DE102008046346A1 - Spatial region i.e. medical treatment room, monitoring method for X-ray device, involves developing three-dimensional environment model from spatial points, where model specifies space volumes occupied by objects within spatial region - Google Patents

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Abstract

The method involves three-dimensionally detecting spatial points of a spatial region (R) using detection units i.e. three-dimensional cameras (7-10), which are arranged in the spatial region. A three-dimensional environment model is developed from the three-dimensional spatial points, where the three-dimensional environment model specifies space volumes occupied by multiple objects e.g. ellipses (A, D), C-shaped arch (1), patient table (2), monitors (3), electro-encephalograph instrument (4), X-ray protective shield (5) and positioning device (6), within the spatial region. An independent claim is also included for a device for monitoring a spatial region of a movable medical device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines räumlichen Bereichs, insbesondere des Umfelds eines bewegbaren medizinischen Geräts.The The invention relates to a method and a device for monitoring a spatial Area, in particular the environment of a movable medical Device.

In einer Vielzahl von technischen Anwendungsgebieten besteht das Erfordernis, räumliche Bereiche mit darin befindlichen Geräten zu überwachen, um beispielsweise Kollisionen zwischen den Geräten und weiteren Gegenständen im Raum bzw. dem Bedienpersonal zu vermeiden.In a variety of technical fields of application there is the requirement spatial areas with devices in it to monitor for example, collisions between the devices and other objects in the Room or the operator to avoid.

Im Bereich der Medizintechnik kommen vermehrt medizinische Geräte zum Einsatz, welche bei der Durchführung von Diagnostik bzw. Therapie automatisiert oder teilautomatisiert Bewegungen ausführen. Hierbei tritt im Besonderen das Problem auf, dass aufgrund der hohen Dynamik in medizinischen Behandlungsräumen, z. B. aufgrund von Bewegungen des Behandlungspersonals bzw. des Patienten, vermehrt Störeinflüsse auftreten, welche Kollisionen des sich bewegenden medizinischen Geräts mit Personen oder Gegenständen verursachen können.in the Medical devices are increasingly being used in medical devices which in the implementation of diagnostics or therapy automated or semi-automated Perform movements. In particular, the problem arises that due to the high Dynamics in medical treatment rooms, eg. B. due to movements the treatment staff or the patient, more and more disturbances occur, which collisions of the moving medical device with persons or objects can cause.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzustellen, welche schnell und zuverlässig einen gefährdeten Bereich überwachen.Therefore the invention has the object, a method and a To imagine a device that quickly and reliably vulnerable Monitor area.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 oder durch die Vorrichtung nach Patentanspruch 18 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.These The object is achieved by the method according to claim 1 or by the device according to claim 18 solved. Further developments of the invention are in the dependent claims played.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit einer Mehrzahl von aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmitteln der zu überwachende räumliche Bereich dreidimensional erfasst. Aus dem erfassten räumlichen Bereich wird dann rechnergestützt ein dreidimensionales Umgebungsmodell erstellt, welches durch ein oder mehrere Objekte belegte Raumvolumina im räumlichen Bereich spezifiziert. Unter aktiv bzw. direkt entfernungsmessenden Erfassungsmitteln sind dabei solche Erfassungsmittel zu verstehen, welche aktiv ein Signal aussenden und wieder empfangen, wobei aus der Veränderung des Signals durch Reflexion oder Streuung an Objekten bzw. aus der Laufzeit des ausgesendeten und wieder empfangenen Signals die Entfernung zu Objekten bestimmt wird. Das Signal kann dabei beliebig ausgestaltet sein, es kann sich insbesondere um elektromagnetische Wellen (z. B. Licht im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich) oder um Schallwellen (insbesondere Ultraschallwellen) handeln.In the method according to the invention is provided with a plurality of actively ranging measuring means the one to be monitored spatial area captured in three dimensions. From the detected spatial area is then computer-aided created a three-dimensional environment model, which by a or more objects specified volume volumes in the spatial area specified. Under active or direct distance measuring detection means are to understand such detection means, which actively a signal send out and receive again, taking out the change the signal by reflection or scattering on objects or from the Runtime of the transmitted and received signal the distance is determined to objects. The signal can be configured arbitrarily, In particular, it may be electromagnetic waves (eg light in the visible or invisible area) or sound waves (in particular ultrasonic waves) act.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Verwendung von mehreren aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmitteln, welche beispielsweise in Arrays angeordnet sein können, zuverlässig und schnell dreidimensionale Raumpunkte bestimmt werden können, so dass die Belegung des Raums durch Objekte nicht mit rechenaufwändigen Verarbeitungsschritten aus unsicheren Messdaten ermittelt zu werden braucht. Auf diese Weise wird eine Erstellung eines genauen dreidimensionalen Umgebungsmodells in kurzer Rechenzeit gewährleistet.The inventive method has the advantage that through the use of several active distance measuring Detecting means, which may be arranged in arrays, for example can, reliable and three-dimensional space points can be determined quickly, so that the occupancy of the space by objects is not with computationally intensive processing steps from uncertain measurement data needs to be determined. In this way will be a creation of a precise three-dimensional environment model guaranteed in a short computing time.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden als aktiv entfernugnsmessende Erfassungsmittel vorzugsweise eine oder mehrere aktiv entfernungsmessende 3D-Kameras und/oder ein oder mehrere schwenkbare Laserscanner und/oder ein oder mehrere Ultraschallsensoren verwendet. Beispielsweise können entfernungsmessende Kameras der Firma MESA, z. B. das Modell SR 3000, oder zweidimensionale Laserscanner, z. B. das Modell URG 04-LX der Firma Hokuyo oder das Modell LMS 200 der Firma Sick, eingesetzt werden. Die dreidimensionale Umgebungserfassung wird bei zweidimensionalen Laserscannern durch einen Schwenkantrieb der Laserscanner erreicht, wodurch die Scannebene des Laserscanners im Raum bewegt wird und dadurch der Raum dreidimensional vermessen wird.In the method according to the invention are preferably used as active distance measuring detection means one or more actively distance-measuring 3D cameras and / or one or more pivotable laser scanners and / or one or more Ultrasonic sensors used. For example, distance-measuring cameras the company MESA, z. As the model SR 3000, or two-dimensional Laser scanner, z. Example, the model URG 04-LX Hokuyo or the Model LMS 200 from Sick. The three-dimensional Environment detection is performed on two-dimensional laser scanners achieved a pivot drive of the laser scanner, causing the scanning plane the laser scanner is moved in space and thus the space is three-dimensional is measured.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein Teil des räumlichen Bereichs, insbesondere der gesamte räumliche Bereich, durch aktiv entfernungsmessende 3D-Kameras erfasst, und zusätzlich wird ein Teilbereich des räumlichen Bereichs durch einen schwenkbaren Laserscanner erfasst. Auf diese Weise können Teilbereiche, in denen ein hoher Bedarf einer genauen Umgebungsmodellierung besteht, nochmals gesondert durch einen Laserscanner erfasst werden, wodurch die Genauigkeit des Umgebungsmodells in diesen Teilbereichen erhöht wird. Solche Teilbereiche sind insbesondere Bereiche, in denen eine erhöhte Aktivität durch Bewegung von Objekten bzw. Personen vermutet wird.In a preferred embodiment will be at least part of the spatial Area, in particular the entire spatial area, by actively distance-measuring 3D cameras captured, and in addition becomes a subarea of the spatial Area detected by a pivotable laser scanner. To this Way you can Subareas where there is a high need for accurate environment modeling exists, be recorded separately again by a laser scanner, ensuring the accuracy of the environment model in these subareas elevated becomes. Such subregions are in particular areas in which a increased activity is suspected by movement of objects or persons.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmittel können beliebig im Raum angeordnet sein. Insbesondere können sie ortsfest im Raum befestigt sein. Jedoch besteht auch die Möglichkeit, zumindest einen Teil der Erfassungsmittel an einem oder mehreren bewegbaren Geräten im Raum anzuordnen. Dadurch können insbesondere auch Bereiche der räumlichen Umgebung erfasst werden, welche in bestimmten Positionen des bewegbaren Geräts nicht durch ortsfest angeordnete Erfassungsmittel gesehen werden können, da sie durch das bewegbare Gerät abgeschattet sind.The in the process according to the invention Active distance-measuring detection means used can be arbitrary be arranged in the room. In particular, they can be fixed in place in the room. However, there is also the possibility at least part of the detection means at one or more movable devices to arrange in the room. Thereby can especially areas of spatial Surroundings are detected, which in certain positions of the movable equipment not be seen by stationary detection means can, as they pass through the movable device are shadowed.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird auch die Dynamik des räumlichen Bereichs erfasst, was durch eine zeitlich kontinuierliche Überwachung erreicht wird. Das heißt, der räumliche Bereich wird als Bildstrom aus zeitlich aufeinander folgenden Bildern erfasst, wobei der Begriff Bildstrom weit auszulegen ist und jede Art von dreidimensionalen Messdaten, insbesondere Videobilder bzw. Messpunkte eines Laserscanners, umfassen kann.In a particularly preferred embodiment, the dynamics of the spatial area is detected, which is characterized by a temporally continuous Monitoring is achieved. That is, the spatial area is detected as an image stream of temporally successive images, wherein the term image stream is to be interpreted broadly and may include any type of three-dimensional measurement data, in particular video images or measurement points of a laser scanner.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens detektiert jedes aktiv entfernungsmessende Erfassungsmittel in einem jeweiligen Teilabschnitt des räumlichen Bereichs die durch ein oder mehrere Objekte belegten Raumvo lumina mit einer Detektionswahrscheinlichkeit, wobei unter Berücksichtigung der Detektionswahrscheinlichkeiten aller Erfassungsmittel Raumvolumina im dreidimensionalen Umgebungsmodell als belegt spezifiziert werden. Hierdurch wird eine geeignete Verrechnung der unterschiedlichen Messdaten der Erfassungsmittel unter Berücksichtigung ihrer Detektionswahrscheinlichkeiten erreicht. Ein Raumvolumen kann dabei beispielsweise dann als belegt identifiziert werden, wenn die Detektionswahrscheinlichkeit für dieses Raumvolumen zumindest für ein Erfassungsmittel bzw. für mehrere Erfassungsmittel einen vorgegebenen Wert überschreitet.In a further embodiment the method according to the invention Detects each actively distance-measuring detection means in one respective subsection of the spatial Area with the occupied by one or more objects Raumvo lumina with a detection probability, taking into account the detection probabilities of all detection means room volumes specified as occupied in the three-dimensional environment model. This will be a suitable settlement of the different Measurement data of the detection means taking into account their detection probabilities reached. For example, a room volume can then be occupied be identified if the detection probability for this Room volume at least for a detection means or for several detection means exceeds a predetermined value.

Die einzelnen Raumvolumina im dreidimensionalen Umgebungsmodell können beliebig ausgestaltet sein, vorzugsweise werden sie als quaderförmige Zellen spezifiziert. Um Speicherplatz zu sparen, können gegebenenfalls nicht belegte Raumvolumina in dem Umgebungsmodell zu einem Raumvolumen zusammengefasst werden.The individual room volumes in the three-dimensional environment model can be arbitrary be configured, preferably they are cuboidal cells specified. In order to save space, may be unoccupied Room volumes in the environment model combined into a room volume become.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die belegten Raumvolumina im dreidimensionalen Umgebungsmodell mit dreidimensionalen Objekttypen aus einer Datenbank verglichen, um basierend auf dem Vergleichsergebnis den Raumvolumina Objekte zuzuordnen. Auf diese Weise kann rechnergestützt eine Szenenbeschreibung der Umgebung erhalten werden, welche beispielsweise zur Überwachung von Kollisionen genutzt werden kann.In a particularly preferred embodiment the invention, the occupied space volumes in the three-dimensional Environment model with three-dimensional object types from a database compared to the room volumes based on the comparison result Assign objects. In this way, computer-aided Scene description of the environment can be obtained, which for example for monitoring can be used by collisions.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Raumbereich ein bewegbares Gerät überwacht, wobei die durch das Gerät belegten Raumvolumina in dem dreidimensionalen Umgebungsmodell identifiziert werden. Diese Identifikation kann beispielsweise basierend auf dem oben beschriebenen Vergleich der Raumvolumina mit Objekttypen aus einer Datenbank durchgeführt werden, wobei die Datenbank das Gerät als Objekttyp enthält. Basierend auf einer derartigen Identifikation eines bewegbaren Geräts kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Kollisionsrisiko zwischen dem bewegbaren Gerät und weiteren Objekten im Umgebungsmodell ermittelt werden. Das ermittelte Kollisionsrisiko kann Werte in einem kontinuierlichen Wertebereich oder in einem diskreten Wertebereich annehmen, wobei die Werte eine Aussage ermöglichen, wie hoch das Risiko der Kollision ist. Beispielsweise kann eine Zunahme oder Abnahme des Werts eine Zunahme des Kollisionsrisikos repräsentieren. Gegebenenfalls ist es möglich, dass das Kollisionsrisiko auch nur zwischen den Zuständen „vorhandene Kollisionsgefahr” und „nicht vorhandene Kollisionsgefahr” unterscheiden kann.In a particularly preferred embodiment the method according to the invention is monitored in the space area, a movable device, which by the Device occupied Room volumes identified in the three-dimensional environment model become. This identification may be based on the Comparison of the volume volumes described above with object types a database with the database containing the device as an object type. Based on Such identification of a movable device can in a preferred embodiment of Invention a risk of collision between the movable device and others Objects in the environment model. The determined collision risk can be values in a continuous value range or in one assume discrete value range, the values allow a statement, such as high the risk of collision. For example, an increase or decrease in value represents an increase in collision risk. If necessary, it is possible that the collision risk also exists only between the states "existing Risk of collision "and" not existing collision hazard "differ can.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das ermittelte Kollisionsrisiko derart ausgestaltet, dass es umso größer ist, je geringer ein Abstandsmaß zwischen dem Gerät und dem oder den weiteren Objekten im Raum ist. Das Abstandsmaß kann beispielsweise der sich aus dem Umgebungsmodell ergebende geringste Abstand zwischen Objekt und Gerät sein.In a particularly preferred embodiment the determined collision risk is designed such that it the bigger, the smaller a distance measure between the device and the one or more other objects in the room. The distance measure can, for example the smallest distance between object resulting from the environment model and device be.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Ermittlung des Kollisionsrisikos ferner die zukünftige Bewegungsrichtung des Geräts und/oder des oder der weiteren Objekte im Raum ermittelt. Dabei wird eine Kollisionsgefahr festgestellt, wenn unter der Annahme einer Weiterbewegung des Geräts und/oder des oder der weiteren Objekte in einer bestimmten Zeitspanne eine Kollision auftritt. Dabei wird insbesondere auch die Geschwindigkeit der Bewegung der Objekte bzw. des Geräts berücksichtigt. Die zukünftige Bewegungsrichtung kann auf verschiedene Arten ermittelt werden. Insbesondere kann sie aus der aktuellen und/oder vergangenen Bewegungsrichtung des Geräts und/oder des oder der Objekte bestimmt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die zukünftige Bewegungsrichtung aus Informationen über die durchzuführende Bewegung des Geräts und/oder des oder der weiteren Objekte zu ermitteln. Dabei können insbesondere Informationen aus der Steuerung des Geräts betreffend die durchzuführende Bewegung ausgelesen werden.In a particularly preferred embodiment The invention is further used in determining the risk of collision the future Direction of movement of the device and / or one or more objects in space. there there is a risk of collision if assumed a further movement of the device and / or the one or more other objects in a certain period of time Collision occurs. This is especially the speed the movement of the objects or of the device. The future direction of movement can be determined in several ways. In particular, can from the current and / or past movement direction of the equipment and / or the object (s). It exists, however also the possibility the future Direction of movement Information about the movement to be performed of the device and / or one or more objects. It can in particular Information from the control of the device regarding the movement to be performed be read out.

Im Falle, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Kollisionsgefahr festgestellt wird bzw. das Kollisionsrisiko ein vorbestimmtes Maß überschreitet, können geeignete Maßnahmen zur Vermeidung der Kollision getroffen werden. Beispielsweise kann ein Alarm ausgegeben werden, der das Bedienpersonal informiert, woraufhin das Bedienpersonal das Gerät stoppen kann. Ebenso kann die Bewegung des Geräts automatisch angehalten werden. Ferner kann das Gerät gegebenenfalls eine Ausweichbewegung zur Kollisionsvermeidung ausführen.in the Case that with the method according to the invention a risk of collision is determined or the risk of collision exceeds a predetermined level, can appropriate measures to avoid collision. For example, can an alarm is issued informing the operator, whereupon the operator can stop the device. Likewise the movement of the device be automatically stopped. Furthermore, the device may optionally execute an evasive movement for collision avoidance.

Der bevorzugte Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Überwachung eines medizinischen Behandlungsraums mit zumindest einem darin angeordneten bewegbaren medizinischen Gerät, wie z. B. einer Röntgeneinrichtung. Die Röntgeneinrichtung kann dabei insbesondere ein C-Bogen sein, der weiter unten noch näher beschrieben wird.The preferred field of application of the method according to the invention is the monitoring of a medical treatment room with at least one movable medical device arranged therein, such. B. an X-ray device. The X-ray device may in particular be a C-arm, which will be described in more detail below.

Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Überwachen eines räumlichen Bereichs, insbesondere des Umfelds eines bewegbaren medizinischen Geräts. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmitteln zur dreidimensionalen Erfassung des räumlichen Bereichs. Darüber hinaus ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche aus dem erfassten räumlichen Bereich ein dreidimensionales Umgebungsmodell erstellt, welches durch ein oder mehrere Objekte belegte Raumvolumina im räumlichen Bereich spezifiziert. Die Vorrichtung ist dabei insbesondere derart ausgestaltet, dass jede der oben beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorrichtung durchführbar ist.Next In the method described above, the invention further relates to a Device for monitoring a spatial Area, in particular the environment of a movable medical device. The Device comprises a plurality of active distance measuring Detection means for the three-dimensional detection of the spatial Range. About that In addition, an evaluation unit is provided which from the detected spatial Area created a three-dimensional environment model, which Spatial volumes occupied by one or more objects in space Range specified. The device is in particular such designed such that each of the above-described variants of the method according to the invention feasible with the device is.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten 1 beschrieben. Diese Figur zeigt einen medizinischen Interventionsraum, der basierend auf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht wird.Embodiments of the invention are described below with reference to the attached 1 described. This figure shows a medical intervention room which is monitored based on an embodiment of the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an dem Beispiel eines medizinischen Interventionsraums R beschrieben, der in Draufsicht in 1 gezeigt ist. In dem Interventionsraum wird eine Röntgenmessung mit Hilfe einer Röntgeneinrichtung in der Form eines sog. C-Bogens 1 durchgeführt, wobei die Bewegung des C-Bogens überwacht werden soll. Der C-Bogen 1 umfasst dabei eine Strahlungsquelle mit Kollimater 1a an einem Ende des Bogens sowie einen entsprechenden Detektor 1b am anderen Ende. Der C-Bogen kann über eine (nicht gezeigte) Positionierungseinrichtung in beliebige Richtungen im Raum verschoben bzw. gedreht werden. Als C-Bogen kann ein aus dem Stand der Technik bekanntes Gerät eingesetzt werden, beispielsweise das Modell AXIOM Artis dFA der Siemens AG. Es können jedoch auch beliebige andere Röntgeneinrichtungen verwendet werden, beispielsweise Biplananlagen mit zwei C-Bögen, wie das Modell AXIOM Artis dBC der Siemens AG. Ebenso können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kartesisch geführte Anlagen überwacht werden, wie z. B. das Modell AXIOM Aristos FX Plus der Siemens AG.The method according to the invention is described below using the example of a medical intervention space R, which is shown in plan view in FIG 1 is shown. In the intervention space, an X-ray measurement with the aid of an X-ray device in the form of a so-called. C-arm 1 performed, with the movement of the C-arm to be monitored. The C-arm 1 includes a radiation source with collimator 1a at one end of the arc and a corresponding detector 1b on the other end. The C-arm can be moved or rotated in any direction in space via a positioning device (not shown). As a C-arm known from the prior art device can be used, for example, the model AXIOM Artis dFA Siemens AG. However, it is also possible to use any other X-ray devices, for example biplane systems with two C-arms, such as the model AXIOM Artis dBC from Siemens AG. Similarly, can be monitored with the inventive method Cartesian guided facilities, such. For example, the AXIOM Aristos FX Plus model from Siemens AG.

In dem Behandlungsraum R ist ein Patiententisch 2 vorgesehen, auf welchem der zu röntgende Patient platziert wird. Je nach zu röntgendem Körperteil wird dann der C-Bogen in die geeignete Röntgenposition verfahren. In dem Behandlungsraum R sind ferner schematisiert Monitore 3 angedeutet, auf welchen die durch den C-Bogen aufgenommenen Röntgenbilder wiedergegeben werden. Ferner ist ein weiteres medizinisches Gerät 4 in der Form eines EEGs(EEG = Elektro-Enzephalographie) am Fußende des Patiententischs angeordnet. Während der Röntgenaufnahmen wird das Behandlungspersonal durch ein Röntgenschutzschild 5 gegen Röntgenstrahlung geschützt, wobei das Röntgenschutzschild über eine entsprechende Positionierungseinrichtung 6 variabel positioniert werden kann. Die Positionierungseinrichtung ist dabei an der Decke des Raums R befestigt. Die momentane Position eines Arztes im Behandlungsraum R ist durch eine Ellipse D und die momentane Position eines Assistenten durch eine Ellipse A wiedergegeben.In the treatment room R is a patient table 2 provided on which the patient to be X-rayed is placed. Depending on the part of the body to be X-rayed, the C-arm is then moved to the appropriate X-ray position. In the treatment room R are also schematized monitors 3 indicated on which the X-ray images recorded by the C-arm are reproduced. There is also another medical device 4 in the form of an EEG (EEG = electroencephalography) at the foot of the patient table. During the radiographs, the treatment staff is protected by an X-ray shield 5 protected against X-radiation, the X-ray protective shield via a corresponding positioning device 6 can be positioned variably. The positioning device is attached to the ceiling of the room R. The current position of a doctor in the treatment room R is represented by an ellipse D and the current position of a wizard by an ellipse A.

Der Behandlungsraum wird durch ein Array von insgesamt vier aktiv entfernungsmessenden 3D-Kameras 7, 8, 9 und 10 über wacht, wobei der Blickwinkel der einzelnen Kameras mit α bezeichnet ist. Die Kameras 7 und 8 sind dabei an einer Längsseite des Raums R unter der Decke des Raums und die Kameras 9 und 10 an der gegenüberliegenden Längsseite des Raums ebenfalls unter der Decke positioniert. Mit den Kameras wird dreidimensional ein Teil des Raums erfasst, wobei der erfasste Teil ein Bereich ist, in dem vermehrt Aktivitäten aufgrund der Bewegung des C-Bogens bzw. des Patienten bzw. des Bedienpersonals auftreten. Als Kameras werden beispielsweise 3D-Kameras der Firma MESA eingesetzt. Anstatt solcher Kameras können auch beliebige andere aktiv entfernungsmessende Sensoren verwendet werden, mit denen der Raumbereich dreidimensional erfasst werden kann.The treatment room is covered by an array of four actively distance-measuring 3D cameras 7 . 8th . 9 and 10 monitors, with the angle of view of each camera is denoted by α. The cameras 7 and 8th are doing on a long side of the room R under the ceiling of the room and the cameras 9 and 10 positioned on the opposite longitudinal side of the room also under the ceiling. With the cameras, a part of the space is detected in three dimensions, wherein the detected part is an area in which increased activities occur due to the movement of the C-arm or the patient or the operator. For example, 3D cameras from MESA are used as cameras. Instead of such cameras, any other actively distance-measuring sensors can be used with which the spatial area can be detected three-dimensionally.

Die einzelnen Kameras sind mit einer entsprechenden Auswerteeinheit 11 verbunden, welche aus den erfassten Bildern der Kameras ein dreidimensionales Umgebungsmodell erzeugt, in dem die durch Objekte und insbesondere den C-Bogen belegten Raumvolumina spezifiziert sind. Durch die Erfassung eines Raumbereichs mit direkt entfernungsmessenden Kameras bzw. Sensoren wird eine zuverlässige und schnelle Ermittlung dieses dreidimensionalen Umgebungsmodells gewährleistet. Gegebenenfalls können noch weitere aktiv entfernungsmessende Sensoren im Raum zur Überwachung weiterer Bereiche vorhanden sein, insbesondere können Sensoren auch an bewegten Objekten im Raum befestigt sein, beispielsweise an den beiden vorderen Enden des C-Bogens, um hierdurch Bereiche unmittelbar vor dem C-Bogen zu überwachen. Werden beispielsweise schwenkbare Laserscanner zur dreidimensionalen Erfassung eines Teils des Raums verwendet, überstreichen diese Laserscanner vorzugsweise diejenigen Raumregionen, in denen aufgrund einer vermuteten hohen Aktivität der höchste Bedarf an einer genauen dreidimensionalen Modellierung besteht.The individual cameras are equipped with a corresponding evaluation unit 11 connected, which generates from the captured images of the cameras, a three-dimensional environment model in which the space occupied by objects and in particular the C-space volumes are specified. By capturing a room area with direct distance measuring cameras or sensors a reliable and fast determination of this three-dimensional environment model is guaranteed. Optionally, further active range-measuring sensors may be present in the room for monitoring further areas, in particular sensors may also be attached to moving objects in the room, for example at the two front ends of the C-arm, to thereby monitor areas immediately in front of the C-arm , If, for example, pivotable laser scanners are used for the three-dimensional detection of a part of the room, these laser scanners preferably cover those regions of the room in which the greatest need for precise three-dimensional modeling is due to a presumed high activity.

Das erzeugte dreidimensionale Umgebungsmodell wird durch die Auswerteeinheit 11 geeignet weiterverarbeitet, um beispielsweise Kollisionen zu erkennen. Das Umgebungsmodell kann auch auf einem entsprechenden Bildschirm für einen den Raum über wachenden Bediener visualisiert werden. Basierend auf dem erzeugten dreidimensionalen Umgebungsmodell kann der erfasste Raum auf unterschiedliche Weise modelliert werden. Der Raum wird dabei vorzugsweise in einem Volumengitter mit Zellen variabler Auflösung dargestellt. Eine Modellierung des Raums kann z. B. mittels entsprechender Modelle (insbesondere geometrischer Modelle) unter Einbeziehung der in dem Raum zu erwartenden Personen und Gegenstände durchgeführt werden. Die Modelle stellen dabei Objekte bzw. Anordnungen von Objekten dar, welche im Raum vorhanden sind oder vermutet werden. Diese Objekte sind in einer Datenbank hinterlegt und durch Vergleich der Datenbank mit dem Umgebungsmodell können belegte Raumvolumina als entsprechende Objekte identifiziert werden. Beispielsweise können der Modellierung dynamische Modelle zu Grunde gelegt werden, d. h. Modelle, die sich über die Zeit in Position und Orientierung im Raum und in ihrer Form verändern können. Hierbei können Informationen berücksichtigt werden, welche angeben, in welchem Maß mit Ablauf der Zeit die Gültigkeit eines Modells abnimmt. Durch die Modelle wird insbesondere die Oberfläche der Objekte approximativ beschreiben, beispielsweise in der Form von Dreiecken. Die Modelle können auch in bestimmten Regionen fokussiert sein, beispielsweise in einer Region, in der vermehrt Aktivitäten auftreten, wie dem Arbeitsraum eines medizinischen Geräts, oder in einem Bereich, in dem ein Risiko für das Eindringen von Personen oder anderen Geräten in dem Arbeitsraum besteht.The generated three-dimensional environment model is determined by the evaluation unit 11 appropriately processed, for example, to detect collisions. The environment model can also be on ei be visualized on a corresponding screen for an operator monitoring the room. Based on the generated three-dimensional environment model, the acquired space can be modeled in different ways. The space is preferably displayed in a volume grid with cells of variable resolution. A modeling of the room can z. B. by means of appropriate models (in particular geometric models) involving the persons and objects to be expected in the room to be performed. The models represent objects or arrangements of objects that are present or suspected in the room. These objects are stored in a database and by comparing the database with the environment model, occupied volumes of space can be identified as corresponding objects. For example, modeling can be based on dynamic models, ie models that can change over time in position and orientation in space and in their shape. In this case, information can be taken into account which indicates to what extent the validity of a model decreases with the passage of time. The models in particular describe the surface of the objects approximately, for example in the form of triangles. The models may also be focused in certain regions, for example in a region where more activities are occurring, such as the working space of a medical device, or in an area where there is a risk of intrusion of people or other devices in the workspace.

In einer Ausführungsform ist der durch die Kameras bzw. Sensoren erfasste Raumbereich unterteilt in im Wesentlichen gleich große Raumvolumina in der Form von Quadern. Aus jeder Messung eines direkt entfernungsmessenden Sensors wird dabei unmittelbar erfasst, in welchen Quadern sich das die Messung verursachende Objekt bzw. seine Oberfläche mit welcher Wahrscheinlichkeit befindet. Darüber hinaus erhält man eine Aussage darüber, welche Quader im Raum mit welcher Wahrscheinlichkeit nicht belegt sind. Durch Verrechnen all dieser Informationen, welche von den verschiedenen aktiv entfernungsmessenden Sensoren im Raum erfasst werden, wird schließlich eine zuverlässige Aussage darüber erhalten, wo sich im dreidimensionalen Raum Objekte befinden. Um Speicherplatz zu sparen, können gegebenenfalls benachbarte freie (d. h. nicht mit Objekten belegte) Quader zu einem größeren Quader zusammengefasst werden.In an embodiment the space area detected by the cameras or sensors is subdivided in essentially the same size Volume volumes in the form of cuboids. From each measurement one directly Distance measuring sensor is detected directly, in which cubes the object causing the measurement or its surface with what probability is. In addition, you get one Statement about Which cuboid in the room with which probability is not occupied are. By clearing all this information, which of the various active distance-measuring sensors detected in the room eventually becomes one reliable Statement about it receive where objects are in three-dimensional space. Around Can save space possibly adjacent free (ie not occupied with objects) Cuboid to a larger cuboid be summarized.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird berücksichtigt, dass Personen und Objekte im Raum a-priori im Wesentlichen bekannt sind. In dem medizinischen Interventionsraum gemäß 1 ist es beispielsweise vorab bekannt, dass sich der Patient auf der Patientenliege befindet, und es sind auch Bereiche bekannt, in denen sich das Behandlungspersonal vorzugsweise bewegt. Es können somit Modelle der vermuteten Personen oder Gegenstände aus einer Modelldatenbank mit den belegten Raumvolumina verglichen werden, in denen entsprechende Personen und Gegenstände vermutet werden. Die belegten Zellen werden somit daraufhin analysiert, mit welchem Modell aus der Modelldatenbank sie übereinstimmen, so dass im Verlauf der Integration der Messungen in das dreidimensionale Modell nicht nur die belegten Raumvolumina, sondern auch die dadurch charakterisierten Objekte erkannt werden. Somit liefert das Umgebungsmodell eine Szenenbeschreibung auf höherer Ebene, woraufhin dann beispielsweise bei einer kontinuierlichen Überwachung des Raums entsprechende Bewegungen der Objekte erfasst werden können und gegebenenfalls auch die Bewegung der Objekte vorhergesagt werden kann.In a preferred embodiment of the invention, it is considered that persons and objects in the space are essentially known a priori. In the medical intervention room according to 1 For example, it is known in advance that the patient is on the patient bed, and areas are also known in which the treatment staff preferably moves. It is thus possible to compare models of suspected persons or objects from a model database with the occupied volumes of space in which corresponding persons and objects are suspected. The occupied cells are then analyzed with which model from the model database they match, so that in the course of integration of the measurements in the three-dimensional model not only the occupied volumes, but also the objects characterized characterized are recognized. Thus, the environment model provides a scene description at a higher level, whereupon, for example, in a continuous monitoring of the room corresponding movements of the objects can be detected and possibly also the movement of the objects can be predicted.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere auch zur Kollisionsvermeidung eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 11 in der Ausführungsform der 1 den C-Bogen als Objekt erkennen und in Abhängigkeit von vorbestimmten Kriterien Kollisionsrisiken mit den anderen erkannten Objekten bestimmen. Sollte ein Kollisionsrisiko eine bestimmte Grenze überschreiten bzw. eine Kollisionsgefahr an sich festgestellt werden, können entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, beispielsweise kann durch die Auswerteeinheit ein Alarm ausgegeben werden. Ebenso kann die Auswerteeinheit mit der Steuerung des C-Bogens verbunden sein, wo bei durch die Auswerteeinheit bei Kollisionsgefahren ein entsprechender Befehl an den C-Bogen gegeben wird, der ein Stoppen des C-Bogens bzw. ein Ausweichmanöver des C-Bogens auslöst.The inventive method can be used in particular for collision avoidance. For example, the evaluation unit 11 in the embodiment of the 1 recognize the C-arm as an object and determine depending on predetermined criteria collision risks with the other detected objects. If a collision risk exceeds a certain limit or a risk of collision is detected, appropriate countermeasures can be initiated, for example, an alarm can be output by the evaluation unit. Likewise, the evaluation unit can be connected to the control of the C-arm, where given by the evaluation in Kollisionsgefahren a corresponding command to the C-arm, which triggers a stopping of the C-arm or an evasive maneuver of the C-arm.

Claims (19)

Verfahren zum Überwachen eines räumlichen Bereichs (R), insbesondere des Umfelds eines bewegbaren medizinischen Geräts (1), bei dem: – mit einer Mehrzahl von aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmitteln (7, 8, 9, 10) der räumliche Bereich dreidimensional erfasst wird; – aus dem erfassten räumlichen Bereich ein dreidimensionales Umgebungsmodell erstellt wird, welches durch ein oder mehrere Objekte (1, 2, ..., 6, A, D) belegte Raumvolumina im räumlichen Bereich (R) spezifiziert.Method for monitoring a spatial area (R), in particular the environment of a movable medical device ( 1 ), in which: - with a plurality of actively distance-measuring detection means ( 7 . 8th . 9 . 10 ) the spatial area is detected three-dimensionally; A three-dimensional environment model is created from the acquired spatial area, which is defined by one or more objects ( 1 . 2 , ..., 6 , A, D) specified volume volumes in the spatial area (R) specified. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der räumliche Bereich (R) mit einer oder mehreren aktiv entfernungsmessenden 3D-Kameras und/oder einem oder mehreren schwenkbaren Laserscannern und/oder einen oder mehreren Ultraschallsensoren erfasst wird.The method of claim 1, wherein the spatial Area (R) with one or more actively distance-measuring 3D cameras and / or one or more pivotable laser scanners and / or one or more several ultrasonic sensors is detected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest ein Teil des räumlichen Bereichs (R), insbesondere der gesamte räumliche Bereich (R), durch aktiv entfernungsmessende 3D-Kameras erfasst wird und zusätzlich ein Teilbereich des räumlichen Bereichs (R) durch einen oder mehrere schwenkbare Laserscanner erfasst wird.Method according to claim 1 or 2, wherein at least a part of the spatial Area (R), in particular the entire spatial area (R), by active distance-measuring 3D cameras is recorded and in addition a subarea of the spatial Area (R) detected by one or more pivotable laser scanner becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmittel (7, 8, 9, 10) ortsfest im Raum angeordnet sind und/oder an einem oder mehreren bewegbaren Geräten (1) befestigt sind.Method according to one of the preceding claims, in which the active distance-measuring detection means ( 7 . 8th . 9 . 10 ) are fixed in space and / or on one or more movable devices ( 1 ) are attached. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der räumliche Bereich (R) als Bildstrom aus zeitlich aufeinander folgenden Bildern erfasst wird.Method according to one of the preceding claims, in the spatial Range (R) recorded as a picture stream of temporally successive images becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jedes aktiv entfernungsmessende Erfassungsmittel (7, 8, 9, 10) in einem jeweiligen Teilabschnitt des räumlichen Bereichs (R) die durch ein oder mehrere Objekte (1, 2, ..., 6, A, D) belegten Raumvolumina mit einer Detektionswahrscheinlichkeit detektiert, wobei unter Berücksichtigung der Detektionswahrscheinlichkeiten aller aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmittel (7, 8, 9, 10) Raumvolumina im dreidimensionalen Umgebungsmodell als belegt spezifiziert werden.Method according to one of the preceding claims, in which each actively distance-measuring detection means ( 7 . 8th . 9 . 10 ) in a respective sub-section of the spatial area (R) which by one or more objects ( 1 . 2 , ..., 6 , A, D) detected volume volumes with a detection probability, taking into account the detection probabilities of all actively distance-measuring detection means ( 7 . 8th . 9 . 10 ) Space volumes in the three-dimensional environment model are specified as occupied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem dreidimensionalen Umgebungsmodell die Raumvolumina als quaderförmige Zellen spezifiziert werden.Method according to one of the preceding claims, wherein in the three-dimensional environment model, the space volumes as cuboid cells be specified. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem benachbarte, nicht belegte Raumvolumina zu einem Raumvolumen zusammengefasst werden.Method according to one of the preceding claims, in the adjacent, unoccupied volume of space to a volume of space be summarized. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die belegten Raumvolumina im dreidimensionalen Umgebungsmodell mit dreidimensionalen Objekttypen aus einer Datenbank verglichen werden und basierend auf dem Vergleichsergebnis den Raumvolumina Objekttypen zugeordnet werden.Method according to one of the preceding claims, in the occupied volumes in the three-dimensional environment model compared with three-dimensional object types from a database and based on the comparison result the room volumes Object types are assigned. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein bewegbares Gerät (1) in dem Raumbereich (R) überwacht wird, wobei die durch das Gerät (1) belegten Raumvolumina in dem dreidimensionalen Umgebungsmodell identifiziert werden.Method according to one of the preceding claims, in which a movable device ( 1 ) is monitored in the space area (R), whereby the 1 ) occupied volumes in the three-dimensional environment model are identified. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem basierend auf dem Umgebungsmodell ein Kollisionsrisiko zwischen dem identifizierten Gerät (1) und einem oder mehreren weiteren Objekten (2, ..., 6, A, D) ermittelt wird.The method of claim 10, wherein based on the environment model, a risk of collision between the identified device ( 1 ) and one or more other objects ( 2 , ..., 6 , A, D) is determined. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das ermittelte Kollisionsrisiko umso größer ist, je geringer ein Abstandsmaß zwischen dem Gerät (1) und dem oder den weiteren Objekten (2, ..., 6, A, D) im Raum ist.The method according to claim 11, wherein the determined collision risk is greater, the smaller a distance measure between the device ( 1 ) and the other object or objects ( 2 , ..., 6 , A, D) is in the room. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei bei der Ermittlung des Kollisionsrisikos die zukünftige Bewegungsrichtung des Geräts (1) und/oder des oder der weiteren Objekte (2, ..., 6, A, D) im Raum ermittelt wird, wobei eine Kollisionsgefahr festgestellt wird, wenn unter der Annahme einer Weiterbewegung des Geräts und/oder des oder der Objekte (2, ..., 6, A, D) in einer bestimmten Zeitspanne eine Kollision auftritt.Method according to claim 11 or 12, wherein in determining the risk of collision, the future direction of movement of the device ( 1 ) and / or one or more other objects ( 2 , ..., 6 , A, D) is detected in the room, whereby a risk of collision is determined if, assuming further movement of the device and / or the object or objects ( 2 , ..., 6 , A, D) a collision occurs in a certain period of time. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die zukünftige Bewegungsrichtung aus aktuellen und/oder vergangenen Bewegungsrichtungen des Geräts (1) und/oder des oder der weiteren Objekte (2, ..., 6, A, D) und/oder aus Informationen über die durchzuführende Bewegung des Geräts und/oder des oder der weiteren Objekte (2, ..., 6, A, D) ermittelt wird.The method of claim 13, wherein the future direction of movement from current and / or past movement directions of the device ( 1 ) and / or one or more other objects ( 2 , ..., 6 , A, D) and / or information about the movement to be performed by the device and / or the object or objects ( 2 , ..., 6 , A, D) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem im Falle, dass das Kollisionsrisiko ein vorbestimmtes Maß überscheitet, ein Alarm ausgegeben wird und/oder die Bewegung des Geräts (1) gestoppt wird.Method according to one of claims 11 to 14, in which, in the event that the risk of collision exceeds a predetermined level, an alarm is output and / or the movement of the device ( 1 ) is stopped. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem im Falle, dass das Kollisionsrisiko ein vorbestimmtes Maß überschreitet, eine Ausweichbewegung zur Kollisionsvermeidung durch das Gerät (1) ausgeführt wird.Method according to one of claims 11 to 15, wherein in the event that the risk of collision exceeds a predetermined level, an evasive movement for collision avoidance by the device ( 1 ) is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein medizinischer Behandlungsraum (R) mit zumindest einem darin angeordneten bewegbaren medizinischen Gerät (1), insbesondere einer Röntgeneinrichtung, überwacht wird.Method according to one of the preceding claims, in which a medical treatment room (R) is provided with at least one movable medical device (R) arranged therein. 1 ), in particular an X-ray device is monitored. Vorrichtung zum Überwachen eines räumlichen Bereichs, insbesondere des Umfelds eines bewegbaren medizinischen Geräts, umfassend: – eine Mehrzahl von aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmitteln (7, 8, 9, 10) zum dreidimensionalen Erfassen des räumliche Bereichs (R); – eine Auswerteeinheit (11), welche aus dem erfassten räumlichen Bereich ein dreidimensionales Umgebungsmodell erstellt, welches durch ein oder mehrere Objekte (1, 2, ..., 6, A, D) belegte Raumvolumina im räumlichen Bereich spezifiziert.Device for monitoring a spatial area, in particular the environment of a movable medical device, comprising: - a plurality of actively distance-measuring detection means ( 7 . 8th . 9 . 10 ) for three-dimensionally detecting the spatial area (R); - an evaluation unit ( 11 ), which creates a three-dimensional environment model from the acquired spatial area, which is defined by one or more objects ( 1 . 2 , ..., 6 , A, D) specified volume volumes in the spatial area specified. Vorrichtung nach Anspruch 18, welche derart ausgestaltet ist, dass mit der Vorrichtung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 durchführbar ist.Apparatus according to claim 18, which is designed in such a way is that with the device, a method according to any one of claims 1 to 17 is feasible.
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