DE102008034237A1

DE102008034237A1 - Positionierungssystem für die transkranielle Magnetstimulation

Info

Publication number: DE102008034237A1
Application number: DE102008034237A
Authority: DE
Inventors: Lars Matthaeus; Achim Schweikard
Original assignee: Matthaus Lars Dipl-Mathtechn
Current assignee: Matthaus Lars Dipl-Mathtechn
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: DE102008034237B4

Abstract

Positionierungssystem für die transkranielle Magnetstimulation mit einem Roboter, mittels welchem eine Spulenanordnung für die Stimulation relativ zu einem Kopf eines Patienten bewegbar ist, einem 3-D-Lageverfolgungssystem, einem Zeiger mit einer Zeiger-Markierung, deren Postion von dem 3-D-Lageverfolgungssystem erfassbar ist, und einer Steuereinrichtung, welche derart ausgebildet ist, dass sie anhand der erfassten Position der Zeiger-Markierung die Position des Zeigers relativ zu dem Kopf ermittelt, und der Roboter von der Steuereinrichtung derart steuerbar ist, dass er die Spulenanordnung an die zuvor ermittelte Position des Zeigers bewegt, sowie ein Magnetstimulationssystem mit einem derartigen Positionierungssystem und ein entsprechendes Positionierverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Positionierungssystem für die transkranielle Magnetstimulation sowie ein Magnetstimulationssystem und ein Positionierverfahren für die transkranielle Magnetstimulation.
Bei der transkraniellen Magnetstimulation ist es erforderlich, eine Spulenanordnung an definierten Stellen des Kopfes eines Patienten zu positionieren, um an diesen Stellen von außen einen magnetischen Impuls in den Kopf einzuleiten.
Die Positionierung der Spulenanordnung an einem gewünschten Punkt ist dabei nicht immer ganz einfach. Das verwendete Positionierungs- bzw. Haltesystem für die Spulenanordnung muss in eine gewünschte Position bewegt werden. Darüber hinaus ist es erforderlich, die Position der Spulenanordnung relativ zum Kopf des Patienten beizubehalten, welches üblicherweise dadurch geschieht, dass der Kopf des Patienten in geeigneter Weise fixiert wird. Dies ist jedoch für den Patienten recht unbequem.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Positionierungssystem für die transkranielle Magnetstimulation zu schaffen, mit welchem eine Spulenanordnung sehr leicht an gewünschter Stelle relativ zum Kopf eines Patienten positioniert werden kann und darüber hinaus diese Positionierung sicher beibehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Positionierungssystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, durch ein Magnetstimulationssystem mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Positionierverfahren mit den im Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Positionierungssystem für die transkranielle Magnetstimulation verwendet einen Roboter zur Positionierung der Spulenanordnung. Bei dem Roboter kann es sich um jegliche, für die Positionierung der Spulenanordnung relativ zum Kopf geeignete Roboterkonstruktionen handeln. Bevorzugt handelt es sich um einen einarmigen Roboter, d. h. einen Knickarmroboter, wie er von Industrierobotern her bekannt ist. Ein solcher Roboter ist in der Lage, die Spulenanordnung räumlich, vorzugsweise an jeder beliebigen Stelle an der Außenseite des Kopfes, zu positionieren und dabei die Spulenanordnung auch noch im gewünschten Winkel zum Kopf auszurichten. Der Roboter weist dazu eine geeignete Zahl von Schwenkachsen auf.
Zur Bestimmung der Position, an welche die Spulenanordnung bewegt werden soll, sind erfindungsgemäß ein 3D-Lageverfolgungssystem sowie ein Zeiger vorgesehen, welcher eine Zeiger-Markierung aufweist, deren Position von dem 3D-Lageverfolgungssystem erfassbar ist. So kann über das 3D-Lageverfolgungssystem die räumliche Lage der Zeiger-Markierung und damit die räumliche Lage des Zeigers erfasst werden. Ein solches 3D-Lageverfolgungssystem kann beispielsweise als 3D-Kamerasystem ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es sich um ein Infrarotkamerasystem handeln, bei welchem Infrarotlicht ausgesendet wird, welches von der Zeigermarkierung reflektiert und von zwei zueinander beabstandet angeordneten Kameras erfasst wird. Es können jedoch auch andere 3D-Lageverfolgungssysteme zum Einsatz kommen, beispielsweise Systeme, welche mit sichtbarem Licht oder elektromag netisch arbeiten. Je nach Ausgestaltung des Systems wird die Zeiger-Markierung entsprechend ausgestaltet, sodass deren räumliche Position erfassbar wird. Das 3D-Lageverfolgungssystem wird vorzugsweise so angeordnet, dass der Kopf des Patienten und die Umgebung in welcher die Spulenanordnung zu bewegen ist, zur Positionsbestimmung erfassbar ist.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche zur Steuerung des Roboters dient. Die Steuereinrichtung steuert den Roboter so an, dass die Spulenanordnung in einer bestimmten Ausrichtung in eine bestimmte Position relativ zu dem Kopf bewegt werden kann. Dabei ist die Steuereinrichtung erfindungsgemäß so ausgebildet, dass sie anhand der von dem 3D-Lageverfolgungssystem erfassten Position der Zeiger-Markierung die Position des Zeigers relativ zu dem Kopf ermitteln kann. Dazu wird die Position des Zeigers von der Steuereinrichtung in ein Koordinatensystem eingebunden, in welchem die Lage des Kopfes bekannt ist. Dies kann beispielsweise durch Fixierung des Kopfes in einer vorbestimmten Position erfolgen. Dabei kann die Position des Kopfes ebenfalls von einem 3D-Lageverfolgungssystem erfassbar sein. Darüber hinaus ist es auch auf anderer Weise möglich, der Steuereinrichtung die genaue Position des Kopfes einzugeben.
Der Zeiger kann dazu genutzt werden, beliebige Punkte auf der Oberfläche des Kopfes zu markieren. Eine Bedienperson, beispielsweise der behandelnde Arzt, kann somit den Zeiger auf einen gewünschten Punkt an der Kopfoberfläche setzen. Das 3D-Lageverfolgungssystem erfasst dabei die Position der Zeiger-Markierung. Aus dieser Position bestimmt die Steuereinrichtung die Position des Zeigers relativ zu dem Kopf, so kann die Steuereinrichtung genau den Punkt ermitteln, an welchem der Zeiger auf die Kopfoberfläche aufgesetzt ist. Erfindungsgemäß kann die Steuereinrichtung dann den Roboter so steuern, dass er die Spulenanordnung an diese zuvor mit dem Zeiger markierte Position bewegt.
Dieses erfindungsgemäße Positioniersystem ermöglicht es dem behandelnden Arzt somit sehr einfach, die Spulenanordnung an eine gewünschte Stelle des Kopfes zu bewegen. Er muss die anzufahrende Position nicht umständlich über Eingabemittel der Steuereinrichtung eingeben, sondern kann vielmehr mit dem Zeiger die gewünschte Stelle an der Kopfoberfläche anzeigen. Die Steuereinrichtung erfasst über die Zeiger-Markierung des 3D-Lageverfolgungssystems diesen Punkt und speichert diesen Punkt relativ zur Position des Kopfes. Nachdem der Zeiger dann vom Kopf entfernt bzw. weggenommen worden ist, kann die Steuereinrichtung dann den Roboter so ansteuern, dass die Spulenanordnung an den markierten Punkt gefahren wird.
Vorzugsweise ist erfindungsgemäß darüber hinaus eine Kopf-Markierung vorgesehen, welche zur Anbringung an dem Kopf des Patienten geeignet ist, wobei die Position der Kopfmarkierung von einem 3D-Lageverfolgungssystem erfassbar ist und die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie anhand der erfassten Position der Kopf-Markierung die Position des Kopfes ermittelt. Kopf-Markierung und 3D-Lageverfolgungssystem können dabei genauso ausgebildet sein, wie es oben anhand des 3D-Lageverfolgungssystems zur Ermittlung der Position der Zeiger-Markierung beschrieben wurde. Besonders bevorzugt wird ein und dasselbe 3D-Lageverfolgungssystem sowohl zur Erfassung der Position der Kopf-Markierung als auch zur Erfassung der Position der Zeiger-Markierung eingesetzt. Es ist jedoch auch möglich, zwei unterschiedliche Positionserfassungssysteme einzusetzen und deren Ausgangssignale einer gemeinsamen Steuereinrichtung zuzuführen.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie anhand der erfassten Position der Kopf-Markierung die Position des Kopfes ermittelt. In Kenntnis dieser Position kann die Steuereinrichtung dann nach Erfassung der Position der Zeiger-Markierung die relative Lage des Zei gers zu dem Kopf bestimmen. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass sie in der Lage ist, Bewegungen der Kopf-Markierung, welche von dem 3D-Lageverfolgungssystem, erfasst werden, zu verarbeiten. Dazu ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass sie aus der Bewegung der Kopf-Markierung die zugehörige Bewegung des Kopfes ermitteln bzw. berechnen kann. Über eine solche bevorzugte Steuereinrichtung ist stets eine Positionierung und Nachführung des Roboters relativ zur aktuellen Lage des Kopfes möglich. Da die Bewegung des Kopfes über die Kopf-Markierung und das 3D-Lageverfolgungssystem erfasst werden kann, ist es somit nicht mehr notwendig, den Kopf des Patienten zu fixieren, vielmehr ist eine Ausrichtung bzw. Positionierung der Spulenanordnung mittels des Roboters in jeder beliebigen Position und insbesondere auch bei Bewegung des Kopfes möglich.
Vorzugsweise sind der Steuereinrichtung Geometriedaten über die individuelle Form des Kopfes eines Patienten vorgebbar, und die Steuereinrichtung bestimmt auf Grundlage dieser Geometriedaten und der ermittelten Position der Kopf-Markierung die Lage des Kopfes, d. h. insbesondere dessen Außenkontur, im Raum. Diese Geometriedaten können beispielsweise von einer Computertomografie des Patientenkopfes stammen. Diese Daten werden von der Steuereinrichtung eingelesen bzw. geladen und dann bei der Positionierung der Spulenanordnung genutzt. Um die Geometriedaten des Kopfes in eine definierte Zuordnung zu der am Kopf angebrachten Kopf-Markierung zu bringen, weist die Steuereinrichtung bevorzugt Mittel auf, welche zur Erfassung der relativen Lage von Kopf-Markierung und Kopf zueinander ausgebildet sind. Durch diese Mittel kann nach Anbringung der Kopf-Markierung die Steuereinrichtung die aktuelle relative Lage der Kopf-Markierung relativ zum Kopf erfassen. Auf dieser Grundlage kann die Steuereinrichtung dann eine definierte Zuordnung von Kopf-Markierung und den eingelesenen Geometriedaten vornehmen. Dies hat den Vorteil, dass die Kopf- Markierung im Wesentlichen beliebig am Kopf des Patienten angebracht werden kann.
Um die relative Positionierung von Kopf-Markierung und Kopf zueinander zu erfassen, sind der Steuereinrichtung vorzugsweise mit dem Zeiger beliebige Punkte an der Oberfläche des Kopfes eingebbar. Das heißt, in einem Lern-Modus der Steuereinrichtung werden nach Anbringung der Kopf-Markierung mit dem Zeiger zunächst mehrere, vorzugsweise eine Vielzahl von Punkten an der Kopfoberfläche markiert, wobei jeweils die Position der Zeiger-Markierung von dem 3D-Lageverfolgungssystem erfasst und an die Steuereinrichtung weitergeleitet wird. Die Steuereinrichtung ermittelt daraus jeweils die Position des Zeigers an der Kopfoberfläche. Vorzugsweise wird bei diesem Lernvorgang der Zeiger in Bahnen über die Kopfoberfläche geführt. Auf diese Weise erfasst die Steuereinrichtung die äußere Geometrie des Kopfes. Gleichzeitig wird von dem 3D-Lageverfolgungssystem die Position der am Kopf angebrachten Kopf-Markierung erfasst, so dass die Kopfgeometrie in fester Bezug zu der Kopf-Markierung erfasst wird, insbesondere auch wenn der Kopf sich bewegt. Die Steuereinrichtung weist im Übrigen Lernmittel bzw. ein Lernmodul auf, welches dann diese erfasste Kopfgeometrie zur Deckung mit der äußeren Kontur des Kopfes gemäß der eingelesenen Geometriedaten bringt. Auf diese Weise schafft die Steuereinrichtung dann eine definierte Zuordnung zwischen der Position der Kop-Markierung und den eingelesenen Geometriedaten. Aus der Bewegung bzw. Position der Kopf-Markierung kann die Steuereinrichtung dann die Lage jedes Punktes des Kopfes im Raum errechnen und die Positionierung der Spulenanordnung mit dem Roboter entsprechend steuern bzw. regeln, ohne dass der Kopf des Patienten in eine definierte Lage gebracht oder in einer solchen gehalten werden müsste.
Weiter bevorzugt weist der Zeiger eine Zeigerspitze auf, und die Zeiger-Markierung ist in definiertem Abstand zu der Zeigerspitze an dem Zeiger angeordnet. Die Zeigerspitze dient dazu, bestimmte Punkte an der Kopfoberfläche zu markieren, indem die Zeigerspitze auf die Kopfoberfläche aufgesetzt wird. Da die Lage der Zeiger-Markierung relativ zu der Zeigerspitze fest ist, kann die Steuereinrichtung aus den erfassten Positionsdaten der Zeiger-Markierung in Kenntnis der relativen Position der Zeigerspitze zu der Zeiger-Markierung die aktuelle Position der Zeigerspitze ermitteln bzw. errechnen. Der Abstand zwischen Zeiger-Markierung und Zeigerspitze stellt sicher, dass die Zeigermarkierung immer im Erfassungsbereich bzw. Blickfeld des 3D-Lageverfolgungssystems liegt, egal wo der Zeiger am Kopf angesetzt wird.
Die Zeiger-Markierung und/oder die Kopf-Markierung weisen vorzugsweise mehrere voneinander beabstandete Markierungspunkte auf, deren Position jeweils von dem 3D-Lageverfolgungssystem erfassbar ist, und die Steuereinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie auf Grundlage der Positionen der Markierungspunkte die räumliche Lage des Zeigers und/oder des Kopfes ermittelt. Die Markierungspunkte können beispielsweise Infrarotreflektoren, insbesondere kugelförmige Infrarotreflektoren sein. Insbesondere beim Zeiger ist es bevorzugt, mehrere, vorzugsweise drei oder vier derartige Markierungspunkte relativ weit beabstandet voneinander anzuordnen, so dass die räumliche Lage des Zeigers und insbesondere der Zeigerspitze möglichst präzise erfassbar ist. Mit zunehmendem Abstand der Markierungspunkte voneinander wird eine größere Präzision der Erfassung erreicht. Die Markierungspunkte sind dabei in definiertem Abstand zueinander angeordnet, und der Steuereinrichtung ist dieser definierte Abstand bekannt, so dass die Steuereinrichtung aus der Lage der Markierungspunkte im Raum, wie sie vom 3D-Lageverfolgungssystem erfasst wird, die Lage des gescannten Zeigers und/oder des Kopfes errechnen kann.
Besonders bevorzugt ist der Roboter von der Steuereinrichtung in der Weise steuerbar, dass die Spulenanordnung einer Bewegung des Kopfes so nachgeführt wird, dass eine zuvor vorgenommene Positionierung der Magnetspulenanordnung relativ zu dem Kopf beibehalten wird. Wie vorangehend beschrieben, kann über die Kopf-Markierung eine Bewegung des Kopfes und stets die aktuelle Lage des Kopfes erfasst werden. Da die Steuereinrichtung zunächst in einem Lernmodus die Position der Kopf-Markierung in Übereinstimmung mit den eingelesenen Geometriedaten gebracht hat, ist die Steuereinrichtung mit Erfassung der aktuellen Position der Kopf-Markierung somit in der Lage, die aktuelle Position und Lage des Kopfes im Raum durch ein geeignetes Rechenmodul zu errechnen und dann den Roboter vorzugsweise in Echtzeit so zu steuern, dass die Spulenanordnung von dem Roboter stets in einer vorgegebenen definierten Position zu der Kopfoberfläche gehalten wird. Das heißt, bei diesem System ist es nicht mehr erforderlich, dass der Kopf des Patienten ruhig gehalten bzw. fixiert wird, vielmehr wird die Spulenanordnung durch Ansteuerung von der Steuereinrichtung mittels des Roboterarms stets so bewegt, dass sie einer Bewegung des Kopfes definiert folgt und die Position relativ zum Kopf beibehält. Hierdurch kann ein wesentlich größerer Komfort für den Patienten während der Behandlung erreicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass ein vorbestimmter Abstand zwischen Spulenanordnung und der Oberfläche des Kopfes an der Steuereinrichtung einstellbar ist und der Roboter von der Steuereinrichtung derart steuerbar ist, dass dieser die Spulenanordnung an eine Position bewegt, in welcher sie den vorbestimmten Abstand von der Oberfläche des Kopfes hat. Dies ist dadurch möglich, dass die Steuereinrichtung über die Positionserfassung der Kopf-Markierung und die Zuordnung zu den Geometriedaten des Kopfes stets die aktuelle Lage des Kopfes im Raum kennt. So ist es möglich, die Spulenanordnung in einen definier ten Abstand von der Kopfoberfläche zu bringen und vorzugsweise in diesem zu halten. Das heißt, vorzugsweise wird die Spulenanordnung von dem Roboter auch bei Bewegung des Kopfes in dem zuvor eingestellten und definierten Abstand nachgeführt. Die Einstellung dieses definierten Abstandes hat den Vorteil, dass bei der Behandlung zunächst ein Sicherheitsabstand eingestellt werden kann, um eine unbeabsichtigte Kollision der Spulenanordnung mit dem Kopf sicher zu vermeiden. Durch Verkleinerung des Abstandes, welche über geeignete Eingabemittel an der Steuereinrichtung eingestellt werden kann, kann die Spulenanordnung dann vorzugsweise direkt an die Kopfoberfläche herangefahren werden und dann auch dort in der vorangehend beschriebenen Weise bei Bewegung des Kopfes nachgeführt werden. Für die Bedienperson ist es sehr bequem und einfach, einen definierten Abstand an der Steuereinrichtung einzustellen. Insbesondere kann die gewünschte Position, an welche die Spulenanordnung gebracht werden soll, trotzdem mit dem Zeiger direkt an der Oberfläche des Kopfes markiert werden. Die Einstellung des Abstandes erfolgt unabhängig von dieser Markierung an der Steuereinrichtung.
Es ist zu verstehen, dass diese Ausgestaltung des Positionierungssystems, welche es ermöglicht, die Spulenanordnung in einen vorbestimmten Abstand zu der Oberfläche des Kopfes zu bringen, auch unabhängig von der oben beschriebenen Positionierung nach Markierung einer Position am Kopf mittels des Zeigers, verwirklicht werden kann. So könnte der Punkt, welcher von der Spulenanordnung angefahren werden soll, anstatt mit dem Zeiger auch in der Steuereinrichtung an den dort vorhandenen Geometriedaten ausgewählt werden und die Spulenanordnung durch Ansteuerung des Roboters dann von der Steuereinrichtung an diese ausgewählte Position verfahren werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Magnetstimulationssystem mit einer Spulenanordnung und einem Positioniersystem, wie es vorangehend beschrieben wurde.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Positionieren einer Spulenanordnung relativ zu einem Kopf. Dabei handelt es sich um eine Spulenanordnung, welche für die transkranielle Magnetstimulation verwendet wird. Dieses Positionierverfahren arbeitet vorzugsweise unter Verwendung eines Positioniersystems gemäß der vorangehenden Beschreibung.
Der Verfahrensablauf erfolgt so, dass bevorzugt zunächst an den Kopf des Patienten eine Kopf-Markierung angebracht wird, wie es oben beschrieben wurde. Deren Position wird dann von einem 3D-Lageverfolgungssystem erfasst und einer Steuereinrichtung zugeführt. Dabei erfolgt vorzugsweise eine kontinuierliche Positionserfassung durch das 3D-Lageverfolgungssystem, so dass die Steuereinrichtung jede Bewegung des Kopfes vorzugsweise in Echtzeit erfasst.
Mit einem Zeiger, an welchem eine Zeiger-Markierung angebracht ist, wird eine gewünschte Stelle an der Oberfläche des Kopfes markiert. Dazu wird der Zeiger an die gewünschte Stelle der Kopfoberfläche angesetzt. Die Zeiger-Markierung ist von einem 3D-Lageverfolgungssystem erfassbar. Das 3D-Kamerasystem leitet die erfassten Daten an die Steuereinrichtung weiter, welche aus dem Bild des 3D-Lageverfolgungssystems die Position bzw. die Lage des Zeigers im Raum und insbesondere relativ zu dem Kopf ermittelt. Dabei wird die aktuelle Lage des Kopfes, welcher bevorzugt aus der aktuellen Position einer Kopf-Markierung von der Steuereinrichtung berechnet wird, berücksichtigt. Die Erfassung der Zeiger-Markierung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, so dass deren Bewegungen von der Steuereinrichtung erfasst werden und bei Bewegung von Kopf und Zeiger bevorzugt beide Bewegungen erfasst und stets die relative Position beider Teile zueinander bekannt ist. Die mit dem Zeiger markierte Stelle am Kopf wird in der Steuereinrichtung, beispielsweise durch Druck auf eine Bestätigungstaste gespeichert. Anschließend wird der Zeiger vom Kopf weggenommen, und die Steuereinrichtung kann dann im nächsten Schritt mittels des Roboters die Spulenanordnung an der zuvor von dem Zeiger markierten Stelle positionieren. Der Positioniervorgang wird vorzugsweise durch ein geeignetes Eingabemittel an der Steuereinrichtung aktiviert. Die Steuereinrichtung steuert dann in Kenntnis der aktuellen Position des Kopfes den Roboter so, dass die Spulenanordnung an die gewünschte Stelle des Kopfes bewegt wird und dann vorzugsweise in dieser Position gehalten und mit dem Kopf mitbewegt wird.
Weiter bevorzugt wird der Steuereinrichtung zuvor ein gewünschter Abstand zwischen der Oberfläche des Kopfes und der Spulenanordnung eingegeben, und die Steuereinrichtung steuert den Roboter unter Berücksichtigung der erfassten Position der Kopf-Markierung dann so, dass die Spulenanordnung den eingegebenen Abstand von der Oberfläche des Kopfes hat. Dies gilt insbesondere an einer zuvor markierten Position des Kopfes, an welche die Spulenanordnung bewegt werden soll.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise als Software in einem Computersystem, vorzugsweise einem Personal Computer, realisiert. Als Eingabemittel der Steuereinrichtung dienen dabei die üblichen Eingabeinstrumente des Personal Computers, d. h. insbesondere Tastatur und Maus. Das Computersystem weist Schnittstellen zu dem Roboter und zu dem 3D-Lageverfolgungssystem auf, um Daten des 3D-Lageverfolgungssystems zu erhalten. In dem Computersystem, d. h. der Steuereinrichtung ist bevorzugt ein Bildverarbeitungsmodul realisiert, welches aus dem von 3D-Kamerasystem erfassten Bild die Position der Kopf- bzw. Zeiger-Markierung bzw. deren Markierungspunkte ermittelt und dann zur weiteren Lageberechnung insbesondere im Zusammenhang mit zuvor gespeicherten Geometriedaten des Kopfes bereitstellt.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figur beschrieben.
Die Figur zeigt schematisch die Anordnung des erfindungsgemäßen Positionierungssystems für die transkranielle Magnetstimulation. Es ist schematisch ein Patientenkopf 2 gezeigt, an welchem eine Spulenanordnung 4 mittels eines Roboters 6 positioniert wird. Der Roboter 6 ist hier als Knickarmroboter, wie er von Industrierobotern her bekannt ist, ausgebildet und weist eine geeignete Anzahl von Schwenkachsen auf, welche es ermöglicht, die Spulenanordnung 4 an eine beliebige Position der Kopfoberfläche zu verfahren und dort in einem gewünschten Winkel zur Kopfoberfläche zu positionieren.
Erfindungsgemäß ist ferner ein 3D-Lageverfolgungssystem in Form eines 3D-Kamerasystemes 8 mit zwei definiert zueinander beabstandeten Einzelkameras 8a und 8b angeordnet. Die Kameras 8a und 8b sind über eine geeignete Schnittstelle mit einem Computer 10 verbunden, welcher als Steuereinrichtung dient und unter anderem die Auswertung des Bildes der Kameras 8a und 8b übernimmt und über eine geeignete Schnittstelle den Roboter 6 steuert.
Das 3D-Kamerasystem ist als Infrarotkamerasystem ausgebildet. Zur Bilderzeugung sind Infrarotlichtquellen 12a und 12b die Kameras 8a und 8b umgebend so angeordnet, dass sie den Kopf 2 des Patienten beleuchten.
Am Kopf 2 ist mittels eines Stirnbandes 14 eine Kopf-Markierung 16 befestigt, welche mehrere beabstandet voneinander angeordnete Infrarotreflektoren 18 aufweist, welche einzelne Markierungspunkte bilden.
Diese Infrarotreflektoren 18 reflektieren das Licht der Infrarotlichtquelle 12. Dieses reflektierte Licht wird als Bild von den Kameras 8a und 8b erfasst. Der Computer 10 kann mit einem geeigneten Bildverarbeitungsmodul bzw. einem Bildverarbeitungsprogramm dann aus dem Bild die räumliche Position der Markierungspunkte 18 bestimmen.
Darüber hinaus ist ein Zeiger 20 vorgesehen, welcher von einer Bedienperson mit der Hand frei bewegt werden kann. Der Zeiger 20 weist eine Zeiger-Markierung in Form von mehrere definiert beabstandet voneinander angeordnete Infrarotreflektoren 22 und eine Zeigerspitze 24 auf. Die Zeigerspitze 24 ist in definiertem Abstand zu den Infrarotreflektoren 22, welche einzelne Markierungspunkte bilden, angeordnet. Das Kamerasystem 8 kann auch das von den Infrarotreflektoren 22 reflektierte Licht erfassen. So kann der Computer 10 aus dem erfassten Bild dann auch die räumliche Position der Infrarotreflektoren 22 bestimmen. Aus der Lage der Infrarotreflektoren 22 zueinander im Raum lässt sich darüber hinaus auch die Lage der Spitze 24 des Zeigers 20 im Raum von dem Computer errechnen.
Dem Computer werden darüber hinaus Geometriedaten des Kopfes 2, beispielsweise von einer Computertomografie eingegeben. Dies kann durch geeignete Schnittstellen oder Datenübertragungseinrichtungen von einem Computertomografen erfolgen.
Zur Positionierung der Spulenanordnung 4 wird zunächst das Kopfband 14 mit der Kopf-Markierung 16 am Kopf des Patienten 2 befestigt. Dann wird von dem Kamerasystem 8 laufend die Position der Kopf-Markierung 16 im Bild erfasst und von dem Computer 10 ausgewertet. Anschließend wird mit dem Zeiger 20 die Kopfoberfläche in mehreren Bahnen so überfahren, dass die Spitze 24 über die Kopfoberfläche gleitet. Dabei erfasst der Computer 10 aus dem von dem Kamerasystem aufgenommenen Bild die Bewegung der Infrarotreflektoren 22 und er rechnet daraus die Bahnen der Zeigerspitze 24 im Raum. Diese Bahnen überlagert der Computer bzw. eine geeignete Software in dem Computer den zuvor erfassten Geometriedaten des Kopfes. Gleichzeitig wird vom Computer die Lage der Bahnen der Zeigerspitze 24 relativ zu der Kopf-Markierung 16 erfasst. Durch die Überlagerung mit den Geometriedaten der Computertomografie wird dem Computer somit die Lage der Kopf-Markierung 16 relativ zu diesen Geometriedaten bekannt. Anschließend ist der Computer in der Lage, bei Bewegung des Kopfes 2 die Bewegung der Kopf-Markierung 16 aus dem Bild des Kamerasystems 8 zu bestimmen und damit in Verbindung mit den überlagerten Geometriedaten die Bewegung des Kopfes 2 im Raum zu errechnen. Das heißt, auf diese Weise wird dem Computer 10 in Echtzeit die aktuelle Position des Kopfes 2 im Raum bekannt gemacht. Dies ermöglicht es dem Computer 10, den Roboter 6 in Echtzeit so zu steuern, dass die Spulenanordnung 4 einer Bewegung des Kopfes 2 so nachgeführt wird, dass die Spulenanordnung 4 stets eine definierte Position relativ zu dem Kopf 2 beibehält.
Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass mittels des Zeigers 20 darüber hinaus auch sehr einfach eine Stelle an der Kopfoberfläche markiert werden kann, an welcher die Spulenanordnung 4 positioniert werden soll. Dazu wird der Zeiger 20 auf die gewünschte Stelle mit der Zeigerspitze 24 aufgesetzt und anschließend dem Steuerprogramm in Computer 10 durch entsprechende Eingabe mitgeteilt, diese Position zu erfassen und zu speichern. Nachdem der Zeiger 20 dann vom Kopf 2 entfernt worden ist, kann dann die Positionierung am Computer 10 aktiviert werden, so dass das Steuerprogramm für den Roboter den Roboter 6 so bewegt, dass die Spulenanordnung 4 über den zuvor markierten Punkt an der Kopfoberfläche bewegt wird. Dabei wird eine mögliche Bewegung des Kopfes 2 anhand der Bewegung der Kopf-Markierung 16 und deren Infrarotreflektoren 18 von dem Kamerasystem 8 erfasst und der Computer 10 kann die Robotersteuerung 10 so vor nehmen, dass die Bewegung des Kopfes von dem Roboter 6 kompensiert wird, d. h. der Positionierbewegung eine zusätzliche der Bewegung des Kopfes entsprechende Bewegung überlagert wird, welche sicherstellt, dass auch bei Bewegung des Kopfes die Spulenanordnung 4 genau an die zuvor markierte Position verfahren wird und dann in dieser Position gehalten und bei möglicher weiterer Bewegung des Kopfes 2 entsprechend nachgeführt wird.
Zusätzlich ist es möglich, an dem Steuerprogramm, d. h. der Steuereinrichtung, welche in dem Computer 10 realisiert ist, einen definierten Abstand D zwischen Spulenanordnung 4 und Oberfläche des Kopfes 2 vorzugeben, wobei der Roboter 6 dann so gesteuert wird, dass dieser Abstand auch bei Bewegung des Kopfes eingehalten wird, d. h. die Spulenanordnung 4 wird mit dem vorgegebenen Abstand zum Kopf vom Roboter 6 einer Bewegung des Kopfes nachgeführt.

2: Kopf
4: Spulenanordnung
6: Roboter
8: 3D-Kamerasystem
8a, 8b: Kamera
10: Computer, Steuereinrichtung
12a, 12b: Infrarotlichtquellen
14: Stirnband
16: Kopf-Markierung
18: Infrarotreflektoren
20: Zeiger
22: Infrarotreflektoren, Zeiger-Markierung
24: Zeigerspitze
D: Abstand

Claims

Positionierungssystem für die transkranielle Magnetstimulation mit einem Roboter (6), mittels welchem eine Spulenanordnung (4) für die Stimulation relativ zu einem Kopf (2) eines Patienten bewegbar ist, einem 3D-Lageverfolgungssystem (8), einem Zeiger (20) mit einer Zeiger-Markierung (22), deren Position von dem 3D-Lageverfolgungssystem (8) erfassbar ist, und einer Steuereinrichtung (10), welche derart ausgebildet ist, dass sie anhand der erfassten Position der Zeiger-Markierung (22) die Position des Zeigers (20) relativ zu dem Kopf (2) ermittelt, und der Roboter (6) von der Steuereinrichtung (10) derart steuerbar ist, dass er die Spulenanordnung (4) an die zuvor ermittelte Position des Zeigers (20) bewegt.
Positionierungssystem nach Anspruch 1 mit einer Kopf-Markierung (15), welche zur Anbringung an den Kopf (2) vorgesehen ist, wobei die Position der Kopf-Markierung (16) von einem 3D-Lagerverfolgungs-system erfassbar ist, wobei die Steuereinrichtung (10) derart ausgebildet ist, das sie anhand der erfassten Position der Kopf-Markierung (16) die Position des Kopfes ermittelt.
Positionierungssystem nach Anspruch 2, bei welchem der Steuereinrichtung (10) Geometriedaten über die individuelle Form des Kopfes (2) eines Patienten vorgebbar sind und die Steuereinrichtung (10) auf Grundlage dieser Geometriedaten und der ermittelten Position der Kopf-Markierung (16) die Lage des Kopfes (2) im Raum bestimmt.
Positionierungssystem nach einer der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Steuereinrichtung (10) mit dem Zeiger (20) beliebige Punkte an der Oberfläche des Kopfes (2) eingebbar sind.
Positionierungssystem nach Anspruch 4, bei welchem die Steuereinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass die relative Lage des Kopfes (2) zu der Kopf-Markierung (16) mittels der eingegebenen Punkte an der Oberfläche des Kopfes (2) ermittelbar ist.
Positionierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Zeiger (20) eine Zeigerspitze (24) aufweist und die Zeiger-Markierung (22) in definierten Abstand zu der Zeigerspitze (24) an dem Zeiger (20) angeordnet ist.
Positionierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Zeiger-Markierung (20) und/oder die Kopf-Markierung (16) mehrere voneinander beabstandete Markierungspunkte (18, 22) aufweisen, deren Position jeweils von dem 3D-Kamerasystem (8) erfassbar ist, und die Steuereinrichtung (10) derart ausgestaltet ist, dass sie auf Grundlage der Positionen der Markierungspunkte (18, 22) die räumliche Lage des Zeigers (20) und/oder des Kopfes (2) ermittelt.
Positionierungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Roboter (6) von der Steuereinrichtung (10) in einer Weise steuerbar ist, dass die Spulenanordnung (4) einer Bewegung des Kopfes (2) derart nachgeführt wird, dass eine zuvor vorgenommene Positionierung der Spulenanordnung (4) relativ zu dem Kopf (2) beibehalten wird.
Positionierungssystem insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Steuereinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass ein vorbestimmter Abstand (D) zwischen Spulenanordnung (4) und der Oberfläche des Kopfes (2) an der Steuereinrichtung (10) einstellbar ist, und der Roboter (6) von der Steuereinrichtung (10) derart steuerbar ist, dass dieser die Spulenanordnung (4) an eine Position bewegt, in welcher sie den vorbestimmten Abstand (D) von der Oberfläche des Kopfes (2) hat.
Magnetstimulationssystem mit einer Spulenanordnung und einem Positioniersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Positionierverfahren zum Positionieren einer Spulenanordnung (4) relativ zu einem Kopf (2) eines Patienten für die transkranielle Magnetstimulation, insbesondere unter Verwendung eines Positionierungssystems nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein Zeiger (20), an welchem eine Zeiger-Markierung (22) angebracht ist, deren Position von einem 3D-Lageverfolgungssystem (8) erfasst wird, an einer gewünschten Stelle an der Oberfläche des Kopfes (2) angesetzt wird, wobei von dem 3D-Lageverfolgungssystem (8) die Position der Zeiger-Markierung (22) erfasst und einer Steuereinrichtung (10) zugeführt wird, die Steuereinrichtung (10) aus der Position der Zeiger-Markierung (22) die Position des Zeigers (20) relativ zu dem Kopf (2) ermittelt, und anschließend die Steuereinrichtung (10) einen Roboter (6), an welchem die Spuleanordnung (4) angebracht ist, derart steuert, dass er die Spulenanordnung (4) an die Position des Zeigers (20) relativ zu dem Kopf (2) bewegt.
Positionierverfahren nach Anspruch 11, bei welchem an dem Kopf (2) des Patienten eine Kopf-Markierung (16) angebracht wird, deren Position von einem 3D-Lageverfolgungssystem (8) erfasst und der Steuereinrichtung (10) zugeführt wird, wobei die Steuereinrichtung (10) aus der Position der Kopf-Markierung (16) die Position des Kopfes (2) ermittelt.
Positionierverfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Steuereinrichtung (10) den Roboter (6) in Abhängigkeit von der erfassten Position der Kopf-Markierung (16) so steuert, dass die Spulenanordnung (4) einer Bewegung des Kopfes (2) nachgeführt wird.
Positionierverfahren insbesondere nach Anspruch 11 oder 13, bei welchem der Steuereinrichtung (10) ein gewünschter Abstand (D) zwischen Oberfläche des Kopfes (2) und der Spulenanordnung (4) eingegeben wird und die Steuereinrichtung (10) den Roboter (6) unter Berücksichtigung der erfassten Position der Kopf-Markierung (16) so steuert, dass die Spulenanordnung (4) den eingegebenen Abstand (D) von der Oberfläche des Kopfes (2) hat.