DE102011084444A1

DE102011084444A1 - Verfahren zur Ermittlung von Begrenzungsinformationen eines Patienten und/oder eines Objekts

Info

Publication number: DE102011084444A1
Application number: DE102011084444A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schönborn; Marco Vogt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Verfahren zur Ermittlung wenigstens einer die räumliche Ausdehnung eines Patienten (8) und/oder eines Objekts (13) im Bereich einer medizinischen Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, insbesondere einer Röntgeneinrichtung (1, 1’), beschreibenden Begrenzungsinformation (19) aus Messdaten einer Messeinrichtung, wobei als Messeinrichtung eine Time-of-Flight-Kamera (14) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens einer die räumliche Ausdehnung eines Patienten und/oder eines Objekts im Bereich einer medizinischen Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, insbesondere einer Röntgeneinrichtung, beschreibenden Begrenzungsinformation aus Messdaten einer Messeinrichtung. Daneben betrifft die Erfindung eine medizinische Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, umfassend eine Messdaten aufnehmende Messeinrichtung.
Im Umfeld medizinischer Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtungen kann es aus verschiedenen Gründen vorgesehen sein, die Position des Patienten und/oder anderer Objekte, insbesondere die räumlichen Begrenzungen des Patienten, wenigstens teilweise und/oder wenigstens genähert zu bestimmen. Hierzu werden üblicherweise Messeinrichtungen, insbesondere Sensoren, eingesetzt, um Messdaten aufzunehmen, aus denen die benötigte Begrenzungsinformation abgeleitet werden kann. Besonders nützlich sind solche Begrenzungsinformationen bei Röntgeneinrichtungen, die als bewegliche Komponente einen C-Bogen aufweisen.
So sind Kollisionsvermeidungssysteme gerade im Bereich solcher Röntgeneinrichtungen mit C-Bogen bekannt, bei denen vermieden werden soll, dass der bewegte C-Bogen mit dem Patienten oder Objekten kollidiert. Ein medizinisches Bildgebungssystem sowie ein Kollisionsschutzverfahren für ein solches ist beispielsweise aus der DE 10 2005 023 165 A1 bekannt. Darin wird die Bewegung eines verfahrbaren Teils, beispielsweise eines C-Bogens, gestoppt oder verlangsamt, wenn das Teil in eine den Patienten umhüllende individuelle Schutzzone eintritt. Diese wird aus der durch einen optischen Sensor erfassten Oberfläche des Patienten individuell für jeden Patienten berechnet, wobei der optische Sensor bevorzugt eine Lichtquelle und mindestens eine Kamera umfasst und eine dreidimensionale Formbestimmung anhand Beobachtung von auf den Patienten projizierten Streifenmustern vorgeschlagen wird. Hieraus kann beispielsweise ein dreidimensionales Modell des Patienten erstellt werden, das die Oberfläche angenähert aus Dreiecken abbildet.
Ein weiteres, eine Begrenzungsinformation nutzendes System ist aus DE 10 2009 021 239 A1 bekannt, die ein Verfahren zur Überwachung der einem Patienten durch eine Strahlungsquelle verabreichten Röntgendosis bei einer Röntgeneinrichtung betrifft. Darin wird vorgeschlagen, dass unter Berücksichtigung von die Aufnahmegeometrie und die verabreichte Strahlung einer Röntgeneinrichtung beschreibenden Parametern ein ortsabhängiger Dosiswert auf der durch ein Patientenmodell beschriebenen Oberfläche des Patienten ermittelt wird. Auf diese Weise soll die Hautdosis auf der Oberfläche des Patienten nachverfolgt werden, so dass der Arzt bei seiner Aufnahmeplanung die Dosisbelastung der Haut des Patienten berücksichtigen kann. Darin wird vorgeschlagen, eine Positionierung des Patienten durch ein Messmittel zu bestimmen, wobei ein einfaches Patientenmodell angepasst werden kann. Möglich ist es jedoch auch, insbesondere mit einer Kamera und/oder durch Ultraschall Messwerte/Bilder aufzunehmen, die zur Erstellung und/oder Anpassung des Patientenmodells bzw. zur Bestimmung der Oberfläche des Patienten genutzt werden können.
Bekannt sind für die Hautdosisberechnung auch Systeme, bei denen Modelle mit Hilfe von Zylindern und Kugeln erstellt werden, die anhand der Größe und des Gewichts des Patienten an die individuellen anatomischen Gegebenheiten angepasst werden, wobei die Patientendaten manuell vom Arzt eingegeben werden und die Patienten im Folgenden definiert auf dem Tisch positioniert werden, um sinnvolle Ergebnisse im Rahmen der Hautdosisberechnung zu erhalten.
Bei den bekannten Möglichkeiten zur Ermittlung einer Begrenzungsinformation ist es nachteilhaft, dass ein sehr großer Auswertungsaufwand benötigt wird, um aus den von den Kameras oder sonstigen Messmitteln erhaltenen Bildern bzw. Messwerten, mithin zweidimensionalen Informationen, dreidimensionale Begrenzungsinformationen zu ermitteln. Die bekannten Algorithmen sind fehleranfällig und ungenau, so dass beispielsweise bei einem C-Bogen heutzutage meist die Bewegungsgeschwindigkeit begrenzt ist, da keine hinreichend verlässliche und/oder Kollisionserfassung möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung von Begrenzungsinformationen im Rahmen der medizinischen Bildgebung und/oder Behandlung mit einer medizinischen Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung zu erhalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass als Messeinrichtung eine Time-of-Flight-Kamera verwendet wird.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, die optische Patienten- und/oder Objekterfassung im Hinblick auf Begrenzungsinformationen (häufig auch als „Formerfassung“ bezeichnet) mit Hilfe einer Time-of-Flight-Kamera zu realisieren, insbesondere im Bereich der Radio- und Angiographie. Time-of-Flight-Kameras (häufig auch kurz TOF-Kameras) sind grundsätzlich bekannt und bilden Messeinrichtungen, die mit dem Laufzeitverfahren (time of flight) Abstände messen und mithin dreidimensionale Informationen liefern. Dazu wird die aufzunehmende Szenerie, vorliegend also das Objekt und/oder der Patient, mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet und es wird für jeden Bildpunkt die Zeit vermessen, die das Licht bis zu dem Patienten und/oder Objekt und wieder zurück benötigt, wobei die benötigte Zeit direkt proportional zur Distanz ist. Ein spezielles Beispiel für TOF-Kameras ist die sogenannte PMD-Technik (photonic mixing device-Technik), bei der moduliertes, inkohärentes Licht (häufig Infrarot-Licht) verwendet wird. Das Licht wird von sichtbaren Objekten reflektiert und kann beispielsweise in einer Matrix von Festkörper-Bildsensoren der CMOS-Technologie empfangen werden. Letztlich wird das empfangene optische Signal mit dem Referenzsignal der modulierten, inkohärenten Beleuchtung verglichen, so dass sich aus der Phasenverschiebung des empfangenen Signals die Entfernungsinformation ergibt.
TOF-Kameras liefern also bereits von Haus aus dreidimensionale Informationen, so dass Berechnungszeiten absinken und individuelle, patienten- bzw. objektspezifische Begrenzungsinformationen erhalten werden können. Insbesondere ermöglichen TOF-Kameras eine sehr schnelle dynamische Objekterfassung, die es auch ermöglicht, bei einer drohenden Kollision einen sofortigen Stopp von bewegten Komponenten der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung durchzuführen, so dass auch schnellere Bewegungsgeschwindigkeiten der Komponenten, insbesondere eines C-Bogens, denkbar sind.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei einer wenigstens eine bewegte Komponente aufweisenden Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, insbesondere einer Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen, die Begrenzungsinformation zur Vermeidung einer Kollision der bewegten Komponente mit dem Patienten und/oder dem Objekt berücksichtigt wird. Gerade im Bereich der Kollisionsvermeidung weist die Verwendung einer TOF-Kamera besondere Vorteile auf, wie bereits dargestellt wurde. So kann in konkreter Ausgestaltung beispielsweise vorgesehen sein, dass während einer Bewegung der Komponente auch eine Begrenzungsinformation bezüglich der Komponente aus den Messdaten ermittelt wird und im Hinblick auf eine Kollisionswahrscheinlichkeit mit dem Patienten und/oder dem Objekt ausgewertet wird. Eine derartige Auswertung ist insbesondere bei einer dynamischen Überwachung von Kollisionsrisiken sinnvoll, die aufgrund der unmittelbar dreidimensionale Informationen liefernden TOF-Kamera praktisch in Echtzeit durchgeführt werden kann. Der Erfassungsbereich der TOF-Kamera ist dabei so zu wählen, dass wenigstens ein insbesondere kollisionsgefährdeter Teil des Patienten und/oder Objekts wie auch eine Umgebung des Patienten und/oder des Objekts darin enthalten ist, so dass eine in der Umgebung des Patienten und/oder Objekts auftauchende Komponente detektiert und schnell beurteilt werden kann, so dass beispielsweise dann, wenn die Kollisionswahrscheinlichkeit einen Schwellwert überschreitet, ein Nothalt der Komponente durchgeführt werden kann und dergleichen.
Daneben ist es auch denkbar, dass anhand der Begrenzungsinformation ein Bereich um den Patienten und/oder das Objekt, in den die Komponente nicht eindringen darf, definiert wird und/oder dass die Begrenzungsinformation im Rahmen einer Pfadplanung der Komponente berücksichtigt wird. Beispielsweise kann also eine Art „Schutzzone“ um den Patienten anhand der Begrenzungsinformation genau definiert werden, wobei ein derartiger Bereich besonders vorteilhaft im Rahmen einer Pfadplanung der Komponente bereits berücksichtigt werden kann. So wird bei vorgeplanten Bewegungen der Komponente, insbesondere eines C-Bogens, immer ein Sicherheitsabstand um den Patienten eingehalten. Durch die beschriebene dynamische Echtzeitüberwachung als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme kann somit ein insgesamt verbessertes Kollisionsvermeidungssystem geschaffen werden.
Wie bereits erwähnt, eignen sich die aus den Messdaten einer Time-of-Flight-Kamera ermittelten Begrenzungsinformationen insbesondere, um ein die Oberfläche des Patienten beschreibendes Modell unter Berücksichtigung der Begrenzungsinformation zu ermitteln und/oder anzupassen. Es ist also möglich, die Begrenzungsinformation besonders vorteilhaft zur Ermittlung eines Modells des Patienten, also eines Patientenmodells, einzusetzen, wobei an dieser Stelle angemerkt sei, dass ein solches Patientenmodell auch besonders vorteilhaft im Rahmen eines Kollisionsvermeidungssystems eingesetzt werden kann. Dabei sind verschiedene Varianten denkbar, beispielsweise abstrahierte, aus Zylindern und/oder Kugeln aufgebaute Patientenmodelle, die anhand der Begrenzungsinformation angepasst werden, bevorzugt ist es jedoch, wenn die aus den Begrenzungsinformationen abzuleitende Oberflächeninformation unmittelbar zur Schaffung eines individuellen, äußerst genauen Modells der Oberfläche des Patienten eingesetzt wird, so dass auch individuelle Eigenschaften des Patienten, beispielsweise Fehlwüchse oder dergleichen, berücksichtigt werden können.
In diesem Zusammenhang kann zweckmäßigerweise bei einer Röntgeneinrichtung unter Berücksichtigung von die Strahlungsgeometrie und die verabreichte Strahlung beschreibenden Parametern ein ortsabhängiger Dosiswert auf der durch das Patientenmodell beschriebenen Oberfläche des Patienten ermittelt und eine Darstellung des Dosiswerts und/oder eines daraus abgeleiteten Werts angezeigt werden. Das Patientenmodell kann also letztlich an ein Hautdosis-Überwachungssystem weitergegeben werden, welches die genauen Informationen gemeinsam mit der Strahlungsgeometrie und der Art der verabreichten Strahlung nutzt, um möglichst genau einen ortsabhängigen Dosiswert, die sogenannte Hautdosis, auf der Oberfläche des Patienten zu ermitteln. Eine Darstellung des Dosiswerts bzw. eines daraus abgeleiteten Werts bildet ein äußerst nützliches Hilfsmittel für die behandelnde Person, insbesondere einen Arzt, um zu beurteilen, wie weitere Bilder und/oder Behandlungen vorzunehmen sind, um Hautschäden und dergleichen zu vermeiden. Das durch die Messdaten der Time-of-Flight-Kamera zur Verfügung gestellte exaktere Patientenmodell ermöglicht es also, bessere Informationen zur Hautdosis zu erhalten und somit die Strahlung durch die Hautdosisberechnungen homogener auf dem Patienten zu verteilen. In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass Vorschläge für weitere Bestrahlungsschritte, beispielsweise weitere mit einer Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen aufzunehmende Projektionen, ermittelt und ebenso einer behandelnden Person zur Anzeige gebracht werden. Die behandelnde Person kann also im weiteren Verlauf der Bildgebung bzw. Behandlung Einfluss auf die Hautdosis nehmen.
In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann im Allgemeinen vorgesehen sein, dass die Time-of-Flight-Kamera die Messdaten durch Aussenden und Empfangen von Licht mit einer Frequenz von einem THz oder mehr als einem THz aufnimmt. Während immer dann, wenn der Patient unbedeckt auf einem Patiententisch vorgesehen ist, eine Bildgebung durch die TOF-Kamera im optischen Bereich ausreichend ist, ist es in anderen Fällen äußerst vorteilhaft, TOF-Kameras zu verwenden, die im THz-Bereich arbeiten. Damit wird es möglich, beispielsweise durch Decken, die sich über dem Patienten finden, hindurch Körperkonturen dennoch zu detektieren und mithin ein exakteres Patientenmodell zur Verfügung zu stellen. Derartiges ist mit herkömmlichen Messeinrichtungen nicht denkbar.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine dem Patienten charakterisierende Patienteninformation, insbesondere ein Geschlecht und/oder eine Größe und/oder ein Gewicht des Patienten, aus der Begrenzungsinformation ermittelt wird, wobei entweder durch Vergleich mit, insbesondere im Rahmen einer Patientenregistrierung und/oder aus einem Informationssystem, vorliegenden Referenzpatienteninformationen eine Plausibilitätsüberprüfung erfolgt oder die Patienteninformation im Rahmen einer Patientenregistrierung und/oder in einem Informationssystem genutzt wird. Es kann mithin eine weitere Auswertung der Begrenzungsinformation und/oder der Messdaten dahingehend erfolgen, Patienteninformationen zu ermitteln, beispielsweise das Geschlecht, die Größe und/oder ein Gewicht, indem beispielsweise bezüglich des Geschlechts auf spezielle Merkmale hin überprüft wird, bezüglich der Größe Abmessungen der ermittelten Oberfläche bestimmt werden und bezüglich des Gewichts das umschlossene Volumen in Betracht gezogen wird. Diese Patienteninformationen können auf zweierlei Art von Nutzen sein. Zum einen können sie zur Plausibilisierung dienen, indem ein Vergleich mit ohnehin vorliegenden Referenzpatienteninformationen stattfindet, welche üblicherweise im Rahmen einer Patientenregistrierung eingegeben werden oder gar aus einem Informationssystem, beispielsweise einem Krankenhausinformationssystem oder einem Radiologieinformationssystem, abgerufen werden. So kann, wird in eine Richtung plausibilisiert, beispielsweise überprüft werden, ob der korrekte Patient auf dem Patiententisch angeordnet wurde, zum anderen, bei einer Plausibilisierung in die andere Richtung, kann die Verlässlichkeit der Messdaten und der Begrenzungsinformationen beurteilt werden. Bevorzugt ist eine gegenseitige Plausibilisierung. In einer anderen, alternative Ausgestaltung ist es jedoch auch denkbar, dass die Patienteninformation im Rahmen einer Patientenregistrierung und/oder in einem Informationssystem genutzt wird. Das bedeutet insbesondere im Rahmen der Patientenregistrierung, dass eine behandelnde bzw. untersuchende Person die Daten nicht von Hand eingeben muss, sondern diese automatisch ermittelt werden können, insbesondere auch aktuelle Werte bestimmt werden können, die letztlich in einem Informationssystem, beispielsweise in einem Krankenhausinformationssystem oder einem Radiologieinformationssystem, eingespeichert werden können.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn an einem Patiententisch angeordnete Marker, insbesondere dreidimensional strukturierte Marker, in den Messdaten lokalisiert und daraus eine relative Positionsinformation des Patienten auf dem Tisch abgeleitet wird. Werden also am Patiententisch Marker angebracht, die von der TOF-Kamera zusätzlich zum Patienten detektiert werden, kann auch die relative Positionierung des Patienten auf dem Tisch überprüft werden, insbesondere im Hinblick auf Säuglinge als Patienten. Die relative Positionsinformation kann beispielsweise genutzt werden, um Betriebsparameter der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung zu ermitteln und dergleichen.
Die Time-of-Flight-Kamera kann an einer Decke eines Raumes, in dem die Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung angeordnet ist, angeordnet sein. Bei einer geschickten Positionierung kann beispielsweise ein gesamter Patiententisch samt darauf positionierter Patienten und/oder Objekte genauso im Erfassungsbereich der TOF-Kamera liegen wie bewegliche Komponenten der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn wenigstens zwei TOF-Kameras eingesetzt werden, die die Szenerie unter unterschiedlichen Blickwinkeln aufnehmen. Denkbar ist es jedoch auch, die TOF-Kamera anderweitig anzuordnen, insbesondere mitbewegt an einer beweglichen Komponente, insbesondere einem C-Bogen, der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung. Dann kann die TOF-Kamera beispielsweise auch als ein Abstandssensor oder dergleichen genutzt werden, wenn ihr Erfassungsbereich in die Bewegungsrichtung orientiert ist.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die TOF-Kamera mit der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung kalibrierbar ist, beispielsweise, indem sowohl von der TOF-Kamera als auch von der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung erkennbare Kalibrierungskörper eingesetzt werden. Auf diese Weise können durch die TOF-Kamera aufgenommene Messdaten und daraus ermittelte Begrenzungsinformationen problemlos in das Koordinatensystem der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung übertragen werden.
Wie bereits erwähnt, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Time-of-Flight-Kameras verwendet werden. Auf diese Weise können Informationen aus verschiedenen Blickrichtungen gewonnen werden, die zum einen gegeneinander abgeglichen werden können, zum anderen aber auch verschiedene Bereiche der Oberfläche des Patienten und/oder Objekts aufnehmen können, um so zu einer noch besseren Vermessung beitragen zu können. Die Genauigkeit der Messung wird ferner erhöht, wenn zur Ermittlung der Begrenzungsinformation mehrere zeitlich hintereinander aufgenommene Messdatensätze statistisch ausgewertet werden. Auf diese Weise können Ungenauigkeiten bei der Zeitauflösung, die zu Messfehlern bezüglich der Entfernung des Bildpunktes von der TOF-Kamera führen können, deutlich reduziert werden. Schließlich ist es noch möglich, die Messgenauigkeit durch Frequenzvariation zu verbessern, wie dies im Stand der Technik bereits bekannt ist.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine medizinische Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, umfassend eine Messdaten aufnehmende Messeinrichtung, die als eine Time-of-Flight-Kamera ausgebildet ist, und eine zur Ermittlung einer die räumliche Ausdehnung eines Patienten und/oder eines Objekts im Bereich der medizinischen Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung beschreibenden Begrenzungsinformation aus den Messdaten ausgebildete Steuereinrichtung. Die medizinische Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung ist mithin zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, so dass sich sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens auch auf die erfindungsgemäße medizinische Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung übertragen lassen, mit welcher mithin ebenso die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung wenigstens eine bewegte Komponente aufweist, insbesondere die als Röntgeneinrichtung ausgebildete Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung als bewegte Komponente einen C-Bogen aufweist. Dann können die Begrenzungsinformationen mithin besonders vorteilhaft im Rahmen der Kollisionsvermeidung eingesetzt werden.
Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung ein insbesondere die Steuereinrichtung umfassendes Kollisionsvermeidungssystem, welches zur Nutzung der Begrenzungsinformation ausgebildet ist, umfasst. Wie bereits bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens dargelegt wurde, lässt sich insbesondere durch die schnellere Datengewinnung und -verarbeitung auch eine dynamische Echtzeitüberwachung der Kollisionsgefahr realisieren. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung ein die dem Patienten verabreichte Hautdosis überwachendes, insbesondere die Steuereinrichtung umfassendes Überwachungssystem, welches zur Nutzung der Begrenzungsinformation ausgebildet ist, aufweist. In diesem Fall, aber auch im Rahmen des Kollisionsvermeidungssystems, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung ausgebildet ist, auf Grundlage der Begrenzungsinformation ein Patientenmodell zu ermitteln und/oder anzupassen. Es können mittels einer TOF-Kamera äußerst exakte Informationen und mithin eine äußerst exakte Beschreibung der Oberfläche des Patienten erhalten werden, die von Kollisionsvermeidungssystemen und/oder Überwachungssystemen besonders vorteilhaft eingesetzt werden können.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Time-of-Flight-Kamera an einer Decke eines die Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung aufnehmenden Raumes und/oder an einer beweglichen Komponente der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, insbesondere einen C-Bogen, angeordnet ist. Besonders vorteilhaft können zudem, wie bereits bezüglich des Verfahrens dargelegt wurde, wenigstens zwei Time-of-Flight-Kameras vorgesehen sein, die den Patienten und/oder das Objekt aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachten.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
3 eine Prinzipskizze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung 1 als medizinische Bildgebungseinrichtung. Sie umfasst einen vorliegend an einem Roboterarm 2 angeordneten C-Bogen 3, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler 4 und ein Röntgendetektor 5 angeordnet sind. Der C-Bogen 3 ist mittels des Roboterarms 2 und sonstiger Antriebsmittel gesteuert über eine Steuereinrichtung 6 in verschiedene Stellungen zur Aufnahme eines auf einem Patiententisch 7 angeordneten Patienten 8 bewegbar. Die Steuereinrichtung 6 umfasst neben einem nicht näher dargestellten Eingabemittel auch eine Anzeigevorrichtung 9, hier einen Monitor. Über ein Netzwerk ist sie mit einem Informationssystem 10, beispielsweise einem Krankenhausinformationssystem und/oder einem Radiologieinformationssystems, verbunden.
Die Röntgeneinrichtung 1 ist in einem hier nur angedeuteten Raum 11 mit einer Decke 12 angeordnet. An der Decke 12 sind nun als Messeinrichtungen zur Aufnahme von Messdaten bezüglich des Patienten 8 und weiterer gegebenenfalls im Bewegsweg des C-Bogens 3 als bewegliche Komponente angeordnete Objekte 13, beispielsweise EKG-Einrichtungen, Injektoren, Kopfhaltern und dergleichen, Time-of-Flight-Kameras 14 vorgesehen, im vorliegenden Fall zwei unter unterschiedlichen Winkeln den Bereich des Patiententisches 7 erfassende TOF-Kameras 14. Die TOF-Kameras 14 arbeiten dabei im THz-Bereich, also bei Frequenzen des ausgesandten Lichtes von ein THz oder höher, so dass auch in Fällen, in denen der Patient 8 unter einer Decke angeordnet ist, Informationen über seine räumliche Ausdehnung gewonnen werden können.
Die Messdaten der TOF-Kameras 14 werden mittels der Steuereinrichtung 6 zu die Oberfläche des Patienten 8 und/oder des Objekts 13 beschreibenden Begrenzungsinformationen ausgewertet, welche dann für den Patienten 8 in ein Patientenmodell umgewandelt werden, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird. Die Begrenzungsinformationen bezüglich des Objekts 13 und des Patienten 8 sowie das Patientenmodell können dann von einem hier nur angedeuteten Kollisionsvermeidungssystems 15 und einem Hautdosis-Überwachungssystem 16 genutzt werden. Derartige Systeme 15, 16 sind im Stand der Technik bereits bekannt und sollen hier, wenn sie über die vorliegende Erfindung hinausgehen, nicht näher dargelegt werden.
Auf dem Patiententisch 7 sind dreidimensional strukturierte Marker 17 angeordnet, die beispielsweise unterschiedliche dreidimensionale Musterungen aufweisen können und somit in den Messdaten der TOF-Kameras 14 detektiert und identifiziert werden können. Mit Hilfe dieser Marker 17 ist es möglich, auch eine relative Position des Patienten 8 auf dem Patiententisch 7 zu bestimmen und beispielsweise zur Überprüfung einer Positionierung oder zur Einstellung von Betriebsparametern durch die Steuereinrichtung 6 genutzt werden. Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass bei der Ermittlung der Begrenzungsinformation und weiterer Informationen aus den Messdaten der TOF-Kameras 14 immer mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Messdatensätze betrachtet werden, um durch eine statistische Auswertung die Genauigkeit zu verbessern. Zudem kann vorgesehen sein, dass eine Frequenzvariation durchgeführt wird, um ebenfalls eine Verbesserung der Genauigkeit der Messung zu erhalten.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung 1´, die bis auf die Anordnung der Time-of-Flight-Kameras 14 der Röntgeneinrichtung 1 entspricht. Bei der Röntgeneinrichtung 1´ sind die TOF-Kameras 14 ersichtlich an dem C-Bogen 3 angeordnet und werden mit diesem mitbewegt.
3 zeigt nun eine Prinzipskizze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, zu der die Steuereinrichtungen 6 der Röntgeneinrichtungen 1, 1´ ausgebildet sind. Dabei werden in einem Schritt 18 die Messdaten aufgenommen und zu den Begrenzungsinformationen 19, bezogen auf den Patienten 8 bzw. das Objekt 13, ausgewertet. Diese Begrenzungsinformationen 19 werden nun in dreierlei Hinsicht genutzt. Zum einen werden sie im Kollisionsvermeidungssystem 15 im Rahmen einer dynamischen Überwachung eingesetzt, das bedeutet, während einer Bewegung des C-Bogens 3 werden Messdaten aufgenommen, Begrenzungsinformationen 19 ermittelt und dahingehend ausgewertet, dass eine Kollisionswahrscheinlichkeit bestimmt wird. Überschreitet diese einen Schwellwert, kann beispielsweise in einem Schritt 20 ein Nothalt des C-Bogens 3 ausgelöst werden.
Zudem wird anhand der Begrenzungsinformationen 19 ein die Oberfläche des Patienten 8 beschreibendes Patientenmodell 22 in einem Schritt 21 ermittelt bzw. angepasst. Das Patientenmodell 22 soll möglichst genau die Oberfläche des Patienten 8 beschreiben. Das Patientenmodell 22 wird zunächst auch dem Kollisionsvermeidungssystem 15 zur Verfügung gestellt, wo hieraus beispielsweise ein Bereich um den Patienten 8 bestimmt werden kann, also eine Nahbereichszone bzw. Schutzzone, in die der C-Bogen 3 nicht einbringen darf. Dieser Bereich kann dann im Rahmen einer Pfadplanung oder dergleichen berücksichtigt werden.
Zudem wird das Patientenmodell 22 aber auch an das Hautdosis-Überwachungssystem 16 weitergeleitet, welches unter Berücksichtigung von die Strahlungsgeometrie, hier die Aufnahmegeometrie, und die verabreichte Strahlung beschreibender Parameter einen ortsabhängigen Dosiswert (Hautdosis) auf der durch das Patientenmodell 22 beschriebenen Oberfläche des Patienten 8 ermittelt und eine Darstellung des Dosiswerts (bzw. eines daraus abgeleiteten Werts) erzeugt und auf der Anzeigevorrichtung 9 anzeigt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Überwachungssystem 16 Vorschläge für zukünftig aufzunehmende Projektionsbilder macht, um eine möglichst homogene Verteilung der Hautdosis zu erzielen.
Schließlich ist es noch denkbar, Schritt 23, dass die Begrenzungsinformationen 19 in der Steuereinrichtung 6 verarbeitet werden, um Patienteninformationen, beispielsweise das Geschlecht, die Größe und das Gewicht des Patienten, zu ermitteln, welche dann beispielsweise mit Referenzpatienteninformationen des Informationssystems 10 im Rahmen einer gegenseitigen Plausibilisierung abgeglichen werden können. Möglich ist es jedoch auch, insbesondere dann, wenn noch keine Patienteninformationen vorliegen, diese unmittelbar im Rahmen der Patientenregistrierung zu verwenden, so dass die behandelnde Person diese nicht eingeben muss.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Röntgeneinrichtung
1´: Röntgeneinrichtung
2: Roboterarm
3: C-Bogen
4: Röntgenstrahler
5: Röntgendetektor
6: Steuereinrichtung
7: Patiententisch
8: Patient
9: Anzeigevorrichtung
10: Informationssystem
11: Raum
12: Decke
13: Objekt
14: Time-of-Flight-Kamera
15: System
16: System
17: Marker
18: Schritt
19: Begrenzungsinformation
20: Schritt
21: Schritt
22: Patientenmodell
23: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005023165 A1 [0003]
DE 102009021239 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Ermittlung wenigstens einer die räumliche Ausdehnung eines Patienten (8) und/oder eines Objekts (13) im Bereich einer medizinischen Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, insbesondere einer Röntgeneinrichtung (1, 1’), beschreibenden Begrenzungsinformation (19) aus Messdaten einer Messeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinrichtung eine Time-of-Flight-Kamera (14) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer wenigstens eine bewegte Komponente aufweisenden Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, insbesondere einer Röntgeneinrichtung (1, 1’) mit einem C-Bogen (3), die Begrenzungsinformation (19) zur Vermeidung einer Kollision der bewegten Komponente mit dem Patienten (8) und/oder dem Objekt (13) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Bewegung der Komponente auch eine Begrenzungsinformation (19) bezüglich der Komponente aus den Messdaten ermittelt wird und im Hinblick auf eine Kollisionswahrscheinlichkeit mit dem Patienten (8) und/oder dem Objekt (13) ausgewertet wird und/oder dass anhand der Begrenzungsinformation (19) ein Bereich um den Patienten (8) und/oder das Objekt (13), in den die Komponente nicht eindringen darf, definiert wird und/oder dass die Begrenzungsinformation (19) im Rahmen einer Pfadplanung der Komponente berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Oberfläche des Patienten (8) beschreibendes Patientenmodell (22) unter Berücksichtigung der Begrenzungsinformation (19) ermittelt und/oder angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Röntgeneinrichtung (1, 1’) unter Berücksichtigung von die Strahlungsgeometrie und die verabreichte Strahlung beschreibenden Parametern ein ortsabhängiger Dosiswert auf der durch das Patientenmodell (22) beschriebenen Oberfläche des Patienten (8) ermittelt und eine Darstellung des Dosiswerts und/oder eines daraus abgeleiteten Werts angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Time-of-Flight-Kamera (14) die Messdaten durch Aussenden und Empfangen von Licht mit einer Frequenz von einem Terahertz oder mehr als einem Terahertz aufnimmt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine den Patienten (8) charakterisierende Patienteninformation, insbesondere ein Geschlecht und/oder eine Größe und/oder ein Gewicht des Patienten (8), aus der Begrenzungsinformation (19) ermittelt wird, wobei entweder durch Vergleich mit, insbesondere im Rahmen einer Patientenregistrierung und/oder aus einem Informationssystem (10), vorliegenden Referenzpatienteninformationen eine Plausibilitätsüberprüfung erfolgt oder die Patienteninformation im Rahmen einer Patientenregistrierung und/oder in einem Informationssystem (10) genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Patiententisch (7) angeordnete Marker (17), insbesondere dreidimensional strukturierte Marker (17), in den Messdaten lokalisiert und daraus eine relative Positionsinformation des Patienten (8) auf dem Patiententisch (7) abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine an einer Decke (12) eines Raumes (11), in dem die Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung angeordnet ist, und/oder an einer beweglichen Komponente, insbesondere einem C-Bogen (3) bei einer Röntgeneinrichtung (1, 1’), der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, angeordnete Time-of-Flight-Kamera (14) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Time-of-Flight-Kameras (14) verwendet werden und/oder zur Ermittlung der Begrenzungsinformation (19) mehrere zeitlich hintereinander aufgenommene Messdatensätze statistisch ausgewertet werden.
Medizinische Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, umfassend eine Messdaten aufnehmende Messeinrichtung, die als eine Time-of-Flight-Kamera (14) ausgebildet ist, und eine zur Ermittlung einer die räumliche Ausdehnung eines Patienten (8) und/oder eines Objekts (13) im Bereich der medizinischen Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung beschreibenden Begrenzungsinformation (19) aus den Messdaten ausgebildete Steuereinrichtung (6).
Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine bewegte Komponente aufweist, insbesondere die als Röntgeneinrichtung (1, 1’) ausgebildete Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung als bewegte Komponente einen C-Bogen (3) aufweist.
Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein insbesondere die Steuereinrichtung (6) umfassendes Kollisionsvermeidungssystem (15), welches zur Nutzung der Begrenzungsinformation (19) ausgebildet ist, und/oder ein die dem Patienten (8) verabreichte Hautdosis überwachendes, insbesondere die Steuereinrichtung (6) umfassendes Überwachungssystem (16), welches zur Nutzung der Begrenzungsinformation (19) ausgebildet ist, aufweist.
Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Time-of-Flight-Kamera (14) an einer Decke (12) eines die Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung aufnehmenden Raumes (11) und/oder an einer beweglichen Komponente der Bildgebungs- und/oder Behandlungseinrichtung, insbesondere einem C-Bogen (3), angeordnet ist.