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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Bestimmung einer Patientenmasse eines auf einem Patiententisch gelagerten Patienten sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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In einigen Bereichen der bildgebenden Medizintechnik spielt die Masse eines Patienten eine große Rolle. So hängen von der Patientenmasse beispielsweise oft die zu applizierende Strahlendosis bei röntgenbasierten Verfahren oder die Dosierung von Kontrastmitteln ab. Die möglichst genaue Kenntnis der Patientenmasse ermöglicht dabei, die Strahlendosis bzw. Kontrastmitteldosierung präzise auf ein erforderliches Minimalmaß einzustellen und somit bei ausreichender Bildqualität gleichzeitig den Patienten besonders gering zu belasten.
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Normalerweise wird die Patientenmasse bei einer der bildgebenden Untersuchung vorangehenden Aufnahme des Patienten durch das Untersuchungspersonal ermittelt, indem die Patientenmasse erfragt oder der Patient mittels einer Personenwaage gewogen wird. Häufig wird anschließend die Patientenmasse in einer elektronischen Patientenakte eines Datenbanksystems hinterlegt. Die Patientenmasse steht somit einer in weiten Teilen automatisierten Steuerung der bildgebenden Modalität zur Verfügung, sobald die digitale Patientenakte vor der Untersuchung in der Steuerung aufgerufen wird.
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Bisweilen ist allerdings das Befragen oder Wiegen des Patienten nicht möglich, z.B. weil der Patient im Akut fall nicht ansprechbar ist oder nicht stehen kann. In solchen Fällen wird die Patientenmasse bisher meistens geschätzt, was zu einer unnötig hohen Belastung des Patienten oder zu einer schlechten Bildqualität führen kann.
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Aus
DE 10 2007 060 690 B4 ist ein Patiententisch mit einem Tischfuß und einer Tischplatte zur Lagerung des Patienten bekannt. Dieser Patiententisch weist Kraftsensoren an dem Tischfuß sowie eine Steuerung auf. Diese Steuerung ermittelt eine Durchbiegung der über den Tischfuß auskragenden Tischplatte, die von der auf der Tischplatte gelagerten Patientenmasse abhängt. Aufgrund der ermittelten Durchbiegung verstellt die Steuerung die Tischplatte derart, dass der Patient stets korrekt zur isozentrischen Achse ausgerichtet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und präzise Bestimmung der Patientenmasse eines auf einem Patiententisch gelagerten Patienten zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird bezüglich eines Verfahrens zur Bestimmung einer Patientenmasse gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich einer Einrichtung zur Bestimmung der Patientenmasse wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 5. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Patientenmasse eines Patienten wird auf einem Patiententisch durchgeführt, der einen Tischfuß und eine auf diesem verschiebbar geführte Tischplatte zur Lagerung des Patienten aufweist. An dem Tischfuß ist zur Durchführung des Verfahrens mindestens ein Kraftsensor angebracht.
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Verfahrensgemäß wird die Tischplatte mit dem darauf gelagerten Patienten gegenüber dem Tischfuß, insbesondere in einer Tischlängsrichtung, verschoben. Dabei wird für mindestens zwei Positionen der Tischplatte relativ zu dem Tischfuß mittels des Kraftsensors jeweils ein Kraftwert einer aufgrund der Tischplattenmasse und der Patientenmasse am Ort des Kraftsensors oder eines der Kraftsensoren auf den Tischfuß ausgeübten Kraft ermittelt. Anhand der ermittelten Kraftwerte wird eine Abgleich-Position der Tischplatte ermittelt, in der der Gesamt-Schwerpunkt der Tischplatte und des darauf gelagerten Patienten in einer vorgegebenen (und somit bekannten) räumlichen Beziehung zu dem Kraftsensor oder den Kraftsensoren angeordnet ist. Für diese Abgleich-Position wird ein Abgleich-Kraftwert der aufgrund der Tischplattenmasse und der Patientenmasse am Ort des Kraftsensors oder eines der Kraftsensoren auf den Tischfuß ausgeübten Kraft ermittelt. Anhand des Abgleich-Kraftwerts wird unter Berücksichtigung der bekannten räumlichen Beziehung der Abgleich-Position zu dem Kraftsensor oder den Kraftsensoren die Patientenmasse ermittelt.
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Das vorgehend beschriebene Verfahren ermöglicht eine numerisch einfache und präzise Bestimmung der Patientenmasse. Grundsätzlich kann das Verfahren unter Zugriff auf lediglich einen Kraftsensor durchgeführt werden. Vorzugsweise wird bei der Verfahrensdurchführung aber auf mehrere über den Tischfuß verteilte Kraftsensoren zugegriffen, wodurch insbesondere eine verbesserte Messgenauigkeit erzielbar ist.
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In einer zweckmäßigen Verfahrensvariante wird die Tischplatte soweit verschoben, dass sie in der Abgleich-Position angeordnet ist. Das heißt, es wird ein Suchlauf durchgeführt, bei dem die Tischplatte solange verschoben wird, bis sie die Abgleich-Position erreicht hat. Diese Verfahrensvariante ermöglicht eine einfache und präzise Bestimmung der Patientenmasse, da diese im Wesentlichen durch direkte Messung, d.h. ohne komplexe Umrechnungsschritte oder Kompensationsschritte.
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Um eine besonders schnelle Bestimmung der Abgleich-Position zu ermöglichen, wird in einer alternativen Verfahrensvariante die Abgleich-Position nicht angefahren. Vielmehr wird sie – zusammen mit dem zugehörigen Abgleich-Kraftwert – durch Extrapolation der gemessenen Kraftwerte über der Position der Tischplatte ermittelt. Mit anderen Worten wird während der Verschiebung der Tischplatte aus den gemessenen Kraftwerten für den oder jeden Kraftsensor ein Kraftverlauf als Funktion der Position der Tischplatte ermittelt. Dieser oder jeder Kraftverlauf wird anschließend durch eine geeignete Funktion, beispielsweise eine Spline-Funktion, angenähert und über die erhobenen Messpunkte hinaus extrapoliert. Aus dem mindestens einen extrapolierten Kraftverlauf werden die Abgleich-Position und der Abgleich-Kraftwert bestimmt. Aus dem Abgleich-Kraftwert wird dann wiederum die Patientenmasse ermittelt. Die extrapolative Bestimmung des Kraftverlaufs ermöglicht insbesondere, bereits unter lediglich geringfügiger Verschiebung der Tischplatte die Abgleich-Position sowie den Abgleich-Kraftwert schnell zu ermitteln.
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In einer ersten Verfahrensalternative ist die Abgleich-Position so gewählt, dass der Gesamt-Schwerpunkt genau über (d.h. in einer vertikalen Linie zu) dem Kraftsensor oder einem der Kraftsensoren angeordnet ist. Dadurch wird am Ort eben dieses Kraftsensors durch den Gesamt-Schwerpunkt kein Biegemoment auf den Tischfuß eingeleitet. Die Patientenmasse kann somit aus dem Abgleich-Kraftwert auf numerisch besonders einfache Weise ermittelt werden. Der ermittelte Abgleich-Kraftwert ist in diesem Fall nämlich direkt proportional zu der Summe der Tischplattenmasse und der Patientenmasse, so dass die letztere durch einfache Subtraktion der bekannten Tischplattenmasse von der Gesamtmasse ermittelt werden kann.
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In einer zweiten Verfahrensalternative ist die Abgleich-Position derart gewählt, dass sich der Gesamt-Schwerpunkt an einer Gleichgewichts-Position zwischen zwei von jeweils einem Kraftsensor ausgehenden Vertikalen befindet. Jeweils einer der beiden Kraftsensoren ist dabei vorzugsweise an den in Tischlängsrichtung zueinander entgegengesetzten Enden des Tischfußes angebracht. Die Gleichgewichts-Position des Gesamtschwerpunkts wird dadurch definiert, dass an den beiden Kraftsensoren der gleiche Kraftwert ermittelt wird. Sie ist insbesondere in der Mitte zwischen den beiden Kraftsensoren angeordnet.
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Diese Verfahrensalternative ermöglicht eine einfache und präzise Bestimmung der Abgleich-Position, insbesondere durch Vergleichsmessung. Weiterhin ist eine besonders einfache Kompensation von gegebenenfalls auf den Tischfuß wirkenden Biegemomenten möglich.
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In einer weiteren Verfahrensvariante wird in einem Zwischenschritt vor der eigentlichen Ermittlung der Abgleich-Position zunächst eine Null-Position der Tischplatte ermittelt, an der der Kraftsensor unbelastet ist und somit durch den Kraftsensor eine Kraft mit dem Kraftwert Null gemessen wird. Die Ermittlung der Null-Position dient hierbei dazu, die Lage des Gesamt-Schwerpunkts bezüglich der Tischplatte zu bestimmen und diese Lage mit der Tischplattenposition zu korrelieren. Unter Berücksichtigung der Konstruktion des Tischfußes lässt sich nämlich regelmäßig angeben, in welcher räumlichen Beziehung der Gesamt-Schwerpunkt zu dem Tischfuß und dem daran angebrachten Kraftsensor liegt, wenn sich die Tischplatte in der Null-Position befindet. So ist beispielsweise bei einem Tischfuß mit zwei in Tischlängsrichtung beabstandeten Stützstreben die Null-Position dann erreicht, wenn sich der Gesamt-Schwerpunkt genau über derjenigen Stützstrebe befindet, die zu dem Ort des Kraftsensors entgegengesetzt ist.
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Die Bestimmung der Null-Position ermöglicht somit quasi, die Tischposition auf die Lage des Gesamt-Schwerpunkts zu eichen (oder zu referenzieren). Anhand der bekannten Lage des Gesamt-Schwerpunkts in der Nullposition und der bekannten Geometrie des Patiententisches kann somit unmittelbar die Abgleich-Position bestimmt und gegebenenfalls angefahren werden.
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Die Bestimmung der Null-Position ist dabei insbesondere zweckmäßig, wenn lediglich ein an dem Tischfuß angebrachter Kraftsensor vorhanden ist. Sie kann grundsätzlich aber auch bei Verfahrensvarianten vorgesehen sein, bei denen auf mehrere Kraftsensoren zugegriffen wird. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise einer der Kraftsensoren zur Bestimmung der Null-Position herangezogen, während mit einem dazu versetzt angeordneten Kraftsensor der Abgleich-Kraftwert ermittelt wird. Die Null-Position der Tischplatte kann dabei mit der Abgleich-Position identisch sein.
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Zur Bestimmung der Tischplattenposition relativ zu dem Tischfuß kann die Einrichtung zusätzlich einen Positionssensor umfassen, der die Tischplattenposition wahlweise unmittelbar oder über die Stellung des Tischplattenantriebs detektieren kann. Alternativ hierzu ist im Rahmen der Erfindung auch denkbar, dass die Position der Tischplatte durch die Steuereinheit des Tischplattenantriebs vorgegeben wird.
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In einer vorteilhaften Ausführung umfasst die Einrichtung zwei Kraftsensoren, die in Tischlängsrichtung des Patiententischs mit Abstand zueinander angeordnet sind. Die Kraftsensoren sind insbesondere an einem vorderen Ende und an einem hinteren Ende des Tischfußes in Bezug auf die Tischlängsrichtung angebracht.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Bestimmung der Patientenmasse umfasst einen Patiententisch, der einen Tischfuß und eine darauf verschiebbar geführte Tischplatte zur Lagerung des Patienten aufweist. Weiterhin umfasst die Einrichtung mindestens einen an dem Tischfuß angebrachten Kraftsensor. Die Einrichtung umfasst des Weiteren eine Steuereinheit, die zur automatischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise der vorhergehend beschriebenen Verfahrensvarianten eingerichtet ist. Bei der Steuereinheit handelt es sich insbesondere um einen Rechner oder Mikrocontroller mit einem darin implementierten Steuerprogramm.
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Vorzugsweise ist die Steuereinheit direkt in einem Steuer- und Auswertemodul einer bildgebenden Modalität, beispielsweise eines Computertomographen, integriert. Alternativ kann dem Patiententisch allerdings auch eine separate Steuereinheit zugeordnet sein. Dies ist insbesondere für einen Patiententisch vorteilhaft, der auch losgelöst von der bildgebenden Modalität eingesetzt wird.
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Die Kraftsensoren sind insbesondere durch Sensoren gebildet, die eine Verformung messen. In einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung handelt es sich bei den Kraftsensoren um zwei Dehnungsmessstreifen, die in einer Wheatstone’schen (Voll-)Brückenschaltung verschaltet sind, und die über die Steuereinheit auslesbar sind. Zusätzlich oder alternativ können auch andere Sensoren verwendet werden, mittels derer eine Verformung, eine Kraft oder eine Spannung messbar ist, beispielsweise sogenannte Kraftmessdübel.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer schematischen Seitenansicht einen Patiententisch mit einer verschiebbaren Tischplatte in einer ersten Position und mit einer Steuereinheit zur Bestimmung einer Patientenmasse sowie einen auf der Tischplatte gelagerten Patienten,
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2 in Darstellung gemäß 1 den Patiententisch mit der Tischplatte und dem auf dieser gelagerten Patienten in einer zweiten Position,
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3 in einem schematischen Ablaufdiagramm eine Verfahrensvariante zu Bestimmung der Patientenmasse mittels des Patiententisches gemäß 1 und 2,
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4 in Darstellung gemäß 1 eine alternative Ausführung des Patiententischs und
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5 in Darstellung gemäß 3 eine Verfahrensvariante zu Bestimmung der Patientenmasse mittels des Patiententisches gemäß 4.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Einrichtung 1 zur Bestimmung einer Patientenmasse eines Patienten 2 dargestellt. Die Einrichtung 1 umfasst einen Patiententisch 4 mit einem Tischfuß 6 und einer auf dem Tischfuß 6 verschiebbar geführten Tischplatte 8.
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Die Einrichtung 1 umfasst weiterhin zwei Kraftsensoren 10a und 10b. Die Kraftsensoren 10a, 10b sind an jeweils einem in einer (Tisch-)Längsrichtung 12 des Patiententischs 4 angeordneten Ende des Tischfußes 6 angebracht. Dadurch sind die Kraftsensoren 10a, 10b mit einem Abstand A voneinander beabstandet, der durch die Abmessung des Tischfußes 6 in der Längsrichtung 12 festgelegt ist. Die Einrichtung 1 umfasst des Weiteren eine Steuereinheit 14, vorzugsweise in Form eines Mikrocontrollers. Die Steuereinheit 14 dient zum Steuern der Verschiebung der Tischplatte 8, zur Auswertung der Kraftsensoren 10a, 10b und zur Ermittlung der Patientenmasse. Zur Ermittlung der Patientenmasse ist in der Steuereinheit 14 ein (Software-)Programm 15 hinterlegt, mittels dessen die Patientenmasse ermittelt wird.
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Die Tischplatte 8 ist bezüglich einer Tischfuß-Mitte 16 in eine beliebige Position Xi verschoben. Der Patient 2 ist auf der Tischplatte 8 mit seinem Patienten-Schwerpunkt 18 an einer beliebigen Position XP gelagert. Der Patienten-Schwerpunkt 18 bildet zusammen mit einem Tischplatten-Schwerpunkt 20 einen resultierenden Gesamt-Schwerpunkt 22. Im Gesamt-Schwerpunkt 22 greift eine Gesamt-Gewichtskraft G an, die senkrecht zu der Längsrichtung 12 nach unten wirkt. Der Gesamt-Schwerpunkt 22 ist auf der Tischplatte 8 in einer Position XG angeordnet. Zur Ermittlung der Position Xi ist der Patiententisch 4 mit einem (nicht explizit dargestellten) Positionssensor versehen, der zur Übermittlung der Position Xi signaltechnisch mit der Steuereinheit 14 verschaltet ist.
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Der Gesamt-Schwerpunkt 22 übt durch seine außerhalb der Tischfuß-Mitte 16 angeordnete Position XG ein Biegemoment auf den Tischfuß 6 aus. Aus diesem Biegemoment resultiert eine inhomogene Kräfteverteilung über den Querschnitt des Tischfußes 6, insbesondere in Längsrichtung 12. Die Kräfteverteilung ist an dem Ort des Kraftsensors 10a durch eine Kraft K und an dem Ort des Kraftsensors 10b durch eine Kraft L gekennzeichnet.
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Wird die Tischplatte 8 bezüglich des Tischfußes 6 verschoben, werden mittels der Kraftsensoren 10a, 10b für verschiedene Positionen Xi der Tischplatte 8 einzelne Kraftwerte Ki bzw. Li der Kräfte K und L ermittelt. Der Index i stellt dabei einen kontinuierlichen oder diskreten Zähler bzw. Bezeichner der jeweiligen Position bzw. des jeweiligen Kraftwerts dar.
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In 2 ist die Einrichtung 1 in einem Zustand dargestellt, in dem die Tischplatte 8 in eine Abgleich-Position XA verschoben ist, in der der Gesamt-Schwerpunkt 22 fluchtend mit der Tischfuß-Mitte 16 ausgerichtet ist. Aufgrund der zentralen Anordnung des Gesamt-Schwerpunkts 22 zu dem Tischfuß 6 ist die Gesamt-Gewichtskraft G gleichmäßig auf die Orte der beiden Kraftsensoren 10a, 10b verteilt. Zudem wird an den Orten der beiden Kraftsensoren 10a, 10b das gleiche Biegemoment in den Tischfuß 6 eingeleitet. Die Kraftwerte Ki und Li sind somit an der Abgleich-Position XA gleich und entsprechen insbesondere einem gemeinsamen Abgleich-Kraftwert KA (Ki = Li = KA). Aus diesem Grund wird die Abgleich-Position XA auch als „Gleichgewichts-Position“ bezeichnet.
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Für die Bestimmung der Patientenmasse führt die Steuereinheit
14 unter Ablauf des Programms
15 automatisch ein in
3 in schematischer Vereinfachung dargestelltes Verfahren durch. Die Steuereinheit
14 verfährt zunächst in einem ersten Verfahrensschritt
30 die Tischplatte
8 mit dem darauf gelagerten Patienten
2. Für jede Position X
i der Tischplatte
8 detektiert die Steuereinheit
14 mittels der Kraftsensoren
10a,
10b jeweils einen Kraftwert K
i bzw. L
i und vergleicht diese fortlaufend miteinander. In einem zweiten Verfahrensschritt
31 setzt die Steuereinheit
14 diejenige Position X
i gleich der Abgleich-Position X
A (X
i = X
A), an der sie für die beiden Kräfte K und L den gleichen Wert ermittelt und speichert diesen Wert als „Abgleich-Kraftwert“ K
A (K
i = L
i = K
A). In einem dritten Verfahrensschritt
32 bestimmt die Steuereinheit
14 die Patientenmasse im einfachsten Fall, indem sie den Abgleichkraftwert K
A mit einem Faktor 2 multipliziert, durch die Erdbeschleunigung (g = 9,81 ms
–2) dividiert und von dem Ergebnis die bekannte Masse der Tischplatte subtrahiert:
wobei m
P für die Patientenmasse und m
T für die Tischplattenmasse stehen.
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In 4 ist eine alternative Ausführungsform der Einrichtung 1 dargestellt. An dem Tischfuß 6 ist hier im Gegensatz zu der in 1 und 2 dargestellten Einrichtung 1 nur ein einzelner Kraftsensor, nämlich der Kraftsensor 10a, angebracht. Im Übrigen gleicht der Patiententisch 4 der Ausführungsform gemäß 1 und 2.
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Die Tischplatte 8 ist gemäß 4 in eine Null-Position X0 verschoben. In der Null-Position X0 ist der Gesamt-Schwerpunkt 22 genau über einem dem Ort des Kraftsensors 10a entgegengesetzten Ende des Tischfußes 6 angeordnet. Dadurch wirkt keine Kraft K an dem Ort des Kraftsensors 10. Mittels des Kraftsensors 10a wird somit ein Kraftwert K0 mit dem Wert Null ermittelt, wenn die Tischplatte 8 in der Null-Position X0 angeordnet ist. Durch die Bestimmung der Null-Position X0 ist die Position XG des Gesamt-Schwerpunkts 22 auf der Tischplatte 8 referenziert und dadurch insbesondere eine räumliche Beziehung zwischen der Position XG und dem Ort des Kraftsensors 10a hergestellt, insofern als aus der bekannten Länge des Tischfußes abgeleitet werden kann, dass sich der Gesamt-Schwerpunkt 22, in Tischlängsrichtung 12 gesehen, in den Abstand A zu dem Kraftsensor 10a befindet.
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Das Verfahren gemäß 3 oder 5 wird insbesondere automatisch durchgeführt, während die Tischplatte 8 für eine Bildaufnahme aus ihrer Ruhelage in die Modalität, insbesondere eine CT-Gantry, eingeschoben wird.
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Für die Bestimmung der Patientenmasse mittels der Einrichtung 1 gemäß 4 führt die Steuereinheit 14 ein in 5 in schematischer Vereinfachung dargestelltes Verfahren durch. Die Steuereinheit 14 verfährt hierbei zunächst in einem ersten Verfahrensschritt 35 die Tischplatte 8 mit dem darauf gelagerten Patienten 2, wobei sie wiederum für jede Position Xi mittels des Kraftsensors 10a jeweils einen Kraftwert Ki detektiert. In einem zweiten Verfahrensschritt 36 setzt die Steuereinheit 14 diejenige Position Xi der Tischplatte 8 gleich der Null-Position X0 (Xi = X0), an der sie für den Kraftwert Ki den Kraftwert K0, also Null, ermittelt (Ki = K0). Die Steuereinheit 14 verfährt anschließend in einem dritten Verfahrensschritt 37 die Tischplatte 8 von der Null-Position X0 um den Abstand A auf die Abgleich-Position XA, in der bei dieser Ausführungsform nun der Gesamt-Schwerpunkt 22 genau fluchtend über dem Ort des Kraftsensors 10a angeordnet ist. An dieser Abgleich-Position XA detektiert die Steuereinheit den Abgleich-Kraftwert KA, der nun direkt proportional zu Gesamt-Gewichtskraft G ist. In einem abschließenden vierten Verfahrensschritt 38 berechnet die Steuereinheit 14 aus dem Abgleich-Kraftwert KA die Patientenmasse, indem sie den Abgleich-Kraftwert KA durch die Erdbeschleunigung dividiert und die Tischplattenmasse abzieht.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen oder Verfahrensvarianten der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007060690 B4 [0005]
