DE102008033243A1 - Multi-dimensional breath signal detection device for providing assistance for treatment of tumor of patient, has evaluation unit evaluating sensor signals by using modulation information to evaluate depth data for calculating breath signal - Google Patents

Multi-dimensional breath signal detection device for providing assistance for treatment of tumor of patient, has evaluation unit evaluating sensor signals by using modulation information to evaluate depth data for calculating breath signal Download PDF

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DE102008033243A1
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Christian Schaller
Jochen Penne
Peter Schuhmann
Udo Nyga
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Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
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SOFTGATE GmbH
Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
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Abstract

The device (500) has a time-of-flight based sensor for receiving light reflected from a body region of a patient and generating a sensor signal representing the received light. A modulation unit (103) controls a light source (106) according to modulation information such that the light source transmits a modulated light signal to the body region of the patient. An evaluation unit (104) e.g. digital signal processor, is connected with the sensor for evaluating the sensor signal by using the modulation information to evaluate depth data that is used to compute multi-dimensional breath signal. An independent claim is also included for a method for acquisition of depth data to detect a multidimensional breath signal of a patient.

Description

Technisches Gebiet der ErfindungTechnical field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Erfassungseinheit zur Atemdetektion. Genauer gesagt liegt die Erfindung auf dem Gebiet von bildgebenden Verfahren in der Medizin. Die Erfindung trägt dazu bei, eine Verbesserung bei Problemen durch Patientenatmung mit diesen Verfahren zu erzielen.The The invention relates to a detection unit for breath detection. More accurate said, the invention is in the field of imaging in the medicine. The invention contributes to help with patient breathing problems to achieve this method.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Durch die klinisch belegte, direkte Korrelation der Bewegung von inneren Organen und der Atmung des Patienten ermöglicht die Detektion von Atmung beispielsweise auf dem Gebiet der Computertomographie (CT), der Magnetresonanztomographie (MRI) und der Positronen Emmisions Tomographie (PET) die Möglichkeit Artefakte, die durch die Atmung des Patienten entstehen zu reduzieren.By the clinically proven, direct correlation of the movement of internal Organs and respiration of the patient allows the detection of respiration For example, in the field of computed tomography (CT), the Magnetic resonance imaging (MRI) and positron emission tomography (PET) the possibility Reduce artifacts that arise due to the patient's breathing.

In der Strahlentherapie lassen sich dadurch Tumorbewegungen besser vorhersagen und somit Tumore gezielter bestrahlen.In Radiotherapy can be better tumor movements Predict and thus irradiate tumors more targeted.

Herkömmliche Systeme zur Detektion von Atmung messen ein eindimensionales Atemsignal zum einen direkt über Sensoren am Patienten, oder auch mit Hilfe optischer Sensoren (CCD), Die menschliche Atmung ist jedoch in ihrer Entstehung ein sehr komplexer Prozess, welcher von vielen Faktoren abhängt. Der menschliche Körper ist im Stande sowohl über Muskeln des Brustkorbes (Brustatmung), als auch über das Zwerchfell (Bauchatmung) zu atmen. Anteilige Kombinationen dieser beiden Möglichkeiten sind zudem auch möglich. Hieraus entsteht eine Vielzahl von verschiedenen Bewegungsmustern innerhalb des Körpers, bedingt durch die unterschiedlichen Muskeln, die bei der Erzeugung von Atmung beteiligt sind. Daher ist es nicht ausreichend, die Atmung nur an einem speziellen Punkt zu messen. Für eine exakte Rekonstruktion oder eine genaue Bestimmung der Bewegung eines Tumors ist dies nicht ausreichend und heutzutage auch technologisch noch nicht gelöst.conventional Respiratory systems measure a one-dimensional respiratory signal a directly over Sensors on the patient, or with the help of optical sensors (CCD), However, human respiration is a very complex one in its formation Process, which depends on many factors. The human body is able both over Muscles of the chest (chest breathing), as well as the diaphragm (abdominal breathing) too to breathe. Partial combinations of these two possibilities are also possible. This results in a variety of different movement patterns within the body, conditioned by the different muscles involved in the production involved in respiration. Therefore, it is not enough breathing only to measure at a specific point. For an exact reconstruction or An accurate determination of the movement of a tumor is not sufficient and technologically not solved today.

Für eine akkurate Information über atmungsbedingte anatomische Bewegungen, die auf tatsächliche Veränderungen innerhalb des Patienten schließen lässt, ist es somit notwendig ein multidimensionales Atemsignal zu erfassen, welches in der Lage ist Bewegungen, spezifisch für bestimmte Körperregionen zu repräsentieren.For an accurate information about respiratory anatomical movements based on actual changes within the patient is it is therefore necessary to detect a multidimensional breathing signal, which is capable of movements, specific to specific body regions to represent.

Die Erfassung eines solchen multidimensionalen Atemsignals muss zudem in Echtzeit erfolgen, da während eines Atemzyklus ständig auf auftretende anatomische Veränderungen reagiert werden muss.The Detecting such a multi-dimensional breathing signal must also done in real time since while a breathing cycle constantly on occurring anatomical changes must be reacted.

Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention

Diese Aufgabe wird durch eine Erfassungseinheit zur Detektion von Atmung gelöst. Eine erfindungsgemäße Erfassungseinheit umfasst erstens eine Modulationseinheit zur Ansteuerung der Lichtquelle gemäß Modulationsinformationen derart, dass die Lichtquelle ein moduliertes Lichtsignal aussendet, und zweitens eine mit dem Sensor verbundene Auswertungseinheit zur Auswertung des Sensorsignals unter Heranziehung der Modulationsinformationen, um Tiefendaten zu ermitteln. Der Begriff „Licht” ist nicht auf das sichtbare elektromagnetische Spektrum beschränkt, sondern umfasst auch z. B. den UV- oder Infrarotbereich. Die Erfassungseinheit nutzt das sog. Time-of-Flight (ToF) Prinzip.These Task is by a detection unit for the detection of respiration solved. An inventive detection unit firstly comprises a modulation unit for controlling the light source according to modulation information such that the light source emits a modulated light signal, and secondly, an evaluation unit connected to the sensor for Evaluation of the sensor signal using the modulation information, to determine depth data. The term "light" is not on the visible limited electromagnetic spectrum, but also includes z. B. the UV or infrared range. The registration unit uses the so-called. Time-of-flight (ToF) principle.

Es handelt sich hierbei um ein physikalisches Prinzip, welches auf der Aussendung modulierten Lichtes beruht, dass von einer Szene reflektiert wird. Aus der gemessenen Zeit, die das modulierte Licht vom Emitter über die Reflektion an der Oberfläche einer Szene zurück zum ToF Sensor benötigt, wird eine Matrix von Tiefenwerten der Szene berechnet. Die Matrix der Tiefenwerte kann beispielsweise Dimensionen im Bereich 140×170 Pixel haben.It This is a physical principle, which is based on the emission of modulated light is based on that of a scene is reflected. From the measured time, the modulated light from the Emitter over the reflection on the surface a scene back needed for ToF sensor, a matrix of depth values of the scene is calculated. The matrix For example, the depth value can be dimensions in the range 140 × 170 pixels to have.

Mit Hilfe einer Matrix von solchen Tiefenwerten der Oberfläche eines Patienten ist es möglich, den Oberkörper in verschiedene Regionen einzuteilenWith Help a matrix of such depth values of the surface of a Patients it is possible the upper body into different regions

Innerhalb dieser Regionen kann die Bewegung der Oberfläche und somit die Atmung an der jeweiligen Stelle mit Hilfe der kontinuierlichen Aktualisierung der Tiefenmatrix durch den ToF Sensor gemessen werden.Within These regions can affect the movement of the surface and thus the breathing each job with the help of continuous updating of the depth matrix are measured by the ToF sensor.

Diese Messung erfolgt über die Beobachtung der Distanz der jeweiligen Region zum ToF Sensor über die Zeit.These Measurement is via the observation of the distance of the respective region to the ToF sensor over the Time.

Daraus resultiert ein mehrdimensionales Atemsignal, welches die Bewegung an verschiedenen Positionen des Oberkörpers repräsentiert.from that results in a multi-dimensional breathing signal, which is the movement represented at different positions of the upper body.

Dieses multidimensionale Atemsignal kann zur Unterstützung der Verarbeitung jeglicher zeitvariant akquirierter Daten von beliebigen bildgebenden Verfahren verwendet werden.This multi-dimensional breathing signal can be used to support the processing of any Time-varying acquired data from arbitrary imaging techniques be used.

Das multidimensionale Atemsignal kann auch für die Unterstützung der Behandlung von Tumoren mit Hilfe von geeigneten therapeutischen Verfahren verwendet werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise das atmungsadaptive Ansteuern von Linearbeschleunigern in der Onkologie.The Multidimensional breathing signal can also be used for the support of Treatment of tumors with the help of appropriate therapeutic Procedure can be used. Such a method is for example the breathable driving of linear accelerators in oncology.

Die Modulationsinformationen können die Amplitudenform (Rechteck, Sinus, etc.) oder die Frequenz des ausgesendeten Lichtsignals betreffen. Die Modulierung (oder Kodierung) kann aber auch etwa durch einzelne Lichtimpulse (sog. „Bursts”) erfolgen.The modulation information can be the amplitude shape (rectangle, sine, etc.) or the Freq relate to the frequency of the emitted light signal. The modulation (or coding) can, however, also be effected by individual light pulses (so-called "bursts").

Die Modulationsinformationen können in einer Steuerungseinheit in der Erfassungseinheit erzeugt und der Modulations- und Auswertungseinheit übermittelt werden. Jedoch ist eine Kopplung von Modulations- und Auswertungseinheit nicht unbedingt erforderlich. Die Auswertungseinheit muss lediglich zur Auswertung der Modulationen, die von der Modulationseinheit dem ausgesendeten Licht aufgeprägt werden, ausgebildet sein. Dies kann auch durch die Auswahl der für den Aufbau der Auswertungseinheit verwendeten Komponenten und/oder durch eine einmalige Konfiguration bei der Herstellung der Erfassungseinheit oder der Auswertungseinheit erreicht werden.The Modulation information can generated in a control unit in the detection unit and be transmitted to the modulation and evaluation unit. However, that is a coupling of modulation and evaluation unit not necessarily required. The evaluation unit only has to be evaluated of the modulations emitted by the modulation unit Light imprinted be trained. This can also be done by selecting the one for the construction the evaluation unit used components and / or by a unique configuration in the production of the detection unit or the evaluation unit can be achieved.

Die Auswertungseinheit kann zur Berechnung der Tiefendaten aus der Laufzeit des empfangenen Lichtsignals ausgebildet sein. Aus der Laufzeit kann der zurückgelegte Weg und damit die Entfernung eines bestrahlten Punktes berechnet werden. Die Laufzeit des Lichts kann direkt oder indirekt gemessen werden. Andere Auswertungsstrategien, die nicht laufzeitorientiert sind, können jedoch auch zum Einsatz gelangen.The Evaluation unit can be used to calculate the depth data from the runtime be formed of the received light signal. From the term can the traveled Path and thus the distance of an irradiated point calculated become. The duration of the light can be measured directly or indirectly become. Other evaluation strategies that are not time-oriented are, can but also be used.

Die Auswertungseinheit kann ferner zur Erstellung einer Matrix von Tiefendaten für eine Anzahl von Bildpunkten ausgebildet sein, indem für jeden Bildpunkt der (absolute oder relative) Abstand eines bestrahlten Objektes von der Erfassungseinheit berechnet wird.The Evaluation unit can also be used to create a matrix of depth data for one Number of pixels can be formed by for each pixel of the (absolute or relative) distance of an irradiated object from the detection unit is calculated.

Bei weiteren Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit wird das Prinzip des „Time-of-Flight” z. B. mittels eines Photonenmischdetektors (PMD), bei der Auswertung herangezogen. Hierbei handelt es sich um ein inkohärentes Laufzeitmessungsverfahren. Die einem PMD-Videosensor nachgeschaltete Auswertungseinheit liefert pixelweise Tiefen- und Intensitätsinformationen. Mit einer typischen Frequenz von 15–50 Hertz kann eine Matrix von Intensitätsinformationen bzw. -werten (entsprechend etwa einem Grauwertbild) und eine Matrix von Distanzwerten erzeugt werden. Die Intensitätsinformation betreffen etwa die reflektierte Amplitude oder Gesamtenergie. Die Auswertungseinheit kann ausgebildet sein Bilddaten aus den Intensitätsinformationen zu erzeugen. Weitere Einheiten oder Vorrichtungen zur Akquisition von Bilddaten sind in diesem Fall nicht unbedingt erforderlich.at further embodiments a detection unit according to the invention is the principle of "time-of-flight" z. B. using a photon mixing detector (PMD), used in the evaluation. This is an incoherent runtime measurement method. The one PMD video sensor Downstream evaluation unit provides pixelwise depth and Intensity information. With a typical frequency of 15-50 hertz can be a matrix of intensity information values (corresponding to, for example, a gray level image) and a matrix of distance values are generated. The intensity information concerns approximately the reflected amplitude or total energy. The evaluation unit can be formed to generate image data from the intensity information. Other units or devices for the acquisition of image data are not essential in this case.

Die Auswertungseinheit kann die Matrix von Tiefendaten in eine oder mehrere Regionen partitionieren und für jede Region ein Signal, welches die spezifische Atembewegung repräsentiert, bereitstellen.The Evaluation unit can be the matrix of depth data in one or partition multiple regions and a signal for each region provide the specific respiratory movement.

Bei einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit kann die Auswertungseinheit und/oder eine Anzeigeeinheit zur Anzeige der Auswertungsdaten integriert angeordnet sein. Derartige Erfassungseinheiten sind kompakt und erfordern keine weiteren Komponenten. Die Auswertungseinheit kann etwa als DSP („Digital Signal Processor”) oder FPGA („Fiel Programmable Gate Array”) vorliegen.at a detection unit according to the invention For example, the evaluation unit and / or a display unit can be displayed the evaluation data to be integrated. Such detection units are compact and do not require any other components. The evaluation unit can be called as DSP ("Digital Signal Processor ") or FPGA ("Programmable Gate array ") available.

Alternativ hierzu kann die Auswertungseinheit und/oder Anzeigeeinheit abgesetzt angeordnet sein. In diesem Fall können Teile der Auswertungseinheit etwa auf einem separaten Rechner implementiert sein und die Anzeigeeinheit wird durch die Anzeigeeinrichtung realisiert.alternative For this purpose, the evaluation unit and / or display unit can be discontinued be arranged. In this case, parts of the evaluation unit be implemented on a separate computer and the display unit is realized by the display device.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Detektion eines mehrdimensionalen Atemsignals bei einem Patienten umfasst die folgenden Schritte:

  • – Ansteuern einer Lichtquelle der Erfassungseinheit durch eine Modulationseinheit gemäß Modulationsinformationen derart, dass die Lichtquelle ein moduliertes Lichtsignal aussendet.
  • – Erzeugen eines das (durch Reflektion vom Rumpf des Patienten) empfangene Licht repräsentierenden Sensorsignals in der Auswertungseinheit
  • – Auswerten des Sensorsignals unter Heranziehung der Modulationsinformationen, um Tiefendaten zu berechnen.
  • – Auswertung der Tiefendaten zur Berechnung eines mehrdimensionalen Atemsignals, welches die atembedingte Bewegung repräsentiert
A method according to the invention for detecting a multi-dimensional breathing signal in a patient comprises the following steps:
  • - Controlling a light source of the detection unit by a modulation unit according to modulation information such that the light source emits a modulated light signal.
  • - Generating the sensor signal (by reflection from the trunk of the patient) received light in the evaluation unit
  • - Evaluating the sensor signal using the modulation information to calculate depth data.
  • - Evaluation of the depth data for the calculation of a multi-dimensional breathing signal, which represents the respiratory motion

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt:following the invention will be explained with reference to embodiments which in the attached Drawings are shown. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit. 1 a schematic representation of a first embodiment of a detection unit according to the invention.

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit. 2 a schematic representation of a second embodiment of a detection unit according to the invention.

3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit. 3 a schematic representation of a third embodiment of a detection unit according to the invention.

4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit. 4 a schematic representation of a fourth embodiment of a detection unit according to the invention.

5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit. 5 a schematic representation of a fourth embodiment of a detection unit according to the invention.

6 in Form eines Flussdiagramms eine verfahrensmäßige Ausgestaltung der Erfindung. 6 in the form of a flow chart, a procedural embodiment of the invention.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred embodiments

In der nachfolgenden Beschreibung werden konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, um die Aspekte, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung weiter zu veranschaulichen. Dem Fachmann ist offenkundig, dass weitere Anwendungen der Erfindung möglich sind, die in fachmännischen Details von den hier geschilderten abweichen.In The following description will be concrete embodiments of the invention to the aspects, advantages and expediencies of the invention further illustrate. The person skilled in the art is aware that further applications of the invention are possible, those skilled in the art Details differ from those described here.

Funktionale Aspekte der Erfindung können in Form von Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination hiervon implementiert werden. Die Funktion von in Soft- oder Firmware ausgeführten Aspekten ergibt sich mit der Ausführung auf einem entsprechend programmierten Prozessor, beispielsweise einem allgemein verwendbaren Prozessor oder einem für bestimmte Anwendungen optimierten Prozessor, z. B. einem ASIC („Application Specific Integrated Circuit”) oder einem programmierten DSP („Digital Signal Prozessor”). Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann durch die Ausführung eines in einem Speicher gespeicherten Programms auf einem Prozessor realisiert werden. Statt eines Programms können auch mehrere Programme vorliegen.functional Aspects of the invention may in the form of hardware, firmware, software or a combination be implemented thereof. The function of in software or firmware executed aspects results with the execution on a suitably programmed processor, for example a general purpose processor or one for particular ones Applications optimized processor, eg. An ASIC ("Application Specific Integrated Circuit ") or a programmed DSP ("Digital Signal Processor"). One inventive method can through the execution a program stored in a memory on a processor will be realized. Instead of a program can also several programs available.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche und gleich wirkende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.In the following description of preferred embodiments of the invention become the same and like parts with the same reference numbers designated.

1 zeigt in schematischer Form ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit 100 mit einer Lichtquelle und Modulationseinheit 103 und einer Auswertungseinheit 104. Lichtquelle und Modulationseinheit sind aus Gründen der Klarheit der Darstellung 1 in einer geschlossenen Einheit dargestellt. Die Erfassungseinheit 100 kann beispielsweise in einem Winkel von 0° zur Normale einer Vorrichtung 101 zur Lagerung des Patienten 102 angebracht werden. Auch andere Winkel oder Positionen sind denkbar. Die Auswertungseinheit 104 kann auf dem Prinzip des „Time-of-Flight” basieren und als Bestandteil beispielsweise eine Kamera des Typs PMD [vision] 19 K der Firma PMD Technologies GmbH, D-57076 Siegen, beinhalten. 1 shows in schematic form a first embodiment of a detection unit according to the invention 100 with a light source and modulation unit 103 and an evaluation unit 104 , Light source and modulation unit are for the sake of clarity of illustration 1 shown in a closed unit. The registration unit 100 can for example at an angle of 0 ° to the normal of a device 101 for storage of the patient 102 be attached. Other angles or positions are conceivable. The evaluation unit 104 may be based on the principle of "time-of-flight" and include as a component, for example, a camera of the type PMD [vision] 19 K PMD Technologies GmbH, D-57076 Siegen.

Das von der Lichtquelle 106 abgestrahlte Licht fällt beispielsweise auf einen Patienten 102 und wird von diesem in Abhängigkeit etwa von seiner Oberflächenbeschaffenheit bzw. Textur und seinem Reflektionsvermögen in Richtung einer geeignet montierten Auswertungseinheit 104 reflektiert.That from the light source 106 radiated light falls, for example, on a patient 102 and is dependent on such as its surface texture or texture and its reflectivity in the direction of a suitably mounted evaluation unit 104 reflected.

Das reflektierte Licht wird in der Auswertungseinheit 104 von einem optischen in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dies kann beispielsweise durch einen „Time-of-Flight”-basierten Sensor geschehen.The reflected light is in the evaluation unit 104 converted from an optical to an electrical signal. This can be done for example by a "time-of-flight" -based sensor.

Das von der Lichteinheit 106 abgestrahlte Licht kann dabei entsprechend [0016] gemäß verschiedener Verfahren moduliert werden. Die Modulationsfrequenz kann etwa bei 20 Megahertz (Mhz) liegen, kann aber auch andere Werte annehmen.That of the light unit 106 radiated light can be modulated in accordance with [0016] according to various methods. The modulation frequency can be around 20 megahertz (Mhz), but can also assume other values.

Das reflektierte Licht weist immer doch die aufgeprägte Kodierung bzw. Modulierung auf. Die Auswertungseinheit 104 erhält zusätzlich die Modulationsinformationen von der Modulationseinheit 103 und ermittelt die Laufzeitverzögerung des reflektierten Lichtsignals (z. B. aus der Phasenverschiebung der Modulation des reflektierten Lichtsignals gegen die Modulationsinformationen).The reflected light always has the impressed coding or modulation. The evaluation unit 104 additionally receives the modulation information from the modulation unit 103 and determines the propagation delay of the reflected light signal (eg from the phase shift of the modulation of the reflected light signal versus the modulation information).

Aus der ermittelten Laufzeit kann der Abstand des Patienten 102 von der Auswertungseinheit 104 (bzw. Lichtquelle in Modulationseinheit 103) berechnet werden.From the determined running time, the distance of the patient 102 from the evaluation unit 104 (or light source in modulation unit 103 ) be calculated.

Die Auswertungseinheit 104 führt die Berechnung für eine Matrix von Bildpunkten durch, zum Beispiel 140×170 Pixel. Für jeden Bildpunkt wird die Laufzeit des auf diesen Punkt treffenden, reflektierten Lichts und somit der zurückgelegten Weg bestimmt. Aus dem Weg kann wiederum der Abstand eines bestrahlten Patienten 102 von der Auswertungseinheit 104 berechnet werden. Die Abstandsinformation für jeden Bildpunkt kann bei Kenntnis der intrinsischen Kameraparameter, die z. B. in einem Kalibrierschritt bestimmt werden können, in ein kartesisches (Welt-)Koordinatensystem überführt werden. Bezogen auf 1 liegen dann metrische Tiefeninformationen für diejenigen Bildpunkte der Auswertungseinheit 104 vor, auf die von dem Patienten 102 reflektiertes Licht fällt.The evaluation unit 104 performs the calculation for a matrix of pixels, for example 140x170 pixels. For each pixel, the duration of the reflected light striking this point, and thus the distance traveled, is determined. In turn, the distance of an irradiated patient can get out of the way 102 from the evaluation unit 104 be calculated. The distance information for each pixel can, with knowledge of the intrinsic camera parameters, the z. B. can be determined in a calibration step, be converted into a Cartesian (world) coordinate system. Related to 1 are then metric depth information for those pixels of the evaluation unit 104 before, on the of the patient 102 reflected light falls.

Die Lichtquelle 106 strahlt Infrarot(IR)-Licht bei einer Wellenlänge von 870 nm aus. Die genaue Wellenlänge ist für die Funktionsweise der Erfindung jedoch ohne Belang. Es können ohne weiteres auch andere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche verwendet werden, bspw. im bereich von 500 nm–1000 nm.The light source 106 emits infrared (IR) light at a wavelength of 870 nm. However, the exact wavelength is irrelevant to the operation of the invention. It is also readily possible to use other wavelengths or wavelength ranges, for example in the range from 500 nm to 1000 nm.

Bei der oben beschriebenen Betriebsweise liefert die Erfassungseinheit 100 Tiefendaten mit einer Frequenz von etwa 15 Hz. Höhere oder niedrigere Erfassungsfrequenzen sind ebenfalls möglich. Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auswertungseinheit 104 mit den anderen Komponenten der Erfassungseinheit 100 integriert. Andere Konfigurationen sind möglich und werden weiter unten vorgestellt. Die Auswertungseinheit 104 bzw. -elektronik kann etwa als DSP („Digital Signal Processor”) oder FGPA („Field Programmmable Gate Array”) vorliegen. Gleiches gilt auch für die Modulationseinheit 103.In the operation described above, the detection unit provides 100 Depth data with a frequency of about 15 Hz. Higher or lower detection frequencies are also possible. In the in the 1 the embodiment shown is the evaluation unit 104 with the other components of the detection unit 100 integrated. Other configurations are possible and are presented below. The evaluation unit 104 or electronics can be present as DSP ("Digital Signal Processor") or FGPA ("Field Programmable Gate Array"). The same applies to the Modulati onseinheit 103 ,

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Erfassungseinheit 200. Dieses unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten dadurch, dass der auf einer Unterlage 101 liegende Patient 102 durch eine Abdeckvorrichtung 201 teilweise nicht direkt einsehbar ist. Die Verdeckung kann aus Sicht der Modulationseinheit 103 und Auswertungseinheit 104 eine nur partielle Sichtbarkeit erlauben. Teile von Modulationseinheit 103 und Auswertungseinheit 104 haben mindestens freie Sicht auf den Oberkörper des Patienten 102. 2 shows a further embodiment of a detection unit according to the invention 200 , This is different from the one in 1 shown by being on a pad 101 lying patient 102 through a cover 201 partly not directly visible. The occlusion can be seen from the point of view of the modulation unit 103 and evaluation unit 104 allow only partial visibility. Parts of modulation unit 103 and evaluation unit 104 have at least a clear view of the upper body of the patient 102 ,

Die Abdeckvorrichtung 201 kann durch einen CT-Scanner oder einen PET-Scanner realisiert sein. Andere Ausprägungen sind jedoch auch möglich und für die Anwendbarkeit der Erfindung ohne Belang.The cover device 201 can be realized by a CT scanner or a PET scanner. However, other forms are also possible and irrelevant to the applicability of the invention.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles kann äquivalent zu den in [0036] bis [0043] beschriebenen Aspekten beschrieben werden.The Operation of the embodiment according to the invention can be equivalent to the aspects described in [0036] to [0043].

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Erfassungseinheit 300. Gegenüber der in 2 dargestellten Erfassungseinheit 200 sind hier Modulationseinheit 103 und Auswertungseinheit 104 innerhalb der Abdeckvorrichtung 301 angebracht. 3 shows a further embodiment of a detection unit according to the invention 300 , Opposite the in 2 illustrated detection unit 200 here are modulation unit 103 and evaluation unit 104 within the cover device 301 appropriate.

Die Abdeckung des auf einer Unterlage 101 liegenden Patienten 102 kann dabei beliebig sein.The cover of the on a pad 101 lying patients 102 can be arbitrary.

Von Teilen der Modulationseinheit 103 und Auswertungseinheit 104 kann mindestens der Oberkörper vom Hals bis zum Bauchnabel wahrgenommen werden.From parts of the modulation unit 103 and evaluation unit 104 At least the upper body can be perceived from the neck to the belly button.

Die Abdeckvorrichtung 301 kann durch einen CT-Scanner oder PET-Scanner realisiert werden. Andere Ausprägungen sind möglich und für die Funktionsweise der Erfindung ohne Belang.The cover device 301 can be realized by a CT scanner or PET scanner. Other forms are possible and irrelevant to the operation of the invention.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles kann äquivalent zu den in [0036] bis [0043] beschriebenen Aspekten beschrieben werden.The Operation of the embodiment according to the invention can be equivalent to the aspects described in [0036] to [0043].

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Erfassungseinheit 400. Gegenüber der in 3 dargestellten Erfassungseinheit 400 sind hier Modulationseinheit 103 und Auswertungseinheit 104 an einer separaten, den auf einer Unterlage 101 gelagerten Patienten 102 nicht verdeckenden Konstruktion 402 angebracht und Teile von Modulationseinheit 103 und Auswertungseinheit 104 haben mindestens freie Sicht auf den Oberkörper des Patienten 102. 4 shows a further embodiment of a detection unit according to the invention 400 , Opposite the in 3 illustrated detection unit 400 here are modulation unit 103 and evaluation unit 104 on a separate, on a base 101 stored patients 102 non-concealing construction 402 attached and parts of modulation unit 103 and evaluation unit 104 have at least a clear view of the upper body of the patient 102 ,

Die Konstruktion 401 kann transliert und rotiert werden und kann beispielsweise an einem Linearbeschleuniger, wie er in der Tumortherapie eingesetzt wird, montiert sein. Andere Ausprägungen sind jedoch möglich und für die Funktionsweise der Erfindung ohne Belang.The construction 401 can be translated and rotated and can for example be mounted on a linear accelerator, as used in tumor therapy. Other forms are possible and irrelevant to the operation of the invention.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles kann äquivalent zu den in [0036] bis [0043] beschriebenen Aspekten beschrieben werden.The Operation of the embodiment according to the invention can be equivalent to the aspects described in [0036] to [0043].

5 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Erfassungseinheit 500, welches sich von den vorherigen Beispielen dadurch unterscheidet, dass Teile der Auswertungseinheit 104, abgesetzt angeordnet, etwa in Form von Software auf einem handelsüblichen PC 104. Gleiches kann auch für die Modulationseinheit 103 gelten. Die Auswertungs 104 – und/oder Modulationseinheit 103 könnten auch nur auf einem PC oder einer programmierbaren Software vorhanden sein. 5 shows an inventive embodiment of a detection unit 500 , which differs from the previous examples in that parts of the evaluation unit 104 , deposited, for example in the form of software on a standard PC 104 , The same can be done for the modulation unit 103 be valid. The evaluation 104 And / or modulation unit 103 could also only be present on a PC or a programmable software.

Als Anzeigeeinrichtung wird ein Monitor 501 des PCs verwendet. Zur Darstellung können 2D- oder 3D-Displaytechnologien verwendet werden.The display device is a monitor 501 used by the PC. For display, 2D or 3D display technologies can be used.

Die Auswertungseinheit bzw. -elektronik 104 kann eine Komponente zur Ausgabe von Daten auf ein Speichermedium 502 umfassen.The evaluation unit or electronics 104 can be a component for outputting data to a storage medium 502 include.

In 6 sind für ein weiteres Ausführungsbeispiel die Schritte einer verfahrensmäßigen Ausgestaltung 600 der Erfindungs- wiedergegeben. Ein Verfahren zur Detektion eines mehrdimensionalen Atemsignals beginnt im Schritt 602 mit dem Erzeugen einer Modulationsinformation, die im Schritt 604 zur Ansteuerung einer Lichtquelle der Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) durch eine Modulationseinheit 103 gemäß Modulationsinformationen derart genutzt wird, dass die Lichtquelle ein moduliertes Lichtsignal aussendet. In einem weiteren Schritt 606 wird ein das empfangene Licht repräsentierende Sensorsignal in der Auswertungseinheit 104 erzeugt. Anschließend werden in Schritt 608 durch das Auswerten des Sensorsignals unter Heranziehung der Modulationsinformationen Tiefendaten berechnet.In 6 are for a further embodiment, the steps of a procedural embodiment 600 the invention reproduced. A method for detecting a multi-dimensional breathing signal begins in the step 602 with the generation of a modulation information that in step 604 for controlling a light source of the detection unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) by a modulation unit 103 is used in accordance with modulation information such that the light source emits a modulated light signal. In a further step 606 becomes a sensor signal representing the received light in the evaluation unit 104 generated. Subsequently, in step 608 calculating depth data by evaluating the sensor signal using the modulation information.

Schließlich wird in Schritt 610 durch die Auswertung der Tiefendaten ein mehrdimensionales Atemsignal berechnet, welches die atembedingte Bewegung repräsentiert.Finally, in step 610 the evaluation of the depth data computes a multi-dimensional respiratory signal, which represents the respiratory motion.

Die Erfindung ermöglicht die Akquisition von Tiefendaten in Echtzeit. Die Bereitstellung des mehrdimensionalen Atemsignales kann ebenfalls in Echtzeit erfolgen. Die Erfindung ist für alle Anwendungsgebiete bei denen atmungsinduzierte Bewegungen auftreten anwendbar. Dies umfasst beispielsweise alle zeitvariant akquirierten medizinischen Bildinformationen.The invention enables the acquisition of depth data in real time. The provision of the multi-dimensional breathing signal can also be done in real time. The invention is applicable to all application areas in which respiratory-induced movements occur. This includes, for example, all time-variably acquired medical image information mation.

Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele stellen zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung dar. Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Grundgedankens sind durch fachmännisches Handeln weitere Ausführungsformen denkbar, ohne dass der Geltungsbereich der Erfindung verlassen wird, der allein durch die beigefügten Ansprüche beschrieben werden soll.The represent embodiments shown here expedient embodiments of the invention. In the context of a basic concept according to the invention by craftsmanship Acting further embodiments conceivable without departing from the scope of the invention, the solely by the attached claims should be described.

Claims (14)

Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) zur Detektion eines mehrdimensionalen Atemsignals mit – einer Vorrichtung (101) zur Lagerung des Patienten (102), – einer Lichtquelle (103), – einem Sensor (103), um vom Rumpfbereich des Patienten reflektiertes Licht zu empfangen und ein das empfangene Licht repräsentierendes Sensorsignal zu erzeugen, gekennzeichnet durch – eine Modulationseinheit (103) zur Ansteuerung der Lichtquelle (106) gemäß Modulationsinformationen derart, dass die Lichtquelle (106) ein moduliertes Lichtsignal auf den Rumpfbereich des Patienten (102) aussendet, und – eine mit dem Sensor (103) verbundenen Auswertungseinheit (104) zur Auswertung des Sensorsignals unter Heranziehung der Modulationsinformationen, um Tiefendaten zu berechnen, die zur Berechnung des mehrdimensionalen Atemsignals verwendet werden.Registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) for detecting a multi-dimensional breathing signal with - a device ( 101 ) for storage of the patient ( 102 ), - a light source ( 103 ), - a sensor ( 103 ) to receive light reflected from the trunk area of the patient and to generate a sensor signal representing the received light, characterized by - a modulation unit ( 103 ) for controlling the light source ( 106 ) according to modulation information such that the light source ( 106 ) a modulated light signal on the trunk area of the patient ( 102 ), and - one with the sensor ( 103 ) connected evaluation unit ( 104 ) for evaluating the sensor signal using the modulation information to calculate depth data used to calculate the multi-dimensional breath signal. Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinheit, die in der Modulationseinheit (103) integriert ist, zur Erzeugung der Modulationsinformationen.Registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) according to claim 1, characterized by a control unit which in the modulation unit ( 103 ) is integrated to generate the modulation information. Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit 104) zur Berechnung der Tiefendaten aus der Laufzeit des empfangenen Lichtsignals ausgebildet ist.Registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation unit 104 ) is designed for calculating the depth data from the transit time of the received light signal. Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (104) zur Erstellung einer Matrix von Tiefendaten für eine Anzahl von Bildpunkten ausgebildet ist, indem für jeden Bildpunkt der Abstand eines bestrahlten Objektes von der Lichtquelle (106) berechnet wird.Registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 104 ) for generating a matrix of depth data for a number of pixels by, for each pixel, the distance of an irradiated object from the light source ( 106 ) is calculated. Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (104) ausgebildet ist, um die Modulationsinformationen gemäß der Technologie der Photonenmischdetektoren bei der Auswertung heranzuziehen.Registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 104 ) is adapted to use the modulation information according to the technology of photon mixing detectors in the evaluation. Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit ausgebildet ist, Bilddaten aus Intensitätsinformationen zu erzeugen, die gemäß der Technologie der Photonenmischdetektoren erzeugt werden.Registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) according to claim 5, characterized in that the evaluation unit is adapted to generate image data from intensity information generated according to the technology of photon mixing detectors. Erfassungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (104) zur Auswertung der Tiefendaten ausgebildet ist.Detection unit according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 104 ) is designed for evaluating the depth data. Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (104) zur Detektion eines mehrdimensionalen Atemsignals ausgebildet ist, basierend auf Bilddaten auf Intensitätsinformationen, die gemäß der Technologie der Photonenmischdetektoren erzeugt werden.Registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) according to claim 7, characterized in that the evaluation unit ( 104 ) is configured to detect a multi-dimensional breathing signal based on image data on intensity information generated according to the technology of the photonic mixing detectors. Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (104) und/oder eine Anzeigeeinheit (501) zur Anzeige der Auswertungsdaten integriert angeordnet sind.Registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 104 ) and / or a display unit ( 501 ) are arranged integrated to display the evaluation data. Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Auswertungseinheit (104) und/oder Anzeigeeinheit (501) abgesetzt angeordnet sind.Registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the evaluation unit ( 104 ) and / or display unit ( 501 ) are arranged offset. Verfahren zur Akquisition von Tiefendaten zur Detektion eines mehrdimensionalen Atemsignals bei einem Patienten (102) mit einer Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500), mit den folgenden Schritten: – Ansteuern einer Lichtquelle (103) der Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) gemäß Modulationsinformationen derart, dass die Lichtquelle (106) ein moduliertes Lichtsignal aussendet, – Aufnehmen des von der Lichtquelle (106) ausgesendeten und vom Rumpfbereich des Patienten (102) reflektierten Lichtes durch einen Sensor (103) – Erzeugen eines das empfangene Licht repräsentierenden Sensorsignals, – Auswerten des Sensorsignals unter Heranziehung der Modulationsinformation, um Tiefendaten zu berechnen und – Auswerten der Tiefendaten zur Berechnung eines multidimensionalen Atemsignals.Method for acquiring depth data for detecting a multi-dimensional respiratory signal in a patient ( 102 ) with a registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ), with the following steps: - driving a light source ( 103 ) of the registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) according to modulation information such that the light source ( 106 ) emits a modulated light signal, - picking up the light source ( 106 ) and from the trunk area of the patient ( 102 ) reflected light through a sensor ( 103 ) - generating a sensor signal representing the received light, - evaluating the sensor signal using the modulation information to calculate depth data and - evaluating the depth data to calculate a multidimensional breath signal. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den Schritt des Erzeugens der Modulationsinformationen, der dem Ansteuern der Lichtquelle (106) der Erfassungseinheit (100, 200, 300, 400, 500) vorgelagert ist.Method according to claim 11, characterized by the step of generating the modulation information necessary for driving the light source ( 106 ) of the registration unit ( 100 . 200 . 300 . 400 . 500 ) is upstream. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefendaten aus der Laufzeit des empfangenen Lichtsignals berechnet werden.The method of claim 11 or 12, since characterized in that the depth data are calculated from the duration of the received light signal. Verwendung eines Photonenmischdetektors für eine Erfassungseinheit zur Detektion eines mehrdimensionalen Atemsignals.Use of a photonic mixer detector for a detection unit for the detection of a multi-dimensional breathing signal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102014218140B3 (en) * 2014-09-10 2016-03-10 Ait Austrian Institute Of Technology Gmbh Method and device for determining the time course of the breathing depth of a person

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