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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für ein medizinisches Gerät.
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Stand der Technik
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Aus der
DE69808293T2 ist ein Drucksensor bekannt, der ein Schaumstoffmaterial, eine Lichtquelle und einen Lichtsensor umfasst. Bei dem Drucksensor handelt es sich um einen Schaumstoffsensor. Das Schaumstoffmaterial umfasst Streuzentren und leitet durch die in ihm befindliche Lichtquelle eingespeistes Licht, sodass der ebenfalls im Schaumstoffmaterial befindliche Lichtsensor das eingeleitete Licht empfangen kann. Der Sensor ist so angeordnet, dass er das Licht der Lichtquelle nicht auf direktem Weg empfangen kann, sondern das Licht nach Streuung am Schaumstoffmaterial empfängt. Bei Deformation des Schaumstoffmaterial verändert sich dessen Lichtleitfähigkeit bzw. die Dichte der Streuzentren, sodass eine Auswertung der durch den Lichtsensor empfangenen Lichtintensität ein Maß für den auf das Schaumstoffmaterial wirkenden Druck darstellt. Somit kann aus dem Schaumstoffmaterial ein Drucksensor gebildet werden.
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Aus der
EP1605240A1 ist ein textiler Sensor bekannt, der aus einer flächigen, gewebten Elektrode und gegenüberliegenden durch leitende Fäden gebildete Elektroden gebildet wird. Die flächige Elektrode und die leitenden Fäden sind durch eine nichtleitende Schicht beabstandet und bilden je einen Kondensator. Der Abstand ändert sich bei Druckeinwirkung, sodass sich in Folge dessen auch die Kapazität der Kondensatoren Ändert. Die Kapazitätsänderung kann gemessen werden, um so ein Maß für den einwirkenden Druck zu erhalten.
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Es sind medizinische Geräte, wie z.B. Röntgen- oder Bestrahlungsgeräte, bekannt, bei denen ein Patient auf einer Liegefläche positioniert wird. Anschließend wird eine Strahlenquelle, wie z.B. eine Röntgenquelle oder eine Quelle für Gammastrahlen, möglichst genau auf den Patienten ausgerichtet um eine punktgenaue Bestrahlung des Patienten zu erhalten. Sowohl bei bildgebenden als auch bei therapeutischen Bestrahlungen ist eine genaue Ausrichtung der Strahlenquelle wichtig, um gesundes Gewebe, das nicht für die Einwirkung der Bestrahlung vorgesehen ist, zu schonen. Eine unbemerkte Veränderung der Position des Patienten sorgt für unbrauchbare Röntgenbilder oder schlimmstenfalls für erhebliche Energiedepositionen in gesundem Gewebe.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Steuerungssystem für ein medizinisches Gerät, hat demgegenüber den Vorteil, dass das Steuerungssystem einen Berührungssensor sowie eine Steuereinheit umfasst, wobei der Berührungssensor eingerichtet ist, einen Druck zu erfassen, der durch einen Kontakt mit einem Patienten verursacht wird, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, aus einem mittels des Berührungssensors erfassen Drucks eine Position des Patienten zu erfassen und in Abhängigkeit der Position eine Behandlungseinheit des medizinischen Geräts anzusteuern. Die Ansteuerung der Behandlungseinheit kann somit vorteilhafterweise gezielt auf die Position des Patienten angepasst werden, ohne dass die Position des Patienten manuell erfasst und der Steuereinheit zugeführt werden muss.
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Vorteilhaft ist, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, ausgehend von dem erfassten Druck, eine Atmung des Patienten zu erfassen. Auf diese Weise kann die Atmung des Patienten überwacht und somit eine Verschlechterung des Zustands des Patienten erkannt werden. Alternativ kann so eine Atembewegung des Patienten erfasst werden, sodass eine Information über die Position des Patienten nicht nur als statische Größe vorliegt, sondern den dynamischen Prozess der Atmung berücksichtigen kann.
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Vorteilhaft ist, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Position des Patienten eine Behandlungseinheit des medizinischen Geräts auszurichten.
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Vorteilhaft ist, dass es sich bei der Behandlungseinheit um eine Strahlenquelle handelt, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, die Strahlenquelle derart auszurichten, dass ein von der Strahlenquelle abgegebener Energiestrahl auf einen vorgegebenen Zielbereich des Patienten einwirkt. Bei dem Energiestrahl kann es sich insbesondere um einen elektromagnetischen Strahl, wie z.B. einen Röntgen- oder Gammastrahl, oder um einen Teilchenstrahl, wie z.B. einen Elektronen-, einen Protonen- oder einen Schwerionenstrahl, handeln. Bei der Strahlenquelle kann es sich um eine Einheit handeln, die die Strahlung selbst erzeugt, wie z.B. eine Röntgenröhre, oder um einen beweglichen Auslass einer umfangreichen Strahlungserzeugungseinheit, wie z.B. einen Teilchenbeschleunigerkomplex. Unter Einwirkung kann dabei sowohl eine (gewollt) schädigende, als auch eine diagnostischejbildgebende Einwirkung verstanden werden.
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Vorteilhaft ist, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Strahlungsquelle einer Bewegung des Patienten nachzuführen, wenn mittels des Berührungssensors erkannt wird, dass sich die Position des Patienten gegenüber einer vorangegangenen Sollposition verändert hat. Somit kann einerseits sichergestellt werden, dass die von der Strahlenquelle abgegebene Strahlung nicht außerhalb des vorgesehenen Zielbereichs wirkt, andererseits muss die Behandlung des Patienten nicht sicherheitshalber abgebrochen werden, wenn erkannt wird, dass sich der Patient bewegt.
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Vorteilhaft ist, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Strahlenquelle einer Bewegung des Patienten nachzuführen, die durch die Atmung des Patienten verursacht wird. Somit kann eine Behandlung auch bei einer normalen Atmung des Patienten mit hoher Präzision durchgeführt werden.
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Vorteilhaft ist, dass der Berührungssensor eine Liegefläche für den Patienten bedeckt. Insbesondere kann der Berührungssensor eine Matte bilden oder bedecken auf der der Patient während der Behandlung liegt.
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Vorteilhaft ist, dass es sich bei dem Berührungssensor um einen Textilsensor handelt.
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Vorteilhaft ist, dass es sich bei dem Berührungssensor um einen Schaumstoffsensor handelt.
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Ein Textilsensor ist beispielsweise ein Gewebe, dass zumindest teilweise aus elektrisch leitenden Fasern besteht, sodass eine Berührung des Gewebes entweder durch einen Spannungsabfall oder aber durch eine Änderung einer Kapazität von durch die leitenden Fasern gebildeten Kondensatoren erkannt werden kann. Die Kapazitätsänderung kann vorteilhafter Weise abhängig von der Intensität eines auf den Textilsensor ausgeübten Drucks sein. Textilsensoren können besonders flach und gewichtssparend gefertigt werden und eignen sich daher besonders, um eine vorhandene Oberfläche mit einem Berührungssensor zu überziehen.
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Bei dem Schaumstoffsensor kann es sich um einen aus dem Stand der Technik bekannten Schaumstoffsensor handeln, oder um einen der nachstehend näher beschriebenen Schaumstoffsensoren.
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Der Schaumstoffsensor kann vorteilhafterweise ein Schaumstoffelement umfassen, wobei sich innerhalb des Schaumstoffelements Lichtquellen und Lichtsensoren befinden, sodass die Lichtsensoren durch die Lichtquellen ausgesendetes Licht empfangen, wobei das Schaumstoffelement derart ausgebildet ist, dass sich die von den Lichtsensoren empfangene Lichtintensität in Abhängigkeit eines auf das Schaumstoffelement wirkenden Drucks ändert, wobei der Schaumstoffsensor außerdem Elektroden umfasst, die einen Kondensator bilden, dessen Kapazität anhängig von dem auf das Schaumstoffelement einwirkenden Drucks ist.
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Das Schaumstoffelement umfasst Streuzentren, ist ansonsten aber lichtleitend ausgebildet. In das Schaumstoffelement eingekoppeltes Licht wird an den Streuzentren gestreut, sodass die im Schaumstoffelement befindlichen Lichtsensoren das durch die Streuzentren gestreute Licht empfangen. Bei Kompression des Schaumstoffelements in Folge von Druckeinwirkung wird die lokale Dichte der Streuzentren im Bereich der Druckeinwirkung erhöht, sodass die Lichtsensoren eine erhöhte Lichtintensität erfassen. Die Lichtintensität ist dabei ein eindeutiges Maß für die Intensität der Druckeinwirkung. Zusätzlich kann der Schaumstoffsensor Elektroden umfassen, die einen Kondensator bilden. Der Kondensator ist, beispielsweise durch die Verwendung des kompressiblen Schaumstoffmaterials als Isolierschicht, ebenfalls kompressibel, sodass sich die Kapazität des Kondensators bei lokaler Druckeinwirkung ändert. Eine Messung der Kapazität des Kondensators liefert daher ein eindeutiges Maß für den auf den Kondensator einwirkenden Druck, sodass diese Ausgestaltung des Schaumstoffsensors vorteilhafterweise zwei unabhängige Messverfahren ermöglicht, die verwendet werden können, um einen Druck redundant zu erfassen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen in denen der Schaumstoffsensor über eine lange Produktlebensdauer nicht getauscht oder gewartet werden kann, da die beiden voneinander unabhängigen Messverfahren auch verwendet werden können um langfristige Sensordriften zu erkennen und im Rahmen einer elektronischen Auswertung zu kompensieren. Somit bietet diese Ausgestaltung des Schaumstoffsensors eine kostengünstige, flexible und langlebige Möglichkeit einen Druck zu messen.
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Vorteilhafter Weise wird eine Elektrode des Sensorsystems durch ein flächiges Gewebe gebildet, das beispielsweise aus einer miteinander verwobenen Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten oder Fasern gebildet sein kann. Alternativ kann das flächige Gewebe auch nicht elektrisch leitende Komponenten, wie z.B. handelsübliche Textilfasern, enthalten. Somit kann vorteilhafterweise eine mechanische oder haptische Eigenschaft des flächigen Gewebes in einer gewünschten Art und Weise bereitgestellt werden.
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Vorteilhaft ist, wenn das Schaumstoffelement eine Oberfläche aufweist, wobei sich eine Elektrode auf der Oberfläche des Schaumstoffelements befindet. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung befindet sich die Elektrode, die das flächige Gewebe bildet, auf der Oberfläche des Schaumstoffelements. Somit kann eine gewünschte Oberflächeneigenschaft bzw. -haptik bereitgestellt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich mindestens eine zweite Elektrode innerhalb des Schaumstoffelements.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, in der das Schaumstoffelement zwei gegenüberliegende Oberflächen aufweist, befinden sich die Elektroden auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Schaumstoffelements. Besonders vorteilhaft ist, wenn beide Oberflächen durch Elektroden bedeckt sind, die flächige Gewebe bilden.
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Vorteilhaft ist, wenn die Elektroden eine elektrische Leitung bilden, die mit den Lichtquellen oder den Lichtsensoren verbunden sind. Durch die Verwendung der Elektroden als elektrischen Leitungen lässt sich vorteilhafterweise ein Schaumstoffsensor realisieren, dass keine gesonderten elektrischen Leitungen zum Versorgen der Lichtquellen mit elektrischer Energie oder zum Übermitteln von durch die Lichtsensoren bereitgestellten elektrischen Signalen benötigt. Mit anderen Worten kann so vorteilhafterweise ein Schaumstoffsensor bereitgestellt werden, dessen Signalleitungen bzw. Versorgungsleitungen verwendet werden können, um kapazitive Drucksensoren zu realisieren.
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Vorteilhafter Weise bildet das Schaumstoffelement eine Matte. Der Schaumstoffsensor umfasst mehrere Lichtsensoren, sodass aus einer Verteilung der durch die Lichtsensoren empfangenen Lichtintensität eine Lokalisierung des auf das Schaumstoffelement einwirkenden Drucks ermittelt werden kann. Die Mattenform des Schaumstoffelements bietet den Vorteil, dass der derart gebildete Schaumstoffsensor flexibel eingesetzt werden kann. Somit kann der Druck nicht nur dem Betrag nach gemessen, sondern auch räumlich zugeordnet werden. Durch entsprechende Anordnung der Lichtsensoren kann ein Schaumstoffsensor mit einer räumlichen Auflösung bereitgestellt werden, die eine Bestimmung einer Einwirkfläche des Drucks oder einer zweidimensionalen Druckverteilung ermöglicht. Der Schaumstoffsensor kann auch eine Vielzahl von Elektroden umfassen.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Schaumstoffsensors sowie ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerungssystems werden in den nachfolgenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
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Figurenliste
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- 1 einen schematischen Querschnitt durch einen beispielhaften Schaumstoffsensor;
- 2 eine schematische Draufsicht auf einen beispielhaften Schaumstoffsensor;
- 3 eine schematische Darstellung eines medizinischen Geräts, das ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerungssystems umfasst.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaumstoffsensor (10). Ein Schaumstoffelement (11) ist näherungsweise quaderförmig ausgebildet, sodass der Schaumstoffsensor (10) insgesamt eine Matte bildet. Das Schaumstoffelement (11) ist lichtleitend und umfasst Streuzentren. Auf der Oberseite des Schaumstoffelements (11) befindet sich ein flächiges Gewebe (12), das zumindest teilweise aus elektrisch leitendem Material besteht und daher eine Elektrode bildet. Das flächige Gewebe (12) ist dünn im Vergleich zur Dicke des Schaumstoffelements (11).
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Der Schaumstoffsensor (10) umfasst mehrere Lichtquellen (14), bei denen es sich beispielsweise um LEDs handeln kann, sowie mehrere Lichtsensoren (16) wie z.B. Photozellen. Die Lichtquellen (14) und die Lichtsensoren (16) sind in das Schaumstoffelement (11) eingebettet und derart angeordnet, dass die durch die Lichtsensoren (16) empfangene Lichtintensität einen erheblichen Anteil an Streulicht, das an den Streuzentren gestreut wurde, aufweist. Die Lichtquellen (14) und die Lichtsensoren (16) sind jeweils mit elektrischen Leitungen (17) verbunden, wobei es sich bei den elektrischen Leitungen (17) sowohl um Leitungen zur Spannungsversorgung, als auch um Signalleitungen handeln kann. Vorteilhafterweise können Signale von den Lichtsensoren (16) als digitale Signale über die elektrischen Leitungen (17) übermittelt werden. Die elektrischen Leitungen (17) bilden gemeinsam mit dem flächigen Gewebe (12) jeweils einen kompressiblen Kondensator, dessen Kapazität von einer Druckeinwirkung auf das Schaumstoffelement (11) abhängt. Mittels einer Auswerteelektronik kann die Kapazität der Kondensatoren gemessen und daraus die Druckeinwirkung bestimmt werden.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Schaumstoffsensor (10), wobei die bereits im Rahmen der Beschreibung von 1 erläuterten Elemente nicht erneut beschrieben werden. Der Schaumstoffsensor (10) kann einen weiteren Sensor (18) umfassen, bei dem es sich um einen Beschleunigungssensor, einen Temperatursensor und/oder einen Feuchtesensor handeln kann.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines medizinischen Geräts (30), das ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerungssystems umfasst. Das medizinische Gerät (30), bei dem es sich insbesondere um ein Röntgengerät oder ein Bestrahlungsgerät handeln kann, umfasst eine Steuereinheit (34) sowie eine Liegefläche (38), auf der ein Berührungssensor (32), bei dem es sich insbesondere um einen Textil- oder Schaumstoffsensor (10) handeln kann, angeordnet ist. Die Steuereinheit umfasst eine Speichereinheit. Das medizinische Gerät umfasst ferner eine Strahlenquelle (36), die eingerichtet ist einen Energiestrahl (37), wie z.B. einen Röntgenstrahl oder einen Teilchenstahl, fokussiert in Richtung eines auf der Liegefläche (38) liegenden Patienten (39) abzugeben, sodass der Energiestrahl (37) auf einen vorgegebenen Zielbereich des Patienten (39) punktgenau einwirken kann. Handelt es sich bei dem Zielbereich des Patienten (39) um einen Tumor, kann Einwirken insbesondere eine Deposition einer Energie bedeuten.
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Mittels des Berührungssensors (32) erfasst die Steuereinheit (34) die Position und die Atmung des Patienten (39) und steuert die Strahlungsquelle (36) derart an, dass der Energiestrahl (37) auf den vorgegebenen Zielbereich des Patienten (39) trifft. Zur Auslenkung der Strahlenquelle (36) bzw. des Energiestrahls (37) können verschiedene aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wie z.B. eine elektronische Strahlverschwenkung, eine magnetische Ablenkung, eine Fokussierung mittels eines Kollimators oder eine Ablenkung mittels elektrischer Felder, verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69808293 T2 [0002]
- EP 1605240 A1 [0003]
