usw. eingesetzt werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass wenigstens ein Beschleunigungssignal, ein Winkelgeschwindigkeitssignal, ein mechanisches Spannungssignal oder/und ein Drucksignal abgeleitet wird. Vorzugsweise werden wenigstens zwei Beschleunigungssignale abgeleitet, wofür also zwei Beschleunigungssensoren verwendet werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Beschleunigungssignale insbesondere dazu geeignet sind, auf einfache und verlässliche Weise auf die Bewegung von Organen im Körper des Patienten rückzuschließen. Dabei kann mit einem Beschleunigungssignal nicht nur ein einziges Organ „beobachtet" werden, sondern es ist möglich, mit einem Beschleunigungssignal auch die Bewegung mehrerer Organe zu verfolgen.to Detection of non-electrical signals can z. B. Force sensors, Ultrasonic sensors, voltage sensors, pressure sensors, etc. are used become. According to a preferred embodiment However, the invention provides that at least one acceleration signal, an angular velocity signal, a mechanical voltage signal or / and a pressure signal is derived. Preferably, at least derived two acceleration signals, so what for two Acceleration sensors are used. It has become shown that acceleration signals particularly suitable are in a simple and reliable way to the movement of organs in the patient's body. Not only a single organ can be "watched" with an acceleration signal but it is possible with an acceleration signal also to track the movement of several organs.

Die erfassten Signale können auf unterschiedliche Weisen weiterverarbeitet und ausgewertet werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass dass die zeitliche Entwicklung der Signale erfasst wird. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, dass die Signale zu wenigstens einem vorbestimmten Zeitpunkt miteinander verglichen werden. Im Übrigen ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die zeitlichen Veränderungen der einzelnen Signale bestimmt werden, insbesondere dass die zeitliche Veränderung der Signale zueinander bestimmt wird.The detected signals can be further processed and evaluated in different ways. According to a preferred embodiment of the invention, however, it is provided that the temporal evolution of the signals is detected. It is particularly preferred that the signals to be compared with each other at least one predetermined time. Incidentally, it is provided according to a preferred development of the invention that the temporal changes of the individual signals are determined, in particular that the temporal change of the signals is determined to each other.

Die erfassten Bewegungen der Ableitungsstellen können nun auf verschiedenen Weisen genutzt werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die zeitliche Bewegung der Ableitungsstellen modelliert wird. Ganz besonder bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass für die Modellierung die absolute Position der Ableitungsstellen oder/und die relative Position der Ableitungsstellen zueinander verwendet wird. Im Übrigen ist es besonders bevorzugt, dass die Modellierung in Echtzeit durchgeführt wird.The detected movements of the discharge points can now on different ways are used. According to one preferred embodiment of the invention is provided in this context, that the temporal movement of the derivation sites is modeled. Very particularly preferred in this context is that for the modeling the absolute position of the derivation points and / or used the relative position of the discharge points to each other becomes. Incidentally, it is particularly preferred that the modeling is done in real time.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können unterschiedliche Vorgänge im Körper des Patienten erfasst werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist z. B. vorgesehen, dass mittels der erfassten Signale ein Wechsel von Brustatmung zu Bauchatmung des Patienten bzw. umgekehrt erfasst wird. Dass mittels der erfassten Signale ein Wechsel von Brustatmung zu Bauchatmung des Patienten bzw. umgekehrt erfasst wird umfasst auch, dass lediglich der überwiegende Atmungstyp wechselt, also ein Wechsel von überwiegend Brustatmung zu überwiegend Bauchatmung bzw. umgekehrt erfolgt.With the method of the invention can different processes in the body of the patient be recorded. According to a preferred embodiment the invention is z. B. provided that by means of the detected signals a change from chest breathing to abdominal breathing of the patient or vice versa is detected. That by means of the detected signals a change of Chest breathing to abdominal breathing of the patient or vice versa recorded It also includes that only the predominant type of breathing changes, ie a change of predominantly chest breathing to predominantly abdominal respiration or vice versa.

In diesem Zusammenhang ist es insbesondere gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass bei einem erfassten Wechsel von Brustatmung zu Bauchatmung ein Therapieverfahren oder ein Diagnoseverfahren begonnen, abgebrochen oder abgeändert wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Wechsel von Brustatmung zu Bauchatmung häufig deutliche Lageverschiebungen von Organen stattfinden, so dass die Kontinuität bei einem durchgeführten Therapie- bzw. Diagnoseverfahren nicht gewährleistet werden kann.In In this context, it is in particular according to a preferred development of the invention provided that at a recorded change from chest breathing to abdominal breathing a therapeutic procedure or a diagnostic procedure started, canceled or modified becomes. This is based on the knowledge that when changing From chest breathing to abdominal breathing often significant positional shifts of organs so that continuity at one performed therapy or diagnostic procedures not guaranteed can be.

Eine alternative Möglichkeit besteht gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung auch darin, dass mittels der erfassten Signale die Bewegung eines Organs antizipiert wird. Mittels der antizipierten Organbewegung kann dann vorzugsweise die örtliche Ausrichtung eines Diagnoseverfahrens bzw. eines Therapieverfahrens kompensiert werden. Konkret ist es dadurch z. B. möglich, dass bei einer Strahlentherapie die Ausrichtung des Therapiestrahls kompensiert wird, dieser also immer auf die zu bestrahlende Stelle nachgeführt wird, auch wenn sich diese Stelle aufgrund von Organbewegungen oder/und Körperwegegungen transient oder periodisch verschiebt.A alternative possibility exists according to a preferred development of the invention also in that means the detected signals the movement of an organ is anticipated. By means of the anticipated organ movement can then preferably the local Orientation of a diagnostic procedure or a therapy procedure be compensated. Specifically, it is characterized z. Possible, that with radiotherapy, the orientation of the therapy beam is compensated, so this always on the spot to be irradiated is tracked, even if this body is due transient of organ movements and / or body orbits or periodically shifts.

Vorzugsweise wird das zuvor beschriebene Verfahren auch für invasive Techniken, wie therapeutische oder diagnostische Punktionen im Brust- oder Bauchraum, eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt ist die Kombination mit Navigationssystemen, bei denen die direkte Bildführung durch ein Navigationssystem ohne Online-Bildführung ersetzt wird. Entsprechendes gilt bei bildgebenden Verfahren, bei denen vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Bildakquisitionsrichtung kompensiert wird, um scharfe Bilder zu erhalten und Doppelbilder zu vermeiden.Preferably The procedure described above is also for invasive Techniques such as therapeutic or diagnostic punctures in the breast or abdominal cavity, used. Very particularly preferred is the combination with navigation systems where the direct image guidance replaced by a navigation system without online image guidance becomes. The same applies in imaging methods, in which preferably it is provided that the image acquisition direction is compensated, to get sharp images and avoid double images.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur schematisch die Ableitung von zwei Beschleunigungssignalen von der Brust eines Patienten mittels zweier Beschleunigungssensoren und die Verwendung dieser Signale zur Kompensation bei einem Bestrahlungsverfahren.following the invention is based on a preferred embodiment further explained in detail with reference to the drawings. In the drawing, the single figure shows schematically the derivative of two acceleration signals from the chest of a patient by means of two acceleration sensors and the use of these signals for Compensation during an irradiation procedure.

Wie aus der Figur ersichtlich, sind bei einem Patienten 1, der einer Strahlentherapie zur Bestrahlung einer bestimmten Körperregion 2 unterzogen werden soll, zwei Beschleunigungssensoren 3 vorgesehen. Diese Beschleunigungssensoren 3 sind auf der Brust des Patienten 1 befestigt, so dass über als dünne Kabel ausgeführte Leitungen 4 die Beschleunigungssignale einer Erfassungs- und Auswerteeinrichtung 5 zugeführt werden können. In dieser Erfassungs- und Auswerteeinrichtung 5 werden die beiden Beschleunigungssignale miteinander verglichen und insbesondere werden auch die Änderungen der Abweichungen der beiden Beschleunigungssignale voneinander verfolgt. Auf diese Weise kann einerseits ein Wechsel von einer Brustatmung zu einer Bauchatmung des Patienten 1 bzw. umgekehrt erfasst werden. In einem derartigen Falle wird das Bestrahlungsverfahren abgebrochen, weil davon auszugehen ist, dass eine erhebliche Verschiebung der Körperregion 2 stattgefunden hat, so dass eine Bestrahlungskompensation praktisch nicht mehr möglich ist.As can be seen from the figure, are in a patient 1 , which is a radiotherapy for the irradiation of a specific body region 2 is to be subjected, two acceleration sensors 3 intended. These acceleration sensors 3 are on the patient's chest 1 fastened so that over lines designed as thin cables 4 the acceleration signals of a detection and evaluation 5 can be supplied. In this recording and evaluation device 5 the two acceleration signals are compared with each other and in particular the changes in the deviations of the two acceleration signals are tracked from each other. In this way, on the one hand, a change from a chest breathing to a belly breathing of the patient 1 or vice versa. In such a case, the irradiation procedure is aborted, because it can be assumed that a significant shift in the body region 2 has taken place, so that a radiation compensation is practically no longer possible.

Darüber hinaus liegt jedoch eine wesentliche Aufgabe der Erfassungs- und Auswerteeinrichtung 5 darin, mittels der beiden Beschleunigungssignale Organbewegungen im Körper des Patienten 1 zu antizipieren, so dass ein Bestrahlungsstrahl 6 von seiner Ausrichtung her immer so nachgeführt werden kann, dass er jeweils die zu bestrahlende Körperregion 2 trifft. Für dieses eigentliche Bestrahlungsverfahren ist eine Bestrahlungseinrichtung 7 vorgesehen, die mittels einer Steuereinrichtung 8 gesteuert wird. Diese Steuerung erfolgt nun derart, dass aufgrund der von der Erfassungs- und Auswerteeinrichtung 5 erfassten und an die Steuereinrichtung 8 weitergegebenen Organbewegungen jeweils eine derartige Ansteuerung der Bestrahlungseinrichtung 7 durch die Steuereinrichtung 8 erfolgt, dass der Bestrahlungsstrahl 6 immer bezüglich der sich aufgrund der Organbewegungen örtlich verschiebenden Körperregion 2 nachgeführt wird.In addition, however, is an essential task of the detection and evaluation 5 in it, by means of the two acceleration signals organ movements in the body of the patient 1 to anticipate, so that an irradiation beam 6 from its orientation can always be tracked so that he each to be irradiated body region 2 meets. For this actual irradiation method is an irradiation device 7 provided by means of a control device 8th is controlled. This control now takes place in such a way that on the basis of the detection and evaluation device 5 recorded and sent to the controller 8th each passed organ movements such a control the irradiation device 7 by the control device 8th done that the radiation beam 6 always with respect to the locally moving body region due to organ movements 2 is tracked.

Im Ergebnis kann damit auf verlässliche und sichere Weise eine Bestrahlung genau der Körperregion 2 erzielt werden, die tatsächlich der Therapie bedarf, ohne dass in der Nähe dieser Körperregion 2 liegende Regionen und Organe des Patienten 1 geschädigt werden. Darüber hinaus ist ein Abbruchkriterium für die gesamte Strahlentherapie definiert, nämlich dann, wenn es zu einem Wechsel von Brust- zu Bauchatmung oder umgekehrt gekommen ist, die im Allgemeinen zu einer derartigen Verschiebung der Körperregion 2 führt, die nur noch schlecht oder gar nicht mehr kompensiert werden kann.As a result, it can reliably and safely irradiate exactly the body region 2 be achieved, which actually requires therapy without being near this body region 2 lying regions and organs of the patient 1 be damaged. In addition, a termination criterion is defined for the entire radiotherapy, namely, when there has been a change from breast to abdominal respiration or vice versa, which generally results in such a shift of the body region 2 leads, which can only be compensated poorly or not at all.

Im Ergebnis ermöglicht die vorliegende Erfindung damit auf der Grundlage von generischen Signalen, also im Körper selbst erzeugten Signalen und damit ohne Einstrahlung von Signalen von außerhalb des Körpers, eine verlässliche Diagnose von Organbewegungen. Diese Diagnose ist echtzeitfähig und kann somit vielfältig z. B. zu Kompensationszwecken eingesetzt werden. Im Allgemeinen wird über die erfassten Bewegungen der Ableitungspunkte die räumliche Bewegung einer Oberfläche des Körpers ermittelt. Diese Bewegung kann in vielfältiger Weise ausgewertet und weiter verarbeitet werden, z. B. unter Berücksichtigung der absoluten Änderung der Signale, der Änderungen der Signale zueinander usw., wobei dabei auch die absolute räumliche Lage der Sensoren und/oder deren Lage zueinander berücksichtigt werden kann.in the Result enables the present invention thus the basis of generic signals, ie in the body self-generated signals and thus without irradiation of signals from outside the body, a reliable one Diagnosis of organ movements. This diagnosis is real-time capable and thus can be varied z. B. are used for compensation purposes. In general, the detected movements of the derivative points the spatial movement of a surface of the body determined. This movement can be evaluated in many ways and further processed, for. B. taking into account the absolute change of the signals, the changes the signals to each other, etc., whereby thereby also the absolute spatial Position of the sensors and / or their position taken into account can be.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2004/0111025 A1 [0005]

Claims

Method for carrying out a diagnosis on the human body, wherein in each case at least two mutually different discharge points of the body at least one associated with an organ movement signal is derived, characterized in that at least one of the derived signals is a non-electrical signal.

Method according to claim 1, characterized in that that at least two signals of the same signal type are derived.

Method according to claim 1 or 2, characterized that derived only non-electrical signals become.

Method according to claim 3, characterized that at least one acceleration signal, an angular velocity signal, a voltage signal and / or a pressure signal is derived.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the temporal evolution of the signals is detected.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the signals to at least one predetermined time are compared.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the temporal changes the individual signals are determined.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the temporal change the signals to each other is determined.

Method according to one of claims 5 to 8, characterized in that the temporal movement of the discharge points is modeled.

Method according to claim 9, characterized that for modeling the absolute position of the discharge points or / and the relative position of the discharge points to each other is used.

Method according to claim 9 or 10, characterized modeling is done in real time.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that by means of the two signals a change from chest breathing to abdominal breathing or vice versa.

Method according to claim 12, characterized in that that with a detected change from chest breathing to abdominal breathing or conversely, a therapy method or a diagnostic method started, canceled or changed.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that by means of the signals the movement at least of an organ is anticipated.

Method according to Claim 6, characterized that by means of the anticipated organ movement the local Orientation of a diagnostic procedure or therapy method compensated or adapted.

Method according to claim 15, characterized in that that with radiotherapy, the orientation of the therapy beam is adjusted or in percutaneous punctures with navigation organ movements and / or body movements are compensated.

Method according to claim 15, characterized in that in an imaging process, the image acquisition direction is compensated.