DE102017214919A1 - An imaging medical device and method for operating an imaging medical device - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer bildgebenden medizinischen Einrichtung (1), insbesondere eines Computertomographen oder Magnetresonanztomographen, welche eine Eingabeeinheit (27) zur Erfassung einer Benutzereingabe und eine Steuereinheit (29) zum Steuern zumindest einer Funktion der bildgebenden medizinischen Einrichtung (1) nach Maßgabe der erfassten Benutzereingabe umfasst wird vorgeschlagen, dass die Eingabeeinheit (27) ein akustisches Sprachsignal (S) als Benutzereingabe erfasst und/oder erkennt und mittels einer Positionserfassungseinheit (25) die Lage eines Benutzer (B) bestimmt wird. Eine Steuerung der Funktion nach Maßgabe der Benutzereingabe wird in Abhängigkeit der bestimmten Position des Benutzers (B) freigegeben oder blockiert. Ferner wird eine bildgebende medizinische Einrichtung (1) vorgeschlagen, die insbesondere zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgebildet ist. In a method for operating an imaging medical device (1), in particular a computed tomography or magnetic resonance tomograph, which has an input unit (27) for detecting a user input and a control unit (29) for controlling at least one function of the imaging medical device (1) in accordance with detected user input is proposed that the input unit (27) detects and / or recognizes an acoustic speech signal (S) as a user input and by means of a position detection unit (25) the position of a user (B) is determined. Control of the function according to the user input is enabled or blocked depending on the particular position of the user (B). Furthermore, an imaging medical device (1) is proposed, which is designed in particular for carrying out such a method.
Description
Die Erfindung betrifft eine bildgebende medizinische Einrichtung, insbesondere einen Computertomographen oder Magnetresonanztomographen, mit einer Eingabeeinheit zur Erfassung einer Benutzereingabe und einer Steuereinheit zum Steuern zumindest einer Funktion der bildgebenden medizinischen Einrichtung nach Maßgabe der erfassten Benutzereingabe. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer derartig ausgestalteten bildgebenden medizinischen Einrichtung.The invention relates to an imaging medical device, in particular a computed tomography or magnetic resonance tomograph, with an input unit for detecting a user input and a control unit for controlling at least one function of the imaging medical device in accordance with the detected user input. The invention further relates to a method for operating such a designed medical imaging device.
Bildgebende medizinische Einrichtung, wie beispielsweise Magnetresonanztomographen oder bildgebende Röntgeneinrichtungen, insbesondere Computertomographen, die dazu ausgebildet sind, das Körperinnere eines Patienten zu erfassen, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Für gewöhnlich befindet sich der Patient zur Untersuchung auf einer Patientenliege, die typischerweise während der Untersuchung, insbesondere in horizontaler Richtung, verstellt werden muss, damit der relevante Untersuchungsbereich in seiner Gesamtheit erfasst werden kann. Die Patientenliege wird bei gängigen Ausführungen über Schaltelemente wie Knöpfe, Fußschalter oder dergleichen bedient, die nicht steril sind. Zudem ist zur Bedienung von sicherheitsrelevanten Funktionen der bildgebenden medizinischen Einrichtung, zu denen auch das Verstellen der Patientenliege zählt, ein Sicherungskanal regulatorisch vorgeschrieben.Imaging medical equipment, such as magnetic resonance imaging or X-ray imaging, in particular computed tomography, which are adapted to detect the interior of a patient's body, are well known in the art. Usually, the patient is located on a patient couch for examination, which typically has to be adjusted during the examination, especially in the horizontal direction, so that the relevant examination area in its entirety can be detected. The patient bed is operated in common designs on switching elements such as buttons, foot switches or the like, which are not sterile. In addition, a security channel is prescribed for the operation of safety-related functions of the medical imaging device, which includes the adjustment of the patient bed, regulatory.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine verbesserte bildgebende medizinische Einrichtung und einer verbessertes Verfahren zum Betrieb einer derartigen bildgebenden medizinischen Einrichtung anzugeben.The object of the invention is to specify an improved medical imaging device and an improved method for operating such an imaging medical device.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst durch Merkmale des Patentanspruchs 1. With regard to the method, the above-mentioned object is achieved by features of
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst durch Merkmale des Patentanspruchs 10.With regard to the device, the above-mentioned object is achieved by features of patent claim 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer bildgebenden medizinischen Einrichtung, insbesondere eines Computertomographen oder Magnetresonanztomographen, die eine Eingabeeinheit zur Erfassung einer Benutzereingabe und eine Steuereinheit zum Steuern zumindest einer Funktion der bildgebenden medizinischen Einrichtung nach Maßgabe der erfassten Benutzereingabe umfasst, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Eingabeeinheit ein akustisches Sprachsignal als Benutzereingabe erfasst und/oder erkennt. Zudem wird mittels einer Positionserfassungseinheit die Position eines Benutzers bestimmt und eine Steuerung der Funktion nach Maßgabe der Benutzereingabe in Abhängigkeit der bestimmten Position des Benutzers freigegeben oder blockiert.In a method for operating an imaging medical device, in particular a computed tomography or magnetic resonance tomograph, which comprises an input unit for detecting a user input and a control unit for controlling at least one function of the imaging medical device in accordance with the detected user input, it is provided according to the invention that the Input unit detects and / or recognizes an acoustic speech signal as user input. In addition, the position of a user is determined by means of a position detection unit and a control of the function is enabled or blocked in accordance with the user input in dependence on the specific position of the user.
Eine kontaktlose Sprachsteuerung von Funktionen, insbesondere von sicherheitsrelevanten Funktionen, der bildgebenden medizinischen Einrichtung nach Maßgabe eines erfassten bzw. erkannten Sprachsignals hat zunächst den Vorteil erhöhter Sterilität, Bedienkomfort und Bedieneffizienz. Des Weiteren basiert die Erfindung auf der Erkenntnis, dass ein Sicherheitskanal dadurch realisiert werden kann, wenn durch technische Maßnahmen sichergestellt ist, dass der Benutzer des Systems stets in Reichweite von Bedienelementen der bildgebenden medizinischen Einrichtung, insbesondere in Reichweite eines Not-Aus-Schalters ist, um den Vorgang gegebenenfalls rechtzeitig abbrechen zu können. Im Ergebnis schlägt die Erfindung vor, eine Positionsbestimmung bzw. Positionsüberwachung des Benutzers als Sicherheitskanal zu implementieren.Contactless voice control of functions, in particular of safety-relevant functions, of the imaging medical device in accordance with a detected or recognized voice signal initially has the advantage of increased sterility, ease of use and operating efficiency. Furthermore, the invention is based on the recognition that a safety channel can be realized if it is ensured by technical measures that the user of the system is always within reach of operating elements of the imaging medical device, in particular in the range of an emergency stop switch, if necessary, to be able to abort the process in good time. As a result, the invention proposes to implement a position determination or position monitoring of the user as a safety channel.
Vorzugsweise wird hierzu die Position des Benutzers im Raum fortlaufend, d. h. kontinuierlich überwacht. Falls die Positionserfassung bzw. -überwachung ergibt, dass der Benutzer bei Ausgabe des Sprachsignals sich weiter von der bildgebenden medizinischen Einrichtung, insbesondere weiter von dem Not-Aus-Schalter, befindet, als ein vorgegebener oder vorgebbarer Maximalabstand, so wird die Ausführung der mit dem Sprachsignal bzw. Sprachkommando assoziierten Steuerung blockiert. Der vorgebbare oder vorgegebene Maximalabstand kann beispielsweise 1 m betragen. Vorzugsweise wird dem Benutzer bei Blockierung bzw. Nichtausführung der Steuerung ein entsprechender Warnhinweis optisch oder akustisch, beispielsweise über einen Monitor, ein Display oder einem Lautsprecher, ausgegeben.Preferably, this is the position of the user in the room continuously, d. H. continuously monitored. If the position detection or monitoring shows that the user is further away from the imaging medical device, in particular farther from the emergency stop switch, when the speech signal is output, than the predetermined or specifiable maximum distance, the execution of the with the Voice signal or voice command associated control blocked. The predefinable or predetermined maximum distance can be, for example, 1 m. Preferably, when blocking or not executing the control, the user is given a corresponding warning either optically or acoustically, for example via a monitor, a display or a loudspeaker.
Die Erfassung der Position des Benutzers erfolgt bevorzugt berührungslos. Zur Positionserfassung kommen grundsätzlich verschiedene technische Realisierungen, wie Funk, Radar, Schall oder Ultraschall in Betracht.The detection of the position of the user is preferably carried out without contact. For position detection, fundamentally different technical implementations, such as radio, radar, sound or ultrasound come into consideration.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zur Bestimmung der Position des Benutzers das vom Benutzer ausgegebene akustische Sprachsignal an mehreren, räumlich voneinander getrennten Orten, insbesondere mittels Schallwandlern, Mikrofone oder dergleichen, als akustische Signale erfasst. In derartigen Ausführungsbeispielen dient das zur Steuerung der Funktion verwendete Sprachsignal gleichzeitig zur Ortung des Benutzers.In a preferred embodiment of the invention, to determine the position of the user, the acoustic speech signal output by the user is detected at several spatially separated locations, in particular by means of sound transducers, microphones or the like, as acoustic signals. In such embodiments, the speech signal used to control the function is also used to locate the user.
Bevorzugt werden zumindest drei akustische Signale zur Bestimmung der Position des Benutzers hinsichtlich ihrer Laufzeit- und/oder Phasendifferenz ausgewertet. Besonders bevorzugt erfolgt die Auswertung der zumindest drei akustischen Signale mit Hilfe von Methoden der Hyperbelnavigation.At least three acoustic signals are preferred for determining the position of the user evaluated in terms of their transit time and / or phase difference. Particularly preferably, the evaluation of the at least three acoustic signals is carried out with the aid of methods of hyperbola navigation.
Die Auswertung kann beispielsweise unter der vereinfachenden Annahme erfolgen, dass die Position der Schallquelle, also die Position des zu ortenden Benutzers, auf einer bestimmten zweidimensionalen Ebene liegt. Hierzu kann beispielsweise die Auswertung unter der vereinfachenden Annahme erfolgen, dass sich die Schallquelle -in der Regel das Sprachorgan des Benutzers- in einer parallel zum Boden verlaufenden, horizontalen Ebene, insbesondere im Abstand von etwa 1,60 m bis 1,80 m zum Boden, befindet. Die Punkte, die einem bestimmten Wert für die Laufzeit- bzw. Phasendifferenz entsprechen, liegen in diesem zweidimensionalen Fall auf einer Hyperbel. Die Position des Benutzers kann dann eindeutig ermittelt werden, wenn drei akustische Signale, welche an unterschiedlichen Orten erfasst wurden, hinsichtlich seiner Laufzeit- und/oder Phasendifferenz insbesondere paarweise ausgewertet werden. Die gesuchte Position des Benutzers ergibt sich als Schnittpunkt der Hyperbeln, die zu den ermittelten Werten für die entsprechenden Laufzeit- bzw. Phasendifferenzen korrespondieren. Die Bestimmung dieses, die Position des Benutzers bzw. der Schallquelle bestimmenden Schnittpunkts, erfolgt in einer möglichen Implementierung vorzugsweise mittels geeigneter analytischer oder numerischer Methoden der Fehlerminimierung, beispielsweise durch Anwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate.The evaluation can be made, for example, under the simplifying assumption that the position of the sound source, that is to say the position of the user to be located, lies on a specific two-dimensional plane. For this purpose, for example, the evaluation can be made under the simplifying assumption that the sound source -in the rule the user's speech organ- is in a horizontal plane parallel to the floor, in particular at a distance of about 1.60 m to 1.80 m from the floor , is located. The points that correspond to a certain value for the transit time or phase difference lie on a hyperbola in this two-dimensional case. The position of the user can then be unambiguously determined if three acoustic signals which were detected at different locations are evaluated in pairs, in particular, with regard to their transit time and / or phase difference. The sought-after position of the user results as the intersection of the hyperbolas that correspond to the determined values for the corresponding transit time or phase differences. The determination of this, the position of the user or the sound source determining intersection, is preferably carried out in a possible implementation by means of suitable analytical or numerical methods of error minimization, for example by applying the method of least squares.
Die Signalerfassung erfolgt insbesondere an Erfassungsorten, die von den Positionen der Schallwandler, insbesondere Mikrofone im Raum vorgegeben sind. Bevorzugt korrespondieren die zur Auswertung herangezogenen akustischen Signale zu keiner kollinearen Anordnung der Erfassungsorte. Besonders bevorzugt korrespondieren die zumindest drei zur Auswertung verwendeten akustischen Signale zu einer orthogonalen Anordnung, d. h. einer Anordnung, bei der die Verbindungslinien zwischen den Erfassungsorten der drei auszuwertenden akustischen Signale in zumindest einer Ebene ein rechtwinkliges Dreieck oder zumindest näherungsweise ein rechtwinkliges Dreieck bilden. Als näherungsweise rechtwinkliges Dreieck wird im Rahmen dieser Spezifikation insbesondere ein Dreieck angesehen, dessen größter Winkel einen Wert zwischen 70° bis 120°, bevorzugt zwischen 80° bis 110° annimmt.The signal detection takes place in particular at detection locations, which are predetermined by the positions of the sound transducer, in particular microphones in the room. Preferably, the acoustic signals used for the evaluation do not correspond to a collinear arrangement of the detection locations. Particularly preferably, the at least three acoustic signals used for the evaluation correspond to an orthogonal arrangement, i. H. an arrangement in which the connecting lines between the detection locations of the three acoustic signals to be evaluated form a right-angled triangle or at least approximately a right-angled triangle in at least one plane. In the context of this specification, an approximately right-angled triangle is in particular a triangle whose largest angle assumes a value between 70 ° and 120 °, preferably between 80 ° and 110 °.
Die Auswertung mit Hilfe von Methoden der Hyperbelnavigation kann auch im dreidimensionalen Raum, d. h. insbesondere ohne die vereinfachende Annahme, dass der zu lokalisierende Ort in einer zweidimensionalen Ebene liegt, erfolgen. In diesem Fall sind die Punkte, die einem bestimmten Wert für die Laufzeit- bzw. Phasendifferenz zweier akustischer Signale entsprechen, von Hyperboloiden vorgegeben. Um in diesem dreidimensionalen Fall zu einer eindeutigen Ortsbestimmung der Schallquelle, also der Position des Benutzers, zu gelangen, ist die Auswertung von zumindest vier akustischen Signalen erforderlich. Die Position der Schallquelle ist im theoretischen Idealfall von einem Schnittpunkt dieser vier Hyperboloiden vorgegeben. Die in einer konkreten praktischen Anwendung zu erwartenden Abweichungen werden bevorzugt mittels der bereits genannten Methoden der Fehlerminimierung berücksichtigt.The evaluation by means of methods of hyperbola navigation can also in three-dimensional space, d. H. in particular without the simplifying assumption that the location to be localized lies in a two-dimensional plane. In this case, the points which correspond to a specific value for the transit time or phase difference of two acoustic signals are given by hyperboloids. In order to arrive in this three-dimensional case to a clear location of the sound source, ie the position of the user, the evaluation of at least four acoustic signals is required. The position of the sound source is given in the theoretical ideal case of an intersection of these four hyperboloids. The deviations to be expected in a concrete practical application are preferably taken into account by means of the already mentioned methods of error minimization.
Bevorzugt wird eine Untermenge von an verschiedenen Orten erfassten akustischen Signalen anhand ihrer Laufzeit zur Auswertung ausgewählt. Insbesondere wird vorgeschlagen, diejenigen akustischen Signale zur Auswertung auszuwählen, bei denen die ermittelte Laufzeit minimal ist und somit einen kürzeren Abstand zum Benutzer anzeigen. Auf diese Art und Weise kann erreicht werden, dass die Auswertung auf diejenigen akustischen Signale beschränkt wird, bei denen das Signal-RauschVerhältnis optimal ist. Ferner lässt sich im Allgemeinen anhand dieser Betrachtungen der zumindest wahrscheinliche Aufenthaltsort des Benutzers eingrenzen, da kürzere Laufzeiten mit kürzeren räumlichen Abständen korreliert sind. Abhängig von der räumlichen Konfiguration bzw. Anordnung der Schallwandler kann daher die Auswahl der geeigneten akustischen Signale beispielsweise im Rahmen einer Art Seitendetektion bestimmt werden, bei der zusätzlich abgeschätzt wird, auf welcher Seite sich der Benutzer bezüglich der bildgebenden medizinischen Einrichtung voraussichtlich aufhält.Preferably, a subset of acoustic signals detected at different locations is selected for evaluation on the basis of their transit time. In particular, it is proposed to select those acoustic signals for evaluation in which the determined transit time is minimal and thus indicate a shorter distance to the user. In this way it can be achieved that the evaluation is limited to those acoustic signals in which the signal-to-noise ratio is optimal. Furthermore, it is generally possible to narrow down the at least probable location of the user on the basis of these considerations, since shorter run times are correlated with shorter spatial distances. Depending on the spatial configuration or arrangement of the sound transducers, therefore, the selection of suitable acoustic signals can be determined, for example, in the context of a type of side detection in which it is additionally estimated on which side the user is likely to be in relation to the imaging medical device.
In Ausgestaltung werden die zur Erfassung der akustischen Signale vorgesehenen Schallwandler und/oder Mikrofone insbesondere zeitsynchron betrieben. Zur Ermittlung der Laufzeit- und/oder Phasendifferenz werden die akustischen Signale insbesondere paarweise miteinander verglichen. Der Vergleich von jeweils zwei akustischen Signalen kann beispielsweise mit Hilfe einer Kreuzkorrelationsfunktion, optional nach einer geeigneten Filterung und/oder Normierung erfolgen. Die optionale Filterung und/oder Normierung kann insbesondere primär zur Signalaufbereitung dienen, da die zu vergleichenden akustischen Signale im Allgemeinen hinsichtlich ihres Spektrums, der darin enthaltenen Energie und/oder des Echoanteils unterschiedlich sind. Der Ausschluss von akustischen Signalen, die an einem räumlich weiter vom Benutzer entfernten Ort erfasst worden sind und somit im Allgemeinen ein schlechteres Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, dient vorteilhafter Weise zur Fehlerminimierung und zur Vereinfachung der Auswertung. Zur Auswahl der zur Auswertung geeigneten akustischen Signale können beispielsweise Plausibilitätserwägungen herangezogen werden, damit nicht alle erfassten akustischen Signale vollumfänglich berücksichtigt werden müssen. So kann beispielsweise anhand einer Auswertung von zwei akustischen Signalen unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Laufzeit und anhand von Plausibilitätserwägungen abgeschätzt werden, in welchem Raumbereich sich der Benutzer, insbesondere bezüglich der bildgebenden medizinischen Einrichtung, voraussichtlich befindet. Hierzu kann beispielsweise abgeschätzt werden, auf welcher Seite sich der Benutzer bezüglich der bildgebenden medizinischen Einrichtung im Raum befindet. Die Gültigkeit dieser Plausibilitätsannahme, d. h. die Gültigkeit der Annahme, dass sich der Benutzer im eingeschränkten Raumbereich aufhält, kann insbesondere stichprobenartig dadurch überprüft werden, dass ein von der Auswertung ausgeschlossenes akustisches Signal mit einem zur Auswertung vorgesehenes akustisches Signal hinsichtlich der Phasen- und/oder Laufzeitdifferenz, beispielsweise unter Verwendung der vorstehend bereits genannten Kreuzkorrelationsfunktion, verglichen wird. Da sich der Benutzer im Raum bewegen kann, wird die Gültigkeit der Annahme, dass sich der Benutzer in einem bestimmten eingeschränkten Raumbereich aufhält, vorzugsweise fortlaufend oder in regelmäßigen Intervallen, besonders bevorzugt automatisch im Hintergrund mit niedriger Priorität, überprüft und die Auswahl der zur Auswertung vorgesehenen akustischen Signale gegebenenfalls entsprechend angepasst.In an embodiment, the sound transducers and / or microphones provided for detecting the acoustic signals are operated in particular in a time-synchronized manner. To determine the transit time and / or phase difference, the acoustic signals are compared in particular in pairs. The comparison of two acoustic signals can be done, for example, by means of a cross-correlation function, optionally after a suitable filtering and / or normalization. The optional filtering and / or standardization can be used primarily for signal processing, since the acoustic signals to be compared are generally different with regard to their spectrum, the energy contained therein and / or the echo component. The exclusion of acoustic signals that have been detected at a location further away from the user and thus generally have a poorer signal-to-noise ratio is advantageously used to minimize errors and to simplify the evaluation. To select the suitable for evaluation acoustic signals, for example, plausibility considerations can be used, so that not all detected acoustic signals must be fully taken into account. Thus, for example, based on an evaluation of two acoustic signals taking into account their respective transit time and on the basis of plausibility considerations, it can be estimated in which spatial area the user, in particular with regard to the imaging medical device, is expected to be located. For this purpose, for example, it can be estimated on which side the user is in the room with regard to the imaging medical device. The validity of this plausibility assumption, ie the validity of the assumption that the user resides in the restricted spatial area, can be checked in particular by random sampling in that an acoustic signal excluded from the evaluation has an acoustic signal provided for evaluation with regard to the phase and / or transit time difference , for example, using the above-mentioned cross-correlation function is compared. Since the user can move in the room, the validity of the assumption that the user is in a certain restricted space area is preferably checked continuously or at regular intervals, more preferably automatically in the low priority background, and the selection of those intended for evaluation If necessary, the acoustic signals are adjusted accordingly.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Auswertung der akustischen Signale, insbesondere zur Bestimmung der Position des Benutzers, ist vorzugsweise als Software in einer Auswerteelektronik implementiert, die insbesondere zumindest einen Prozessor, integrierten Schaltkreis, Mikroprozessor, Mikrocontroller und/oder Mikrochip umfasst.The above-described method for evaluating the acoustic signals, in particular for determining the position of the user, is preferably implemented as software in evaluation electronics, which in particular comprises at least one processor, integrated circuit, microprocessor, microcontroller and / or microchip.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, zur Bestimmung der Position des Benutzers zumindest ein Kamerabild, insbesondere unter Verwendung eines Objekterkennungsverfahrens, auszuwerten. Es wird vorgeschlagen, insbesondere alternativ oder zusätzlich zu einer Ortung des Benutzers mit Hilfe von erfassten Schallwellen, den Bereich um die bildgebende medizinische Einrichtung, optisch, beispielsweise mittels Kameras, zu erfassen und die Position des Benutzers mit Hilfe von Methoden bzw. Verfahren der Objekterkennung in den optisch erfassten Bildern zu ermitteln. Hierzu geeignete Objekterkennungsverfahren sind beispielsweise aus dem Bereich der Personenerkennung bekannt. Derartige Verfahren können beispielsweise als Software in einer Auswerteelektronik, insbesondere in einem Prozessor, integriertem Schaltkreis, Mikroprozessor, Mikrocontroller und/oder Mikrochip implementiert sein. Die zur Erfassung von Kamerabildern vorgesehene Kamera oder Kameras sind vorzugsweise dazu ausgebildet, den optisch sichtbaren Spektralbereich und/oder einen im Infrarot liegenden Spektralbereich zu erfassen.In an embodiment, at least one camera image, in particular using an object recognition method, is evaluated to determine the position of the user. It is proposed, in particular alternatively or in addition to locating the user with the aid of detected sound waves, to detect the area around the imaging medical device optically, for example by means of cameras, and to determine the position of the user with the aid of methods or methods of object recognition determine the optically captured images. For this purpose, suitable object recognition methods are known for example from the field of person recognition. Such methods can be implemented, for example, as software in evaluation electronics, in particular in a processor, integrated circuit, microprocessor, microcontroller and / or microchip. The camera or cameras provided for capturing camera images are preferably designed to detect the optically visible spectral range and / or a spectral range lying in the infrared.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, zur Bestimmung der Position des Benutzers zumindest ein Funk- oder Radarsignal, insbesondere unter Ermittlung oder Berechnung von Laufzeiten (engl.: time of flight) oder unter Berücksichtigung einer erfassten Signal- oder Feldstärke, auszuwerten. Insbesondere ist vorgesehen, am Benutzer reflektierte Radarsignale zu erfassen und zur Ortung des Benutzers auszuwerten. Insbesondere bei mehreren Sendeeinheiten, die Funk- oder Radarsignale emittieren, ist vorgesehen, zur Auswertung Methoden der Trilateration anzuwenden.In an embodiment, for determining the position of the user, at least one radio or radar signal is evaluated, in particular by determining or calculating transit times (time of flight) or taking into account a detected signal or field strength. In particular, it is provided to detect the user reflected radar signals and to evaluate the location of the user. In particular, in the case of a plurality of transmission units which emit radio signals or radar signals, methods of trilateration are used for the evaluation.
In Ausgestaltung wird vorgeschlagen, zur Bestimmung der Position des Benutzers zumindest ein auf eine vorgegebene oder vorgebare Übertragungsdistanz kalibriertes Funk- oder Radarsignal zu empfangen und auszuwerten. Zum Aussenden derartiger kalibrierter Funk- bzw. Radarsignale ausgebildete Sendeeinheiten sind beispielsweise als Beacons, insbesondere Bluetooth-Beacons (auch: bluetooth low energy beacon) bekannt und finden bereits im Bereich der Indoor-Navigation Verwendung. Als kalibriertes Funk- oder Radarsignal im Sinne der vorliegenden Spezifikation wird ein solches angesehen, bei dem mit dem Funk- bzw. Radarsignal eine Zusatzinformation übertragen wird, aus der ableitbar ist, zu welcher Übertragungsdistanz eine erfasste Signal- und/oder Feldstärke korrespondiert.In an embodiment, it is proposed to receive and evaluate at least one calibrated to a predetermined or vorgebare transmission distance radio or radar signal to determine the position of the user. Transmitting units designed to emit such calibrated radio or radar signals are known, for example, as beacons, in particular Bluetooth beacons (also known as bluetooth low energy beacons), and are already being used in the field of indoor navigation. A calibrated radio or radar signal in the sense of the present specification is considered to be one in which additional information is transmitted with the radio or radar signal, from which it can be deduced to which transmission distance a detected signal and / or field strength corresponds.
Bevorzugt wird das zumindest eine, insbesondere kalibrierte, Funk- bzw. Radarsignal von einer am Benutzer angeordneten Sendeeinheit ausgesendet und von einer ortsfest installierten, insbesondere an einem Gehäuse der bildgebenden medizinischen Einrichtung angeordneten Empfangseinheit empfangen. Alternativ hierzu wird das zumindest eine, insbesondere kalibrierte, Funk- bzw. Radarsignal von einer ortsfest installierten, insbesondere an einem Gehäuse der bildgebenden medizinischen Einrichtung angeordneten Sendeeinheit ausgesendet und von einer am Benutzer angeordneten Empfangseinheit empfangen.Preferably, the at least one, in particular calibrated, radio or radar signal is transmitted by a transmitter unit arranged on the user and received by a stationary installed, in particular arranged on a housing of the imaging medical device receiving unit. Alternatively, the at least one, in particular calibrated, radio or radar signal is transmitted from a stationarily installed, in particular arranged on a housing of the imaging medical device transmitting unit and received by a user arranged on the receiving unit.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, mehrere ortsfest installierte, insbesondere mehrere an einem Gehäuse der bildgebenden medizinischen Einrichtung angeordnete Sendeeinheiten zum Aussenden von Funk- oder Radarsignalen, insbesondere von kalibrierten Funk- oder Radarsignalen, vorzusehen. In diesem Fall erfolgt die Ortung bevorzugt ergänzend anhand von Trilateration.In an embodiment, it is provided to provide a plurality of stationarily installed, in particular a plurality of transmission units arranged on a housing of the imaging medical device for emitting radio or radar signals, in particular calibrated radio or radar signals. In this case, the location is preferably complemented by trilateration.
Die in Abhängigkeit des erfassten und/oder erkannten Sprachsignals gesteuerte Funktion betrifft vorzugsweise eine sicherheitsrelevante Funktion, insbesondere eine Lageverstellung der Patientenliege der bildgebenden medizinischen Einrichtung.The function controlled in dependence on the detected and / or recognized speech signal preferably relates to a safety-relevant function, in particular a positional adjustment of the patient couch of the imaging medical device.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, die Steuerung der Funktion, insbesondere der Lageverstellung der Patientenliege, derart zu implementieren, dass keine unmittelbare automatische Ausführung der Steuerung nach Maßgabe des Sprachsignals erfolgt. Vielmehr wird die eigentliche Steuerung der insbesondere sicherheitsrelevanten Funktion erst bei mechanischer oder manueller Betätigung eines Schaltelements wie beispielsweise einem Fußschalter ausgelöst. Das Schaltelement fungiert hier im Sinne einer Positionserfassungseinheit, da der Benutzer sich zwangsläufig in unmittelbarer Nähe zum Schaltelement befinden muss, um diesen händisch oder mit seinem Fuß betätigen zu können. In an embodiment, it is provided to implement the control of the function, in particular the positional adjustment of the patient couch, in such a way that no direct automatic execution of the control takes place in accordance with the speech signal. Rather, the actual control of the particular safety-relevant function is triggered only with mechanical or manual actuation of a switching element such as a footswitch. The switching element acts here in the sense of a position detection unit, since the user must necessarily be located in close proximity to the switching element in order to operate it manually or with his foot can.
Die Erfindung betrifft ferner eine bildgebende medizinische Einrichtung, beispielsweise einen Computertomographen oder Magnetresonanztomographen, die insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.The invention further relates to an imaging medical device, for example a computed tomography or magnetic resonance tomograph, which is designed in particular for carrying out the method described above.
Die bildgebende medizinische Einrichtung umfasst die Eingabeeinheit zur Erfassung der Benutzereingabe und die Steuereinheit zum Steuern der zumindest einen Funktion der bildgebenden medizinischen Einrichtung in Abhängigkeit der erfassten Benutzereingabe. Gemäß der Erfindung ist die Eingabeeinheit dazu ausgebildet, das akustische Sprachsignal als Benutzereingabe zu erfassen und/oder zu erkennen. Die Positionserfassungseinheit zur Bestimmung der Position des Benutzers steht mit der Steuereinheit in einer derartigen Wirkverbindung, dass die Steuerung der zumindest einen Funktion nur bei Freigabe seitens der Positionserfassungseinheit erfolgt. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Steuerung der zumindest einen, insbesondere sicherheitsrelevanten, Funktion nach Maßgabe des erfassten bzw. erkannten Sprachsignals erst nach Empfang eines seitens der Positionserfassungseinheit generierten Freigabesignals ausführt.The imaging medical device comprises the input unit for detecting the user input and the control unit for controlling the at least one function of the imaging medical device as a function of the detected user input. According to the invention, the input unit is designed to detect and / or recognize the acoustic speech signal as user input. The position detection unit for determining the position of the user is in operative connection with the control unit such that the control of the at least one function takes place only when the position detection unit releases it. For this purpose, it can be provided, for example, that the control unit is designed to execute the control of the at least one, in particular safety-relevant, function in accordance with the detected or recognized speech signal only after receipt of an enable signal generated by the position detection unit.
Die Eingabeeinheit ist zur Erkennen des Sprachsignals insbesondere mit einer Auswerteelektronik ausgestattet, in der eine entsprechende Spracherkennungssoftware implementiert ist. Die Auswerteelektronik der Eingabeeinheit umfasst insbesondere zumindest einen Prozessor, integrierten Schaltkreis, Mikroprozessor, Mikrocontroller und/oder Mikrochip.The input unit is equipped to detect the speech signal in particular with an evaluation in which a corresponding speech recognition software is implemented. The evaluation of the input unit comprises in particular at least one processor, integrated circuit, microprocessor, microcontroller and / or microchip.
In Ausgestaltung ist die Positionserfassungseinheit dazu ausgebildet, die Position des Benutzers anhand einer Auswertung von mittels Schallwandler und/oder Mikrofone erfassten akustischen Signalen zu bestimmen. Die Schallwandler bzw. Mikrophone sind an verschiedenen Positionen im Raum, insbesondere in oder an einem Gehäuse der bildgebenden medizinischen Einrichtung oder außerhalb des Gehäuses der bildgebenden medizinischen Einrichtung angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Schallwandler bzw. Mikrophone derart angeordnet, dass der gesamte Raum, in dem sich die bildgebende medizinische Einrichtung befindet, hinsichtlich Schallquellen überwacht werden kann.In an embodiment, the position detection unit is configured to determine the position of the user on the basis of an evaluation of acoustic signals detected by means of sound transducers and / or microphones. The sound transducers or microphones are arranged at different positions in the room, in particular in or on a housing of the imaging medical device or outside the housing of the medical imaging device. Particularly preferably, the sound transducers or microphones are arranged such that the entire room in which the medical imaging device is located can be monitored with regard to sound sources.
In Ausgestaltung sind zur Erfassung der Position des Benutzers zumindest drei Schallwandler bzw. Mikrofone in einer nicht kollinearen Anordnung vorgesehen. Wie bereits beschrieben, sind nicht kollineare Anordnungen bzw. insbesondere orthogonale Anordnungen zu bevorzugen, da diese ermöglichen, die Position der Schallquelle mit erhöhter Genauigkeit zu erfassen.In an embodiment, at least three sound transducers or microphones are provided in a non-collinear arrangement for detecting the position of the user. As already described, non-collinear arrangements or, in particular, orthogonal arrangements are to be preferred since these make it possible to detect the position of the sound source with increased accuracy.
Hierzu ist besonders bevorzugt vorgesehen, die zumindest drei Schallwandler bzw. Mikrofone derart anzuordnen, dass die Verbindungslinien zwischen den zumindest drei Schallwandlern bzw. Mikrofonen in zumindest einer Ebene zumindest näherungsweise ein rechtwinkliges Dreieck derart bilden, dass der größte Winkel im Dreieck einen Wert zwischen 70° bis 120°, bevorzugt zwischen 80° bis 110° annimmt.For this purpose, it is particularly preferred to arrange the at least three transducers or microphones such that the connecting lines between the at least three transducers or microphones at least approximately form a right-angled triangle in at least one plane such that the largest angle in the triangle is between 70 ° to 120 °, preferably assumes between 80 ° to 110 °.
In Ausgestaltung ist eine zur Erfassung der Position einer Schallquelle redundante Anzahl von Schallwandlern, insbesondere mehr als drei Schallwandler, beispielsweise 5 oder 6 Schallwandler, vorgesehen. Insbesondere ist vorgesehen, eine zur Erfassung der Position einer einzigen Schallquelle redundante Anzahl von Schallwandlern vorzusehen. Die minimale Anzahl der Schallwandler, die zur Ortung einer Schallquelle nötig sind, hängt insbesondere davon ab, ob, wie bereits beschrieben, eine Ortung im dreidimensionalen Raum oder in einer zweidimensionalen Ebene erfolgen soll. Bei einer vollständigen Ortung im dreidimensionalen Raum sind im Allgemeinen zumindest vier geeignet angeordnete Schallwandler erforderlich. Bei einer Ortung in einer zweidimensionalen Ebene sind im Allgemeinen lediglich drei Schallwandler notwendig, sofern diese, wie bereits beschrieben, im Raum geeignet angeordnet sind. Durch das Vorsehen einer zur Ortung der Schallquelle redundante Anzahl von Schallwandlern bzw. Mikrofonen kann vorteilhafter Weise eine bessere Raumabdeckung erzielt werden. Besonders bevorzugt werden zur Ortung der Schallquelle bzw. des Benutzers lediglich eine reduzierte, insbesondere zur Ortung minimale Anzahl von akustischen Signalen, die von den einzelnen Schallwandlern an unterschiedlichen Raumpunkten erfasst werden, ausgewertet. Die Auswahl der Schallwandler, die bei der Auswertung berücksichtigt werden, erfolgt bevorzugt anhand der bereits beschriebenen Vorgehensweise.In an embodiment, a redundant number of sound transducers, in particular more than three sound transducers, for example 5 or 6 transducers, is provided for detecting the position of a sound source. In particular, it is provided to provide a redundant for the detection of the position of a single sound source number of transducers. The minimum number of sound transducers that are necessary for locating a sound source depends in particular on whether, as already described, a location in three-dimensional space or in a two-dimensional plane is to take place. In a complete location in three-dimensional space generally at least four suitably arranged transducers are required. When locating in a two-dimensional plane, generally only three sound transducers are necessary, as long as these, as already described, are suitably arranged in space. By providing a redundant for locating the sound source number of transducers or microphones can be achieved advantageously better coverage. Particularly preferred for locating the sound source or the user only a reduced, in particular for locating a minimum number of acoustic signals that are detected by the individual transducers at different spatial points, evaluated. The selection of the sound transducer, which are taken into account in the evaluation, is preferably carried out using the procedure already described.
In Ausgestaltung ist zumindest ein Schallwandler in oder an einem Gehäuse der bildgebenden medizinischen Einrichtung, beispielsweise an einer Erfassungseinheit der bildgebenden medizinischen Einrichtung mit einem tunnelähnlichen Untersuchungsbereich und/oder an einer Patientenliege, insbesondere in einem unteren Fußbereich der Patientenliege, angeordnet.In an embodiment, at least one sound transducer in or on a housing of the imaging medical device, for example on a detection unit of the imaging medical device with a tunnel-like Examination area and / or on a patient bed, especially in a lower foot of the patient bed, arranged.
In Ausgestaltung umfasst die Positionserfassungseinheit zumindest eine Kamera zur optischen Erfassung eines die bildgebende medizinische Einrichtung umgebenden Bereichs. Die Bestimmung der Position des Benutzers erfolgt bei dieser Ausführung insbesondere anhand der erfassten Kamerabilder unter Verwendung der bereits genannten Objekterkennung.In an embodiment, the position detection unit comprises at least one camera for optically detecting a region surrounding the imaging medical device. The determination of the position of the user takes place in this embodiment, in particular based on the captured camera images using the aforementioned object detection.
In Ausgestaltung umfasst die Positionserfassungseinheit zumindest eine Sendeeinheit zum Senden eines Funk- oder Radarsignals, insbesondere eines kalibrierten Funk- oder Radarsignals, und zumindest eine Empfangseinheit zum Empfangen des Funk- bzw. Radarsignals. Die zumindest eine Sendeeinheit ist beispielsweise ein tragbares Gerät, welches der Benutzer bei sich trägt, und das Empfangseinheit ortsfest, insbesondere seitens der bildgebenden medizinischen Einrichtung vorgesehen. In anderen Ausführungsbeispielen ist die zumindest eine Empfangseinheit ein tragbares Gerät, welches der Benutzer bei sich trägt, und die Sendeeinheit ortsfest, insbesondere seitens der bildgebenden medizinischen Einrichtung vorgesehen. In wiederum anderen Ausführungsbeispielen sind mehrere Sende- und/oder Empfangseinheiten für Radarsignale ortsfest, insbesondere seitens der bildgebenden medizinischen Einrichtung installiert. In diesem Fall erfolgt die Ortung des Benutzers vorzugsweise anhand einer Auswertung von an dem Benutzer reflektierten Radarsignalen bzw. -wellen.In an embodiment, the position detection unit comprises at least one transmitting unit for transmitting a radio or radar signal, in particular a calibrated radio or radar signal, and at least one receiving unit for receiving the radio or radar signal. The at least one transmitting unit is, for example, a portable device, which the user carries with him, and the receiving unit is stationary, in particular provided by the imaging medical device. In other embodiments, the at least one receiving unit is a portable device, which the user carries with him, and the transmitting unit fixed, in particular provided by the imaging medical device. In yet other embodiments, multiple transmitting and / or receiving units for radar signals are stationary, in particular installed by the imaging medical device. In this case, the locating of the user preferably takes place on the basis of an evaluation of radar signals or waves reflected at the user.
Es versteht sich, dass sich die unterschiedlichen Ausführungsformen betreffend die Ortung des Benutzers anhand von Schall, Radar oder anhand von erfassten Kamerabildern nicht gegenseitig ausschließen. Bevorzugt werden verschiedene Modalitäten zur Ortung des Benutzers, die insbesondere auf verschiedene physikalische Wirkprinzipien, also insbesondere Schall, Radar und/oder optischer Erfassung, beruhen, miteinander kombiniert, um die Ausfallssicherheit und/oder die Genauigkeit der Positionserfassung zu erhöhen.It is understood that the different embodiments relating to the location of the user on the basis of sound, radar or on the basis of captured camera images are not mutually exclusive. Preferably, various modalities for locating the user, which are based in particular on different physical principles of action, ie in particular sound, radar and / or optical detection, are combined with one another in order to increase the reliability and / or the accuracy of the position detection.
Softwareimplementierungen, insbesondere in Elektronikkomponenten wie etwa der vorstehend genannten Auswerteelektronik, sind bevorzugt in einem nichtflüchtigem bzw. persistentem Speichermedium realisiert.Software implementations, in particular in electronic components such as the evaluation electronics mentioned above, are preferably realized in a non-volatile or persistent storage medium.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden.The above-described characteristics, features, and advantages of the invention, as well as the manner in which they will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments which will be described with reference to the drawings.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die in den Zeichnungsfiguren gezeigten Ausführungsbeispiele verwiesen. Es zeigen in einer schematischen Darstellung:
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1 : eine bildgebende medizinische Einrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Frontansicht; -
2 : Komponenten der bildgebenden medizinischen Einrichtung des ersten Ausführungsbeispiels; -
3 : eine bildgebende medizinische Einrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Frontansicht; -
4 : Komponenten der bildgebenden medizinischen Einrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels; -
5 bildgebende medizinische Einrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Frontansicht; -
6 : Komponenten der bildgebenden medizinischen Einrichtung des dritten Ausführungsbeispiels;
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1 : An imaging medical device according to a first embodiment of the invention in a schematic front view; -
2 : Components of the medical imaging device of the first embodiment; -
3 : An imaging medical device according to a second embodiment of the invention in a schematic front view; -
4 : Components of the medical imaging device of the second embodiment; -
5 imaging medical device according to a third embodiment of the invention in a schematic front view; -
6 : Components of the medical imaging device of the third embodiment;
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Im Bereich des tunnelförmigen Untersuchungsbereiches
Die bildgebende medizinische Einrichtung
Komponenten der bildgebenden medizinischen Einrichtung
Mit entsprechenden Schnittstellen zu den Schallwandlern
Zumindest einer der Schallwandler
Die Steuereinheit
Beim Betrieb der bildgebenden medizinischen Einrichtung
Alle fünf von den Schallwandlern
In einem ersten Schritt wird aus den akustischen Signalen abgeleitet, in welchem Raumbereich sich der Benutzer
Die von dem Schallwandlern
Da der Benutzer
As the user
Die eigentliche Positionsbestimmung erfolgt anhand der Hyperbelnavigation. Hierzu kommen prinzipiell zumindest zwei Varianten für die Positionsbestimmung in Betracht: The actual position determination is based on the hyperbola navigation. In principle, at least two variants for the position determination come into consideration:
Gemäß einer Variante erfolgt eine zweidimensionale Positionsermittlung, d. h. es wird im Wesentlichen angenommen, dass sich die zu lokalisierende Schallquelle, in Regel also das Sprachorgan des Benutzers
Eine Hyperbel beschreibt in einer zweidimensionalen Ebene diejenige geometrische Orte, die von zwei bestimmten, in der Ebene liegenden Punkten, die in dem hier betrachteten Fall von den Positionen der beiden betrachteten Schallwandler vorgegeben sind, eine konstante Abstandsdifferenz aufweisen.A hyperbola describes in a two-dimensional plane those geometric locations which have a constant distance difference from two specific in-plane points, which in the case under consideration are predetermined by the positions of the two considered sound transducers.
Ist die Laufzeitdifferenz von zwei akustischen Signalen bekannt, die von an unterschiedlichen Positionen angeordneten Schallwandlern, beispielsweise von den Schallwandlern
Wird ein weiteres akustisches Signal, welches von einem weiteren, an einem anderen Ort angeordneten Schallwandler, beispielsweise Schallwandler
Betrachtet man alle möglichen Kombinationen, so ergeben sich streng genommen bei drei unterschiedlichen Erfassungsorten und bekannten Laufzeitdifferenzen auch drei Hyperbeln, auf denen die Schallquelle zu lokalisieren ist. Mit anderen Worten ergibt sich somit eigentlich ein überbestimmtes System und damit drei Lösungen für die Position der zu lokalisierenden Schallquelle. Dieser Problematik kann durch eine geeignete Strategie zur Fehlerminimierung bei der Schnittpunktbestimmung begegnet werden.Considering all possible combinations, strictly speaking, there are also three hyperbolas at three different detection locations and known time differences, on which the sound source is to be located. In other words, this actually results in an over-determined system and thus three solutions for the position of the sound source to be located. This problem can be addressed by a suitable strategy for minimizing errors in the determination of the intersection point.
Gemäß einer weiteren Variante erfolgt die Positionsbestimmung im dreidimensionalen Raum. Das Prinzip ist jedoch identisch zur Positionsbestimmung in der zweidimensionalen Ebene, allerdings sind nun die geometrischen Orte, die zu einer konstanten Abstandsdifferenz korrespondieren, nicht von Hyperbeln vorgegeben, sondern von Hyperboloiden, insbesondere von zweischaligen Hyperboloiden. Der gesuchte Ort, also die Position der Schallquelle bzw. des Benutzers, wird somit von Schnittmengen von Hyperboliden bestimmt. Im dreidimensionalen Raum müssen zumindest vier Erfassungsorte, also akustische Signale von zumindest vier Schallwandlern ausgewertet werden, um zu einem eindeutigen Ergebnis zu gelangen. Zur Fehlerminimierung kommt beispielsweise die Methode der kleinsten Fehlerquadrate zur Anwendung.According to a further variant, the position determination takes place in three-dimensional space. However, the principle is identical to the position determination in the two-dimensional plane, but now the geometric locations that correspond to a constant distance difference, not given by hyperbolas, but by hyperboloids, especially bivalve hyperboloids. The desired location, ie the position of the sound source or of the user, is thus determined by intersections of hyperbolids. In three-dimensional space, at least four detection locations, ie acoustic signals from at least four sound transducers, must be evaluated in order to arrive at a clear result. To minimize errors, for example, the least squares method is used.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der
Die Auswerteelektronik der Positionserfassungseinheit
Obwohl die Erfindung im Detail mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht hierdurch eingeschränkt. Andere Variationen und Kombinationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne vom wesentlichen Gedanken der Erfindung zu abzuweichen.Although the invention has been illustrated and described in detail with reference to the preferred embodiments, the invention is not limited thereby. Other variations and combinations may be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the essential spirit of the invention.
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