DE102022210139A1

DE102022210139A1 - Dosisschätzung von Streustrahlung

Info

Publication number: DE102022210139A1
Application number: DE102022210139.1A
Authority: DE
Inventors: Alois Regensburger
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2024-03-28
Also published as: CN117761752A; JP2024047554A; US20240104265A1

Abstract

Zur Dosisschätzung von Streustrahlung wird ein Streustrahlungsmodell bereitgestellt, welches eine räumliche Verteilung der bei einem vordefinierten Einsatz einer Strahlungsquelle (4) zu erwartenden Streustrahlung in der Umgebung der Strahlungsquelle (4) angibt. Mittels eines mobilen elektronischen Geräts (6) wird eine Position des mobilen elektronischen Geräts (6) relativ zu der Strahlungsquelle (4) bestimmt. Mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) wird abhängig von dem Streustrahlungsmodell und abhängig von der bestimmten Position wenigstens eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle (4) zu erwartende Dosiskenngröße der Streustrahlung bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dosisschätzung von Streustrahlung, wobei ein Streustrahlungsmodell bereitgestellt wird, welches eine räumliche Verteilung der bei einem vordefinierten Einsatz einer Strahlungsquelle zu erwartenden Streustrahlung in der Umgebung der Strahlungsquelle angibt. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes System zur Dosisschätzung von Streustrahlung sowie ein Computerprogrammprodukt.
Strahlungsquellen, wie etwa Röntgenquellen oder andere Modalitäten zur Bildgebung oder Strahlentherapie, die etwa Alpha, Beta-, Gamma-Strahlen, Ionenstrahlen, Protonenstrahlen oder Neutronenstrahlen einsetzen, geben in der Regel nicht nur Strahlung in den Bereich ab, der untersucht oder therapiert werden soll, sondern auch in die sonstige Umgebung der Strahlungsquelle, unter anderem als Streustrahlung. Dies kann eine Gesundheitsgefahr für Personen darstellen, die sich in der Umgebung der Strahlungsquelle befinden, wie etwa medizinisches Personal. Es ist daher wünschenswert, Personen in der Umgebung der Strahlungsquelle Informationen über deren Streustrahlenexposition bereitzustellen. Die Personen könnten dann beispielsweise Bereiche hoher Strahlenexposition vermeiden beziehungsweise das Dosisbewusstsein gerade von medizinischem Personal könnte erhöht werden.
Es ist bekannt, sogenannte Personendosimeter bereitzustellen, welche Personen in der Umgebung der Strahlungsquelle mit sich tragen können und die die tatsächlich am Ort des Personendosimeters eintreffende Dosis messen können. Da diese auf der direkten Messung der Streustrahlung basieren, können Eigenschaften der Strahlungsquelle beziehungsweise Betriebsparameter der Strahlungsquelle, wie etwa die verwendete Art der Strahlung, ein Energiespektrum der Strahlung und so weiter, nicht einfach berücksichtigt werden. Eine unmittelbare Bereitstellung entsprechender Informationen an den Benutzer wird dadurch erschwert. Zudem bieten die gemessenen Werte nicht die Möglichkeit, zukünftig zu erwartende Dosiskenngrößen oder gegebenenfalls eine insgesamt während des gesamten Einsatzes zu erwartende Gesamtdosis abzuschätzen.
Es ist ferner bekannt, Streustrahlungsmodelle, auch als Dosismodelle bezeichnet, zu erstellen, welche eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung der in der Umgebung einer Strahlungsquelle bei einem definierten Einsatz der Strahlungsquelle zu erwartenden Streustrahlung, insbesondere der entsprechenden Dosisleistung der Streustrahlung, zu erstellen. In den Publikationen N.L. Rodas et al: „3D global estimation and augmented reality visualization of intra-operative X-ray dose.", Medical image computing and computer-assisted intervention, 17(Pt 1):415-22 (2014) und N.L. Rodas et al: „Seeing is believing: increasing intraoperative awareness to scattered radiation in interventional procedures by combining augmented reality, Monte Carlo simulations and wireless dosimeters.", International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery volume 10, 1181-1191 (2015), werden Ansätze vorgeschlagen, bei denen Daten von drahtlosen Dosimetern mit der Simulation der Strahlungsausbreitung kombiniert werden, um eine globale Karte des Strahlungsrisikos in der Nähe eines Röntgengeräts bereitzustellen. Dazu wird ein Multikamerasystem eingesetzt, um eine 3D-Punktwolkenrekonstruktion des Raumes zu erhalten. Die Positionen des Patiententischs, des Röntgengeräts und des behandelnden Arztes werden dann verwendet, um die Ausbreitung der Strahlung in der realen Umgebung zu simulieren und die resultierende 3D-Risikokarte in einer Art Augmented Reality über das Szenario zu legen. Durch die drahtlosen Dosimeter wird die Simulation kalibriert beziehungsweise deren Genauigkeit validiert.
Ein Nachteil dabei ist, dass einer Person zwar die Risikoverteilung visualisiert werden kann, jedoch keine Abschätzung der aktuell oder zukünftig tatsächlich zu erwartenden Strahlenexposition bereitgestellt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Dosisschätzung von Streustrahlung einer Strahlungsquelle anzugeben, die nicht auf die konkrete Messung physikalischer Parameter der Streustrahlung angewiesen ist und die es erlaubt, einem Benutzer eine zu erwartende Dosiskenngröße positionsabhängig bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein mobiles elektronisches Gerät des Benutzers zu verwenden, das sich selbst lokalisiert, und basierend auf der dadurch bestimmten Position des mobilen elektronischen Geräts sowie einem vorgegebenen Streustrahlungsmodell wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße der Streustrahlung mittels des mobilen elektronischen Geräts zu bestimmen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Dosisschätzung von Streustrahlung angegeben. Dabei wird ein Streustrahlungsmodell bereitgestellt, welches eine räumliche Verteilung der bei einem vordefinierten Einsatz einer Strahlungsquelle zu erwartenden Streustrahlung in der Umgebung der Strahlungsquelle angibt oder, mit anderen Worten, beschreibt. Mittels eines mobilen elektronischen Geräts eines Benutzers des mobilen elektronischen Geräts, insbesondere ausschließlich mittels des mobilen elektronischen Geräts, wird eine Position des mobilen elektronischen Geräts relativ zu der Strahlungsquelle bestimmt. Mittels des mobilen elektronischen Geräts, insbesondere ausschließlich mittels des mobilen elektronischen Geräts, wird abhängig von dem Streustrahlungsmodell und abhängig von der bestimmten Position des mobilen elektronischen Geräts wenigstens eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle zu erwartende, insbesondere aktuell und/oder zukünftig zu erwartende, Dosiskenngröße der Streustrahlung bestimmt.
Dass es sich bei dem mobilen elektronischen Gerät um ein elektronisches Gerät des Benutzers handelt, kann derart verstanden werden, dass die Position des mobilen elektronischen Geräts zumindest näherungsweise Rückschlüsse auf eine Position des Benutzers zulässt. Das mobile elektronische Gerät wird also insbesondere durch den Benutzer mitgeführt. Dies kann derart verstanden werden, dass bei einer Positionsveränderung der Position des Benutzers sich im Allgemeinen auch die Position des mobilen elektronischen Geräts verändert. Der Zusammenhang zwischen der Position des mobilen elektronischen Geräts und der Position des Benutzers kann beispielsweise aus geeigneten Modellannahmen abgeleitet werden. Insbesondere ist es auch möglich, die Position des mobilen elektronischen Geräts mit der Position des Benutzers gleichzusetzen oder eine konstante, fest vorgegebene Verschiebung zwischen der Position des mobilen elektronischen Geräts und der Position des Benutzers anzunehmen.
Bei dem mobilen elektronischen Gerät kann es sich insbesondere um ein elektronisches Endgerät zur drahtlosen Datenkommunikation, wie etwa ein Mobiltelefon, ein Smartphone, einen Tabletcomputer, eine so genannte Smartwatch oder ein sonstiges so genanntes Wearable handeln.
Das Streustrahlungsmodell gibt die Verteilung der Streustrahlung in der Umgebung der Strahlungsquelle insbesondere derart an, dass eine physikalische Größe der Streustrahlung, insbesondere eine Dosisleistung oder eine Strahlungsenergie oder eine Dosisenergie der Streustrahlung, ortsabhängig und optional auch zeitabhängig gemäß dem vordefinierten Einsatz der Strahlungsquelle angibt.
Der Begriff Dosis wird hier und im Folgenden äquivalent mit dem Begriff Strahlendosis verwendet. Dasselbe gilt entsprechend für davon abgeleitete Begriffe wie etwa Dosisleistung und so weiter. Die Dosis kann je nach Ausführungsform beziehungsweise je nach konkreter Implementierung des Streustrahlungsmodells einer Energiedosis den Gray oder einer Äquivalentdosis in Sievert entsprechen.
Der Begriff der Streustrahlung kann derart verstanden werden, dass er sich auf von der Strahlungsquelle erzeugte Strahlungsanteile bezieht, die nicht oder nicht nur in einen zu untersuchenden oder behandelten Bereich eines Objekts, beispielsweise eines Patienten, abgegeben wird.
Das Streustrahlungsmodell kann in bekannter Weise, vergleiche hierzu die eingangs genannten Publikationen, derart erstellt werden, dass es die Strahlungsart der Strahlungsquelle, ein Energiespektrum der erzeugten Strahlung der Strahlungsquelle, eine Positionsveränderung der Strahlungsquelle im Raum als Funktion der Zeit und so weiter berücksichtigt. Auch die Position und/oder Orientierung des zu untersuchenden oder behandelten Objekts bezüglich der Strahlungsquelle, dessen räumliche Ausdehnung und/oder Materialeigenschaften des Objekts, können bei der Erstellung des Streustrahlungsmodells ebenfalls berücksichtigt werden.
Das Streustrahlungsmodell gibt also für jeden Ort in einem vordefinierten Bereich um die Strahlungsquelle herum, der hier und im Folgenden als Umgebung der Strahlungsquelle bezeichnet wird, wobei der Ort diskretisiert oder kontinuierlich angegeben oder definiert sein kann, eine physikalische Eigenschaft der gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle zu erwartenden Streustrahlung an, optional zeitabhängig.
Dass das Streustrahlungsmodel die Verteilung der Streustrahlung gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle angibt kann insbesondere derart verstanden werden, dass einer oder mehrere Parameter des Einsatzes der Strahlungsquelle, wie etwa ein Energiespektrum der eingesetzten Strahlung, eine Bewegungstrajektorie der Strahlungsquelle, die Dauer des Einsatzes beziehungsweise einzelner Abschnitte davon, sonstige Einzelheiten eines Untersuchungsprotokolls, eine Röntgenbeschleunigungsspannung, eine Aufnahmegeometrie, eine Soll-Patientendosis und so weiter, durch das Strahlungsmodell mit berücksichtigt werden.
Die Strahlungsquelle kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Strahlungsquelle um eine Röntgenstrahlungsquelle. Es ist jedoch auch möglich, dass die Strahlungsquelle zum Emittieren anderer ionisierender Strahlungsarten, beispielsweise Alpha-Strahlung, Beta-Strahlung, Gamma-Strahlung, Ionenstrahlung, Protonenstrahlung oder Neutronenstrahlung, eingerichtet ist.
Die Strahlungsquelle ist insbesondere Bestandteil einer Bildgebungsmodalität zur strahlungsbasierten Bildgebung, beispielsweise medizinischen Bildgebung, insbesondere röntgenbasierten Bildgebung, und/oder zur Strahlentherapie, insbesondere Röntgenstrahlungstherapie.
Das Streustrahlungsmodell wird insbesondere in computerlesbarer Form auf einem Speichermedium bereitgestellt. Das Speichermedium kann Teil des mobilen elektronischen Geräts sein. Alternativ ist das Speichermedium unabhängig von dem mobilen elektronischen Gerät vorgesehen, beispielsweise auf einer Server-Recheneinheit oder einer sonstigen Backendeinrichtung. In letzterem Falle ist das mobile elektronische Endgerät dazu in der Lage, das Streustrahlungsmodell ganz oder teilweise von dem Speichermedium zu laden beziehungsweise zu lesen, insbesondere durch drahtlose Datenkommunikation.
Dass es sich bei der wenigstens einen Dosiskenngröße um eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle zu erwartende Dosiskenngröße handelt, kann insbesondere derart verstanden werden, dass, unter der Annahme, das Streustrahlungsmodell würde die Verteilung der Streustrahlung in der Umgebung exakt wiedergeben, aus dem Einsatz der Strahlungsquelle die wenigstens eine Dosiskenngröße resultieren würde. Es handelt sich also insbesondere um eine Schätzung der wenigstens einen Dosiskenngröße. Die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße kann unter Berücksichtigung der Position des mobilen elektronischen Geräts für einen aktuellen Zeitpunkt bestimmt werden, also für einen Zeitpunkt, zu dem die Position des mobilen elektronischen Geräts bestimmt wird, und/oder zu einem oder zu mehreren zukünftigen Zeitpunkten.
Die wenigstens eine Dosiskenngröße kann beispielsweise wenigstens eine Dosisleistung und/oder Dosisenergie beinhalten. Gegebenenfalls können in manchen Ausführungsformen zur Bestimmung der wenigstens einen Dosiskenngröße auch weitere Informationen betreffend den Benutzer, insbesondere in Form eines Benutzermodells, berücksichtigt werden, wie etwa Körpermaße des Benutzers oder eine typische Trageposition des mobilen elektronischen Geräts und dergleichen. Das Benutzermodell kann in vorteilhafter Weise ausschließlich auf dem mobilen elektronischen Gerät gespeichert sein. Insbesondere können persönliche Informationen ausschießlich auf dem mobilen elektronischen Gerät gespeichet sein, wie zum Beispiel Körpermaße, Geschlecht, Alter, etc. Dadurch wird eine zentrale Speicherung von persönlichen Benutzerdaten vermieden. Auf diese Weise kann der Schutz persönlicher Daten des Nutzers erreicht werden.
Die wenigstens eine Dosiskenngröße, insbesondere Dosisleistung und/oder Dosis, kann für eine einzige Position, nämlich die bestimmte Position des mobilen elektronischen Geräts oder eine davon abgeleitete Position, bestimmt werden oder für mehrere Positionen, die ebenfalls abhängig von der bestimmten Position des mobilen elektronischen Geräts abgeleitet werden, beispielsweise um mehrere Positionen im oder am Körper des Benutzers zu berücksichtigen.
Die Position des mobilen elektronischen Geräts wird mittels des mobilen elektronischen Geräts selbst, insbesondere ausschließlich mit diesem, bestimmt. Dazu können an sich bekannte Verfahren zur Selbstlokalisierung, insbesondere zur Selbstlokalisierung in Innenbereichen oder Innenräumen, verwendet werden, die beispielsweise unter der Verwendung in der Umgebung angebrachter visueller Marker oder Funksender beruhen. Mit anderen Worten kann das mobile elektronische Gerät zwar Informationen zur Bestimmung der Position berücksichtigen, die außerhalb des mobilen elektronischen Geräts selbst liegen, die Bestimmung der Position, also insbesondere die Durchführung aller dafür erforderlichen Rechenschritte, wird jedoch ausschließlich durch das mobile elektronische Gerät durchgeführt.
Dadurch ist es insbesondere möglich, dass die bestimmte Position des mobilen elektronischen Geräts sowie in entsprechenden Ausführungsformen sämtliche davon abgeleitete weitere Positionen, beispielsweise betreffend den Benutzer, ausschließlich auf dem mobilen elektronischen Gerät vorgehalten oder gespeichert werden und nicht von diesem an eine andere Stelle, insbesondere eine andere externe Recheneinheit wie etwa einen Server oder eine andere zentrale Recheneinheit, weitergegeben oder übermittelt werden müssen. Dasselbe gilt in analoger Weise auch für die bestimmte wenigstens eine Dosiskenngröße. Da diese durch das mobile elektronische Gerät, insbesondere ausschließlich durch dieses, bestimmt wird, kann vermieden beziehungsweise ausgeschlossen werden, dass die entsprechende Information außerhalb des mobilen elektronischen Geräts verfügbar wird.
Dadurch ergeben sich signifikante Vorteile bezüglich der Datensicherheit und dementsprechend betreffend den Schutz personenspezifischer Daten des Benutzers. Eine an sich denkbare Alternative zum erfindungsgemäßen Ansatz wäre es beispielsweise, im Raum verteilte Kameras zur Bestimmung der Position des Benutzers zu verwenden und die wenigstens eine Dosiskenngröße basierend darauf zu berechnen, beispielsweise durch eine zentrale Recheneinheit. Dies hätte jedoch den entscheidenden Nachteil, dass die Position des Benutzers, möglicherweise über längere Zeiträume hinweg, von externen Einheiten überwacht und gegebenenfalls gespeichert werden könnte. Ebenfalls könnte die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße zentral überwacht oder gespeichert werden. Dadurch stiege jedoch die Gefahr von Datenmissbrauch der personenspezifischen Daten des Benutzers. Letztlich würde dies auch dem Bestreben einer erhöhten Akzeptanz des Verfahrens der Dosisschätzung durch den Benutzer entgegenstehen.
Erfindungsgemäß wird dagegen eine dezentrale Positionsbestimmung und Berechnung der Dosiskenngrößen erreicht, indem für beide genannten Zwecke das mobile elektronische Gerät verwendet wird. Insbesondere basiert das erfindungsgemäße Verfahren darauf, nicht die Position des Benutzers direkt zu bestimmen, sondern stattdessen, gewissermaßen stellvertretend, die Position des mobilen elektronischen Geräts und basierend darauf wiederum die wenigstens eine Dosiskenngröße zu bestimmen. Wie oben bereits erwähnt, kann die Position des mobilen elektronischen Geräts näherungsweise die Position des Benutzers wiedergeben oder eine oder mehrere charakteristische Positionen des Benutzers können basierend darauf berechnet oder abgeschätzt werden.
Durch die Verwendung des Streustrahlungsmodells zur Berechnung der wenigstens einen Dosiskenngröße können diese und/oder davon abgeleitete Informationen dem Benutzer direkt bereitgestellt werden, so dass dieser sein konkretes Risiko durch die Strahlenexposition unmittelbar einschätzen kann. Ferner können nicht nur Dosiskenngrößen, welche die Streustrahlung zum aktuellen Zeitpunkt der Positionsbestimmung charakterisieren, bestimmt und gegebenenfalls bereitgestellt werden, sondern auch solche, die eine voraussichtlich in der Zukunft zu erwartende Streustrahlung betreffen.
Das mobile elektronische Gerät beinhaltet insbesondere wenigstens eine Recheneinheit. Sämtliche zur Bestimmung der Position des mobilen elektronischen Geräts und zur Bestimmung der wenigstens einen Dosiskenngröße jeweils durch das mobile elektronische Gerät erforderlichen Rechenschritte können durch die wenigstens eine Recheneinheit ausgeführt werden.
Je nach Ausführungsform und insbesondere je nach Art der Selbstlokalisierung die eingesetzt wird, können verschiedene Sensoren des mobilen elektronischen Geräts, wie etwa eine oder mehrere Kameras, Neigungs- und/oder Beschleunigungssensoren oder dergleichen eingesetzt werden, um der wenigstens einen Recheneinheit entsprechende Sensordaten zur Verfügung zu stellen, so dass diese die Position des mobilen elektronischen Geräts bestimmen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Dosisschätzung werden mittels einer visuellen Anzeigeeinheit des mobilen elektronischen Geräts, beispielsweise mittels einer oder mehrerer LEDs oder mittels eines Displays, Informationen angezeigt, welche die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße betreffen. Die angezeigten Informationen können beispielsweise der wenigstens einen zu erwartenden Dosiskenngröße entsprechen oder davon abgeleitet sein. Die Informationen können zusätzlich oder alternativ auch Empfehlungen für den Benutzer beinhalten, die zu einer Reduktion seiner persönlichen Streustrahlenexposition führen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die wenigstens eine Dosiskenngröße eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle aktuell zu erwartende Dosisleistung und/oder eine zu einem vordefinierten zukünftigen Zeitpunkt zu erwartende Dosisleistung.
Die aktuell zu erwartende Dosisleistung kann dabei als Dosisleistung zu einem Zeitpunkt der Bestimmung der Position des mobilen elektronischen Geräts verstanden werden, wohingegen der vordefinierte zukünftige Zeitpunkt nach der Bestimmung der Position des mobilen elektronischen Geräts liegt. Der zukünftige Zeitpunkt kann absolut oder relativ zur Bestimmung der Position des mobilen elektronischen Geräts definiert sein. Mit anderen Worten entspricht die wenigstens eine zu dem zukünftigen Zeitpunkt erwartete Dosisleistung wenigstens einer prädizierten Dosisleistung.
Die wenigstens eine zu erwartende Dosisleistung kann auch für mehrere vordefinierte zukünftige Zeitpunkte eine entsprechend zu erwartende Dosisleistung beinhalten.
Basierend auf der aktuell zu erwartenden Dosisleistung und der basierend darauf erzeugten und gegebenenfalls ausgegebenen Information, kann der Benutzer abschätzen, wie hoch sein aktuelles Risiko durch die Strahlenexposition ist und seine Position gegebenenfalls verändern, um dieses Risiko zu reduzieren. Entsprechendes gilt für die zukünftige beziehungsweise prädizierte Dosisleistung. Basierend darauf kann der Benutzer proaktiv auf eine später zu erwartende erhöhte Strahlenexposition reagieren und beispielsweise seine Position verändern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die wenigstens eine Dosiskenngröße abhängig von der zu erwartenden Dosisleistung und/oder der zu dem vordefinierten zukünftigen Zeitpunkt zu erwartenden Dosisleistung bestimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die wenigstens eine Dosiskenngröße eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle zu erwartende bisherige Dosis und/oder eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle zu erwartende zukünftige Dosis. Alternativ wird die wenigstens eine Dosiskenngröße abhängig von der bisherigen Dosis und/oder der zukünftigen Dosis bestimmt.
Die Dosis entspricht dabei insbesondere einer über die Zeit integrierten oder aufsummierten Dosisleistung.
Indem die bisherige Dosis bestimmt wird, kann der Benutzer nicht nur abschätzen, ob seine aktuelle oder zukünftige Position mit einer besonders hohen Strahlenexposition einhergeht, sondern auch, ob seine bisherigen Positionen in der Umgebung der Strahlungsquelle insgesamt, also absolut gesehen, zu einer hohen Strahlungsexposition geführt haben. Die zukünftige Dosis kann beispielsweise einer für den gesamten Einsatz der Strahlungsquelle prädizierten Gesamtdosis entsprechen, die sowohl basierend auf dem Verlauf der Position des mobilen Geräts als auch auf der Prädiktion basierend auf der aktuellen Position des mobilen elektronischen Geräts, und gegebenenfalls der im Workflow einer laufenden medizinischen Prozedur voraussichtlich noch anstehenden Bildgebungsschritte, abgeschätzt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Position des mobilen elektronischen Geräts relativ zu der Strahlungsquelle mittels des mobilen elektronischen Geräts zu einer Vielzahl von Zeitpunkten bestimmt, also insbesondere mehrfach zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Für jeden Zeitpunkt der Vielzahl von Zeitpunkten wird mittels des mobilen elektronischen Geräts abhängig von der jeweils bestimmten Position des mobilen elektronischen Geräts und abhängig von dem Streustrahlungsmodell eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle zu dem entsprechenden Zeitpunkt zu erwartende Dosisleistung bestimmt. Die bisherige Dosis und/oder die zukünftige Dosis wird abhängig von der für die Vielzahl von Zeitpunkten bestimmten Dosisleistungen bestimmt.
Die Vielzahl von Zeitpunkten kann einen aktuellen Zeitpunkt, einen oder mehrere vergangene Zeitpunkte und/oder einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte beinhalten. Für den aktuellen beziehungsweise die vergangenen Zeitpunkte kann die Position des mobilen elektronischen Geräts durch Selbstlokalisierung wie oben beschrieben bestimmt werden. Für die zukünftigen Zeitpunkte kann beispielsweise angenommen werden, dass die Position des mobilen elektronischen Geräts beibehalten wird, oder es kann aus einem bisherigen Verlauf der Position des mobilen elektronischen Geräts eine Trajektorie des mobilen elektronischen Geräts geschätzt werden, beispielsweise durch Extrapolation, und abhängig davon die Position des mobilen elektronischen Geräts für die zukünftigen Zeitpunkte bestimmt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mittels einer Empfangseinheit des mobilen elektronischen Geräts jeweilige Funksignale einer Vielzahl von in der Umgebung verteilten Sendeeinheiten empfangen. Die Position des mobilen elektronischen Geräts wird, insbesondere mittels der wenigstens einen Recheneinheit, abhängig von den empfangenen Funksignalen bestimmt.
Die Empfangseinheit ist also insbesondere eine Funkempfangseinheit, enthält also beispielsweise eine oder mehrere Antennen zum Empfangen der Funksignale. Es kann sich bei der Empfangseinheit beispielsweise um eine WLAN-Empfangseinheit, eine Bluetooth-Empfangseinheit oder eine für ein sonstiges Funknetz ausgestaltete Empfangseinheit handeln. Dasselbe gilt analog für die Sendeeinheiten.
Es ist bekannt, solche Funksignale von verteilten Sendeeinheiten zu empfangen und zur Selbstlokalisierung des empfangenden Geräts heranzuziehen. Dazu können verschiedene durch die Funksignale übermittelte Informationen und/oder sonstige Parameter der Funksignale, wie beispielsweise eine Signalstärke oder dergleichen, ausgewertet werden, um beispielsweise die einzelnen Sendeeinheiten identifizieren beziehungsweise lokalisieren zu können. Auf diese Weise kann die wenigstens eine Recheneinheit die relative Position des mobilen elektronischen Geräts bezüglich einer oder mehrerer der Sendeeinheiten bestimmen. Die Position der Strahlungsquelle relativ zu den Sendeeinheiten ist ebenfalls bekannt und vorgegeben, gegebenenfalls auch als Funktion der Zeit. Die wenigstens eine Recheneinheit kann daher basierend auf der relativen Position des mobilen elektronischen Geräts bezüglich der Sendeeinheiten und der relativen Position der Strahlungsquelle bezüglich der Sendeeinheiten auch die Position des mobilen elektronischen Geräts bezüglich der Strahlungsquelle bestimmen.
Insbesondere kann auch wenigstens eine der Sendeeinheiten an der Strahlungsquelle angeordnet sein, so dass die Position des mobilen elektronischen Geräts bezüglich derjenigen Sendeeinheit auch der relativen Position des mobilen elektronischen Geräts bezüglich der Strahlungsquelle entspricht.
Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Ansätze zur Selbstlokalisierung inklusive des beschriebenen Ansatzes basierend auf den Funksignalen miteinander kombiniert werden können, um die Position des mobilen elektronischen Geräts mit erhöhter Genauigkeit zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mittels des mobilen elektronischen Geräts, insbesondere mittels einer Kamera des mobilen elektronischen Geräts, Bilddaten erzeugt, welche eines oder mehrere Referenzobjekte in der Umgebung und/oder die Strahlungsquelle abbilden. Die Position des mobilen elektronischen Geräts wird, insbesondere mittels der wenigstens einen Recheneinheit, abhängig von den Bilddaten bestimmt.
Die Referenzobjekte sind insbesondere visuell erfassbare Gegenstände oder Geräte, deren Position in der Umgebung der Strahlungsquelle bekannt ist. Dabei kann es sich beispielsweise um die Strahlungsquelle oder andere Teile der Bildgebungsmodalität, etwa einen Patiententisch, ein fest montiertes oder mobiles Roboterstativ, etwa eines mobilen Röntgengeräts, oder dergleichen handeln. Es kann sich auch um Komponenten einer Gebäudeinfrastruktur oder um visuelle Marker handeln, die dediziert zu diesem Zweck in der Umgebung der Strahlungsquelle angeordnet werden.
Beispielsweise kann die wenigstens eine Recheneinheit Bildverarbeitungsalgorithmen oder Algorithmen zum maschinellen Sehen oder dergleichen einsetzen, um die visuellen Marker in den Bilddaten, welche eines oder mehrere Kamerabilder beinhalten, zu identifizieren und deren Position und/oder Orientierung bezüglich des mobilen elektronischen Geräts zu bestimmen. Beispielsweise können bestimmte zweidimensionale Muster auf dem jeweiligen Referenzobjekte, insbesondere Marker, vorgesehen sein, welche eine Bestimmung der Position und/oder Orientierung des jeweiligen Referenzobjekts, insbesondere Markers, ermöglichen. Ein Beispiel für visuelle Marker sind so genannte ArUco-Marker. Alternativ oder zusätzlich kann auf den Referenzobjekten, insbesondere den visuellen Markern, auch eine Information betreffend ihre Position und/oder Orientierung im Raum in Textform oder sonstiger Weise visuell durch die Kamera erfassbar gezeigt sein.
Analog wie für die Sendeeinheiten für die Funksignale beschrieben, kann die wenigstens eine Recheneinheit also basierend auf den Bilddaten die jeweilige relative Position der Referenzobjekte bezüglich des mobilen elektronischen Geräts bestimmen. Zudem ist auch die relative Position der Strahlungsquelle bezüglich der Referenzobjekte bekannt und vorgegeben, so dass die Recheneinheit basierend darauf letztlich die Position des mobilen elektronischen Geräts bezüglich der Strahlungsquelle bestimmen kann.
Es kann vorgesehen sein, dass einer oder mehrere der visuellen Marker an der Strahlungsquelle angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlungsquelle ein Referenzobjekt darstellen und aus den Bilddaten direkt erkannt und lokalisiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mittels wenigstens eines Neigungs- und/oder Beschleunigungssensors des mobilen elektronischen Geräts Sensordaten erzeugt. Die Position des mobilen elektronischen Geräts wird, mittels der wenigstens einen Recheneinheit, abhängig von den Sensordaten bestimmt.
Anhand der Sensordaten, welche die Neigung und/oder Beschleunigung des mobilen elektronischen Geräts, beispielsweise als Funktion der Zeit, betreffen oder beinhalten oder diese davon abgeleitet werden können, kann die wenigstens eine Recheneinheit Rückschlüsse auf eine Positionsveränderung des mobilen elektronischen Geräts bezüglich einer Ausgangsposition des mobilen elektronischen Geräts ziehen beziehungsweise diese Relativbewegungen bestimmen oder abschätzen. Es sind verschiedene odometrische Verfahren bekannt, insbesondere im Bereich der Roboternavigation, die basierend auf solchen Sensordaten eine Selbstlokalisierung ermöglichen. Die Ausgangsposition des mobilen elektronischen Geräts kann beispielsweise durch den Benutzer bereitgestellt werden oder einer initialen Position des Benutzers oder des mobilen elektronischen Geräts entsprechen, die aus sonstigen Umständen abgeschätzt werden kann. Beispielsweise kann eine Position eines Zugangs zu einem Raum, in welchem sich die Strahlungsquelle befindet, bekannt sein. Es ist auch möglich, dass die Startposition beispielsweise basierend auf den Bilddaten und/oder den Funksignalen bestimmt wird wie oben beschrieben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird abhängig von der Position des mobilen elektronischen Geräts eine von der Position des mobilen elektronischen Geräts verschiedene Position des Benutzers, insbesondere relativ zu der Strahlungsquelle, bestimmt, insbesondere mittels des mobilen elektronischen Geräts, beispielsweise der wenigstens einen Recheneinheit. Die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße wird für die Position des Benutzers bestimmt.
Es wird also mit anderen Worten eine vorgegebene Relativposition des mobilen elektronischen Geräts bezüglich der Position des Benutzers angenommen, um eine möglichst relevante Abschätzung der wenigstens einen Dosiskenngröße zu ermöglichen. Die Relativposition des mobilen elektronischen Geräts bezüglich des Benutzers beziehungsweise bezüglich der Position des Benutzers kann auf verschiedene bestimmt werden. Beispielsweise kann der Benutzer vorab entsprechende Informationen zur Verfügung stellen, die etwa beschreiben, wo sich das mobile elektronische Gerät typischerweise befindet, etwa an einer linken Seite des Körpers des Benutzers oder einer rechten Seite, in einer Hosentasche oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich können auch Kamerabilder der Kamera oder einer weiteren Kamera des mobilen elektronischen Geräts, also die Bilddaten oder weitere Bilddaten der weiteren Kamera, erzeugt und verwendet werden, um die relative Position des mobilen elektronischen Geräts bezüglich der Position des Benutzers zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird abhängig von der Position des mobilen elektronischen Geräts ein dreidimensionaler räumlicher Bereich bestimmt, insbesondere mittels des elektronischen Geräts, beispielsweise mittels der wenigstens einen Recheneinheit. Mittels des mobilen elektronischen Geräts wird für jeder einer Vielzahl von Punkten in dem dreidimensionalen räumlichen Bereich eine lokale Dosisleistung und/oder eine lokale Dosis gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle bestimmt. Mittels des mobilen elektronischen Geräts, insbesondere mittels der wenigstens einen Recheneinheit, werden die lokalen Dosisleistungen und/oder die lokalen Dosen aufsummiert, insbesondere für alle Punkte der Vielzahl von Punkten, um die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße zu bestimmen.
Der räumliche Bereich, der insbesondere relativ zu der Strahlungsquelle definiert sein kann, kann als kontinuierlicher räumlicher Bereich bestimmt werden und die Vielzahl von Punkten entsprechen dann einer Abtastung des räumlichen Bereichs. Alternativ kann aber auch die jeweilige Position der Vielzahl von Punkt direkt bestimmt werden, wobei der räumliche Bereich dann durch die Vielzahl von Punkten definiert ist.
Die Form des räumlichen Bereichs ist beispielsweise vorgegeben, insbesondere anhand eines Benutzermodells. Dazu können beispielsweise Körpermaße des Benutzers vorab vorgegeben werden. Wie oben beschrieben kann das Benutzermodell in vorteilhafter Weise ausschließlich auf dem mobilen elektronischen Gerät gespeichert sein. Insbesondere können persönliche Informationen ausschießlich auf dem mobilen elektronischen Gerät gespeichet sein, wie zum Beispiel Körpermaße, Geschlecht, Alter, etc. Dadurch wird eine zentrale Speicherung persönlicher Daten des Benutzers vermieden. Auf diese Weise können die persönlichen Daten des Benutzers geschützt werden. Wie oben für die Position des Benutzers beschrieben, kann auch die Position und/oder Orientierung des räumlichen Bereichs bezüglich der Position des mobilen elektronischen Geräts vorgegeben sein und/oder mittels der Kamera beziehungsweise weiteren Kamera des mobilen elektronischen Geräts bestimmt werden. Aus der bestimmten Position des mobilen elektronischen Geräts relativ zu der Strahlungsquelle und der entsprechenden vorgegebenen oder bestimmten relativen Position des dreidimensionalen Bereichs bezüglich der Position des mobilen elektronischen Geräts kann die wenigstens eine Recheneinheit also die relative Position und/oder Orientierung des räumlichen Bereichs bezüglich der Strahlungsquelle bestimmen und sodann gemäß dem Streustrahlungsmodell die jeweiligen lokalen Dosisleistungen beziehungsweise Dosen.
Das Aufsummieren der lokalen Dosisleistungen und/oder lokalen Dosen kann insbesondere eine Gewichtung der für die einzelnen Punkte des dreidimensionalen Bereichs bestimmten Dosisleistungen beziehungsweise Dosen beinhalten. Die Gewichtungen sind dabei vorgegeben, beispielsweise als Teil des Benutzermodells. Dadurch können beispielsweise Materialeigenschaften oder biologische Gefährdungsgrade der Gewebebereiche des Körpers des Benutzers berücksichtigt werden, um aussagekräftigere beziehungsweise relevantere Dosiskenngrößen zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels des mobilen elektronischen Geräts, insbesondere mittels der wenigstens einen Recheneinheit, abhängig von der wenigstens einen Dosiskenngröße und abhängig von dem Streustrahlungsmodell eine weitere Position oder ein Bereich in der Umgebung der Strahlungsquelle bestimmt, für den eine von dem Benutzer gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle aufgenommene Dosis der Streustrahlung reduziert ist.
Die Reduktion der aufgenommenen Dosis ist dabei insbesondere eine Differenz zwischen einer prädizierten aufgenommenen Dosis unter der Annahme, dass sich der Benutzer von seiner aktuellen Position hin zu der weiteren Position oder zu dem Bereich begibt. Dass die aufgenommene Dosis reduziert wird, kann insbesondere derart verstanden werden, dass es gemäß dem Streustrahlungsmodell zu erwarten ist, dass die Streustrahlung voraussichtlich reduziert wird.
Die Informationen, die mittels der visuellen Anzeigeeinheit des mobilen elektronischen Geräts in entsprechenden Ausführungsformen ausgegeben werden können, können auch eine Empfehlung beinhalten, dass der Benutzer sich an die weitere Position oder den Bereich in der Umgebung zur Reduzierung der aufgenommenen Dosis der Streustrahlung begeben sollte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mittels des mobilen elektronischen Geräts, insbesondere mittels der Kamera und/oder einer weiteren Kamera des mobilen elektronischen Geräts, weitere Bilddaten erzeugt, welche den Benutzer abbilden oder teilweise abbilden. Mittels des mobilen elektronischen Geräts, insbesondere mittels der wenigstens einen Recheneinheit, wird basierend auf den weiteren Bilddaten das Benutzermodell erstellt oder angepasst. Die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße wird abhängig von dem Benutzermodell bestimmt.
Basierend auf den weiteren Bilddaten kann beispielsweise die relative Position des mobilen elektronischen Geräts bezüglich der Position des Benutzers wie oben beschrieben bestimmt werden beziehungsweise zusätzlich oder alternativ der räumliche Bereich, für den die jeweiligen lokalen Dosisleistungen und/oder Dosen wie oben beschrieben in entsprechenden Ausführungsformen bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich ist möglich, dass basierend auf den weiteren Bilddaten Schutzkleidung des Benutzers identifiziert wird und die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße unter Berücksichtigung der erkannten Schutzkleidung bestimmt wird, indem beispielsweise eine Reduktion der Dosisleistung und/oder Dosis durch die Schutzkleidung berücksichtigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zur Dosisschätzung von Streustrahlung, insbesondere gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Dosisschätzung von Streustrahlung, angegeben. Das System umfasst ein mobiles elektronisches Gerät, das dazu eingerichtet ist, seine Position relativ zu der Strahlungsquelle zu bestimmen, also die Position des mobilen elektronischen Geräts relativ zu der Strahlungsquelle zu bestimmen. Das System, beispielsweise das mobile elektronische Gerät, weist ein Speichermedium auf, welches ein Streustrahlungsmodell speichert. Das Streustrahlungsmodell gibt eine räumliche Verteilung der bei einem vordefinierten Einsatz einer Strahlungsquelle zu erwartenden Streustrahlung in der Umgebung der Strahlungsquelle an. Das mobile elektronische Gerät ist dazu eingerichtet, abhängig von dem Streustrahlungsmodell und abhängig von der bestimmten Position des mobilen elektronischen Geräts wenigstens eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle zu erwartende Dosiskenngröße der Streustrahlung zu bestimmen.
Insbesondere weist das mobile elektronische Gerät wenigstens eine Recheneinheit auf, die dazu eingerichtet ist, seine Position relativ zu der Strahlungsquelle zu bestimmen und die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße zu bestimmen.
Unter einer Recheneinheit kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, das einen Verarbeitungsschaltkreis enthält. Die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Darunter fallen gegebenenfalls auch Operationen, um indizierte Zugriffe auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Umsetzungstabelle, LUT (englisch: „look-up table“), durchzuführen.
Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere integrierte Schaltkreise enthalten, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASIC (englisch: „application-specific integrated circuit“), eines oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays, FPGA, und/oder eines oder mehrere Einchipsysteme, SoC (englisch: „system on a chip“). Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Prozessoreinheiten, CPU (englisch: „central processing unit“), eine oder mehrere Grafikprozessoreinheiten, GPU (englisch: „graphics processing unit“) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere digitale Signalprozessoren, DSP, enthalten. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Verbund von Computern oder sonstigen der genannten Einheiten beinhalten.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstellen und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten.
Eine Speichereinheit kann als flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, DRAM (englisch: „dynamic random access memory“) oder statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, SRAM (englisch: „static random access memory“), oder als nicht-flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise als Festwertspeicher, ROM (englisch: „read-only memory“), als programmierbarer Festwertspeicher, PROM (englisch: „programmable read-only memory“), als löschbarer programmierbarer Festwertspeicher, EPROM (englisch: „erasable programmable read-only memory“), als elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher, EEPROM (englisch: „electrically erasable programmable read-only memory“), als Flash-Speicher oder Flash-EEPROM, als ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff, FRAM (englisch: „ferroelectric random access memory“), als magnetoresistiver Speicher mit wahlfreiem Zugriff, MRAM (englisch: „magnetoresistive random access memory“) oder als Phasenänderungsspeicher mit wahlfreiem Zugriff, PCRAM (englisch: „phase-change random access memory“), ausgestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Systems beinhaltet das elektronische Gerät eine Empfangseinheit zum Empfangen jeweiliger Funksignale einer Vielzahl von in der Umgebung verteilter Sendeeinheiten. Das mobile elektronische Gerät, insbesondere die wenigstens eine Recheneinheit, ist dazu eingerichtet, die Position des mobilen elektronischen Geräts abhängig von den empfangenen Funksignalen zu bestimmen.
Das mobile elektronische Gerät, insbesondere die Empfangseinheit, ist also insbesondere dazu eingerichtet, die Funksignale zu empfangen.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält das System die Vielzahl der Sendeeinheiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das mobile elektronische Gerät eine Kamera auf, die dazu eingerichtet ist, Bilddaten zu erzeugen, welche eines oder mehrere Referenzobjekte, insbesondere visuelle Marker, in der Umgebung abbilden. Das mobile elektronische Gerät, insbesondere die wenigstens eine Recheneinheit, ist dazu eingerichtet, die Position des mobilen elektronischen Geräts abhängig von den Bilddaten zu bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Referenzobjekte, insbesondere die visuellen Marker, ebenfalls Teil des Systems.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das mobile elektronische Gerät wenigstens einen Neigungs- und/oder Beschleunigungssensor auf, der dazu eingerichtet ist, Sensordaten zu erzeugen. Das mobile elektronische Gerät, insbesondere die wenigstens eine Recheneinheit, ist dazu eingerichtet, die Position des mobilen elektronischen Geräts abhängig von den Sensordaten zu bestimmen.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt. Insbesondere lassen sich einzelne Merkmale und entsprechende Erläuterungen sowie Vorteile bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren analog auf entsprechende Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems übertragen. Insbesondere ist das erfindungsgemäße System zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet oder programmiert. Insbesondere führt das erfindungsgemäße System das erfindungsgemäße Verfahren durch.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben, welche bei Ausführung der Befehle durch ein erfindungsgemäßes System, insbesondere durch die wenigstens eine Recheneinheit des mobilen elektronischen Geräts, das System dazu veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Dosisschätzung von Streustrahlung auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, welches ein erfindungsgemäßes Computerprogramm speichert.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm beziehungsweise das erfindungsgemäße computerlesbare Speichermedium können als jeweilige Computerprogrammprodukte mit den Befehlen bezeichnet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand konkreter Ausführungsbeispiele und zugehöriger schematischer Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren können gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Beschreibung gleicher oder funktionsgleicher Elemente wird gegebenenfalls nicht notwendigerweise bezüglich verschiedener Figuren wiederholt.
In den Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Dosisschätzung von Streustrahlung;
2 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dosisschätzung von Streustrahlung;
3 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Dosisschätzung von Streustrahlung; und
4 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Dosisschätzung von Streustrahlung.

1 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 13 zur Dosisschätzung von Streustrahlung. Das System 13 weist ein Speichermedium 8 auf sowie ein mobiles elektronisches Gerät 6, beispielsweise ein Smartphone, wobei das Speichermedium 8 in verschiedenen Ausführungsvarianten Teil des mobilen elektronischen Geräts 6 sein kann. In anderen Ausführungsformen kann das Speichermedium 8 extern zu dem mobilen elektronischen Gerät 6 vorgesehen sein und das mobile elektronische Gerät 6 kann das Speichermedium 8 beispielsweise basierend auf drahtloser Datenkommunikation lesen.
1 zeigt des Weiteren eine Modalität 1 zur strahlungsbasierten Bildgebung und/oder zur Strahlentherapie auf. Die Modalität 1 weist eine Strahlungsquelle 4 auf, die dazu eingerichtet ist, ionisierende Strahlung zu erzeugen und zu emittieren. Beispielsweise handelt es sich dabei um Röntgenstrahlung, es sind jedoch auch andere Modalitäten möglich. Rein beispielhaft ist die Modalität 1 in 1 als C-Bogen-Röntgensystem mit einem Stativ 3 und einer Patientenliege 2 gezeigt, wobei die Strahlungsquelle 4 und ein Röntgendetektor 5 auf gegenüberliegenden Enden des C-Bogens angeordnet sind. Dies stellt jedoch keine Einschränkung des erfinderischen Gedankens dar, der viel mehr für beliebige ionisierende Strahlungen und entsprechende Strahlungsquellen 4 anwendbar ist.
Das Speichermedium 8 speichert ein Streustrahlungsmodell, welches eine räumliche Verteilung der bei einem vordefinierten Einsatz der Strahlungsquelle 4 zu erwartenden Streustrahlung in der Umgebung der Strahlungsquelle 4 angibt. Das mobile elektronische Gerät 6 ist dazu eingerichtet, seine Position relativ zu der Strahlungsquelle 4 zu bestimmen.
Das mobile elektronische Gerät 6 ist ferner dazu eingerichtet, abhängig von dem Streustrahlungsmodell und abhängig von der bestimmten Position des mobilen elektronischen Geräts 6 wenigstens eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle 4 zu erwartende Dosiskenngröße der Streustrahlung zu bestimmen.
Die Selbstlokalisierung des mobilen elektronischen Geräts 6 kann je nach Ausführungsform des Systems 13 auf verschiedene Weise erfolgen. Insbesondere enthält das mobile elektronische Gerät 6 Positionsbestimmungsmittel 9, die insbesondere einen oder mehrere Sensoren, beispielsweise Neigungs- und/oder Beschleunigungssensoren, eine oder mehrere Empfangseinheiten zum Empfang von Funksignalen und/oder eine oder mehrere Kameras beinhalten. Des Weiteren beinhaltet das elektronische Gerät 6 eine Recheneinheit 7, die vorliegend stellvertretend für eine oder mehrere Recheneinheiten des mobilen elektronischen Geräts 6 stehen können. Die Recheneinheit 7 kann basierend auf den durch die Positionierungsmittel 9 erfassten Signale oder Sensormesswerte oder dergleichen, die Position des mobilen elektronischen Geräts 6 relativ zu der Strahlungsquelle 4 bestimmen.
Bei dem mobilen elektronischen Gerät 6 kann es sich beispielsweise um ein Gerät eines Benutzers 12 handeln, das dieser mit sich führt, die Position des mobilen elektronischen Geräts 6 lässt daher direkt oder indirekt auf eine Position des Benutzers 12 relativ zu der Strahlungsquelle 4 schließen.
In 2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dosisschätzung von Streustrahlung dargestellt, wie es beispielsweise von einem bezüglich 1 beschriebenen System 13 durchgeführt werden kann. Dabei wird in Schritt S1 das Streustrahlungsmodell bereitgestellt und in Schritt S2 wird mittels des mobilen elektronischen Geräts die Position des mobilen elektronischen Geräts 6 relativ zu der Strahlungsquelle 4 bestimmt. In Schritt S3 wird mittels des mobilen elektronischen Geräts 6 abhängig von dem Streustrahlungsmodell und abhängig von der bestimmten Position die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße bestimmt.
Optional können die Schritte S2 und S3 wiederholt werden, beispielsweise zyklisch wiederholt werden, um so die Position des mobilen elektronischen Geräts 6 beziehungsweise die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße wiederholt, insbesondere zyklisch, zu bestimmen, um so insbesondere auch Positionsveränderungen des mobilen elektronischen Geräts 6 berücksichtigen zu können.
Im optionalen Schritt S4 des Verfahrens kann die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße, die einmalig oder mehrfach bestimmt worden ist in Schritt S3, weiterverarbeitet werden. Wird beispielsweise in Schritt S3 die aktuelle Dosisleistung bestimmt, so kann in Schritt S4 eine bisher akkumulierte Gesamtdosis berechnet werden oder dergleichen.
Im ebenfalls optionalen Schritt S5, der direkt nach Schritt S3 oder nach der zyklischen Durchführung von S2 und S3 oder nach Schritt S4, sofern dieser vorgesehen ist, folgen kann, können Benutzerinformationen abhängig von den Ergebnissen der Schritte S3 und/oder S4 auf einem Anzeigegerät, beispielsweise einem Display 14, des mobilen elektronischen Geräts 6 für den Nutzer angezeigt werden.
In 3 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 13 schematisch dargestellt. Die Ausführungsform des Systems 13 aus 3 beruht auf derjenigen der 1. Hier beinhaltet das mobile elektronische Gerät 6, insbesondere beinhalten die Positionsbestimmungsmittel 9, eine Kamera 9a und in der Umgebung der Strahlungsquelle 4 ist eine Vielzahl von visuellen Markern 10a, 10b, 10c, beispielsweise ArUco-Marker, angeordnet, deren Position und beispielsweise Orientierung bezüglich der Strahlungsquelle 4 bekannt ist.
Mittels der Kamera 9a können Bilddaten erzeugt werden, welche die Marker 10a, 10b, 10c abbilden und die Recheneinheit 7 kann die Position des mobilen elektronischen Geräts 6 abhängig von den Bilddaten bestimmen. Dazu kann die Recheneinheit 7 insbesondere die relative Position und/oder Orientierung des mobilen elektronischen Geräts 6 bezüglich eines oder mehrerer der Marker 10a, 10b, 10c basierend auf den Bilddaten bestimmen und basierend auf der vorgegebenen relativen Position der Strahlungsquelle 4 bezüglich der Marker 10a, 10b, 10c, die relative Position des mobilen elektronischen Geräts 6 bezüglich der Strahlungsquelle 4 berechnen.
4 zeigt schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 13, welche ebenfalls auf der Ausführungsform von 1 beruht. Anstelle der visuellen Marker 10a, 10b, 10c, wie sie in der Ausführungsform der 3 vorgesehen sind, sind in der Ausführungsform der 4 eine Vielzahl von Sendeeinheiten 11a, 11b, 11c vorgesehen, welche an bekannten Positionen der Strahlungsquelle 4 angeordnet sind und Funksignale aussenden können. Das mobile elektronische Gerät 6, insbesondere die Positionsbestimmungsmittel 9 beinhalten demzufolge eine Empfangseinheit 9b, welche die von den Sendeeinheiten 11a, 11b, 11c emittierten Funksignale empfangen kann. Basierend auf den Funksignalen kann die Recheneinheit 7 die Position des mobilen elektronischen Geräts 6 bezüglich einer oder mehrerer der Sendeeinheiten 11a, 11b, 11c und letztlich bezüglich der Strahlungsquelle 4 bestimmen.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen können sowohl Marker 10a, 10b, 10c als auch Sendeeinheiten 11a, 11b, 11c und demzufolge sowohl die Kamera 9a als auch die Empfangseinheit 9b verwendet werden, um die Position des mobilen elektronischen Geräts 6 bezüglich der Strahlungsquelle 4 zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich können die weiter oben erwähnten Neigungs- und/oder Beschleunigungssensoren (nicht dargestellt) des mobilen elektronischen Geräts 6 verwendet werden, um eine Bewegung des mobilen elektronischen Geräts 6 in der Umgebung der Strahlungsquelle 4 zu verfolgen und die Position des mobilen elektronischen Geräts 6 bezüglich der Strahlungsquelle 4 dem entsprechend basierend auf den Sensordaten der Neigungs- und/oder Beschleunigungssensoren zu bestimmen.
Wie beschrieben, insbesondere bezüglich der Figuren, wird durch die Erfindung eine Möglichkeit zur Dosisschätzung von Streustrahlung einer Strahlungsquelle bereitgestellt, die nicht auf die konkrete Messung physikalischer Parameter der Streustrahlung angewiesen ist und die es erlaubt, einem Benutzer eine zu erwartende Dosiskenngröße positionsabhängig bereitzustellen.
Streustrahlung stellt eine potenzielle Gesundheitsgefahr dar, zum Beispiel für medizinisches Personal oder Besucher in einem Untersuchungsraum, etwa zur Röntgenuntersuchung, zur Angiographie oder zur Computertomographie, oder auch in einem Hybrid-Operationsraum. Die Erhöhung des Dosisbewusstseins von medizinischem Personal wäre daher wünschenswert. Eine zugängliche und einfache Information über die erwartete Streustrahlenexposition an verschiedenen Orten in der Umgebung der entsprechenden Strahlungsquelle, wie sie durch die Erfindung bereitgestellt werden kann, kann es erleichtern, Bereiche mit hoher Strahlenexposition zu identifizieren und zu vermeiden. Ungeschultes Personal und Besucher können davon besonders profitieren.
Gemäß entsprechender Ausführungsformen der Erfindung können basierend auf der wenigstens einen Dosiskenngröße auf dem mobilen elektronischen Gerät des Benutzers beispielsweise Informationen betreffend die aktuell erwartete Streustrahlenexposition bei einer anstehenden oder laufenden strahlenbasierten Untersuchung oder Therapie eines Patienten oder eines sonstigen Untersuchungsobjekts angezeigt werden.
Das eingesetzte Streustrahlungsmodell kann durch bekannte Verfahren erzeugt und bereitgestellt werden. Dabei kann optional auch ein Modell für das Untersuchungsobjekt, gegebenenfalls auch als Patientenmodell bezeichnet, berücksichtigt werden. Dieses kann beispielsweise basierend auf einem früheren Bilddatensatz des Untersuchungsobjekts erstellt werden oder ein statistisches Patientenmodell sein.
Optional können bekannte Daten betreffend den Benutzer des Mobilgeräts verwendet werden, etwa Körpergröße, Gewicht, Geschlecht und/oder typische Trageposition des mobilen Geräts, etwa ob das Gerät in der rechten oder linken Hand gehalten wird oder in links oder rechts am Körper mitgeführt wird und eventuelle auch auf welcher Höhe, um ein Benutzermodell zu erzeugen oder anzupassen. Dadurch kann die Stärke der Streustrahlung beziehungsweise die wenigstens eine Dosiskenngröße bezogen auf den kompletten Körper des Benutzers berechnet werden. Hierzu kann insbesondere eine bestimmte Position des Körpers des Benutzers relativ zu dem mobilen elektronischen Gerät angenommen werden und/oder es kann zum Beispiel angenommen werden, dass der Benutzer aufrecht auf dem Boden steht und dergleichen.
Optional können auch Sensoren des mobilen elektronischen Geräts, wie etwa eine Kamera, beispielsweise eine Frontkamera, auch als Selfie-Kamera bezeichnet, eingesetzt werden, um das Benutzermodell zu erstellen. Dabei kann vorhandene Strahlenschutzbekleidung erkannt werden, die Körpermaße des Benutzers können abgeschätzt werden und/oder die relative Position des mobilen elektronischen Geräts bezüglich des Benutzers kann erkannt werden.
Optional können bekannte Parameter betreffend eine Aufnahmegeometrie und/oder Dosiseinstellungen einer laufenden oder anstehenden Aufnahme von dem mobilen elektronischen Gerät erhalten werden, beispielsweise über eine Schnittstelle zu der Modalität, welche die Strahlungsquelle enthält. Das Streustrahlungsmodell kann basierend unter anderem auf diesen Parameter statisch vorausberechnet und/oder auf Basis aktueller Daten parametrisiert oder simuliert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das mobile elektronische Gerät Empfehlungen anzeigen, wohin sich der Benutzer bewegen sollte, um die erwartete Streustrahlung zu senken.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die errechnete Streustrahlung, insbesondere Dosisleistung, über die Zeitdauer des Einsatzes der Strahlungsquell aufsummiert oder integriert werden, und somit eine zukünftige oder bisherige Gesamtdosis errechnet und dem Nutzer angezeigt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann auch die Position von Strahlenschutzschürzen, -scheiben oder -wänden der Modalität oder der Strahlungsquelle erfasst und berücksichtigt werden.
Gegenüber kamerabasierten Ansätzen mit einer Überblickskamera im Raum, welche die Position des Benutzers nachverfolgt, kann die Erfindung einen Datenschutz- und Akzeptanzvorteile bringen, da keine Nachverfolgung der Benutzerbewegung außerhalb des mobilen elektronischen Geräts erfolgt oder entsprechende Daten aufgezeichnet oder gespeichert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

N.L. Rodas et al: „3D global estimation and augmented reality visualization of intra-operative X-ray dose.“, Medical image computing and computer-assisted intervention, 17(Pt 1):415-22 [0004]
N.L. Rodas et al: „Seeing is believing: increasing intraoperative awareness to scattered radiation in interventional procedures by combining augmented reality, Monte Carlo simulations and wireless dosimeters.“, International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery volume 10, 1181-1191 [0004]

Claims

Verfahren zur Dosisschätzung von Streustrahlung, wobei ein Streustrahlungsmodell bereitgestellt wird, welches eine räumliche Verteilung der bei einem vordefinierten Einsatz einer Strahlungsquelle (4) zu erwartenden Streustrahlung in einer Umgebung der Strahlungsquelle (4) angibt, dadurch gekennzeichnet, dass - mittels eines mobilen elektronischen Geräts (6) eines Benutzers (12) eine Position des mobilen elektronischen Geräts (6) relativ zu der Strahlungsquelle (4) bestimmt wird; - mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) abhängig von dem Streustrahlungsmodell und abhängig von der bestimmten Position wenigstens eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle (4) zu erwartende Dosiskenngröße der Streustrahlung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Bestimmung der wenigstens einen Dosiskenngröße auch Informationen betreffend den Benutzer berücksichtigt werden, die ausschließlich auf dem mobilen elektronischen Gerät gespeichert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Dosiskenngröße - eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle (4) aktuell zu erwartende Dosisleistung und/oder eine zu einem vordefinierten zukünftigen Zeitpunkt zu erwartende Dosisleistung beinhaltet; oder - abhängig von der aktuell zu erwartenden Dosisleistung und/oder der zu dem vordefinierten zukünftigen Zeitpunkt zu erwartenden Dosisleistung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Dosiskenngröße - eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle (4) zu erwartende bisherige Dosis und/oder eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle (4) zu erwartende zukünftige Dosis beinhaltet; oder - abhängig von der bisherigen Dosis und/oder der zukünftigen Dosis bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei - die Position des mobilen elektronischen Geräts (6) relativ zu der Strahlungsquelle (4) mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) zu einer Vielzahl von Zeitpunkten bestimmt wird; - für jeden der Vielzahl von Zeitpunkten mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) abhängig von der jeweils bestimmten Position und abhängig von dem Streustrahlungsmodell eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle (4) zum dem entsprechenden Zeitpunkt zu erwartende Dosisleistung bestimmt wird; und - die bisherige Dosis und/oder die zukünftige Dosis abhängig von der für die Vielzahl von Zeitpunkten bestimmten Dosisleistungen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - mittels einer Empfangseinheit (9b) des mobilen elektronischen Geräts (6) jeweilige Funksignale einer Vielzahl von in der Umgebung verteilten Sendeeinheiten (11a, 11b, 11c) empfangen werden; und - die Position des mobilen elektronischen Geräts (6) abhängig von den empfangenen Funksignalen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) Bilddaten erzeugt werden, welche eines oder mehrere Referenzobjekte (10a, 10b, 10c) in der Umgebung und/oder die Strahlungsquelle (4) abbilden; und - die Position des mobilen elektronischen Geräts (6) abhängig von den Bilddaten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - mittels wenigstens eines Neigungs- und/oder Beschleunigungssensors des mobilen elektronischen Geräts (6) Sensordaten erzeugt werden; und - die Position des mobilen elektronischen Geräts (6) abhängig von den Sensordaten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - abhängig von der Position des mobilen elektronischen Geräts (6) eine von der Position des mobilen elektronischen Geräts (6) verschiedene Position des Benutzers (12) bestimmt wird; und - die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße für die Position des Benutzers (12) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei - abhängig von der Position des mobilen elektronischen Geräts (6) ein dreidimensionaler räumlicher Bereich bestimmt wird; - mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) für jeden einer Vielzahl von Punkten in dem dreidimensionalen räumlichen Bereich eine lokale Dosisleistung und/oder lokale Dosis bestimmt wird; und - mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) die lokalen Dosisleistungen und/oder die lokalen Dosen aufsummiert werden, um die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) abhängig von der wenigstens einen Dosiskenngröße und abhängig von dem Streustrahlungsmodell eine weitere Position oder ein Bereich in der Umgebung der Strahlungsquelle (4) bestimmt wird, für den eine von dem Benutzer (12) gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle (4) aufgenommene Dosis der Streustrahlung reduziert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) weitere Bilddaten erzeugt werden, welche den Benutzer (12) abbilden; - mittels des mobilen elektronischen Geräts (6) basierend auf den weiteren Bilddaten ein Benutzermodell erstellt oder angepasst wird; und - die wenigstens eine zu erwartende Dosiskenngröße abhängig von dem Benutzermodell bestimmt wird.
System zur Dosisschätzung von Streustrahlung aufweisend ein Speichermedium (8), das ein Streustrahlungsmodell speichert, welches eine räumliche Verteilung der bei einem vordefinierten Einsatz einer Strahlungsquelle (4) zu erwartenden Streustrahlung in einer Umgebung der Strahlungsquelle (4) angibt, dadurch gekennzeichnet, dass - das System ein mobiles elektronisches Gerät (6) umfasst, das dazu eingerichtet ist, seine Position relativ zu der Strahlungsquelle (4) zu bestimmen; - das mobile elektronische Gerät (6) dazu eingerichtet ist, abhängig von dem Streustrahlungsmodell und abhängig von der bestimmten Position des mobilen elektronischen Geräts (6) wenigstens eine gemäß dem Einsatz der Strahlungsquelle (4) zu erwartende Dosiskenngröße der Streustrahlung zu bestimmen.
System nach Anspruch 13, wobei das mobile elektonische Gerät (6) dazu eingerichtet ist, die wenigstens eine Dosiskenngröße abhängig von Informationen betreffend den Benutzer zu bestimmen, welche ausschließlich auf dem mobilen elektronischen Gerät gespeichert sind.
System nach Anspruch 13 oder 14, wobei das mobile elektronische Gerät (6) - eine Empfangseinheit (9b) zum Empfangen jeweiliger Funksignale einer Vielzahl von in der Umgebung verteilter Sendeeinheiten (11a, 11b, 11c) aufweist und dazu eingerichtet ist, die Position des mobilen elektronischen Geräts (6) abhängig von den empfangenen Funksignalen zu bestimmen; und/oder - eine Kamera (9a) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Bilddaten zu erzeugen, welche eines oder mehrere Referenzobjekte (10a, 10b, 10c) in der Umgebung abbilden, und dazu eingerichtet ist, die Position des mobilen elektronischen Geräts (6) abhängig von den Bilddaten zu bestimmen.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei - das mobile elektronische Gerät (6) wenigstens einen Neigungs- und/oder Beschleunigungssensor aufweist, der dazu eingerichtet ist, Sensordaten zu erzeugen; und - das mobile elektronische Gerät (6) dazu eingerichtet ist, die Position des mobilen elektronischen Geräts (6) abhängig von den Sensordaten zu bestimmen.
Computerprogrammprodukt mit Befehlen, welche bei Ausführung durch ein System nach einem der Ansprüche 13 bis 16 das System dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.