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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Der
hier beschriebene Gegenstand betrifft allgemein ein System und Verfahren
zur Überwachung
physiologischer Aktivitäten
eines Objektes und insbesondere ein System und Verfahren zur Überwachung
oder Verfolgung eines Atemzyklus eines Objektes.
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Viele
Arten von medizinischen Prozeduren umfassen Vorrichtungen, bei denen
eine Veränderung
der Position oder Ausrichtung eines abgebildeten Objektes unerwünscht ist.
Beispielsweise umfasst eine Strahlentherapie medizinische Prozeduren,
bei denen eine Bestrahlung eines nicht-kanzerösen Gewebes mit hohen Strahlungsdosen
unerwünscht
ist. In einem anderen Beispiel ist es bei einer Strahlungsbildgebung
erwünscht,
die Strahlung lediglich auf einen abzubildenden Abschnitt des Körpers zu
richten. In ähnlicher
Weise verlangen dreidimensionale Bildgebungsanwendungen, wie beispielsweise
Computertomographie-(CT), PET- und MR-Bildgebungsscanns, eine Beschränkung der
Bestrahlungsrichtung auf spezielle interessierende Bereiche des
Bildgebungsobjektes, die abgebildet werden sollen. Weitere Beispiele
medizinischer Prozeduren, wie beispielsweise chirurgische Prozeduren,
die chirurgische Navigationssysteme verwenden, verlangen genaue
Positions- und Ausrichtungsinformationen zur Navigation eines chirurgischen
Instrumentes relativ zu ausgewählten
Abschnitten des abgebildeten Objektes.
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Eine
allgemeine Beschränkung
bei der klinischen Planung und Durchführung medizinischer Prozeduren,
beispielsweise der vorstehend beschriebenen Prozeduren, bildet die
normale physiologische Bewegung, die mit einem lebenden abgebildeten
Objekt verbunden ist. Eine normale physiologische Bewegung, beispielsweise
eine Atem- oder Herzbewegung, kann eine Positionsverlagerung des
interessierenden Bereiches nach sich ziehen, der der medizinischen
Prozedur ausgesetzt wird. Insbesondere in Bezug auf Strahlungstherapieanwendungen
können Bewegungen
eines interessierenden Zielbereiches dazu führen, dass das Strahlungsbündel nicht
hinreichend bemessen oder geformt ist, um den Zielbereich vollständig abzudecken.
In Bezug auf die Bildgebungsanwendungen kann eine normale physiologische
Bewegung verschwommene Bilder oder Bildartefakte hervorrufen. In
chirurgischen Prozeduren kann die normale physiologische Bewegung
des Bildgebungsobjektes unerwünschte
positionsbezogene Ungenauigkeiten bei der Navigation der chirurgischen
Instrumente hervorrufen.
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Somit
kann allgemein eine mit der physiologischen Aktivität des medizinischen
Objektes in Zusammenhang stehende Bewegung die Genauigkeit und Wirksamkeit
medizinischer Prozeduren (z. B. zahlreicher Arten von chirurgischer
Navigation, Strahlungstherapie und Bildgebung) beeinflussen.
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Atmungsaktivität stellt
als Ursache für
eine physiologische Bewegung des abgebildeten Objektes während vieler
medizinischer Prozeduren einen wesentlichen Beitragsfaktor dar.
In der diagnostischen Bildgebung werden verschiedene Techniken eingesetzt,
um eine mit der Atmungsaktivität
verbundene Bewegung zu reduzieren. Bei vielen Bildakquisitionsanwendungen
und positionskritischen chirurgischen Ein griffen ist das Anhalten
des Atems mit Erfolg eingesetzt worden, wobei diese Technik für eine Strahlungstherapie
nicht praktikabel ist, da die Zeitdauer der Applikation des Strahlungsbündels für die meisten
abgebildeten Objekte gewöhnlich
zu lange ist, als dass diese ihre Atmungsaktivität anhalten könnten.
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Somit
besteht ein Bedarf nach einem einfachen, genauen und kostengünstigen
System zur Überwachung
bzw. Verfolgung der Atmung eines abgebildeten Objektes. Es besteht
ferner ein Bedarf nach einem Verfahren zur Voraussage eines Atemzyklus
des medizinischen Objektes.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung widmet sich den vorstehend erwähnten Anforderungen,
und diese können
durch Lesen und Begreifen des hier beschriebenen Gegenstandes verstanden
werden. Zahlreiche weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile des hier
beschriebenen Gegenstandes erschließen sich für einen Fachmann aus den beigefügten Zeichnungen
und der detaillierten Beschreibung.
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In
einer Ausführungsform
ist ein System zur Überwachung
bzw. Verfolgung eines Atemzyklus eines Objektes geschaffen. Das
System enthält
wenigstens einen ersten Sensor, der an dem Objekt positioniert ist,
und wenigstens einen zweiten Sensor, der an einer Referenzstelle
relativ zu einer Positionsänderung
des ersten Sensors, die mit der Atmung des Objektes in Zusammenhang
steht, angeordnet ist. Das System enthält ferner eine Atemzyklus-Messvorrichtung,
die angekoppelt ist, um die in Bezug auf die Referenz relativen
Positionsdaten des ersten Sensors entgegenzunehmen.
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Die
Atemzyklus-Messvorrichtung ist konfiguriert, um die Positionsdaten
des ersten Sensors in Bezug auf die Zeit in ein Atmungssignal umzuwandeln,
das einen Atemzyklus des Objektes kennzeichnet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist ein System zur Akquisition von Bilddaten eines abzubildenden
Objektes geschaffen. Das System enthält ein Bildgebungssystem, das
betriebsfähig
ist, um die Bilddaten des abzubildenden Objektes in Kommunikationsverbindung
mit einer Atemzyklus-Messvorrichtung zu akquirieren. Die Atemzyklus-Messvorrichtung
ist angeschlossen, um Positionsdaten eines ersten Sensors an dem
abgebildeten Objekt in Bezug auf einen zweiten Sensor an einer Referenzstelle entgegenzunehmen.
Die Atemzyklus-Messvorrichtung setzt die Positionsdaten des ersten
Sensors in Bezug auf die Zeit in ein Atmungssignal um, das für einen
Atemzyklus des abgebildeten Objektes kennzeichnend ist.
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In
einer noch weiteren Ausführungsform
ist ein System zur Triggerung bzw. Auslösung der Zuführung einer
Strahlung von einer Strahlungsquelle zu einem Objekt geschaffen.
Das System enthält eine
Atemzyklus-Messvorrichtung, die in Kommunikationsverbindung steht,
um Positionsdaten eines ersten Sensors an dem abgebildeten Objekt
in Bezug auf einen zweiten Sensor an einer Referenzstelle zu empfangen.
Die Atemzyklus-Messvorrichtung ist konfiguriert, um die Positionsdaten über der
Zeit in ein Atmungssignal zu wandeln und das Atmungssignal in ein
Trigger- bzw. Ansteuersignal umzusetzen. Das System enthält ferner
eine Steuereinheit, die in Kommunikationsverbindung steht, um das
Triggersignal von der Atemzyklus-Messvorrichtung zu empfangen. Das
Triggersignal veranlasst die Steuereinheit, die Zuführung der Strahlung
von der Strahlungsquelle zu dem Objekt relativ zu einem Atemzyklus des
Objektes zu triggern.
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Es
ist eine weitere Ausführungsform
eines Systems geschaffen, das im Betrieb dazu dient, Instrumente
relativ zu Bilddaten eines abgebildeten Objektes zu navigieren.
Das System enthält
eine Atemzyklus-Messvorrichtung, die angeschlossen ist, um Positionsdaten
eines ersten Sensors, der an einem Patienten angebracht ist, in
Bezug auf eine Referenz zu empfangen. Die Atemzyklus-Messvorrichtung
wandelt die Positionsdaten in Bezug auf die Zeit in ein Atmungssignal
um, das einen Atemzyklus des abgebildeten Objektes kennzeichnet.
Das System enthält
ferner eine Steuerungseinrichtung, die betriebsfähig ist, um Bilddaten relativ
zu Begrenzungen eines angezeigten Bildes auf der Basis der Position des
ersten Sensors in Bezug auf die Referenz fortdauernd neu zu positionieren.
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Es
sind hier Systeme und Verfahren unterschiedlichen Umfangs beschrieben.
Zusätzlich
zu den in dieser Kurzbeschreibung erläuterten Aspekten und Vorteilen
erschließen
sich weitere Aspekte und Vorteile bei einer Bezugnahme auf die Zeichnungen und
bei einer Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung, die folgt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematisierte Darstellung einer Ausführungsform eines Verfolgungssystems.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
eines Verfahrens zur Überwachung
eines Atemzyklus.
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3 zeigt
eine graphische Darstellung eines Atemzyklus eines abgebildeten
Objektes.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Systems zur Triggerung bzw. Steuerung der Übertragung von Bilddaten.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
einer Prozessor- bzw. Verarbeitungseinrichtung.
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6 zeigt
eine schematisierte Darstellung einer Ausführungsform eines Systems zur
Messung oder Verfolgung eines Atemzyklus eines Patienten.
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7 zeigt
eine schematisierte Darstellung einer weiteren Ausführungsform
eines Systems zur Messung oder Verfolgung eines Atemzyklus eines Patienten.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens
zur Neupositionierung von entsprechend einem Atemzyklus eines Patienten
angepassten Bilddaten.
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9 zeigt
eine schematisierte Darstellung, die eine Ausführungsform zur Neupositionierung
von Bilddaten in einem interessierenden Bereich eines akquirierten
Bildes veranschaulicht.
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10 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Systems zur Triggerung bzw. Steuerung einer Strahlungsaussendung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügte Zeichnung
Bezug genommen, die einen Teil der Beschreibung bildet und in der zu
Veranschaulichungszwecken spezielle Ausführungsformen veranschaulicht
sind, die ausgeführt werden
können.
Diese Ausführungsformen
sind ausreichend detailliert beschrieben, um Fachleute auf dem Gebiet
in die Lage zu versetzen, die Ausführungsformen in die Praxis
umzusetzen, wobei es verständlich
ist, dass andere Ausführungsformen
verwendet werden können
und dass logische, mechanische, elektrische und andere Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne von dem Rahmen der Ausführungsformen
abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung soll folglich
nicht in einem beschränkenden
Sinne aufgefasst werden.
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1 zeigt
eine schematisierte Darstellung einer Ausführungsform eines Systems 100,
das im Betrieb dazu dient, einen Atemzyklus zu messen oder zu überwachen
oder zu verfolgen. Ein technischer Effekt des Systems 100 besteht
in der Triggerung bzw. Steuerung der Akquisition von Bildern und/oder
der Strahlungstherapie. Das System 100 weist ein Verfolgungssystem 105 auf,
das konfiguriert ist, um den Atemzyklus eines medizinischen Objektes
oder Patienten 110 zu überwachen.
Der Patient oder das Objekt 110 bezeichnet eine Person
oder ein Tier, die bzw. das eine medizinische Behandlung (z. B.
Bildgebung, Strahlungstherapie, einen chirurgischen Eingriff, etc.)
erhält.
Dennoch sollte es verständlich
sein, dass das System 100 auch in anderen (z. B. industriellen,
etc.) Umgebungen auf vielfältige Objekte 110 angewandt
werden kann und nicht einzig und allein auf das medizinische Gebiet
beschränkt ist.
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Das
Verfolgungssystem 105 ist im Wesentlichen dazu eingerichtet,
eine mit der Atmungsmechanik des Patienten 110 in Zusammenhang
stehende variable Position zu kennzeichnen. Eine Ausführungsform
des Verfolgungssystems 105 weist wenigstens einen ersten
Sensor 115, der an dem Patienten 110 (z. B. der
Brust) positioniert ist, und wenigstens einen zweiten Sensor 120 auf,
der an einer Referenzstelle in Bezug auf eine Bewegung des ersten
Sensors 115 angeordnet ist. Die Anzahl der ersten Sensoren 115 oder
zweiten Sensoren 120 kann variieren. Eine Ausführungsform
der Referenzstelle bzw. Referenz enthält einen Tisch oder eine Patientenpositionierungseinrichtung 125,
die den Patienten 110 stützt, oder ein Bildgebungssystem,
das im Betrieb dazu eingerichtet ist, Bilddaten des Patienten 110 zu
akquirieren. Dennoch sollte es verständlich sein, dass die Referenz
nicht auf die vorerwähnten Beispiele
beschränkt
ist und variieren kann (z. B. der Boden oder eine Wand des zur Bewerkstelligung
der medizinischen Prozedur ausgewählten Raums, etc. sein kann).
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Der
erste Sensor 115 ist an dem Patienten 110 in einer
derartigen Weise positioniert, dass sich der erste Sensor 115 in
Beziehung mit dem Atemzyklus (z. B. der Einatmung und Ausatmung
der Lunge) des Patienten 110 bewegt. Beispielsweise kann
der erste Sensor 115 an der Brust des Patienten 110 positioniert
sein, um den Atemzyklus des Patienten 110 zu verfolgen.
Der zweite Sensor 120 kann konfiguriert sein, um eine variable
Position, wie beispielsweise eine aktuelle Position und/oder Positionsveränderungen,
des ersten Sensors 115 zu detektieren, zu messen oder zu
erfassen und die detektierte oder erfasste variable Position in
Positionsdaten in Bezug auf den ersten Sensor 115 umzusetzen.
Entweder der erste Sensor 115 oder der zweite Sensor 120 kann
dazu konfiguriert sein, die erfassten Positionsdaten in Bezug auf
den anderen Sensor 115 oder 120 zu messen und
zu übermitteln.
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Das
Verfolgungssystem 105 weist ferner eine Atemzyklus-Messvorrichtung 130 auf,
die mit dem ersten Sensor 115 und/oder dem zweiten Sensor 120 in
Kommunikationsverbindung angeschlossen ist. Die Art der Kommunikation
(z. B. leitungsgebunden, drahtlos, Internet, etc.) kann variieren.
Die Atemzyklus-Messvorrichtung 130 ist allgemein dazu eingerichtet,
auf der Basis der von dem wenigstens einen zweiten Sensor 120 empfangenen
Positionsdaten ein Atmungssignal zu erzeugen, das den Atemzyklus
des Patienten 110 kennzeichnet. Die Atemzyklus-Messvorrichtung 130 kann
von dem zweiten Sensor 120 unabhängig oder gemeinsam mit diesem
integriert sein. Eine Ausführungsform
der Atemzyklus-Messvorrichtung 130 enthält im Allgemeinen einen Prozessor 132 und
einen Speicher 134 zur Speicherung programmierbarer Anweisungen, die
durch den Prozessor 132 ausgeführt werden sollen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann entweder der erste Sensor 115 oder der zweite Sensor 120 nicht
in direkter Kommunikationsverbindung mit der Atemzyklus-Messvorrichtung 130 stehen. Demgemäß kann der
erste oder der zweite Sensor 115 oder 120 Sensordaten
zu dem Prozessor 132 senden, wobei die Sensordaten einer
Position des ersten Sensors 115 und/oder einer Positionsänderung
des ersten Sensors 115 relativ zu dem zweiten Sensor 120 entsprechen.
Ferner kann der Prozessor 132 konfiguriert sein, um die
Positionsdaten auf der Basis der Sensordaten zu berechnen und die
Positionsdaten folglich an die Atemzyklus-Messvorrichtung 130 zu
senden.
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Zusätzlich kann
das Verfolgungssystem 105 eine Schnittstelle 136 (z.
B. eine Mausvorrichtung, eine Tastatur oder ein Tastenfeld, einen
Berührungsbildschirm,
etc.) und eine Anzeige oder Ausgabe 138 (z. B. ein Monitor,
LEDs, einen akustischen Lautsprecher, etc.) enthalten, die mit der
Atemzyklus-Messvorrichtung 130 gekoppelt ist. Die Anzeige
bzw. Ausgabe 138 kann konfiguriert sein, um das dem Patienten 110 zugehörige Atmungssignal
zur Überprüfung darzustellen.
Das Verfolgungssystem 105 kann ferner kommunikationsmäßig (z.
B. drahtgebunden, drahtlos, über
Internet, etc.) mit einer entfernt befindlichen Remote-Workstation
oder einem Remote-Empfänger 140 verbunden
sein.
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Eine
Ausführungsform
des Verfolgungssystems 105 kann elektromagnetisch basiert
oder optisch basiert arbeiten, um Daten zu erzeugen, die die Atmungsaktivität kennzeichnen.
Demgemäß kann jeder
Sensor aus dem ersten Sensor 115 oder dem zweiten Sensor 120 einen
optischen Sensor, einen elektromagnetischen Sensor oder eine beliebige sonstige
Erfassungsvorrichtung oder Kombination von diesen enthalten, der
bzw. die betriebsfähig
ist, um eine veränderbare
oder variable Position in Bezug aufeinander zu erfassen und ein
elektrisches Ausgangssignal, beispielsweise ein lineares elektrisches
Ausgangssignal (LEO, Linear Electrical Output) oder ein digitales
elektrisches Ausgangssignal (DEO, Digital Electrical Output), zu
erzeugen, das die veränderbare
oder variable Position während
einer Atmung repräsentiert.
Die elektrische Ausgabe des ersten Sensors 115 und/oder
des zweiten Sensors 120 kann in Form eines Spannungspotentials,
eines Stroms oder in einer sonstigen messbaren elektrischen Form
ausgedrückt
werden. Das Verfolgungssystem 105 kann Energie von einer
Wechselstromquelle und/oder von wieder aufladbaren Akkus oder nicht
wieder aufladbaren Batterien empfangen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann das Verfolgungssystem 105 mehrere erste Sensoren 115 oder
mehrere zweite Sensoren 120 aufweisen, die (z. B. leitungsgebunden,
drahtlos, über
Internet, etc.) mit der Atemzyklus-Messvorrichtung 130 in
Kommunikationsverbindung angeschlossen sind. In einem Szenario mit
mehreren ersten Sensoren 115 und mehreren zweiten Sensoren 120 kann
jeder der ersten Sensoren 115 von jedem der zweiten Sensoren 120 in dem
Verfolgungssystem 105 verfolgt werden. Obwohl 1 das
Verfolgungssystem 105 veranschaulicht, wie es einen ersten
Sensor 115 und einen zweiten Sensor 120 aufweist,
ist zu verstehen, dass die Anzahl der ersten Sensoren 115 und
der zweiten Sensoren 120 variieren kann. Ferner kann der
erste Sensor 115 und/oder der zweite Sensor 120 ein drahtloser
Sensor sein und Energie von dem Verfolgungssystem 105 ziehen,
oder es kann eine gesonderte Energiequelle, wie z. B. eine Batterie
oder Fotozelle, aufweisen. In einer noch weiteren Ausführungsform
des Verfolgungssystems 105 kann der Sensor 115 an
einem Beatmungssystem oder einer Beatmungserfassungsvorrichtung
angeordnet sein. Der Sensor 115 kann eingerichtet sein,
um ein einen Atemzyklus kennzeichnendes Signal zu erzeugen, das
mit einer erfassten Positionsänderung
oder Verlagerung einer Beatmungsgerätkomponente des Beatmungssystems
oder der Beatmungserfassungsvorrichtung im Zusammenhang mit der
Atmung des Patienten 110 korreliert ist.
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Nachdem
die vorstehende Beschreibung des allgemeinen Aufbaus des Systems 100 angegeben
ist, enthält
das Folgende die Beschreibung eines Verfahrens 200 zur
Verfolgung oder Überwachung des
Atemzyklus des Patienten 110.
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2 veranschaulicht
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
des Verfahrens 200 zur Verfolgung eines Atemzyklus des
Patienten 110 anschaulich darstellt. Ein Schritt 202 bildet
einen Beginn des Verfahrens 200. Ein Schritt 205 enthält eine Positionierung
des wenigstens einen ersten Sensors 115 an dem Patienten 110.
Ein Schritt 210 enthält eine
Erfassung von mit dem wenigstens einen ersten Sensor 115 in
Zusammenhang stehenden Positionsdaten über den wenigstens einen zweiten
Sensor 120. Ein Schritt 215 enthält eine Übertragung
erfasster Positionsdaten des ersten Sensors 115 über den wenigstens
einen zweiten Sensor 120. Ein Schritt 220 enthält eine
Erzeugung eines Atmungssignals, das den Atemzyklus des Patienten 110 kennzeichnet,
auf der Basis der empfangenen Positionsdaten, die mit dem wenigstens
einen ersten Sensor 115 in Beziehung stehen. Ein Schritt 222 bildet
das Ende des Verfahrens 200.
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3 zeigt
eine zeitveränderliche
Kurve des Atmungssignals 300, das in dem Verfolgungssystem 105 erzeugt
wird. Das Atmungssignal 300 kann als ein Echtzeitindikator
für die
Bewegung, die einen Atemzyklus des Patienten 110 kennzeichnet,
verwendet werden. Das Atmungssignal 300, wie es in 3 graphisch
dargestellt ist, zeigt die Positionsveränderungen des ersten Sensors 115,
wie sie durch den zweiten Sensor 120 gemessen werden, in Bezug
auf die Zeit, die in Sekunden gemessen wird.
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Das
durch das System 100 erzeugte Atmungssignal 300 kann
bei der Aufnahme von statistischen Daten oder Anzeige von Informationen über die
Atmungsaktivität
des Patienten 110 helfen. Jedes Atmungssignal 300 (wie
es in 3 veranschaulicht ist), das den Atemzyklus des
Patienten 110 kennzeichnet, weist einen Strom digitaler
Datenabtastwerte auf, die gemeinsam eine für den Atemzyklus charakteristische
Signalwellenkurve bilden. Der Abtastdatenstrom kann während einer
gegebenen Zeitdauer aufgenommen werden. Beispielsweise werden über einem
Zeitintervall von etwa 7 Sekunden Dauer ungefähr 200–210 Datenabtastwerte gemessen.
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An
den gemessenen Datenabtastwerten kann eine Mustervergleichsanalyse
durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform
wird der letzte Satz Datenabtastwerte für das Atmungssignal 300 mit
einem unmittelbar vorhergehenden Satz Datenabtastwerte korreliert,
um die Periode und Wiederholungshäufigkeit des Atmungssignals 300 zu
bestimmen. Somit liefert die Mustervergleichsanalyse ein Werkzeug
zur Messung der Periodizität
des Atmungssignals 300, das folglich eine Erfassung der Abweichung
oder Schwankung gegenüber
einer normalen Atmungsbewegung ermöglicht. Die Mustervergleichsanalyse
kann während
einer Strahlungstherapie, Bildgebung und Eingriffsprozeduren eingesetzt
werden, die erleichtert werden oder eine Überwachung der Atmungsbewegung
des Patienten 110 erfordern. Die Mustervergleichsanalyse
kann ferner dazu verwendet werden, das Atmungssignal 300, einschließlich einer
zukünftigen
Ausatmungs- und Einatmungszeit, des Patienten 110 vorauszuberechnen.
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Wie
in 3 veranschaulicht weist das Atmungssignal 300 einen
im Wesentlichen sinusartigen Charakter auf, wobei die geringste
Bewegung oder Positionsänderung
an einem Ma ximum oder Einatmungsscheitelpunkt 305 und einem
Minimum oder Ausatmungsscheitelpunkt 310 auftritt. An den
Spitzen- bzw. Scheitelpunkten 305 und 310 in
dem Atmungssignal 300 ist die Bewegung des Patienten 110 minimal.
Die optimale Zeit entweder zur Akquisition von Bilddaten oder zur
Aktivierung des Bestrahlungsstrahls einer Strahlungstherapievorrichtung
liegt an den Scheitelpunkten 305 und/oder 310 mit
der geringsten Bewegung des Patienten 110. Durch Erfassung
der Atmungsscheitelpunkte 305 und 310 mit der geringsten
Bewegung und eine derartige zeitliche Steuerung der Bilddatenakquisition
und Instrumentennavigation, dass diese an den Scheitelpunkten 305 und 310 stattfinden,
können
folglich auf die Atmungsbewegung zurückzuführende Ungenauigkeiten verringert
werden. Ferner fördert
eine Akquisition der Bilddaten und Patientenpositionsdaten an beiden Scheitelpunkten 305 und 310 die
Möglichkeit,
Bilddaten und Patientenpositionsdaten zu interpolieren, um eine
genaue Navigation während
des Atemzyklus zu erzielen. Eine Ausführungsform des Verfolgungssystems 105 kann
konfiguriert sein, um (über
eine Eingabevorrichtung, wie eine Maus, eine Tastatur oder einen
berührungsempfindlichen
Bildschirm, etc.) eine Anweisung zur Auswahl eines Augenblicks oder
einer Stelle des Atmungssignals 300 zu empfangen, der bzw.
die als die vollständige
Ausatmung oder Einatmung des Patienten 110 bestimmt werden
soll. Das Verfolgungssystem 105 kann ferner konfiguriert
sein, um eine Anweisung zur Auswahl eines Zeitpunktes oder einer
Stelle (z. B. eines der oder beider Scheitelpunkte 305 und 310)
in dem Atmungssignal 300 zur Triggerung der Akquisition
der Bilddaten oder Aussendung der Strahlung bei der Strahlungstherapie
zu empfangen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann das durch das System 100 erzeugte Atmungssignal 300 in
einem atmungsgesteuerten Triggersystem verwendet werden. Das atmungsgesteuerte
Triggersystem enthält
Systeme zur Steuerung der Strahlung in Strahlungstherapie-/Bildgebungssystemen.
Hinsichtlich der Strahlungstherapie synchronisiert das auf Atmung
ansprechende System 100 die Strahlungsbeaufschlagung mit
der Atmungsbewegung des Patienten 110. In Bezug auf die
Bilddatenakquisition synchronisiert das System 100 die
Akquisition von Bilddaten mit der Atmungsbewegung des Patienten 110.
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Ein
Aspekt der Triggerung bzw. Steuerung besteht darin, Grenzen von
Triggerungsintervallen (z. B. die Dauer des EIN-Zustands) zur Anwendung
einer Strahlung oder Akquisition von Bilddaten zu bestimmen. Für Triggerungszwecke
kann ein Schwellenwert über
dem Amplitudenbereich des Atmungssignals 300 definiert
werden, um die Grenzen der Triggerungsintervalle zu bestimmen. Beispielsweise kann
eine Grenze eines Triggerungsintervalls eine vorbestimmte Bewegungsschwelle
des Patienten 110 enthalten. Unzulässige Bewegungswerte außerhalb
der vorbestimmten Schwelle können
von dem Atemzyklus oder von einer plötzlichen Bewegung oder einem
Hustenanfall des Patienten 110 herrühren. Die Bewegung des ersten
Sensors 115 kann als eine Repräsentierung der Bewegung einer
inneren Anatomie des Patienten 110 akzeptiert werden.
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In
Bildgebungsanwendungen kann ein Beispiel für eine Grenze eines Triggerungsintervalls
eine vorbestimmte Atmungsbewegung enthalten, die voraussage- bzw.
erwartungsgemäß die Wahrscheinlichkeit
von Bildfehlern erhöht.
Alternativ kann eine Triggerungsintervallgrenze eine vorbestimmte Atmungsbewegung
enthalten, von der erwartet wird, dass sie wenigeren Fehlern bei
der Bilddatenakquisition entspricht.
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In
therapeutischen Anwendungen entsprechen die Triggerintervalle dem
Abschnitt des Atemzyklus, in dem eine Bewegung eines klinischen
Zielvolumens minimiert ist. Die Strahlung wird dem Patienten 110 appliziert,
wenn das Atmungssignal 300 innerhalb der Grenzen des Triggerintervalls
liegt. Somit kann das Strahlmuster zur Bestrahlung mit der minimal
möglichen
Reserve geformt sein, die die Atmungsbewegung des Patienten 110 berücksichtigt.
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4 veranschaulicht
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Systems 400 zur Triggerung bzw. Steuerung der Übertragung
von Bilddaten eines Objektes 402 (6). Das
System 400 weist ein Navigationssystem 405, ein
Bildgebungssystem 410, das funktionsfähig ist, um die Bilddaten des
Objektes 402 zu akquirieren, und ein Verfolgungssystem 420 auf,
das wenigstens einen Sensor 422 aufweist (und weiter einen
zweiten Sensor 424 als eine Referenz enthalten kann, obwohl
dies nicht erforderlich ist) und eine Atemzyklus-Messvorrichtung 426 aufweist,
und zwar ähnlich
dem Verfolgungssystem 105 mit den Sensoren 115 und 120 und der
Atemzyklus-Messvorrichtung 130, wie sie vorstehend beschrieben
sind.
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Das
Navigationssystem 405, das Bilddgebungssystem 410 und
das Verfolgungssystem 420 sind als Teil eines Netzwerks
in Kommunikationsverbindung miteinander angeschlossen. Ein Beispiel
für das
Netzwerk umfasst ein lokales Netzwerk (LAN), beispielsweise ein
Ethernet, das in einem Krankenhaus oder einer medizinischen Einrichtung
installiert ist. Das Netzwerk kann über eine fest verdrahtete Verbindung (z.
B. ein Kabel, einen Bus, etc.) oder eine drahtlose Verbindung (z.
B. Infrarot-, Hochfrequenzverbindung, etc.) oder Kombinationen von
diesen intern verbunden sein.
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Das
Navigationssystem 405 ist allgemein funktionsfähig, um
die Position und Orientierung eines chirurgischen Instrumentes (z.
B. eines chirurgischen Werkzeugs, wie beispielsweise eines Knochenbohrers,
einer Implatateinbringungsvorrichtung, eines Katheters, einer Drahtführung, etc.)
zu verfolgen sowie die Position und Ausrichtung des chirurgischen
Instrumentes relativ zu einer inneren Anatomie des Patienten 110,
wie sie unter Verwendung des Bildgebungssystems 410 abgebildet
wird, zu veranschaulichen. In einer Ausführungsform kann die Position
und Orientierung des chirurgischen Instrumentes durch das Verfolgungssystem 420 und
nicht durch das Bildgebungssystem 410 verfolgt werden, wodurch
die Notwendigkeit, die Bilddaten unter Verwendung des Bildgebungssystems 410 kontinuierlich zu
akquirieren, verringert und dadurch die Größe der Strahlungsbelastung
für das
Objekt 402 und/oder Bedienpersonal reduziert wird.
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Das
Bildgebungssystem 410 kann ein bewegliches oder ein ortsfestes
Bildgebungssystem, beispielsweise ein Computertomographie-Bildgebungssystem
(CT-Bildgebungssystem), ein Positronen-Emissions-Tomographie-Bildgebungssystem (PET-Bildgebungssystem),
ein Magnetresonanz-Bildgebungssystem (MR-Bildgebungssystem), ein
Ultraschallbildgebungssystem oder ein Röntgenbildgebungssystem, enthalten.
Ein Fachmann wird jedoch ohne weiteres erkennen, dass das Bildgebungssystem 410 nicht
auf die vorstehend angegebenen Beispiele beschränkt ist.
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Das
Bildgebungssystem 410, das mit dem Navigationssystem 405 in
Kommunikationsverbindung steht, ist konfiguriert, um mit dem Objekt 402 in Zusammenhang
stehende Bilddaten zu akquirieren. Das Bildgebungssystem 410 ist
ferner dazu konfiguriert, die akquirierten Bilddaten gemeinsam mit
einer Zeitgeber- bzw. Taktzeit an das Navigationssystem 405 zu übermitteln.
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In
einer alternativen Ausführungsform
steht das Bildgebungssystem 410 in analoger Kommunikationsverbindung
mit dem Navigationssystem 405 und überträgt eine kontinuierliche Videoausgabe
der akquirierten Bilddaten. Das Navigationssystem 405 empfängt die
Bilddaten und berechnet die Uhrzeit bzw. Taktzeit, um dadurch die
Bilddaten zu korrelieren. Beispielsweise akquiriert das Bildgebungssystem 410 in
Verbindung mit dem Navigationssystem 405 und dem Verfolgungssystem 420 eine
Folge von Bildern des Objektes 402 in zeitlich festgelegten
Intervallen zwischen der vollständigen
Einatmung und der vollständigen
Ausatmung in dem Atemzyklus des Objektes 402. Die Grenzen
oder Zeitpunkte, die den Atemzyklus definieren, können variieren.
Das System 400 kann konfiguriert sein, um jedes Bild aus
den Folgen akquirierter Bilder mit einem Augenblick oder einer Stelle
in dem erfassten Atemzyklus (zum Beispiel einer Position oder Positionsänderung über der Zeit
bei der Atmung des Objektes 402, einem Prozentsatz der
vollständigen
Ausatmung oder vollständigen
Einatmung des Objektes 402, etc.) zu korrelieren. Beispielsweise
kann ein erstes Bild mit einem ersten Prozentsatz (z. B. 90% der
vollständigen
Einatmung oder Ausatmung) in Beziehung gesetzt werden, während ein
zweites Bild mit einem zweiten Prozentsatz (z. B. 50% der vollständigen Einatmung oder
Ausatmung) der vollständigen
Einatmung oder Ausatmung des Objektes 402 in Beziehung
gesetzt werden kann. Das System 400 kann konfiguriert sein, um
eine Auswahl eines Bildes aus den Bildfolgen zu ermöglichen,
das mit dem Augenblickswert oder der Position in dem Atemzyklus
in Beziehung steht, wobei das Bild zur Überlagerung mit einer graphischen Darstellung
der Position des chirurgischen Werkzeugs bestimmt ist, wie dies
durch das Navigationssystem 405 verfolgt wird.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform der Atmungsvorrichtung 426.
Die Atmungsvorrichtung 426 enthält einen Prozessor 430 in
Kommunikationsverbindung mit einem Speicher 435 und einem
Timer oder einer Zeitgebereinheit 440. Der Speicher 435 enthält im Allgemeinen
programmierbare Anweisungen zur Ausführung durch den Prozessor 430,
um die mit dem Atmungssignal 300 in Zusammenhang stehenden
Positionsdaten zu verarbeiten und dadurch das Triggersignal zu erzeugen.
Der Speicher 435 ist ferner dazu konfiguriert, das Atmungssignal 300 zu
speichern. Der Timer oder die Zeitgebereinheit 440 ist
allgemein dazu konfiguriert, ein Zeitgeber- bzw. Taktausgangssignal
zu erzeugen. Der Prozessor 430 der Atemzyklus-Messvorrichtung 426 dient
allgemein dazu, die Atmungsdaten des Atmungssignals 300 umzusetzen,
um ein Triggersignal zu erzeugen. Das Triggersignal kann ein elektrisches
Ausgangssignal oder ein digitales Ausgangssignal sein, das einen
EIN-Zustand und einen AUS-Zustand aufweist. Das Triggersignal dient
in Kombination mit dem Taktausgangssignal allgemein dazu, die Strahlungstherapie
oder Bilddatenakquisition in Bezug auf die Bewegung des Objektes 402 zu
triggern, anzusteuern oder zu regeln.
-
Bei
Empfang des Atmungssignals 300 von dem Verfolgungssystem 420 berechnet
die Atemzyklus-Messvorrichtung 426 eine Änderung
der Position des ersten Sensors 422. Die Positionsänderung
des ersten Sensors 422 wird mit einem Schwellenwert verglichen.
Der Schwellenwert entspricht einem geeigneten Grenzwert der Bewegung
oder Positionsänderung
des ersten Sensors 422, der mit einem zulässigen Maß der durch
die Atmung des Objektes 402 herbeigeführten Verlagerung im Zusammenhang steht.
Die Schwelle kann ausgewählt
und in der Speichereinheit 510 der Prozessoranordnung 415 gespeichert
werden. Die Auswahl der Schwelle bestimmt die Grenze des Triggerintervalls.
-
Die
Atemzyklus-Messvorrichtung 426 ist ferner dazu konfiguriert,
ein vorbestimmtes Triggerereignis zu identifizieren, wenn eine Veränderung
der dreidimensionalen Position des ersten Sensors 422 die
Schwelle überschreitet
und/oder wenn eine mathematische Ableitung (z. B. die Änderungsrate)
des Atmungssignals 300 größer ist als der Schwellenwert.
Die Atemzyklus-Messvorrichtung 426 ist dazu konfiguriert,
eine vorbestimmte Teilsatzperiode eines einzelnen Atmungszyklus,
die eine oder mehrere einzeln identifizierbare Positionen in dem
einzelnen Atemzyklus enthält,
entweder in einer kontinuierlichen oder sequentiell geordneten Weise
zu identifizieren.
-
Bei
der Identifizierung des vorbestimmten Triggerereignisses dient die
Atemzyklus-Messvorrichtung 426 dazu, einen AUS-Zustand
des Triggersignals zu erzeugen. Alternativ kann die Atemzyklus-Messvorrichtung 426 konfiguriert
sein, um einen EIN-Zustand des Triggersignals herbeizuführen, wenn
die Positionsänderung
des ersten Sensors 422 kleiner ist als die erste Schwelle
der Bewegung. Das somit erzeugte Triggersignal wird ferner mit dem durch
die Zeit gebereinheit 440 erzeugten Taktausgangssignal synchronisiert.
-
Das
Navigationssystem 405 ist konfiguriert, um das Triggersignal
mit den Bilddaten zu korrelieren, um die Akquisition der Bilddaten
gezielt zu triggern bzw. zu steuern. Für die Zwecke der Triggerung einer
Bildakquisition ist das Navigationssystem 405 dazu konfiguriert,
die Bilddaten von dem Bildgebungssystem 410 bei Erfassung
eines EIN-Zustands des Triggersignals anzunehmen. Alternativ kann
das Navigationssystem 405 konfiguriert sein, um die Übertragung
oder Verwendung der Bilddaten bei Erfassung eines AUS-Zustands des
Triggersignals zu verwerfen oder zu verhindern. Der Vorteil der
Triggerung der Bilddaten ergibt eine Verbesserung der Navigationsgenauigkeit
der Bilddaten, die durch das Navigationssystem 405 akzeptiert
werden.
-
Obwohl
die Atemzyklus-Messvorrichtung 426 als gemeinsam mit dem
Verfolgungssystem 420 integriert veranschaulicht ist, kann
die Atemzyklus-Messvorrichtung 426 alternativ gemeinsam
mit entweder dem Navigationssystem 405 oder dem Bildgebungssystem 410 oder
mit beiden integriert sein. Alternativ kann die Atemzyklus-Messvorrichtung 426 in
einer gesonderten, unabhängigen
Vorrichtung installiert sein. In ähnlicher Weise sollte es verständlich sein,
dass, obwohl der Prozessor 430, der Speicher 435 und
die Zeitgebereinheit 440 veranschaulicht sind, wie sie
gemeinsam mit der Atemzyklus-Messvorrichtung 426 integriert
sind, entweder der Prozessor 430 und/oder der Speicher 435 und/oder die
Zeitgebereinheit 440 gemeinsam mit einem System oder mehreren
Systemen, zu denen das Navigationssystem 405, das Bildgebungssystem 410 und das
Verfolgungssystem 420 gehören, integriert oder als ein
von diesen unabhängiges
System eingebaut sein kann bzw. können.
-
6 veranschaulicht
eine schematisierte Darstellung der Ausführungsform des Systems 400, die
im Betrieb dazu dient, akquirierte Bilddaten des Patienten 402 zu
akquirieren und/oder zu übertragen.
Das System 400 weist das Bildgebungssystem 410 auf,
an dem das Verfolgungssystem 420 installiert ist. Das Bildgebungssystem 410 enthält einen herkömmlichen
C-förmigen
Arm 412, der positioniert ist, um einen Strahl auf das
Objekt 402 zu richten, das auf der Patientenpositionieranordnung 414, ähnlich der
vorstehend beschriebenen Patientenpositionieranordnung 125,
positioniert ist. Es sollte verständlich sein, dass das System 400 mit
anderen Arten von Bildgebungssystemen (PET, MR-Bildgebung, Ultraschall,
Mammographie, Endoskopie, etc.), therapeutischen Systemen und in
anderen Anwendungen eingesetzt werden kann.
-
Das
veranschaulichte Bildgebungssystem 410 weist eine Hauptanordnung 605,
eine bewegliche Trägeranordnung 610,
die mit der Hauptanordnung 605 gekoppelt ist, wenigstens
eine Strahlungsquelle 615 und wenigstens einen Strahlungsdetektor 620 auf,
der konfiguriert ist, um in Verbindung mit der Strahlungsquelle 615 zu
arbeiten. Bei mobilen bzw. beweglichen Bildgebungssystemen 410 trägt die Trägeranordnung 610 die
Strahlungsquelle 615 und/oder den Strahlungsdetektor 620.
Die Trägeranordnung 610 kann
C-förmige
Trägerelemente
oder O-förmige
Trägerelemente
zur Halterung der Strahlungsquelle 615 und/oder des Strahlungsdetektor 620 enthalten.
Die Hauptanordnung 605 dient in Verbindung mit der Trägeranordnung 610 dazu,
die Strahlungsquelle 615 und den Strahlungsdetektor 620 des
Bildgebungssystems 410 wahl weise in verschiedene Positionen
bewegen zu können,
um Bilddaten (z. B. zweidimensionale, dreidimensionale Bilddaten)
unter unterschiedlichen Ansichten eines oder mehrerer interessierender
Bereiche des Objektes 402 zu akquirieren.
-
Das
an dem Bildgebungssystem 410 installierte Verfolgungssystem 420 weist
einen ersten Sensor 422, der an dem Objekt 402 positioniert
ist, und einen zweiten Sensor 424 auf, der an der Patientenpositionieranordnung 414 positioniert
ist. Alternativ kann der wenigstens eine zweite Sensor 424,
der zur Erfassung von mit dem wenigstens einen ersten Sensor 422 in
Zusammenhang stehenden Positionsdaten konfiguriert ist, mit dem
Bildgebungssystem 410 gekoppelt sein. Demgemäß kann der
wenigstens eine zweite Sensor 424 an der Hauptanordnung 605, der
Trägeranordnung 610,
der Strahlungsquelle 615 oder dem Strahlungsdetektor 620 des
Bildgebungssystems 410 gesichert, befestigt, installiert
oder montiert sein.
-
7 zeigt
eine schematisierte Darstellung einer weiteren Einrichtung einer
Ausführungsform des
Systems 400, die im Betrieb dazu dient, die Akquisition
von Bilddaten zu triggern bzw. zu steuern. Das System 400 weist
den wenigstens einen zweiten Sensor 424 auf, der an dem
Strahlungsdetektor 620 des Bildgebungssystems 410 in
der Nähe
des interessierenden Bereiches positioniert ist und mit dem ersten
Sensor 422 in Kommunikationsverbindung steht.
-
8 enthält ein Flussdiagramm,
das eine Ausführungsform
eines Verfahrens 700 zur Anpassung einer Position angezeigter
Bilddaten auf der Basis der Verfolgung des Atemzyklus des Objektes 402 veranschaulicht.
Es wird angenommen, dass der erste Sensor 422 an dem Patienten 402 po sitioniert
und mit der Atemzyklus-Messvorrichtung 426 kommunikationsmäßig verbunden
ist, die mit dem Navigationssystem 405 und dem Bildgebungssystem 410 in Kommunikationsverbindung
steht. Ein Schritt 701 enthält eine Erfassung oder Messung
des Atemzyklus 300 über
die Atemzyklus-Messvorrichtung 426, die mit dem Sensor 421 in
Kommunikationsverbindung steht, der die entsprechenden Positionen
des ersten Sensors 422 misst und aufzeichnet, der der Atembewegung
des Objektes 402 zugeordnet ist. Ein Schritt 702 enthält eine
Triggerung bzw. Steuerung der Akquisition von Bildern durch die
Bildgebungsvorrichtung 410 über das Navigationssystem 405,
um jeweilige Bilder der Position des Objektes 402, die
mit einem Auftreten der Atmungsscheitelpunkte 305 und 310 in
dem Atemzyklus 300 des Objektes 402 zusammentreffen
bzw. korreliert sind, zu akquirieren und die Position des ersten
Sensors 422, die jedem akquirierten Bild entspricht, aufzuzeichnen.
Ein Schritt 703 enthält
eine Berechnung einer Positionsdifferenz zwischen den akquirierten
Bildern, die den jeweiligen unterschiedlichen Punkten (z. B. den
Atmungsscheitelpunkten 305 und 310) oder Stellen
in dem Atemzyklus 300 des Objektes 402 entsprechen. Beispielsweise
kann eine Bewegung der Position des ersten Sensors 422 von
25 mm einer Bewegung der Wirbelknochen (z. B. des interessierenden
Bereiches) des Objektes 402 von 15 mm entsprechen, wie dies
in den akquirierten Bildern veranschaulicht und aus diesen gemessen
wird. Ein Beispiel für
die Berechnung der Differenz der Position zwischen Bildern enthält eine
Bestimmung einer Differenz eines äußersten Randes der aufgenommenen
Bilddaten in den beiden Vergleichsbildern relativ zu einer gemeinsamen
Referenz in räumlicher
Beziehung. Ein weiteres Beispiel enthält eine Berechnung einer Differenz der
Position oder Stelle anatomischer Kennzeichnungen oder Referenzen,
die in den Vergleichsbildern unter Verwendung bekann ter Bildverarbeitungstechniken
identifiziert werden, relativ zu einer gemeinsamen Referenz.
-
Ein
Schritt 711 enthält
eine Messung oder Erfassung der momentanen Position des ersten Sensors 422 an
dem Objekt 402. Ein Schritt 712 enthält eine
Berechnung einer Differenz oder Veränderung der momentanen Position
des ersten Sensors 422 relativ zu einer vorherigen Position
des ersten Sensors 422, die einem der früher akquirierten
und gespeicherten Bilder des Objektes 402, wie vorstehend
beschrieben, entspricht. Ein Schritt 713 enthält eine Neupositionierung
der Bilddaten in einem angezeigten Bild um ein Maß oder räumliches
Verhältnis,
das der Differenz oder Positionsänderung
des ersten Sensors 422, wie sie vorstehend in Schritt 712 berechnet
worden ist, entspricht oder von dieser abhängt. Eine Ausführungsform
zur Neupositionierung enthält
im Allgemeinen eine Verschiebung der Stelle aller oder eines Teils
der Bilddaten (z. B. des interessierenden Bereichs in dem momentanen
Bild) in dem angezeigten Bild relativ zu einem Fenster, das äußere Begrenzungen
der Bilddaten eines akquirierten Bildes definiert. Das Maß oder räumliche
Verhältnis der
Neupositionierung ist zu der Positionsdifferenz des ersten Sensors 422,
wie sie in Schritt 712 vorstehend berechnet wird, proportional.
Verfahren zur Neupositionierung des akquirierten Bildes enthalten eine
Interpolation und Extrapolation, wobei jedoch die Art der Technik
variieren kann.
-
Als
ein Beispiel wird angenommen, dass ein identifizierter Einatmungspunkt
(z. B. der Scheitelpunkt 305) in dem Atemzyklus 300 (3)
einer Bewegung des ersten Sensors 422 (4)
in Bezug auf eine Referenz von 25 mm entspricht. Wie in 9 veranschaulicht,
werden folglich Bilddaten in einem ursprünglichen interessierenden Bereich 720 eines angezeigten
Bildes 725 in einer (durch einen Pfeil und ein Bezugszeichen 730 veranschaulichten)
Richtung proportional zu der gemessenen Bewegung des ersten Sensors 422 räumlich neu
positioniert oder bewegt, um eine Echtzeitlage der jeweiligen Bilddaten
in dem interessierenden Bereich 720 in Bezug auf die Begrenzungen
oder das Fenster 735 des angezeigten Bildes 725 zu
erreichen. Wie in 9 gezeigt, sind die neupositionierten
Bilddaten in Form einer Strichlinie und durch ein Bezugszeichen 740 veranschaulicht.
Das Maß oder
Verhältnis
der räumlichen
Neupositionierung kann entsprechend gespeicherten Daten vorbestimmt
werden, die eine Bewegung des Sensors 422 in Bezug auf
eine zugehörige Bewegung
des interessierenden Bereichs oder einer anatomischen Kennzeichnung
oder Referenz korrelieren.
-
Erneut
bezugnehmend auf 8 enthält ein Schritt 750 eine
Anzeige der Repräsentierungen
eines oder mehrerer verfolgter Objekte oder Instrumente 755 (siehe 4)
in einer auf dem neupositionierten momentanen Bild, wie vorstehend
beschrieben, überlagerten
Weise. Die Schritte 711, 712, 713 und 750 werden
während
einer Navigation der Objekte oder Instrumente 755 durch
das Objekt bzw. den Patienten 402 bei der Neupositionierung
und Darstellung neu akquirierter Bilder wiederholt.
-
Alternativ
können
die Schritte 702 und 703 wiederholt werden, während das
Bildgebungssystem 410 in mehr als einer einzelnen Blickrichtung
ausgerichtet ist, so dass mehrere Sätze von Bildern erfasst werden,
wobei jeder Satz Bilder enthält,
die einem der Atmungsscheitelpunkte 305 und 310 des
Objektes 402 entsprechen. Die Schritte 712 und 713 können für jeden
Satz der akquirierten Bilder aus jeder der Ansichten des Bildgebungssystems 410 wiederholt
werden, so dass zugehörige
Sätze mehrerer neupositionierter
Bilder, die wie in Schritt 713 beschrieben berechnet werden,
gleichzeitig unter jeder Ansicht der Bildgebungsvorrichtung 410 angezeigt werden. Ähnlich dem
Schritt 750 können
eine oder mehrere Darstellungen der verfolgten Instrumente oder
Objekte auf jedem Satz der neupositionierten Bilder überlagert
dargestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsform
können
ein oder mehrere Bilder an willkürlichen
Punkten in dem Atemzyklus 300 akquiriert werden. Während einer
Navigation des Objektes durch das Objekt bzw. den Patienten 402 wird
eine Position des Sensors 422 gemessen, und es werden aus
der Technik bekannte Techniken verwendet, um ein Maß oder räumliches
Verhältnis
zur Neupositionierung der akquirierten Bilder zu berechnen. Ähnlich dem
vorstehend beschriebenen Schritt 750 können Darstellungen der verfolgten
Instrumente oder Objekte auf dem einen oder den mehreren neupositionierten
Bildern überlagert
werden.
-
10 veranschaulicht
eine Ausführungsform
eines Systems 800, das im Betrieb dazu dient, eine Exposition
des Objektes 805 mit einer Strahlung 810 zu triggern
bzw. zu steuern, wie dies in einem Strahlungstherapieverfahren durchgeführt werden kann.
Das System 800 ist allgemein dazu eingerichtet, eine Exposition
oder Anwendung der Strahlung 810 aus einer Strahlungsquelle 815 mit
dem Auftreten oder Nichtauftreten eines vorbestimmten Triggerereignisses
in einem Atemzyklus des Objektes 805 zu synchronisieren.
Zusätzlich
zu der Strahlungsquelle 815 enthält das System 800 eine
Steuereinheit 820 und ein Verfolgungssystem 825 mit
einer Atemzyklus-Messvorrichtung 830, die miteinander und mit der
Strahlungsquelle 815 in Verbindung stehen. Die Strahlungsquelle 815,
die Steuereinheit 820 und das Verfolgungssystem 825 können miteinander
verbunden sein, um als Teil des Netzwerks, das in einem Krankenhaus
oder einer medizinischen Einrichtung installiert ist, miteinander
in Kommunikationsverbindung zu stehen. Die Art der Strahlung 810 kann
Röntgenstrahlen,
eine elektromagnetische Strahlung innerhalb des sichtbaren oder
nichtsichtbaren Frequenzspecktrums, ein Aktivierungshochfrequenzfeld (HF-Feld),
wie es in der MR-Bildgebung verwendet wird, Schallstrahlung oder
Strahlung in Form eines Teilchenstroms enthalten. Die Strahlungsquelle 815 dient
im Wesentlichen dazu, die Strahlung 810 zu erzeugen und
auszusenden oder zu übertragen.
Die Strahlung 810 kann auf Zielorte oder einen interessierenden
Bereich (ROI, Region of Interest) gerichtet werden, die bzw. der
sich bei den Atemzyklen bewegen bzw. bewegt oder von den Atemzyklen
beeinflusst werden bzw. wird. Derartige Orte umfassen das Herz,
das Mediastinum (Mittelfellraum), die Lunge, den Brustkorb, die
Niere, die Speiseröhre,
den Brustbereich, die Leber und die peripheren Blutgefäße, sind
jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Strahlung 810 kann auch während eines speziellen Abschnitts des
Atemzyklus auf eine Stelle, beispielsweise einen Tumor, appliziert
werden, die sich nicht wesentlich bewegt, dennoch durch den Atemzyklus
beeinflusst ist.
-
Ähnlich wie
die vorstehend beschriebenen Atemzyklus-Messvorrichtungen 130 und 426 ist
die Atemzyklus-Messvorrichtung 830 des Verfolgungssystems 825 dazu
eingerichtet, ein Atmungssignal 300 in das Triggersignal
zur Übertragung
an die Steuereinheit 820 umzusetzen. In Abhängigkeit
von dem Triggersignal regelt die Steuereinheit 820 die
Exposition oder Aussendung der Strahlung 810 aus der Strahlungs quelle 815 relativ
zu einer erfassten Bewegung, die mit der Atmung des Objektes 805 in
Beziehung steht, in einer ähnlichen
Weise, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem System 100 und dem
System 400 beschrieben. Eine Ausführungsform der Steuereinheit 820 weist
einen elektrischen Schalter auf, der betriebsmäßig angeschlossen ist, um die
Aussendung der Strahlung 810 aus der Strahlungsquelle 815 in
einen EIN- und AUS-Zustand umzuschalten. Der Schalter kann betätigt werden,
um die Anwendung der Strahlung 810 auf das Objekt 805 auf
der Basis des Triggersignals zu aktivieren, deren Aktivierung zu
ermöglichen
oder zu unterdrücken.
In einer Ausführungsform
veranlasst die Steuereinheit 820 bei einer Erfassung eines
AUS-Zustands des Triggersignals, das durch das Verfolgungssystem 825 erzeugt
wird, eine Deaktivierung der Strahlungsquelle 815. Die
Strahlungsquelle 815 bleibt deaktiviert, bis der Prozessor 825 einen
EIN-Zustand in dem Triggersignal herbeiführt, der die Steuereinheit 820 veranlasst,
die Strahlungsquelle 815 zu aktivieren, um die Strahlung 810 zu
erzeugen und in Richtung auf das Objekt 805 auszusenden.
Die Strahlungsquelle 815 bleibt aktiviert, bis ein AUS-Zustand in
dem Triggersignal erfasst wird.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
ermöglicht
die Steuereinheit 820 eine Aktivierung der Strahlungsquelle 815,
wobei die Strahlungsquelle 815 durch einen Benutzer, beispielsweise
ein medizinisches Personal, aktiviert und deaktiviert werden kann,
bis ein AUS-Zustand in dem Triggersignal erfasst wird.
-
Somit
umfasst ein technischer Effekt der durch das Verfolgungssystem 825 durchgeführten Messungen
die Erzeugung der EIN- und AUS-Zustände des Triggersignals, die
wiederum die Aktivierung und Deaktivierung der Strahlungsquel le 815 steuern.
Der Ausdruck „aktivieren" wird in weitem Sinne
verwendet, um zu beschreiben, dass die Strahlungsquelle 815 mit
Strom versorgt bzw. angesteuert wird oder dieser ermöglicht wird,
die Strahlung 810 auszusenden, die derart gerichtet ist,
dass sie auf das Objekt 805 auftrifft. Somit bedeutet der
Ausdruck, dass er nicht nur eine Situation, in der die Strahlungsquelle 815 sich
normalerweise in einem Schlafmodus oder Ruhezustand befindet (z.
B. eine Röntgenquelle,
die ein elektrisches Signal erfordert, um die Erzeugung von Röntgenstrahlen
zu triggern), sondern auch ein Szenario umfasst, indem die Strahlungsquelle 815 eine
ist, die die Strahlung 810 kontinuierlich erzeugt und eine „Aktivierung" der Strahlungsquelle 815 ein Öffnen eines
Verschlusses oder eines sonstigen Sperrmechanismus enthält, um die Transmission
der Strahlung 810 zu dem Objekt 805 hin zu richten.
-
In
einer noch weiteren Ausführungsform
können
ein erster und ein zweiter Sensor 838 und 840 (ähnlich dem
zweiten Sensor 120 und 424, wie vorstehend beschrieben)
des Verfolgungssystems 825 konfiguriert sein, um ein digitales
elektrisches Ausgangssignal mit EIN- und AUS-Zuständen zu
erzeugen, die die Atmungsaktivität
des Objektes 805 kennzeichnen. Die in dem digitalen elektrischen
Ausgangssignal wiedergegebenen EIN- und AUS-Zustände können unmittelbar übertragen
werden, um eine Deaktivierung und Aktivierung der Strahlungsquelle 815 zu
steuern.
-
Die
Strahlungsquelle 815 kann gemeinsam mit einer Strahlungstherapievorrichtung
integriert sein, in der eine Anwendung der Strahlung 810 auf das
Objekt 805 eine therapeutische Funktion erfüllt, und
zwar im Gegensatz zu einer Diagnose, bei der die Strahlung 810 aufgebracht
wird, um eine Diagnostik- oder Bildgebungsfunktion durchzuführen. Alternativ
kann die Strahlungsquelle 815 gemeinsam mit dem vorstehend
beschriebenen Bildgebungssystem 410 integriert sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Steuereinheit 820 angeschlossen sein, um mehrere Strahlungsquellen 815 zu
steuern, die mit mehreren medizinischen Vorrichtungen entsprechend
den Anforderungen der Untersuchung oder Behandlung, beispielsweise
einer Strahlungstherapievorrichtung, einem Linearbeschleuniger,
einer CT-, MR-, PET-, SPECT- oder Ultraschallbildakquisitionsvorrichtung, einer
Laserchirurgievorrichtung oder einer Lithotripsievorrichtung, gekoppelt
sein. Gemäß dieser
Ausführungsform
kann eine Aktivierung und Deaktivierung der Strahlungsquellen 815 der
mehreren medizinischen Vorrichtungen für mehrere medizinische Prozeduren
an dem Objekt 805 ausgeführt und über das Triggersignal von dem
Verfolgungssystem 825 gleichzeitig gesteuert werden.
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Eine
Ausführungsform
der Energieversorgung für
die Systeme 100, 400 und 800 enthält eine oder
mehrere Batterien, die lösbar
montiert sein können,
um einen Austausch zu erleichtern. Die Energieversorgung, die wiederaufladbar
sein kann, kann dazu eingerichtet sein, elektrische Energie zu liefern, um
einen oder mehrere Sensoren 115, 120, 422, 424 und/oder
die Verfolgungssysteme 420 und 825 und/oder die
Strahlungsquelle 815 und/oder die Steuereinheit 820 zu
betreiben und um Hilfselemente, wie beispielsweise die Anzeige 138 (siehe 1), mit
Energie zu versorgen.
-
Die
vorstehend beschriebenen Systeme 100, 400 und 800 ergeben
eine einfache und kostengünstige
Verfolgung eines Atemzyklus eines Patienten oder Objektes 110, 402 und 805.
Ferner können die
Systeme 100, 400 und 800 und das Verfahren 200 in
verschiedenen medizinischen Prozeduren, wie beispielsweise der Bildgebung,
Strahlungstherapie und Chirurgie, eingesetzt werden.
-
Das
Atmungssignal 300, das durch das Verfolgungssystem 105 erzeugt
wird, kann verwendet werden, um die Akquisition von Bilddaten in
Bildgebungsanwendungen zu steuern und die Strahlungsapplikation
in therapeutischen Anwendungen zu steuern. In dreidimensionalen
Bildgebungsanwendungen, wie beispielsweise der CT-, PET- und MR-Bildgebung,
kann das Atmungssignal 300 dazu dienen, den Rekonstruktionsprozess
nachträglich „zu triggern" bzw. zu steuern.
Zu diesem Zweck ist die Akquisition der Bilddaten in Bezug auf eine
gemeinsame Zeitbasis mit dem Atmungssignal 300 synchronisiert.
Segmente der akquirierten Bilddaten, die den interessierenden Atemzyklusintervallen
entsprechen, werden verwendet, um die volumetrischen Bilddaten zu
rekonstruieren, so dass folglich die Verzerrung und Größenänderungen,
die durch die Bewegung des Objektes 110, 402 und 805 herbeigeführt werden,
auf ein Minimum reduziert werden. Ferner ermöglicht die vorstehend beschriebene
getriggerte Akquisition von Bilddaten die Verwendung von vorchirurgischen
Bilddaten anstelle von während
einer Operation akquirierten Bilddaten, was die gesamte Strahlungsdosis
reduzieren kann.
-
Das
vorstehend beschriebene System 800 zur Triggerung der Applikation
therapeutischer oder diagnostischer Strahlung auf ein Gewebevolumen des
Objektes 805 während
eines ausgewählten
Teils des Atemzyklus des Objektes 805 verringert Ungenauigkeiten
an einer angenommenen räumlichen Stelle
des Gewebevolumens, die von Verlagerungen herrühren, die durch die Atmungsbewegung
des Objektes 805 herbeigeführt werden.
-
Die
vorstehend beschriebenen Systeme 100, 400 und 800 und
das Verfahren 200 sind ferner auf chirurgische Anwendungen
anwendbar, die eine Echtzeitdarstellung einer zeitlich veränderlichen
Anatomie des Patienten oder Objektes 110, 402 und 805 erfordern.
Die Triggerung der Bilddaten kann die Genauigkeit der akquirierten
Navigationsbilddaten zur Darstellung auf der Anzeige 132 oder
des Navigationssystems 405 verbessern. Die verbesserte
Genauigkeit der Navigationsbilddaten kann die Präzision bei der Positionierung
der chirurgischen- Instrumente in dem Objekt 110 und 805 vergrößern und
infolgedessen eine weniger invasive chirurgische Prozedur ergeben
sowie Risiken, die mit invasiveren chirurgischen Prozeduren (z.
B. offener Chirurgie) verbunden sind, reduzieren.
-
Ferner
können
die Systeme 100, 400 und 800 und das
Verfahren 200, wie vorstehend beschrieben, in Verbindung
mit anderen Anwendungen, beispielsweise einer Überwachung einer physiologischen
Aktivität,
die in dem Objekt 110 und 805 auftritt, und einer
Triggerung der Aufzeichnung und Anzeige von Daten in Bezug auf die
physiologische Aktivität,
realisiert werden.
-
Die
angegebene Beschreibung verwendet Beispiele, um hier den Gegenstand,
einschließlich der
besten Ausführungsform,
zu beschreiben und ferner um einen jeden Fachmann in die Lage zu
versetzen, den Gegenstand auszuführen
und zu verwenden. Der patentschutzfähige Umfang des Gegenstands
ist durch die Ansprüche
definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die sich einem Fachmann
erschließen.
Derartige weitere Beispiele sollen in dem Rahmen der Ansprüche liegen,
wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortlaut
bzw. Wortsinn der Ansprüche
nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente
mit unwesentlichen Unterschieden in Bezug auf den Wortlaut bzw.
Wortsinn der Ansprüche
enthalten.
-
Es
ist ein System 100 geschaffen, das eingerichtet ist, einen
Atemzyklus eines Objektes 110 zu verfolgen. Das System 100 enthält wenigstens
einen ersten Sensor 115, der an dem abgebildeten Objekt 110 positioniert
ist, und wenigstens einen zweiten Sensor 120, der an einer
Referenzstelle relativ zu einer Positionsänderung des wenigstens einen
ersten Sensors 115, die mit einer Atmung des Objektes 110 in
Zusammenhang steht, angeordnet ist. Das System 100 enthält ferner
eine Atmungsvorrichtung 130, die angeschlossen ist, um
die Positionsdaten von dem wenigstens einen zweiten Sensor 120 zu
empfangen. Die Atmungsvorrichtung 130 ist konfiguriert,
um die Positionsdaten in Bezug auf die Zeit in ein Atmungssignal 300 zu
wandeln, das eine Bewegung des ersten Sensors 115 über der
Zeit mit der Atmungsbewegung des abgebildeten Objektes 110 kennzeichnet.
-
- 100
- System
- 105
- Verfolgungssystem
- 110
- Medizinisches
Objekt oder Patient
- 115
- Erster
Sensor
- 120
- Zweiter
Sensor
- 125
- Tisch
oder Patientenpositionierungsanordnung
- 130
- Atmungsvorrichtung
- 132
- Prozessor
- 134
- Speicher
- 136
- Schnittstelle
- 138
- Anzeige
- 140
- Remote-Workstation
oder -Empfänger
- 200
- Verfahren
zur Verfolgung oder Überwachung
des Atemzyklus eines Objektes
- 202
- Beginn
des Verfahrens 200
- 205
- Schritt
der Positionierung des Sensors 115
- 210
- Schritt
der Erfassung von Positionsdaten
- 215
- Schritt
der Übertragung
erfasster Positionsdaten
- 220
- Schritt
der Erzeugung eines Atmungssignals
- 222
- Ende
des Verfahrens 200
- 300
- In
dem Verfolgungssystem 105 erzeugtes Atmungssignal
- 305
- Maximalwert
oder Scheitelpunkt der Einatmung
- 310
- Minimalwert
oder Scheitelwert der Ausatmung
- 400
- System
zur Triggerung der Übermittlung
von Bilddaten
- 402
- Objekt
- 405
- Navigationssystem
- 410
- Bildgebungssystem
- 420
- Verfolgungssystem
- 422
und 424
- Paar
Sensoren
- 426
- Atmungsvorrichtung
- 430
- Prozessor
- 435
- Speicher
- 440
- Timer
oder Zeitgebereinheit
- 605
- Hauptanordnung
- 610
- Bewegliche
Traganordnung
- 615
- Strahlungsquelle
- 620
- Strahlungsdetektor
- 720
- Ursprünglicher
interessierender Bereich
- 725
- Angezeigtes
Bild
- 730
- Bewegungsreferenz
- 735
- Begrenzungen
oder Fenster
- 740
- Neupositionierte
Bilddaten
- 800
- System
zur Triggerung einer Strahlungsexposition
- 805
- Objekt
- 810
- Lieferung
der Strahlung
- 815
- Strahlungsquelle
- 820
- Steuereinheit
- 825
- Verfolgungssystem
- 830
- Atmungsvorrichtung
- 838
und 840
- Erster
und zweiter Sensor