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Die Erfindung betrifft eine Geräteeinheit, insbesondere eine medizinische Geräteinheit mit Mitteln zur Positionsbestimmung.
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Vor, während oder nach einem operativen Eingriff werden ein oder mehrere Röntgenbilder vom Eingriffs- oder Operationsraum bei einem Patienten aufgenommen. Aufgrund eines ungehinderten Zugangs zum Operationsraum wird beispielsweise eine mit Röntgenquelle und Röntgendetektor ausgebildete C-Bogeneinheit je nach Stand eines Behandlungsablaufes mehrfach in eine Art Parkposition abseits eines Operationstisches oder Untersuchungsbereiches gebracht. Die C-Bogeneinheit wird in die Parkposition beispielsweise manuell verschoben oder mittels eines elektrischen Antriebs an diese gefahren. In der Parkposition wird die C-Bogeneinheit zudem in eine definierte vertikale Ausgangs- oder Ruhestellung gebracht. Für neue Aufnahmen ist der C-Bogen wiederholt in eine Startposition an den Operationstisch bzw. Patienten zu bringen.
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Für eine Einzelaufnahme oder einen neuen Aufnahmezyklus muss die C-Bogeneinheit mit Röntgenquelle und Röntgendetektor an eine definierte Ausgangs- oder Startposition, z. B. einer bereits während einer präoperativen Phase festgelegten Trajektorie, herangeführt und positioniert werden. Während für Kontroll- oder Verlaufsaufnahmen die C-Bogeneinheit in eine schon einmal eingenommene Ausgangsposition gebracht werden muss, wird z. B. bei Becken- bzw. Obturatoraufnahmen oder bei Inlet/Outlet-Projektionen die C-Bogeneinheit fortwährend neu ausgerichtet.
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Die Art der Positionierung bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass hierzu ein hoher Zeitaufwand benötig und zudem der Patient evtl. unnötig einer zusätzlichen Röntgendosis für Positionierungsaufnahmen ausgesetzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel für eine Positionserkennung und Positionierung für eine Geräteeinheit und/oder Elementen der Geräteeinheit anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die mit einem C-Bogen ausgebildete Geräteeinheit weist dazu mindestens eine Positionsmesseinheit PMEn zur Erfassung einer relativen Position der Geräteeinheit sowie mindestens eine Positionsmesseinheit PMEn zur Erfassung einer relativen Position der Ausrichtung des C-Bogens auf, wobei über ein von einer Laserdiode L ausgehendes Laserlicht und ein von einer Unterlage reflektiertes von einer Detektoreinheit empfangene Bildmuster aufgenommen und auf Grundlage von Bildmustersequenzen prozessorgesteuert Richtungskomponenten ermittelt sowie Repositionierungen prozessor- und bildgesteuert durchgeführt werden. Die Geräteeinheit bzw. die C-Bogeneinheit weist zudem eine Koordinationseinheit KR zur Abspeicherung von Daten und für einer Umrechnung der Richtungskomponenten in auf ein Koordinatensystem bezogene Koordinaten auf.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass bei gesetzten Positionsmarken diese beliebig häufig exakt angefahren und Röntgenaufnahmen mit gleicher Geräteposition und -ausrichtung aufgenommen werden können.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die C-Bogeneinheit sowie der C-Bogen in eine definierte Position bzw. Ausrichtung bringbar sind.
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Die Erfindung bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass absolute wie auch relative Wegstrecken bzw. von einer Ruheposition zu einem Ausgangspunkt oder Markerpunkte einer Trajektorie abgefahren werden können.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Einzelstrecken einer Trajektorie oder eine ganze Trajektorie wiederholt exakt nachfahrbar ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden mittels des in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine Geräteeinheit,
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2 eine Detailansicht und
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3 eine weitere Detailansicht.
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1 zeigt eine Geräteeinheit. Diese Geräteeinheit weist eine C-Bogeneinheit CE an dessen C-Arm C eine Röntgenquelle RQ sowie ein Röntgendetektor RD angeordnet ist auf. Mittels der Freiheitsgrade der C-Bogeneinheit CE kann aus unterschiedlichsten Richtungen eine Röntgenaufnahme von einem Objekt O gemacht werden. Die C-Bogeneinheit CE ist innerhalb eines Raumes einem Koordinatensystem KS zugeordnet. Die C-Bogeneinheit CE ist in einer ersten Ebene E1 (x, y) mittels eines fahrbaren Aufsatzes FA beliebig positionierbar. Positionsmessungen werden durch Positionsmesseinheiten PMEn durchgeführt. Die Positionskoordinaten der Positionseinheiten PMEn sind jeweils auf das Koordinatensystem KS geeicht. Eine Höhenverstellung des C-Bogens C erfolgt beispielsweise über eine Anhebung des C-Bogens entlang einer ersten Achse A1. Ebenso ist eine Drehbewegung oder eine Schwenkung des C-Bogens um die erste Achse A1 möglich. Eine Orbitalrotation erfolgt ebenfalls um eine zweite Achse A2 und eine Angularrotation um eine dritte Achse A3. Entsprechend der Positionserfassung in der ersten Ebene E1 können mittels der von den Positionsmesseinheiten erfassten Relativbewegungen Koordinaten für einzelne Komponenten ermittelt und ins Koordinatensystem KS übernommen werden. Eine erste Positionsmesseinheit PME1 ist an der Unterseite sowie weitere Positionsmesseinheiten PMEn in unmittelbarer Nähe der beweglichen ersten, zweiten und dritten Achse der C-Bogeneinheit CE zur Erfassung der zurückgelegten Richtungskomponenten bzw. Wegstrecken bzw. der sich daraus ergebenden Richtungskomponenten bzw. Richtungsvektoren angeordnet. Eine zweite und dritte Positionsmesseinheit PME2, PME3 ist zur Erfassung des Orbital- bzw. Angularrotationswinkels sowie eine vierte und fünfte Positionsmesseinheit PME4 und PME5 zur Erfassung einer Höhen- und Schwenkeinstellung des C-Bogens vorgesehen. Die Anordnung der Positionserfassungseinheiten PME kann entweder direkt in die C-Bogeneinheit CE integriert oder über ein Federsystem, wie in 2 gezeigt, am C-Bogen befestigt werden.
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Die Höheneinstellung, Dreh- oder Schwenkbewegungen sowie Orbital- oder Angularotation wird mittels ansteuerbarer Elektromotoren erreicht. Die Koordinaten für die Start-, Stopp- oder Positionsmarker sind auf das Koordinatensystem KS bezogen.
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Die Positionsmesseinheiten PMEn sind derart in den Aufbau der C-Bogeneinheit CE integriert, dass eine Verschiebung, Dreh- und/oder eine Hubbewegung erfassbar sind. Einstellungen bzw. Ausrichtungen des C-Bogens für eine Röntgenaufnahme werden über Ist-, Sollwertvergleiche zwischen gemessenen und abgespeicherten Positionskomponenten wie z. B. Markerpunkten durchgeführt.
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Mit der C-Bogeneinheit CE sind ein Zentralrechner CR sowie eine Visualisierungs- und Eingabeeinheit BE verbunden. Über die Visualisierungs- und Eingabeeinheit BE werden programmgesteuert Trajektorien festgelegt sowie z. B. Positionsmarker gesetzt. In dem Zentralrechner CR ist eine Koordinationsrecheneinheit KR zur Koordinierung von gesetzten Positionsmarkern integriert. Über die Zentralrecheneinheit CR wird die Stellung der C-Bogeneinheit CE auf einen Bildschirm visualisiert sowie die Steuersignale für Stellmotoren der C-Bogeneinheit CE initiiert. Mittels der Positionsmesseinheiten PMEn werden Ist-Positionen gemessen und mit Soll-Vorgaben zu den gesetzten Positionsmarkern verglichen. Mit einem Steuerbefehl kann die C-Bogeneinheit CE in eine Startposition gebracht und von dort der C-Arm der C-Bogeneinheit CE ausgerichtet und entweder einzelne Röntgenaufnahmen angefertigt oder durch einen Abruf von festgelegten Positionsmarkern einer Trajektorie ein Aufnahmezyklus von einem Objekt aufgenommen werden.
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In der Positionsmesseinheit PME sind beispielsweise eine Laserdiode L und eine Detektoreinheit D in der Art positioniert, dass das von der Laserdiode L abgestrahlte und von einer Oberfläche reflektierte Laserlicht über eine Linse auf die Detektoreinheit D gerichtet wird. Die Detektoreinheit D kann als CMOS Detektorfeld ausgebildet sein. Das CMOS-Detektorfeld kann die Größe von 30 × 30 Pixel aufweisen. Mit einem dem CMOS-Detektorfeld nachgeordneten Prozessor werden die vom Detektorfeld D gelieferten digitalen Bilder beispielsweise mit einer räumlichen Auflösung von 2000 dpi und mit Beispielsweise einer Bildwiederholfrequenz von > 1000 Bilder/sec bezüglich Interferenzstrukturen oder Specklemuster vor Ort prozessorgesteuert analysiert und daraus Richtungskomponenten abgeleitet. Zu diesen Richtungskomponenten können daraus auch Geschwindigkeitskomponenten zusätzlich abgeleitet werden. Die Berechnung erfolgt mit hoher Auflösung, so dass auch auf einer sehr glatten und unstrukturierten Fläche sich bildende Interferenzstrukturen erkannt werden. Die Positionsmesseinheit ist als eine optische Wegerfassungseinheit ausgebildet.
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Mit der ersten Positionsmesseinheit PME1 an der Unterseite der C-Bogeneinheit CE, wie in 2 dargestellt, kann die Richtung bzw. Position der C-Bogeneinheit CE entweder relativ oder absolut zu einem gesetzten Positionsmarker bezogen auf das Koordinatensystem KS, ermittelt werden. Bis zur Erreichung der Ausgangsposition am Objekt bzw. Patienten oder Operationstisch können auch mehrere Positionierungsmarkerpunkte gesetzt werden.
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Optional können zur Erfassung der einzelnen Positionen die Positionsmesseinheiten PMEn redundant ausgelegt werden. Sämtliche Positionsmesseinheiten z. B. PME1, PME2, PME3, PME4 und PME5 sind mit dem Zentralrechner CR verbunden. In diesem Zentralrechner CR, der in der C-Bogeneinheit CE als auch von dieser gelöst angeordnet sein kann, ist eine Koordinationseinheit KR zum Koordinieren der von den Positionsmesseinheiten PME aufgenommenen Messdaten angeordnet. Die Messwerte der Positionseinheiten PME1, PME2, PME3, PME4 und PME5 sowie die Messwerte der redundanten Positionseinheiten werden in Richtungskomponenten bzw. Richtungsvektoren oder evtl. Geschwindigkeitskomponenten umgesetzt und mittels der Koordinationseinheit KR überwacht und einer Plausibilitätskontrolle unterzogen. Wird zum Beispiel zu einer Verschiebung der gesamten C-Bogeneinheit CE auch eine Höhenverstellung und/oder eine Orbitalrotation und/oder eine Angularrotation des C-Bogens manuell oder programmgesteuert vorgenommen, so werden die Messdaten zusammengefasst und die gesamte C-Bogeneinheit entsprechend einer aktuellen Ausrichtung auf dem Bildschirm visualisiert.
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Auf der Bildschirmeinheit BE ist die C-Bogeneinheit CE und der Raum in der sich diese befindet schematisch wiedergegeben. Mit der hier beschriebenen Ausgestaltung werden Relativpositionen zu bisher angefahrenen Orten ermittelt und beispielsweise auf der Bildschirmeinheit abgebildet. Mittels der Bildschirmeinheit BE sind der augenblickliche Standort sowie ehemals eingenommene wie auch für weitere Aufnahmezyklen einzunehmende Relativkoordinaten visualisierbar. Je nach Verwendung können zu Beginn die Ausgangs- und Endpositionen oder eine Trajektorienplanung in den Zentralrechner CR hinterlegt oder online eingegeben bzw. abgespeichert werden. Über die Koordinationseinheit KR in der Zentralrecheneinheit CR werden die ermittelten Richtungskomponenten und evtl. die ermittelten Geschwindigkeitskomponenten aus den einzelnen Messdaten der Positionsmesseinheiten PMEn erfasst. Zu einem Anfahren bzw. Abfahren von abgespeicherten Markierungspunkten werden Steuersignale für die Stellmotoren erzeugt.
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Alternativ wird bei einer absoluten Positionsbestimmung entlang der Achsen oder einer Wegstrecke die aktuelle Position mit Hilfe einer Merkfunktion markiert. Entsprechende Funktionen können mittels eines Wegstreckenzählers bzw. eines Wegermittlers aufsummiert werden. Eine Berechnung der relativ zurückgelegten Strecke bis zur Ruhe- oder Ausgangsposition wird im Zentralrechner CR berechnet. Alternativ kann eine Bestimmung von neuen Position gegebenenfalls mit einer Merkfunktion bestätigt werden, da eventuell der C-Bogen mit Röntgenquelle/Röntgendetektor mehrfach zwischen den Positionen hin- und herbewegt werden soll. Mittels einer Betätigung über eine Funktionstaste wird vor einer Repositionierung eine Berechnung der absolut zu fahrenden Endkoordinaten x, y, z ermittelt. Eine Führung mittels Anzeige auf der Visualisierungseinheit BE kann bis zum Erreichen der Endposition beispielsweise einem Assistenten mittels Piktogrammen z. B. Pfeilen gezeigt werden. Die Bilddarstellung kann ebenso mit einem akustischen Signal ergänzt werden. So kann eine akustische Signalisierung bei Erreichen eines Positionsmarkers ausgelöst werden.
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Durch die fortlaufende Bestimmung der Weglängen entlang vordefinierter Wege kann über alle Wegsegmente summiert und die absolute zurückgelegte Wegstrecke und Richtung bestimmt werden. Ist die Strecke und Richtung einer Verschiebung bzw. Repositionierung bekannt, kann über die Bildschirmeinheit BE oder über ein weiteres User Interface der Weg vorgegeben werden, um den C-Bogen wieder in eine ursprüngliche Position zu bringen. Ebenso kann der C-Bogen auf einem anderen Weg zurückgefahren werden um seine Endposition zu erreichen.
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In 2 ist eine Haltevorrichtung für eine Positionsmesseinheit gezeigt. Der Laser L und die Detektoreinheit D sind in einer Halteplatte HP integriert. Die Halteplatte HP ist mittels Abstandshalter AB und Federelementen F an Elementen des C-Bogens befestigt. Wie bereits beschrieben wird das von einer Laserdiode abgestrahlte Laserlicht von einer Oberfläche, z. B. einem Boden oder einer Oberfläche OF einer Gerätekomponente des C-Bogens zur Detektoreinheit D reflektiert.
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In 3 ist die Anordnung bzw. Ausrichtung einer Positionsmesseinheit PME zur Erfassung einer relativen Orbitaldrehung gezeigt. Das Laserlicht L wird dabei auf die Außenseite der C-Bogens C gelenkt. Von dieser Oberfläche wird das reflektierte Laserlicht von einer Detektoreinheit D empfangen und von nachgeordneten Einheiten ausgewertet.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Objekt
- A
- Auflagefläche
- R
- Röntgenquelle
- RD
- Röntgendetektor
- C
- C-Bogen/C-Arm
- FA
- fahrbarer Aufsatz
- PME
- Positionsmesseinheit
- PME1
- erste Positionsmesseinheit
- PME2/3
- zweite/dritte Positionsmesseinheit
- PME4/5
- vierte/fünfte Positionsmesseinheit
- D
- Detektoreinheit
- L
- Laser
- CR
- Zentralrechner
- BE
- Visualisierungseinheit/Bildschirmeinheit/Eingabeeinheit
- KR
- Koordinationseinheit
- CE
- Geräteeinheit/C-Bogeneinheit
- KS
- Koordinatensystem
- E1
- erste Ebene
- A1
- erste Achse
- A2
- zweite Achse
- A3
- dritte Achse
- HP
- Halteplatte
- AB
- Abstandshalter
- F
- Federelement
- OF
- Oberfläche
