-
Die Erfindung betrifft eine Medizintechnikeinrichtung, welche aufweist:
- - wenigstens eine Funktionskomponente,
- - eine zur Positionierung der Funktionskomponente im Raum vorgesehene Trägeranordnung mit wenigstens zwei gegeneinander bewegbaren Trägerkomponenten,
- - wenigstens eine in unterschiedlichen Stellungen der Trägeranordnung unterschiedlich positionierte und/oder geformte Zusatzkomponente und
- - eine Steuereinrichtung,
wobei die Steuereinrichtung zur Bildung eines Kollisionsschutzsystems umfasst: - - eine Modelleinheit zur Aktualisierung eines die Trägerkomponenten und die Funktionskomponente mit ihrer Bewegbarkeit abbildenden digitalen Bewegungsmodells der Medizintechnikeinrichtung aufgrund von aktuellen Stellungen der Trägerkomponenten anzeigenden Stellungsdaten,
- - eine Detektionseinheit zur Auswertung des aktuellen Bewegungsmodells zur Detektion möglicherweise bevorstehender Kollisionen mit wenigstens einem im Bewegungsbereich befindlichen, in dem Bewegungsmodell abgebildeten Subjekt und/oder Objekt, und
- - eine Maßnahmeneinheit zur Durchführung wenigstens einer Kollisionsschutzmaßnahme bei Detektion einer möglicherweise bevorstehenden Kollision.
-
Daneben betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren zum Betrieb einer solchen Medizintechnikeinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
-
Medizintechnikeinrichtungen, insbesondere solche zur Untersuchung und Behandlung eines Patienten, weisen häufig bewegbare Komponenten auf, für die gewünscht ist, dass sie nicht mit dem Patienten oder sonstigen erfassbaren Objekten, insbesondere weiteren Komponenten der Medizintechnikeinrichtung, kollidieren. Eine solche Medizintechnikeinrichtung weist dabei üblicherweise wenigstens eine Funktionskomponente auf, die über eine Trägerkomponenten aufweisende Trägeranordnung im Raum zur korrekten Untersuchung und/oder Behandlung des Patienten positionierbar ist. Bei einer solchen Funktionskomponente kann es sich bei einer medizinischen Bildgebungseinrichtung beispielsweise um eine Aufnahmeanordnung oder bei einer Strahlentherapieeinrichtung um einen Strahlenkopf oder dergleichen handeln.
-
Besonders relevant ist diese Fragestellung bei Röntgeneinrichtungen, die eine frei im Raum positionierbare Aufnahmeanordnung mit einem Röntgenstrahler und einem Röntgendetektor aufweisen. Hierbei können unterschiedliche Projektionsrichtungen bzw. allgemein Aufnahmegeometrien, die auf den durchzuführenden medizinischen Vorgang abgestimmt sind, durchgeführt werden. Häufig weisen derartige Röntgeneinrichtungen einen C-Bogen auf, an dem sich gegenüber liegend der Röntgenstrahler und der Röntgendetektor angeordnet sind. Der C-Bogen bildet dabei eine Trägerkomponente. Er kann beispielsweise zur Realisierung einer Orbitaldrehung als Bewegungsfreiheitsgrad in einem Außenbogen mittels eines Halters (beispielsweise eines Laufwagens), die weitere Trägerkomponenten bilden, verschiebbar gehaltert sein. Der Außenbogen teilweise auch als (äußerer) teleskopischer C-Bogen, der eigentliche C-Bogen als innerer C-Bogen bezeichnet werden. Andere Ausgestaltungen solcher Röntgeneinrichtungen mit einem C-Bogen sowie Ansätze, die Röntgenstrahler und Röntgendetektor getrennt bewegen, können auch Roboterarme umfassen. Derartige Röntgeneinrichtungen werden häufig auch als Angiographiesysteme, insbesondere robotische Angiographiesysteme, bezeichnet und werden häufig auch bei insbesondere minimalinvasiven Eingriffen am Patienten, allgemein also während klinischer Interventionen, eingesetzt.
-
Allgemein gilt für Medizintechnikeinrichtungen, dass durch Kollisionsschutzsysteme, je konservativer diese ausgelegt sind, der Bewegungsfreiraum für die Funktionskomponente teilweise deutlich eingeschränkt wird. Das bedeutet, dass bestimmte Behandlungs- und/oder Untersuchungspositionen, beispielsweise Aufnahmegeometrien bei Bildgebungseinrichtungen, aufgrund des Kollisionsschutzsystems gegebenenfalls nicht erreichbar sind, obwohl sie es bei genauerer Wirkung des Kollisionsschutzsystems wären. Dem steht für hochgenaue, den Bewegungsfreiraum maximierende Kollisionsschutzsysteme meist ein hoher Kostenfaktor und ein hoher Aufwand, das bedeutet eine hohe Komplexität, entgegen.
-
So wurden im Stand der Technik bereits Kollisionsschutzsysteme vorgeschlagen, welche Entfernungssensoren an der Funktionskomponente und/oder den Trägerkomponenten der Trägeranordnung nutzen, welche aber kostenaufwendig und hochkomplex hinsichtlich des Verbaus, der Datenauswertung und der dahinterstehenden Steuerung sind. Daher werden softwarebasierte Kollisionsschutzsysteme, die beispielsweise in einer Steuereinrichtung der Medizintechnikeinrichtung ohnehin vorliegende Stellungsdaten der Trägerkomponenten nutzen, als kosteneffizienter und einfacher umsetzbar bevorzugt. Softwarebasierte Kollisionsschutzsysteme erlauben zudem eine schnellere Bewegung der Trägerkomponenten gegeneinander durch Vermeidung von toten Winkeln, die beispielsweise durch sterile Abdeckungen erzeugt werden, und sind sogar in der Lage, die Eindringtiefe zu beurteilen, um schnelle Auflösung von Kollisionssituationen zu erlauben.
-
Beispielsweise wurden Kollisionsschutzsysteme vorgeschlagen, die mittels eines Bewegungsmodells kontinuierlich die Bewegung der Medizintechnikeinrichtung überwachen und kollisionsbezogene Gefahren durch Beschränkung von Systemgeschwindigkeiten verhindern. Zur Abstandsberechnung kann die Medizintechnikeinrichtung in dem Bewegungsmodell in eine beschränkte Anzahl starrer geometrischer Elemente zerlegt werden, deren räumliche Posen, also Positionen und Orientierungen, in dem Bewegungsmodell durch eine kinematische Kette erfasst werden können. Neben der Medizintechnikeinrichtung können auch weitere Objekte und/oder Subjekte in dem Bewegungsmodell erfasst werden, insbesondere solche, mit denen eine Kollision nicht erwünscht ist. Dies betrifft in vielen Implementierungen hauptsächlich den Patienten als Subjekt.
-
Aus Kostengründen und zur Reduzierung der Komplexität werden in den Bewegungsmodellen üblicherweise nur die Bewegungsfreiheitsgrade der Trägeranordnung abgebildet, die in direkter Beziehung zu der Positionierung des Patienten und der Funktionskomponente stehen. Diese Bewegungsfreiheitsgrade haben den Vorteil, dass die Geber der entsprechend für die Bewegung der Trägerkomponenten gegeneinander eingesetzten Aktoren üblicherweise bereits hinreichende Stellungsdaten liefern. Dies hat jedoch das Problem zur Folge, dass einige Zusatzkomponenten der Medizintechnikeinrichtung, beispielsweise Kabelführungskomponenten mit rotierbaren Kabelauslässen, zwar bei Veränderung der Trägeranordnung zumindest teilweise ihre Pose und/oder Form verändern, jedoch im Bewegungsmodell nicht nachvollziehbar sind, da hierzu keine Stellungsdaten vorliegen. Entsprechend wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, derartige Zusatzkomponenten durch vergrößerte geometrische Modellelemente der Zusatzkomponenten abzubilden, die den gesamten denkbaren Bewegungsfreiraum der Zusatzkomponente abdecken. Solche vergrößerten, „aufgeblasenen“ Modellelemente sind jedoch nachteilhaft, da klinisch relevante Positionen gegebenenfalls nicht oder zumindest nicht innerhalb der kürzest möglichen Zeit erreicht werden können.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein den verfügbaren Positionierungsfreiraum für Funktionskomponenten vergrößerndes, Kollisionen dennoch robust verhinderndes Kollisionsschutzkonzept anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Medizintechnikeinrichtung, ein Verfahren, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Bei einer Medizintechnikeinrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Bewegungsmodell auch die Bewegung der Zusatzkomponente abbildet, wobei die Modelleinheit zur Ermittlung von eine aktuelle Pose und/oder Form der Zusatzkomponente beschreibenden Zusatzdaten aus einem in der Steuereinrichtung abgelegten Zusammenhang wenigstens eines Teils der Stellungsdaten mit den Zusatzdaten ausgebildet ist.
-
Es ist eine der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis, dass in vielen Fällen ein deterministischer Zusammenhang zwischen der Bewegung der Trägerkomponenten und der insbesondere damit verbundenen Zusatzkomponente besteht, der ausgenutzt wird, um die Zusatzkomponente zumindest teilweise in das Bewegungsmodell aufzunehmen und deren Bewegung mit abzubilden, so dass vergrößerte geometrische Elemente, die blockierten Raum darstellen, vermieden werden können. Somit wird neben einem verbesserten Schutz von vor Kollision zu bewahrenden Subjekten und/oder Objekten durch das verbesserte Bewegungsmodell ein vergrößerter Bewegungsfreiraum bereitgestellt, so dass eine Untersuchung und/oder Behandlung mittels der Funktionskomponente in einem größeren Bereich klinisch relevanter Positionen erfolgen kann, was mithin die Qualität der Untersuchung und/oder Behandlung, insbesondere von medizinischen Eingriffen, verbessern kann. Dabei können, wie noch genauer dargelegt werden wird, die Verbesserungen insbesondere unter Verwendung ohnehin vorhandener Bausteine des Kollisionsschutzsystems, insbesondere des Bewegungsmodells, erfolgen, ohne dass eine wesentliche Änderung der existierenden Softwarestruktur erforderlich ist. Insbesondere ist keine zusätzliche, auf die Zusatzkomponente bezogene, aufwendige und/oder teure Zusatzsensorik erforderlich.
-
Die erfindungsgemäß verbesserte Ausgestaltung des softwarebasierten Kollisionsschutzsystems löst Beschränkungen des Bewegungsfreiraums hinsichtlich klinisch relevanter Positionen, die aufgrund der Unsicherheit hinsichtlich der Pose (Position und Orientierung) und/oder Form der Zusatzkomponenten existierten, auf, indem deterministische Zusammenhänge zwischen der Bewegung der Zusatzkomponente und den ohnehin vorliegenden Stellungsdaten genutzt werden. Durch diese wesentliche Verbesserung können die zuvor verwendeten, vergrößerten Modellelemente durch exaktere geometrische Repräsentationen und Posen/Formen ersetzt werden, so dass die Erreichbarkeit klinisch relevanter interessierender Bereiche ohne die Notwendigkeit der Einführung komplexer und kostenaufwendiger Positionssensoren erweitert werden kann. Die Erfindung erlaubt auch eine schnellere Positionierung der Funktionskomponente, da die tatsächliche Geometrie wiedergegeben wird und kürzeste kollisionsfreie Bewegungen ermöglicht werden.
-
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Zusatzkomponente wenigstens ein Element einer Kabelführungskomponente für wenigstens ein Kabel zu der Funktionskomponente umfasst. Um ihre Funktion ausführen zu können, benötigen Funktionskomponenten üblicherweise wenigstens eine Kabelzuführung, beispielsweise eine Zuführung elektrischer und/oder sonstiger Leistung und/oder wenigstens eine Datenleitung/Kommunikationsleitung. Trotz der Trägeranordnung mit ihren gegeneinander bewegbaren Trägerkomponenten ist es nötig, entsprechende Kabel zu der Funktionskomponente zu führen. Hierfür werden üblicherweise eine bestimmte Beweglichkeit aufweisende Kabelführungskomponenten zwischen wenigstens zwei der Trägerkomponenten verwendet. Werden die Trägerkomponenten bewegt, ergibt sich mithin auch eine Veränderung der Pose und/oder Form der Kabelführungskomponente und ihrer Elemente. Dabei kann das wenigstens eine Element der Kabelführungskomponente, welches als Zusatzkomponente in dem Bewegungsmodell aufgrund des Zusammenhangs berücksichtigt wird, wenigstens ein starrer Kabelauslass, insbesondere zur Verbindung mit einem Rillschlauch/Wellrohr, sein. Beispielsweise sind im Stand der Technik Kabelführungskomponenten bekannt, die zwei rotierbar an jeweils einer Trägerkomponente angebrachte Kabelauslässe aufweisen, die über einen Rillschlauch flexibel sowie gegebenenfalls auch längenanpassbar verbunden sind. Hierbei können die Kabelauslässe in ihrer Rotierbarkeit als Zusatzkomponenten in dem Bewegungsmodell abgebildet werden, wodurch eine komplexere Einbindung auch des Rillschlauchs vermieden werden kann.
-
Denn es hat sich in der Praxis und in Experimenten gezeigt, dass Kollisionsprobleme eher von den Kabelauslässen herrühren, nicht aber von dem Rillschlauch, so dass eine insbesondere einfach umsetzbare Modellierung der Kabelauslässe ausreichend für eine deutliche Qualitätsverbesserung des Bewegungsmodells und somit eine Vergrößerung des Bewegungsfreiraums für die Funktionskomponente ist. Dabei sind Ausführungsbeispiele denkbar, in denen die Zusatzkomponente, die den Kabelauslass im Bewegungsmodell repräsentiert, länger als der Kabelauslass in der Realität ist, so dass auch hierüber ein Teil des Rillschlauches noch mit abgebildet werden kann, um eine weitere Verbesserung zu erreichen.
-
Im Beispiel des Kabelauslasses als (rotierbare) Zusatzkomponente, aber auch allgemein, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, dass die Zusatzkomponente dem wenigstens eine kinematische Kette verwendenden Bewegungsmodell in Denavit-Hartenberg-Notation (DH-Notation) zugefügt ist, insbesondere als starres, drehbar angekoppeltes kinematisches Element. Über eine kinematische Kette kann die Trägeranordnung besonders recheneffizient, aufwandsarm und einfach handhabbar in dem Bewegungsmodell abgebildet werden. Es wird nun vorgeschlagen, diesen grundsätzlich einfachen Aufbau aus starren, insbesondere miteinander drehgekoppelten, kinematischen Elementen der kinematischen Kette auch bei Hinzufügung der wenigstens einen Zusatzkomponente aufrechtzuerhalten und diese der kinematischen Kette in der hier üblicherweise verwendeten DH-Notation hinzuzufügen. Bei Ankopplung als starres, drehbar angekoppeltes kinematisches Element, welches den Kabelauslass als Element der Kabelführungskomponente im Bewegungsmodell repräsentiert, beschreiben die Zusatzdaten dann bevorzugt eine Winkelstellung des wenigstens einen kinematischen Elements (und somit des Kabelauslasses). Diese Winkelstellung kann als ein Austrittswinkel der Kabel verstanden werden. Insbesondere können die Zusatzdaten wenigstens eine Winkelstellung eines jeweiligen kinematischen Elements (Modellelements) der Zusatzkomponente zu einer mit dem Element verbundenen Trägerkomponente und/oder Funktionskomponente beschreiben. Bei Kabelauslässen als Zusatzkomponenten und drehbar an jeweils eine Trägerkomponente angekoppelten starren kinematischen Elementen kann mithin eine Nullstellung für den Winkel der Winkelstellung definiert werden, wobei dann der Zusammenhang eine Ermittlung des entsprechenden Winkels aus wenigstens einem Teil der Stellungsdaten erlaubt. Schließt die Kabelführungskomponente an zwei über die kinematische Kette verbundene, insbesondere in der kinematischen Kette benachbarte, Trägerkomponenten an, kann als Teil der Stellungsdaten insbesondere das die Stellung dieser Trägerkomponenten zueinander beschreibende Stellungsdatum relevant sein, beispielsweise ein Stellungswinkel bei Verschiebbarkeit eines C-Bogens in einem Außenbogen mittels eines Halters (Laufwagens).
-
In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, dass in Ausführungsbeispielen allgemein, aber auch speziell für den Fall einer einen Rillschlauch zwischen Kabelauslässen umfassenden Kabelführungselemente, eine genauere Beschreibung durch Verwendung von in der kinematischen Kette gekoppelten, starren Segmenten möglich ist. So kann beispielsweise ein Rillschlauch durch mehrere Segmente, die aneinander drehgekoppelt sind, modelliert werden, um auch hier eine Verbesserung zu erreichen. Bei Röntgeneinrichtungen mit einem in einem Außenbogen, insbesondere über einen Halter (Laufwagen) als Trägerkomponente, an der der Kabelauslass befestigt ist, geführten C-Bogen hat sich jedoch gezeigt, wie dargelegt, dass der Beitrag zum Kollisionsrisiko und zur Einschränkung des Bewegungsfreiraums durch den Rillschlauch als eher gering im Vergleich zu den Kabelauslässen zu bewerten ist, so dass in einem solchen Fall der Aufwand zusätzlicher Modellsegmente nicht zwangsläufig getrieben werden muss. Es können jedoch andere Fälle existieren, in denen sich auch dies als zweckmäßig für einen deutlichen Gewinn an Bewegungsfreiraum für die Funktionskomponente zeigt.
-
Als weitere Möglichkeit zur Berücksichtigung des Rillschlauchs kann auch ein lokal, insbesondere entlang einer Kante um eine Zylinderform, vergrößertes Modell einer Patientenliege (also der Patiententischplatte eines Patiententischs) der Röntgeneinrichtung verwendet werden. Hier haben sich hervorragende Ergebnisse bei dedizierter Kombination einer Modellierung der Kabelauslässe mit einer solchen lokalen Vergrößerung der Modellrepräsentation der Patientenliege gezeigt, wobei die Patientenliege insbesondere als Objekt oder Teil eines bzw. des Objekts, mit dem Kollisionen verhindert werden sollen, verwendet wird. Die lokale Vergrößerung der Patientenliege wird dann nicht generell, sondern nur in Zusammenhang mit den modellierten Kabelauslässen verwendet. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass eine Kollisionsüberprüfung zwischen der Patientenliege und den Kabelauslässen die lokale Vergrößerung nutzt, aber alle sonstigen Bewegungswege, insbesondere der anderen Objekte und Komponenten der Röntgeneinrichtung, durch die lokale Vergrößerung unbeeinträchtigt bleiben. Der Bewegungsfreiraum wird so nicht eingeschränkt, sondern gegenüber denkbaren Ansätzen, die die Zusatzkomponente gänzlich (hier also Rillschlauch und Kabelauslässe) und generell als Erweiterung des Patientenliegenmodells abbilden, sogar deutlich erweitert.
-
Bei der Medizintechnikeinrichtung kann es sich insbesondere um eine Röntgeneinrichtung mit einer einen Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor umfassenden Aufnahmeanordnung als Funktionskomponente handeln. Derartige Röntgeneinrichtungen werden häufig im Rahmen von medizinischen Eingriffen eingesetzt und es ist aufgrund der Vielzahl medizinischer Vorgänge, bei denen sie nützlich sind, vorteilhaft, wenn eine besonders hohe Anzahl an klinisch relevanten Positionen der Funktionskomponente, hier also Aufnahmegeometrien, insbesondere auf kürzestem Weg, erreichbar ist. Daher lässt sich die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil auf derartige Röntgeneinrichtungen als Medizineinrichtungen anwenden.
-
Die wenigstens eine Trägerkomponente kann ein in einem Außenbogen über einen Halter, insbesondere einen Laufwagen, als weitere Trägerkomponente verschiebbar geführter C-Bogen sein, dessen Stellung zu dem Halter in den Stellungsdaten durch einen Stellungswinkel beschrieben ist, wobei der Zusammenhang für ein Element, insbesondere einen Kabelauslass, einer Kabel von dem Halter zu der am C-Bogen angeordneten Funktionskomponente führenden Kabelführungskomponente als Zusatzkomponente dem Stellungswinkel die Zusatzdaten, insbesondere eine Winkelstellung des als starres Element modellierten Kabelauslasses, zuordnet. Hierbei ist der C-Bogen über einen Halter (beispielsweise einen Laufwagen), der eine Trägerkomponente ist, in dem Außenbogen geführt, da sich die Bogenlängen des (inneren) C-Bogens und des Außenbogens (äußerer teleskopischer C-Bogen) stark unterscheiden. Der Halter kann sich dabei mit einem unterschiedlichen (aber festen) Übersetzungsverhältnis in den beiden Bögen bewegen. Es kann dabei also vorgesehen sein, dass die Zusatzdaten bei einer an dem C-Bogen und dem den C-Bogen verschiebbar mit dem Außenbogen verbindenden Halter befestigten Kabelführungskomponente eine Winkelstellung der jeweiligen Kabelauslässe als Zusatzkomponenten zu der jeweiligen Trägerkomponente (C-Bogen, Halter) beschreiben.
-
In einem derartigen konkreten Ausführungsbeispiel wird also ein deterministischer Zusammenhang zwischen der Winkelstellung der Kabelauslässe und dem Stellungswinkel des C-Bogens genutzt, die aufgrund des Rillschlauchs fester Länge und konsistenten mechanischen Eigenschaften zwischen derartigen Röntgeneinrichtungen mit einem C-Bogen existiert. Aufgrund der definierten mechanischen Kopplung mittels des Halters kann als Stellungswinkel insbesondere auch der Orbitalwinkel (Stellungswinkel zwischen Außenbogen und C-Bogen) verwendet werden, der dann auch die Stellung von C-Bogen und Halter zueinander beschreibt. Hierbei kann insbesondere eine Modellierung der Kabelauslässe als kinematische Elemente mit Rotationswinkeln, die allein vom bekannten Stellungswinkel, insbesondere dem Orbitalwinkel, abhängen, erfolgen. Mit der durch den Zusammenhang erhaltenen Zusatzinformation wird Unsicherheit aufgelöst und die Kabelauslass-Modelle können auf ihre tatsächliche geometrische Form reduziert werden. Dabei kann zweckmäßigerweise die erweiterte kinematische Konfiguration die Kabelauslassbewegung durch neue drehbar angekoppelte Modellelemente in Denavit-Hartenberg-Notation (DH-Notation) abbilden. Diese Elemente als Zusatzkomponenten sind zweckmäßigerweise minimalinvasiv in die Bewegungsketten zur Modellierung der Trägeranordnung integriert. Die aus dem Zusammenhang ermittelten Winkelstellungen der Kabelauslässe werden in die kinematische Kette eingebracht, um eine Aktualisierung des Bewegungsmodells zur Ermöglichung akkurater Abstandsberechnung zu triggern.
-
In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Zusammenhang als eine Look-Up-Tabelle eingespeichert sein, wobei die Modelleinheit zur Ermittlung von Zusatzdaten für zwischen Tabellenwerten in der Look-Up-Tabelle liegende Werte der Stellungsdaten durch Interpolation ausgebildet ist. Grundsätzlich und allgemein gesprochen ist es denkbar, auf einfach umzusetzende Weise den Zusammenhang, beispielsweise aufgrund von Ergebnissen einer Kalibrierungsmessung, als Look-Up-Tabelle in einem Speichermittel der Steuereinrichtung für die Modelleinheit abzulegen. In anderen Ausführungsbeispielen kann es selbstverständlich auch denkbar sein, den Zusammenhang als mathematische, beispielsweise durch einen Fit ermittelte Funktion abzulegen. Bei einer Look-Up-Tabelle ist es besonders vorteilhaft, wenn für zwischen Tabellenwerten der Look-Up-Tabelle liegende Werte der Stellungsdaten eine Interpolation erfolgt, um die entsprechenden Zusatzdaten zu ermitteln. Hierbei wird insbesondere lineare Interpolation genutzt.
-
Zur Ermittlung wenigstens eines Teils der Stellungsdaten kann die Medizintechnikeinrichtung wenigstens einen einem Aktor zugeordneten Geber aufweisen. Mit besonderem Vorteil kann auf zusätzliche Sensorik zur Ermittlung der Stellungsdaten vollständig verzichtet werden. Dabei wird bevorzugt in der Steuereinrichtung der Medizintechnikeinrichtung ohnehin die aktuelle Stellung der Aktoren und somit der Trägerkomponenten zueinander nachverfolgt, wofür idealerweise das entsprechende Geber-Feedback der Aktoren genutzt werden kann.
-
Der Kollisionsschutz des Kollisionsschutzsystems bezieht sich hierbei, wie bereits dargelegt wurde, insbesondere auf den Patienten als Subjekt, der, beispielsweise in zylindrischer Modellierung, leicht in das Bewegungsmodell eingebracht werden kann, da seine übliche oder aus Vorgangsdaten genauer bestimmbare Positionierung auf einer der Medizintechnikeinrichtung zugeordneten Patientenliege üblicherweise bekannt ist, genau wie die als Objekt, mit dem Kollisionen verhindert werden sollen, betrachtbare Patientenliege oder der gesamte Patiententisch in der Steuereinrichtung ebenso nachverfolgt wird, beispielsweise was dessen Aktorik und Verstellmöglichkeiten angeht. Somit sind ein Patiententisch mit Patientenliege als wenigsten ein Objekt sowie der Patient als Subjekt besonders einfach ohne aufwendige zusätzliche Sensorik und dergleichen in das Bewegungsmodell einfügbar. Die Detektionseinheit kann also ausgebildet sein, als Subjekt wenigstens einen, insbesondere zumindest teilweise als Zylinder modellierten, Patienten und/oder als Objekt einen, insbesondere einen Teil der Medizintechnikeinrichtung bildenden, Patiententisch zu verwenden. Darüber hinaus sind grundsätzlich selbstverständlich auch andere Objekte und/oder Subjekte in dem Bewegungsmodell grundsätzlich berücksichtbar, solange sich diese, insbesondere auf einfache Art und Weise, sinnvoll in einer zumindest angenähert der Realität entsprechenden Pose abbilden lassen.
-
In der Ausgestaltung als Röntgeneinrichtung, aber auch für andere Medizintechnikeinrichtungen, kann die Trägeranordnung bevorzugt deckenmontiert sein. Eine Montage der Trägeranordnung an der Decke stellt im bodennahen Bereich einen größeren Freiraum für Geräte, Personen und deren Bewegung bereit, was insbesondere im Hinblick auf medizinische Eingriffe, beispielsweise minimalinvasive Eingriffe, zweckmäßig sein kann. Es ist jedoch selbstverständlich auch eine bodenmontierte Trägeranordnung denkbar.
-
Als Kollisionsschutzmaßnahme kann ein die möglicherweise bevorstehende Kollision anzeigendes Signal ausgegeben werden. Als Kollisionsschutzmaßnahme kann beispielsweise auch vorgesehen sein, die Bewegung wenigstens einer Trägerkomponente zu verlangsamen und/oder anzuhalten und/oder eine Warnung auszugeben und/oder einen alternativen Fahrweg zum Erreichen einer Zielposition der Funktionskomponente zu ermitteln und anzuwenden.
-
Neben der Medizintechnikeinrichtung betrifft die Erfindung auch ein computerimplementiertes Verfahren zum Betrieb einer Medizintechnikeinrichtung, insbesondere einer erfindungsgemä-ßen Medizintechnikeinrichtung, wobei die Medizintechnikeinrichtung aufweist:
- - wenigstens eine Funktionskomponente,
- - eine zur Positionierung der Funktionskomponente im Raum vorgesehene Trägeranordnung mit wenigstens zwei gegeneinander bewegbaren Trägerkomponenten,
- - wenigstens eine in unterschiedlichen Stellungen der Trägeranordnung unterschiedlich positionierte und/oder geformte Zusatzkomponente, und
- - eine Steuereinrichtung, welche zum Kollisionsschutz aktuelle Stellungen der Trägerkomponenten anzeigende Stellungsdaten zur Aktualisierung eines die Trägerkomponenten und die Funktionskomponente mit ihrer Bewegbarkeit abbildenden digitalen Bewegungsmodells der Medizintechnikeinrichtung verwendet, das aktuelle Bewegungsmodell zur Detektion möglicherweise bevorstehender Kollisionen mit wenigstens einem im Bewegungsbereich befindlichen, in dem Bewegungsmodell abgebildeten Subjekt und/oder Objekt auswertet und bei Detektion einer möglicherweise bevorstehenden Kollision wenigstens eine Kollisionsschutzmaßnahme durchführt,
wobei das Bewegungsmodell auch die Bewegung der Zusatzkomponente abbildet, wobei eine aktuelle Pose und/oder Form der Zusatzkomponente beschreibende Zusatzdaten aus einem in der Steuereinrichtung abgelegten Zusammenhang wenigstens eines Teils der Stellungsdaten mit den Zusatzdaten ermittelt werden.
-
Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Medizintechnikeinrichtung lassen sich analog auf das erfindungsgemäße computerimplementierte Verfahren übertragen, so dass auch mit diesem die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
-
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist direkt in ein Speichermittel einer Steuereinrichtung einer Medizintechnikeinrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert sein, welcher mithin darauf gespeicherte Steuerinformationen umfasst, welche wenigstens ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und ausgestaltet sind, bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Medizintechnikeinrichtung diese auszubilden, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen, als Röntgeneinrichtung ausgebildeten Medizintechnikeinrichtung,
- 2 die funktionale Struktur einer Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung,
- 3 eine Abbildung eines ersten Kabelauslasses in ein Bewegungsmodell,
- 4 eine Abbildung eines zweiten Kabelauslasses in dem Bewegungsmodell,
- 5 einen Graphen, der einen Zusammenhang zwischen Stellungsdaten und Zusatzdaten illustriert, und
- 6 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt als Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Medizintechnikeinrichtung eine Röntgeneinrichtung 1, welche vorliegend eine deckenmontierte Trägeranordnung 2 mit mehreren zur Herstellung unterschiedlicher Bewegungsfreiheitsgrade gegeneinander bewegbaren Trägerkomponenten aufweist, beispielsweise einer in einem Schienensystem 3 verfahrbaren Trägerplatte 4, an der gegen diese rotierbar ein Arm 5 befestigt ist, an welchem wiederum rotierbar ein Außenbogen 6 angeordnet ist, in dem ein C-Bogen 7 zur Einstellung eines Orbitalwinkels mittels eines Halters 32, beispielsweise eines Laufwagens, verschiebbar gelagert ist. Aufgrund der unterschiedlichen Bogenlängen des C-Bogens 7 und des Außenbogens 6 bewegt sich der Halter mit einem unterschiedlichen, festen Übersetzungsverhältnis in den beiden Bögen 6, 7. An dem C-Bogen 7 sind zur Bildung einer Aufnahmeanordnung als Funktionskomponente sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler 8 und ein Röntgendetektor 9 angeordnet.
-
Die Röntgeneinrichtung 1 umfasst ferner einen hier nur schematisch angedeuteten Patiententisch 10 mit einer Patientenliege 11 für einen Patienten 12, von dem in einem medizinischen Vorgang, insbesondere einer Untersuchung und/oder einer Behandlung, Röntgenbilder aus unterschiedlichen Stellungen der Aufnahmeanordnung, insbesondere unterschiedlichen Aufnahmegeometrien, aufgenommen werden können.
-
Dabei sind Kabel zur elektrischen Leistungsversorgung und/oder Datenkommunikation mit dem Röntgenstrahler 8 und dem Röntgendetektor 9 zunächst durch den Arm 5 verdeckt geführt und dann über einen flexiblen, nicht kollisionsrelevanten Rillschlauch zu dem Halter 32 an dem Außenbogen 6 geführt, von wo aufgrund der Verschiebbarkeit von Halter 32 und C-Bogen 7 zueinander jedoch eine Kabelführungskomponente 13 genutzt wird, um die Kabel zum C-Bogen 7 weiterzuführen. Die Kabelführungskomponente 13 umfasst zwei drehbar an der jeweiligen Trägerkomponente, mithin dem Halter 32und dem C-Bogen 7, angeordnete, starre Kabelauslässe 14, die über einen flexiblen Rillschlauch 15 verbunden sind. Wird der C-Bogen 7 in dem Halter 32verschoben, ändern sich die Winkelstellungen der Kabelauslässe 14 gegenüber dem Halter 32 bzw. dem C-Bogen 7 und der Rillschlauch 15 verformt sich.
-
Der Betrieb der Röntgeneinrichtung 1 wird, wie grundsätzlich bekannt, von einer Steuereinrichtung 16 mit wenigstens einem Prozessor und wenigstens einem Speichermittel gesteuert, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
-
Insbesondere ist in der Steuereinrichtung 16 ein Kollisionsschutzsystem gebildet, welches ein Bewegungsmodell nutzt, in dem auch die Kabelauslässe 14 als Zusatzkomponenten, hier drehbar angekoppelte starre Elemente, abgebildet sind, wie im Folgenden genauer erläutert wird.
-
2 zeigt zunächst eine Prinzipskizze des funktionalen Aufbaus der Steuereinrichtung 16. Neben dem bereits erwähnten Speichermittel 17 und weiteren Funktionseinheiten, wobei rein beispielhaft eine Aufnahmeeinheit 18 gezeigt ist, weist das Kollisionsschutzsystem 19 zunächst wenigstens eine Modelleinheit 20 auf. Die Modelleinheit 20 nutzt aktuelle Stellungsdaten der Trägeranordnung 2, welche von entsprechenden Aktoren für die Bewegungsfreiheitsgrade zugeordneten, in 1 nicht näher gezeigten Gebern über eine Schnittstelle an die Steuereinrichtung 16 geliefert werden, um ein Bewegungsmodell der Röntgeneinrichtung 1, in dem auch als Subjekt der Patient 12, beispielsweise als Zylinder, gegebenenfalls mit zusätzlichen Sicherheitszonen, abgebildet ist, zu aktualisieren. Hierbei sind die Trägerkomponenten insbesondere als Teil einer dynamischen Kette auf wenig komplexe und einfach handhabbare Weise abgebildet.
-
Vorliegend ist die kinematische Konfiguration über die Trägeranordnung 2 hinaus jedoch erweitert, da als Zusatzkomponenten auch die Kabelauslässe 14 hinzugefügt wurden, deren virtuelle Repräsentation als starre, drehbar an die jeweilige Trägerkomponente, hier Halter 32 und C-Bogen 7, angekoppelte Modellelemente in Denavit-Hartenberg-Notation (DH-Notation).
-
Dies wird durch die 3 und 4 näher erläutert, die jeweils schematisch Ausschnitte aus dem Bewegungsmodell 21 zeigen, die der Übersichtlichkeit halber auf die jeweilige Trägerkomponente und daran kinematisch angekoppelte Zusatzkomponente, also den jeweiligen Kabelauslass 14 beschränkt sind. Die 3 und 4 zeigen mit durchgezogener Linie die die Kabelauslässe 14 repräsentierenden kinematischen Elemente 22 in einer Nullstellung 23, die einer Winkelstellung von 0° entspricht. Das Element 22 ist um eine senkrechte Bildebene verlaufende Rotationsachse 24 drehbar an die jeweilige Trägerkomponente (Halter 32/C-Bogen 7) bzw. das diese repräsentierende Modellelement angekoppelt. Gestrichelt ist eine weitere Winkelstellung 25 mit der entsprechenden Richtung 26, in der der Winkel beschrieben wird, angedeutet.
-
Die Kabelauslässe 14 werden als kinematische Elemente 22, die gegen die jeweiligen Trägerelemente drehbar sind, modelliert, so dass keine vergrößerte Abbildung in Abhängigkeit ihrer grundsätzlichen Bewegbarkeit erfolgen muss, sondern eine Reduzierung auf die tatsächliche geometrische Form erfolgen kann. Aufgrund der Einbindung in die kinematische Kette mittels DH-Notation ist eine minimalinvasive Einbindung in das Bewegungsmodell 21 realisiert. Dabei werden vorliegend nur die starren, einfach abbildbaren Kabelauslässe 14 in das Bewegungsmodell 21 aufgenommen, da sich gezeigt hat, dass diese hauptsächlich relevant für den Kollisionsschutz und eine Erweiterung des Bewegungsfreiraums für die Aufnahmeanordnung als Funktionskomponente sind. Es sind jedoch durchaus Ausführungsbeispiele denkbar, in denen auch eine Modellierung des Rillschlauchs 15 erfolgt, beispielsweise mittels drehbar verbundener, starrer Teilsegmente.
-
Um das Bewegungsmodell 21 auch bezüglich der Bewegung der Kabelauslässe 14 aktualisieren zu können, muss deren Winkelstellung 25 ermittelt werden. Hier hat sich nun gezeigt, dass ein deterministischer Zusammenhang zwischen einem Teil der Stellungsdaten, hier konkret dem Orbitalwinkel, und der Winkelstellung 25 (als auf die Zusatzkomponente bezogene Zusatzdaten) gegeben ist. Der Orbitalwinkel wird also als Stellungswinkel, der die Stellung von dem C-Bogen 7 zu dem Halter 32 beschreibt, verwendet. Der Zusammenhang kann beispielsweise in einer Kalibrierungsmessung bestimmt werden und ermöglicht es, rein aus dem Bekanntsein des Orbitalwinkels, der ja aus Daten wenigstens eines Gebers des zugehörigen wenigstens einen Aktors ermittelt werden kann, auch die Winkelstellung 25 des jeweiligen Kabelauslasses 14, definiert gemäß 3 und 4, zu ermitteln. Die Winkelstellungen 25 der Kabelauslässe 14 werden dann in die kinematische Kette eingeführt, um ein Update des Bewegungsmodells 21 zu triggern.
-
5 illustriert einen derartigen Zusammenhang beispielhaft anhand eines Graphen, in dem die jeweilige Winkelstellung als Winkel (a) gegen den Orbitalwinkel (o) aufgetragen ist. Dabei zeigt der Verlauf 27 den in 3 illustrierten Winkel gegenüber dem C-Bogen 7, der Verlauf 28 den in 4 erläuterten Winkel gegenüber dem Halter 32. Die Verläufe 27, 28 können beispielsweise aus einer Kalibrierungsmessung gewonnen werden.
-
Der Zusammenhang wird bevorzugt als Look-Up-Tabelle 29, vgl. 2, in dem Speichermittel 17 abgelegt. In dieser Look-Up-Tabelle 29 sind verschiedenen Tabellenwerten des Orbitalwinkels entsprechende Winkelstellungen 25, mit dem Winkeln (a und o), der beiden Kabelauslässe 14 zugeordnet. Die Modelleinheit 20 kann ausgebildet sein, für zwischen den Tabellenwerten liegende Werte des Orbitalwinkels durch insbesondere lineare Interpolation zugeordnete Zwischenstellungen aufzufinden.
-
Weiter bezüglich der 2 weist das Kollisionsschutzsystem 19 ferner eine Detektionseinheit 30 auf, die das aktuelle Bewegungsmodell 21 sowie gegebenenfalls als Bewegungsablauf auch die Bewegungsmodelle über eine Zeitspanne in der Vergangenheit auswertet, um zu überprüfen, ob Kollisionen bevorstehen könnten. Hierbei werden als potentielle Kollisionsobjekte insbesondere der Patient 12 sowie der Patiententisch 10 betrachtet. Insbesondere können dabei Abstände bzw. Abstandsverläufe zwischen Trägerkomponenten und Funktionskomponenten zu diesem Subjekt bzw. den Objekten des Patiententisches 10 betrachtet werden sowie gegebenenfalls auch Eindringtiefen abgeschätzt werden. Eine Maßnahmeneinheit 31 führt bei Detektion einer möglicherweise bevorstehenden Kollision wenigstens eine Kollisionsschutzmaßnahme durch. Diese kann in der Ausgabe eines die möglicherweise bevorstehende Kollision anzeigendes Signal bestehen. Sie kann auch ein Abbremsen, ein Anhalten und/oder ein Ausweichen umfassen und auch die Ausgabe von Warnungen bzw. Informationen.
-
Für die Detektionseinheit 30 und die Maßnahmeneinheit 31 können im Stand der Technik grundsätzlich bekannte Ausgestaltungen gewählt werden.
-
6 zeigt schließlich einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es von der Steuereinrichtung 16 durchgeführt werden kann. Dabei wird in einem Schritt S1 kontinuierlich anhand der Stellungsdaten das Bewegungsmodell 21 mittels der Modelleinheit aktualisiert, wobei der Zusammenhang zwischen wenigstens einem Teil der Stellungsdaten, insbesondere des Orbitalwinkels, mit den Zusatzdaten, hier den Winkelstellungen 25, genutzt wird, um die aktuellen Winkelstellungen 25 der Kabelauslässe 14 zu ermitteln und nicht nur bezüglich der Trägeranordnung 2 zu aktualisieren, sondern auch bezüglich der Kabelauslässe 14, wie beschrieben.
-
Wie bereits erwähnt erfolgt die allgemeine Aktualisierung des Bewegungsmodells 21 immer dann, wenn neue Stellungsdaten vorliegen, insbesondere getriggert durch eine Veränderung oder aber auch zyklisch.
-
In einem Schritt S2 wird dann mittels der Detektionseinheit 30 überprüft, ob eine Kollision bevorsteht, hier mit dem Patienten 12 oder dem Patiententisch 10. Wird im Schritt S3 festgestellt, dass eine Kollision detektiert wurde, werden mittels der Maßnahmeneinheit 31 in einem Schritt S4 entsprechende Kollisionsschutzmaßnahmen eingeleitet, wie beschrieben.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
