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Technischer
Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein die Kollisionsverhütung
bei einer verstellbaren Patientenlagerungs- oder Positioniereinrichtung.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung darauf bei einer verstellbaren
Patientenlagerungs- oder Positioniereinrichtung dynamisch einen
Spielraum zur Kollisionsverhütung
zu berechnen.
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Verstellbare Patientenlagerungs-
oder Positioniereinrichtungen erlauben es einem in einem Heilberuf
Tätigen,
wie einem Arzt, einer Krankenschwester oder einem Techniker einen
Patienten während
einer medizinischen Anwendung, wie etwa Röntgen (XR), Computertomographie
(CT), EBT, nuklearen und PET-Anwendungen, lagerichtig zu positionieren. Patientenpositioniereinrichtungen,
wie Tische oder andere Träger,
gestatten es, einen Patienten während
einer Anwendung anzuheben, ihn in seitlicher oder Längsrichtung
zu bewegen, ihn zu drehen und/oder zu verschwenken. Patientenpositioniereinrichtungen
verbessern die Fähigkeit
eines in einem Heilberuf Tätigen
einen Patienten zu untersuchen und/oder an diesem eine medizinische
Anwendung vorzunehmen. Es besteht ein Bedürfnis nach einer verbesserten
Patientenpositioniereinrichtung, die bei angiographischen, neurologi schen
und kardiologischen Anwendungen Verwendung finden kann. Gegenwärtig gebräuchliche
Patientenpositioniereinrichtungen ergeben, z.B. gewisse Beschränkungen
bei der Darstellung von Abbildungen des Blutstrom in Arterien, Herz,
Lungen oder im Gehirn. Es wird deshalb nach einem Patientenpositioniersystem
gesucht, das bei der Blutstromdarstellung, bei angiographischen, neurologischen,
kardiologischen und anderen ähnlichen
Anwendungen die Stabilität
verbessert und eine zuverlässige
Positionierung des Patienten gewährleistet.
Darüberhinaus
besteht ein Bedürfnis
nach einem Patientenpositioniersystem, das eine zuverlässige und
leicht zu bewerkstelligen Positionierung eines Patienten mit der
Flexibilität
gestattet, die für
Anpassung an verschiedene medizinische Anwendungen und Notfälle erforderlich
ist. Eine verbesserte Patientenpositioniereinrichtung kann zum Positionieren eines
Patienten komplexe Bewegungen ausführen. Bei solchen komplexen
Bewegungen kann die Patientenpositioniereinrichtung auf dem Fußboden oder an
einem anderen Gegenstand anstoßen.
Eine solche Kollision kann aber eine Verletzung des Patienten und/oder
eine Beschädigung
der den Patienten positionierenden Einrichtung hervorrufen. Darüberhinaus
kann eine Kollision die Kalibrierung des Systems auslöschen und
damit zu falschen Messergebnissen der bildgebenden Scans führen.
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Es bestimmt deshalb ein Bedürfnis nach
einem Verfahren und einem System zur Bestimmung eines freien Abstandes,
um eine Kollision zwischen einer Patientenpositioniereinrichtung
und dem Fußboden
oder einem anderen Gegenstand zu vermeiden.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Bestimmte Ausführungsformen weisen ein System
und ein Verfahren zur Kollisionsverhütung bei einem Patientenposi tioniersystem
auf. Das System enthält
eine Patientenpositionierfläche
zur Aufnahme eines Patienten, ein Hubsubsystem zur Einstellung der
Höhenlage
der Patientenpositionierfläche,
ein Längsbewegungssubsystem
zur Bewegung der Patientenpositionierfläche in einer Längsrichtung,
ein Schwenksystem zum Schwenken der Patientenpositionierfläche, einen
Stellungsfühler,
um die Stellung der Patientenpositionierfläche zu bestimmen und ein Steuersubsystem
zur Steuerung des Betriebsablaufs des Patientenpositioniersystems. Das
Steuersubsystem bestimmt dynamisch einen freien Abstand zwischen
der Patientenpositionierfläche
und dem Gegenstand. Das Steuersubsystem unterbricht. die Bewegung
der Patientenpositionierfläche,
wenn der freie Abstand kleiner oder gleich dem minimalen freien
Sicherheitsabstand wird.
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Das Steuersubsystem kann dynamisch
den freien Abstand vor, während
und/oder nach einer Bewegung der Patientenpositionierfläche bestimmen. Das
Steuersubsystem kann außerdem
die Bewegung der Patientenpositionierfläche beenden, wenn der freie
Abstand gleich dem minimalen freien Sicherheitsabstand wird. Der
Stellungssensor kann einen Messwertgeber (Encoder) zur Bestimmung
der jeweiligen Stellung der Patientenpositionierfläche aufweisen.
Der Stellungssensor kann es der Patientenpositionierfläche gestatten,
in eine gespeicherte Stellung zurückzukehren. Gewisse Ausführungsformen
können
eine Anzahl Stellungssensoren enthalten, die die jeweilige Stellung
der Patientenpositionierfläche
längs mehreren
Bewegungsachse bestimmen.
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Bestimmte Ausführungsformen können auch ein
Seitenbewegungssubsystem zur Bewegung der Patientenpositionierfläche in einer
seitlichen Richtung aufweisen. Das System kann auch ein Rotationssubsystem
enthalten, um die Patientenpositionierfläche zu verdrehen. Schließlich kann
eine Bremse dazu verwendet werden eine Bewegung der Patientenpositionierfläche zu verhindern.
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Das Verfahren beinhaltet die Bestimmung
eines freien Abstands zwischen einer gegenwärtigen Stellung der Patientenpositionierfläche und
einem zu vermeidenden Gegenstand. Das Verfahren enthält außerdem den
Vergleich des freien Abstandes mit einem minimalen freien Sicherheitsabstand
und das Unterbrechen der Bewegung der Patientenpositionierfläche, wenn
der freie Abstand kleiner oder gleich dem minimalen freien Sicherheitsabstand
wird.
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Das Verfahren kann auch die Bestimmung des
minimalen freien Sicherheitsabstandes zur Verhütung einer Kollision mit dem
zu vermeidenden Gegenstand enthalten. Außerdem kann das Verfahren die
Unterbrechung der Bewegung der Patientenpositionierfläche enthalten,
wenn der freie Abstand gleich dem minimalen freien Sicherheitsabstand
wird. Zusätzlich
kann das Verfahren die Bewegung der Patientenpositionierfläche in eine
jeweils gewünschte Stellung
beinhalten. Das Verfahren kann das Ausmessen der gegenwärtigen Stellung
der Patientenpositionierfläche
unter Verwendung eines Stellungssensors enthalten. Die gegenwärtige Stellung
der Patientenpositionierfläche
kann bezüglich
einer Anzahl Bewegungsachsen gemessen werden. Die mehreren Bewegungsachsen
können
wenigstens eine Schwenk- und/oder eine Längs- und/oder eine Seitenachse umfassen.
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Kurze Beschreibung
verschiedener Ansichten der Zeichnung
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1 zeigt
ein Patientenpositioniersystem, das bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet ist,
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2 zeigt
verschiedene Stellungen einer Patientenpo sitionierfläche, die
bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
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3 zeigt
verschiedene Stellungen einer Patientenpositionierfläche, die
bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
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4 veranschaulicht
die Verschwenkung einer Patientenpositionierfläche mit und ohne Isozentrumsnachführung, wie
sie bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Verwendung findet und
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5 zeigt
ein Flussdiagramm zu einem Verfahren zur Kollisionsverhütung bei
einem bei einer Ausführungsform
vorliegenden Erfindung verwendeten Positioniersystem.
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Die im Vorstehenden angegebene Zusammenfassung
wie auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung verschiedener
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind anhand der beigefügten Zeichnung
besser zu verstehen. Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung
sind in der Zeichnung verschiedene Ausführungsformen dargestellt. Es
ist aber darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf die in der beigefügten
Zeichnung veranschaulichten Anordnungen, Einrichtungen und Geräte beschränkt ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 veranschaulicht
ein Patientenpositioniersystem 100, das bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das Patientenpostioniersystem 100 weist
eine Patientenpositionierfläche 105,
einen Sockel 110, eine Teleskop-Hubsystem 120,
ein Längsbewegungssystem 130,
ein Schwenksystem 140, ein seitliches Bewegungssystem
150 und
ein Rotationssystem 160 auf. Das Patientenpositioniersystem 100 ist
mit dem Tischsockel 110 in den Fußboden eingegossen oder auf
diesem befestigt. Das System 100 enthält auch ein (nicht dargestelltes)
Bewegungssteuersystem 170. Das Patientenpositioniersystem
ist in größerem Detail
in der US-Patentanmeldung mit dem Titel „Grouted Tilting Patient Positioning
Table for Vascular Applications" U.S.
Anmeldungsnr. 10/065,866, Anmeldetag 26. November 2002, mit den
Erfindern Muthuvelan, Varadharaiulu, Rajagopal, Narayanasamy, Baskar
Somasundaram und Shaji Alakkat beschrieben. Auf diese Anmeldung
wird hierbei einschließlich
der Beschreibung, Zeichnung, Ansprüche, Zusammenfassung und dergleichen
Bezug genommen.
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Um das Auflegen und Herunternehmen
eines Patienten zu erleichtern, kann die Patientenpositionierfläche 105 unter
Verwendung des Rotationssystems 160 um eine Vertikalachse
verdreht werden. Die Patientenpositionierfläche 105 kann auch
von Hand um das Rotationssystem 160 verdreht werden. Um
den Patienten in einen bildgebenden Bereich zu bringen, kann die
Patientenpositionierfläche 105 unter
Verwendung des Teleskop-Hubsystems 120 aus einer Höhe auf der
der Patient in einfacher Weise aufgelegt werden kann, vertikal in
eine Höhe
verbracht werden, in der die Bildaufnahme erfolgt (bspw. von 780
mm auf 1080 mm).
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Um einen Teil des Körpers des
Patienten in den Abbildungsbereich zu verbringen, kann die Patientenpositionierfläche 105 in
einer seitlichen Richtung (bspw. +/–140 mm von einer normalen
Aufnahmestellung aus unter Verwendung des seitlichen Bewegungssystems 150 bewegt
werden. Die 2, 3 veranschaulichen beispielhafte
Stellungen der bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung verwendeten Patientenpositionierfläche 105.
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Darüberhinaus kann das Teleskop-Hubsystem 120 zur
Isozentrumnachführung
einen Hub oder eine Hubbewegung ausführen. Das (nicht dargestellte)
Isozentrum ist der Punkt, in dem sich die drei Achsen der Gantry
eines bildgebenden Röntgensystems schneiden.
Durch die Isozentrumnachführung
wird ein interessierender Bereich des Patienten während einer
Verschwenkung oder einer anderen Bewegung des Patientenpositioniersystems 100 in
dem Isozentrum gehalten. Ein zusätzlicher
Hub zur Isozentrumnachführung
wird von dem Teleskop-Hubsystem 120 erzeugt, das von einem
teleskopischen Führungsmechanismus
unterstützt
wird, um ein von einer überhängenden
Last herrührendes
Moment aufzunehmen. 4 veranschaulicht
eine Verschwenkung der Patientpositionierfläche 105 mit und ohne
Isozentrumnachführung
wie sie bei einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung benutzt wird.
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Für
die Abbildung des Patienten vom Kopf zu den Zehen kann das Patientenpositioniersystem 100 eine
entsprechende Längsbewegung
des Längsbewegungssystems 130 benutzen.
Zum Bolus-Chase (Verfolgung eines Bolus oder Kontrastmittels durch die
Blutgefäße eines
Patienten) kann die Längsbewegung
unter Verwendung des Längsbewegungssystems 130 und
eines Führungsmechanismus
mit einem drehzahlregelbaren Motor (z.B. 2 bis 15 cm/s) motorisch
erzeugt werden. Bei einer bestimmten Ausführungsform können zusätzlich zu
der motorisch erzeugten Bewegung die Seitenachse und die Längsachse
eine Kupplung aufweisen, um eine Handverschwenkung der Patientenpositionierfläche 105 zu
erleichtern. Die Kupplung kann dabei gelöst werden, damit eine Bedienperson
die Patientenpositionierfläche 105 von
Hand lagerichtig einstellen kann.
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Für
plötzlich
auftretende vaskuläre
Anwendungen, wie etwa unerwartet eintretende Situationen (z.B. abfallender Arteriendruck),
für einen
venösen Zugang
und für
CO2-Untersuchungen, kann die Patientenpositionierfläche 105 in
der Längsrichtung
mit Kopf nach oben und Kopf nach unten verschwenkt werden (z.B.
12 Winkelgrad nach oben und 20 Winkelgrad nach unten). Ein interessierender
Bereich des Patienten kann bei der Verschwenkung der Patientenpositionierfläche 105 in
dem Isozentrum oder dem abzubildenden Bereich verbleiben. Bei einer Ausführungsform
verbleibt das interessierende Gebiet dadurch in dem Isozentrum oder
in dem Bildaufnahmebereich, dass eine synchronisierte Bewegung des
Teleskop-Hubsystems 120, des Längsbewegungssystems 130 und
des Schwenksystems 140 entsprechend den zugehörigen reziproken
kinematischen Formelbeziehungen vorgenommen wird.
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Bei einer Ausführungsform dienen mechanische
und elektrische Verriegelungen und eine Stellungsrückmeldung
oder Rückkopplung
von dem Patientenpositioniersystem 100 dazu die Sicherheit
des Patienten zu gewährleisten.
Auch können
die Bewegung des Patienten einschränkende Mittel vorgesehen sein,
um den Patienten auf der Patientenpositionierfläche 105 zu halten
und so zu der Patientensicherheit beizutragen. Bei bestimmten Ausführungsformen
des Patientenpositioniersystems 100 wird die Gewährleistung
eines hohen Maßes
an Patientensicherheit durch wirksame Verriegelungssysteme und redundante
Systeme zur Vermeidung des Ausfalls einzelner Funktionen sichergestellt.
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Sicherheitsverriegelungen und redundante Sicherheitssysteme
sind dazu vorgesehen, um die Gewährleistung
der Patientensicherheit bei dem Patientenpositioniersystem 100 zu
unterstützen.
Bei einer Ausführungsform
sind alle Achsen des Patientenpositioniersystems 100 so
konstruiert, dass sie mit Stellungsmeldern versehen sind, die in
jeder Stellung und zu jedem Zeitpunkt die Koordinaten der Patienten positionierfläche 105 angeben.
Der jeweilige freie Abstand der Patientenpositionierfläche 105 von
dem Fußboden
wird berechnet, und die Bewegung der Patientenpositionierfläche 105 kommt
zum Stillstand sobald der freie Bodenabstand kleiner oder gleich
einem vorgegebenen Sicherheitsgrenzwert wird. Auf diese Weise werden
Kollisionen verhütet.
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Bei einer bestimmten Ausführungsform
sind alle Achse mit redundanten Sicherheitssystemen ausgerüstet, um
zu vermeiden, dass einzelne Funktionen ausfallen und um auf diese
Weise zur Gewährleistung
der Patientensicherheit beizutragen. Jede motorbetriebene Achse
des Patientenpositioniersystems 100 kann einen inkrementalen
Weggeber (Encoder) und eine Bremse (auf der Antriebs- oder der Motorseite)
aufweisen. Jede motorisierte Achse kann auch einen Absolutwert-Weggeber
(Encoder) und eine Bremse auf der Lastseite aufweisen. Im Normalbetrieb
wirkt die Bremse auf der Antriebsseite so, dass sie irgendeine Bewegungsachse
festsetzt. Wenn in dem Antriebsstrang ein Problem auftritt, wird durch
eine Differenz zwischen den Messwertangaben des inkrementalen Weggebers
(Antriebsseite) und des absoluten Weggebers (Lastseite) die Bremse
auf der Lastseite betätigt
um diese Achse stillzusetzen. Darüberhinaus können, wie oben beschrieben,
während
der medizinischen Anwendungen sowohl im erregten Zustand wirksame
Bremsen als auch im nicht erregten Zustand wirksame Bremsen aktiviert
werden, um die Stabilität
und Steifheit der Patientenpositionierfläche 105 zu gewährleisten.
Im Zustand unterbrochener Energieversorgung ist lediglich die im
nicht erregten Zustand wirksame Bremse aktiviert, damit der Patient
durch Verdrehen der Patientenpositionierfläche 105 leicht heruntergenommen werden
kann.
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Bei einer Ausführungsform kann die Patientenpositionierfläche 105 daran
gehindert sein in der tiefsten Stel lung der Patientenpositionierfläche 105 eine
Schwenkbewegung auszuführen,
weil die tiefste Stellung der Patientenpositionierfläche 105 für das leichte
Aufladen und Abladen des Patienten bestimmt ist. Jede Achse ist
mit einer bei Nichterregung wirksamen Bremse versehen um bei einen
Netzausfall und/oder einem Ausfall der Motoren und Servoantriebe
die Bewegung zu verriegeln. Jede Achse ist mit einer Softwarebegrenzung,
einer Hardwarebegrenzung und mit mechanisch harten Anschlägen versehen.
Ein Beispiel einer Softwarebegrenzung ist wie folgt: Im Normalbetrieb
soll sich die Patientenpositionierfläche 105 nicht über einen
bestimmten Punkt hinaus bewegen. Ein Beispiel einer Hardwarebegrenzung
ist wie folgt: Die Patientenpositionierfläche 105 ist durch
einen Grenzschalter gesteuert. Der Grenzschalter unterbricht die
Bewegung der Patientenpositionierfläche 105, wenn ein
Softwarefehler auftritt. Ein Beispiel eines mechanisch harten Anschlags
ist wie folgt: ein Endanschlag ist als Rückversicherung für den Fall
vorgesehen, dass sowohl die Softwarebegrenzung als auch die Hardwarebegrenzung
versagen. Die Koordinaten aller Achsen können kontinuierlich überwacht
werden, um eine Kollision mit dem Fußboden und/oder vorgegebenen
Gegenständen zu
verhüten.
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Nachfolgend werden einige Beispiel
der Betriebsweise des Patientenpositioniersystems 100 angegeben.
Die Beispiele dienen dazu die Verwendung der Komponenten und Systeme
des Patientenpositioniersystems 100 zu veranschaulichen
und sind nicht als umfassende Auflistung zu verstehen.
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So kann z.B. ein Patient auf die
Patientenpositionierfläche 105 aufgelegt
werden. Dazu wird die Patientenpositionierfläche 105 mittels des
Teleskop-Hubsystems 120 auf 780 mm über dem Fußboden eingestellt. Daraufhin
wird die Patientenpositionierfläche 105 mittels
des Rotationssystems 160 auf die rechte oder die linke
Seite verdreht. Als Nächstes wird
der Patient auf die Patientenpositionierfläche 105 aufgelegt.
Die Bewegung des Patienten einschränkende Mittel können dazu
verwendet werden, den Patienten auf der Patientenpositionierfläche 105 festzulegen.
Um den Patienten herunterzuladen, wird die Patientenpositionierfläche 105 mittels
des Rotationssystems 160 auf die rechte oder die linke
Seite verdreht. Die Patientenpositionierfläche 105 ist von dem
Hubsystem 120 auf eine Höhe von 780 mm über dem
Fußboden
eingestellt. Die die Bewegung des Patienten einschränkenden
Mittel werden entriegelt und der Patient wird von der Patientenpositionierfläche 105 heruntergenommen.
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Der Patient kann auch z.B. in den
Abbildungsbereich eingebracht werden. Das Rotationssystem 160 verdreht
dazu die Patientenpositionierfläche 105 auf
Null Winkelgrad. Als Nächstes
wird die Patientenpositionierfläche 105 mittels
des Teleskop-Hubsystems 120 vertikal auf den Abbildungsbereich
angehoben. Sodann wird die Patientenpositionierfläche 105 mittels
des seitlichen Bewegungssystems 105 in dem Abbildungsbereich
seitlich einjustiert. Die Patientenpositionierfläche 105 kann auch mittels
des Längsbewegungssystems 130 in
Längsrichtung
so einjustiert werden, dass sie die richtige Stellung in dem Abbildungsbereich
einnimmt.
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Ein Patient kann auf der Patientenpositionierfläche 105
zum Zwecke verschiedener medizinischer Anwendungen und Untersuchungen
zweckentsprechend positioniert werden. Zum Beispiel kann bei einer
Angiographie der Kopf des Patienten dadurch richtig eingestellt
werden, dass die Patientenpositionierfläche 105 mittels des
Teleskop-Hubsystems 120 entsprechend angehoben oder abgesenkt wird.
Darüberhinaus
kann mittels des seitlichen Bewegungssystems 150 und des
Längsbewegungssystems 130 eine
4-Weg-Einstellung in der Horizontalen erfolgen. Zu einer peripheren
Angiographie kann die Patientenpositionierfläche 105 mittels des
Rotationssystems 160 und mittels des Verschwenksystems 140 in
die jeweils richtige Lage verdreht bzw. verschwenkt werden.
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Zum Bolus-Chase können eine Bewegung des Patienten
verhindernde Mittel verwendet werden, um den Patienten auf der Patientenpositionierfläche 105 festzulegen.
Das Längsbewegungssystem 130 bewegt
die Patientenpositionierfläche
105 im Bolusmodus in der Längsrichtung
(0 – 15
cm/s). Beispielsweise für
einen Eingriff in eine Vene und für CO2-Untersuchungen halten
eine Bewegung des Patienten verhindernde Mittel den Patienten in
Berührung
mit der Patientenpositionierfläche 105,
während das
Hubsystem 120 das Längsbewegungssystem 130 und
das Verschwenksystem 140 zur Isozentrumnachführung benutzt
werden können,
um damit das jeweils gewünschte
Abbildungsgebiet während
der Bewegung festzuhalten. In unerwartet auftretenden Situationen
halten die die Beweglichkeit des Patienten einschränkenden
Mittel den Patienten auf der Patientenpositionierfläche 105,
während
das Schwenksystem 140 den Patienten in eine jeweils gewünschte Stellung
verschwenkt.
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Herz-Lungenwiederbelebung (Cardiac
Pulmonary Resussitation CPR) ist eine Anwendung, die bei Patienten
vorgenommen wird, die bspw. einen Herzstillstand erlitten haben.
Um einen Patienten in eine CPR-Stellung zu überführen, wird, wenn die Patientenpositionierfläche 105 in
einer Horizontalstellung steht, die Patientenpositionierfläche 105 mittels des
Längsbewegungssystems 130 in
Längsrichtung zurückbewegt.
Sodann wird die Patientenpositionierfläche 105 mittels des
Hubsystems 120 abgesenkt. Wenn die Patientenpositionierfläche 105 verschwenkt
ist, führt
das Schwenksystem 140 die Patientenpositionierfläche 105 in
die Horizontalstellung zurück.
Sodann bewegt das Längsbewegungssystem 130 die
Patientenpositionierfläche 150 nach
hinten während
das Hubsystem 120 die Patientenpositionierfläche 105 absenkt;
um die Anwendung der CPR auf den Patienten zu ermöglichen.
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Das Teleskop-Hubsystem 120 wird
von dem Patientenpositioniersystem 100 dazu benutzt hohe Lastmomente
aufzunehmen und eine Anhebebewegung oder einen Hub zu erzeugen,
um einen Patienten in den Abbildungsbereich zu bringen. Das Verschwenksystem 140 ermöglicht es
dem Patientenpositioniersystem 100 eine Verschwenkung im
Sinne von Kopf nach oben und Kopf nach unten vorzunehmen und durch
Isozentrumnachführung
eine bestimmte Abbildungsstellung beizubehalten. Das Patientenpositioniersystem 100 weist
ein seitliches Bewegungssystem 150 auf, um die Patientenpositionierfläche 105 unter
Benutzung motorgetriebener und/oder von Hand erfolgender Bewegungen
in einer Ebene seitlich zu bewegen.
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Das Patientenpositioniersystem 100 erleichtert
ein motorisches Bolus-Chase mit Abbildung vom Kopf bis zu den Zehen,
so dass ein Bild während
des Durchlaufs des Kontrastmittels durch den Patienten verfolgt
werden kann. Das Patientenpositioniersystem 100 verfolgt
die Koordinaten der Patientenpositionierfläche 105. Die Stellungsverfolgung
erleichtert die Verhütung
von Kollisionen mit dem Fußboden und/oder
mit vorgegebenen Gegenständen.
Die Stellungsverfolgung erlaubt es dem Patientenpositioniersystem 100 auch,
die Patientenpositionierfläche 105 in
eine vorher aufgezeichnete und/oder gespeicherte Stellung zurückzuführen.
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Im Vorstehenden wurden Beispiele
für die komplexe
Bewegung des Patientenpositioniersystems 100 beschrieben.
Die Ausführung
komplexer Bewegungen, um die Patientenpositionierfläche 105 für die verschiedenen
medizinischen Anwendungen lagerichtig zu positionieren, beinhaltet
die Gefahr einer Kollision zwischen der Patientenpositionierfläche 105 und
dem Fußboden
und/oder einem anderen Gegenstand in dem Untersuchungsraum. Bestimmte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung schaffen ein System und ein Verfahren
zur Kollisionsverhütung.
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Das Bewegungssteuersystem 170 für das Patientenpositioniersystem 100 enthält drei
Hauptteile: ein Benutzerinterface, eine Eingabe-/Ausgabeplatine
und (nicht dargestellte) Servonodes (Servoknoten). Ein Benutzer
kann die Patientenpositionierfläche 105 unter
Verwendung des Benutzerinterface bewegen. Die Benutzerinterfacebefehle
werden von der Eingabe-/Ausgabeplatine (CPU) verarbeitet. Die Befehle
werden sodann zu den entsprechenden Servoknoten gesandt, die die
jeweiligen Achsenbewegungen steuern. Bei einer Ausführungsform
wird eine Leistungsmikrosteuereinrichtung (Microcontroller) auf
PC-Basis als CPU benutzt. Ein Anwendungsprogramm, das auf einem
Echtzeit-Betriebssystem läuft, kann
das Patientenpositioniersystem 100 steuern.
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Der freie Abstand zwischen der Patientenpositionierfläche 105 und
dem Fußboden
und/oder einem anderen Gegenstand wird auf der Grundlage der jeweiligen
Stellung der Hub-/, der Längs-
und der Schwenkachse des Patientenpositioniersystems 100 dynamisch
bestimmt. Das Bewegungssteuersystem 170 kann einen sicheren
Freiraumwert speichern. Das Bewegungssteuersystem 170 bestimmt
den Freiraum zwischen der Patientenpositionierfläche 105 und dem Fußboden oder
einem anderen Gegenstand. Das Bewegungssteuersystem 170 vergleicht den
gemessenen freien Abstand und den sicheren Abstandswert. Das Bewegungssteuersystem 170 unterbricht
die Bewegung der Achsen des Patientenpositioniersystems 100 wenn
der gemessene Freiraum kleiner oder gleich dem gespeicherten sicheren
Freiraumwert wird.
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Das Bewegungssteuersystem 170 kann
zur Kollisionsver hütung
den Freiraum für
alle Achsen (z. B. Hub-; Längsschwenkachse)
bestimmen. Der Freiraum kann für
jede Kombination von Bewegungsachsen (z.B. eine Achse allein, zwei
Achsen zusammen und/oder drei Achsen zusammen) bestimmt werden. Das
Bewegungssteuersystem 170 bestimmt den jeweiligen Freiraum
und eine sichere Stellung für
die Patientenpositionierfläche
105, um eine Kollision mit dem Fußboden oder einem anderen Gegenstand
zu verhüten.
Das Bewegungssteuersystem 170 kann den Freiraum zu jedem
beliebigen Zeitpunkt während des
Funktionsablaufs des Patientenpositioniersystems 100 dynamisch
bestimmen. Gebräuchliche System
bestimmen den Freiraum nicht auf diese Weise.
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Bei einer Ausführungsform hat der Freiraum der
Patientenpositionierfläche 105 zwei
Komponenten. Eine erste Komponente ist ein Abstand zwischen der
Vorderseite der Patientenpositionierfläche 105 und einem
zu vermeidenden Gegenstand (wie etwa dem Fußboden). Eine zweite Komponente
ist ein Abstand zwischen der Hinterseite der Patientenpositionierfläche 105 und
einem zu vermeidenden Objekt. Die erste Freiraumkomponente wird
unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt: Ygf =
[(X1 – C3) + ((C3 – (C4)·CosX2) – C7] + [C2 – X3)·SinX2] (1)
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Die zweite Freiraumkomponente wird
unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt: Ygr =
[(X1 – C3) + ((C3 – (C5 + C6)·CosX2) – C7] + [C1 + X3 – C2)·SinX2] (2)
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Die nachfolgende Beschreibung ist
ein Beispiel des Kollisionsverhütungssystems
im Betrieb. Die Zahlen dienen nur für Zwecke der Veranschaulichung.
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Die Länge der Patientenpositionierfläche 105 (auch
als Auflage (craddle) bezeichnet) gleich C1 =
3336,00 mm. Die Länge
des Teils der Patientenpositionierfläche 105 der sich von
einem Schwenkpunkt des Schwenksystems 140 aus erstreckt
wenn die Patientenpositionierfläche 105 vollständig zurückgezogen
ist beträgt
C2 = 1226,00 mm. Der vertikale Höhenabstand
zwischen der Patientenpositionierfläche 105 und dem Schwenkpunkt
des Schwenksystems 140 beträgt C3 =
244,00 mm. Die Dicke der Vorderseite der Patientenpositionierfläche 105 beträgt C4 = 20,00 mm. Die Dicke der Hinterseite der
Patientenpositionierfläche 105 beträgt C5 = 41,00 mm. Die Höhe des Verschiebemechanismus
des Längsbewegungssystems 130 beträgt C6 = 70,50 mm. Der einzuhaltende Sicherheitsabstand
oder die einzuhaltende Minimalhöhe
beträgt
C, _ 45,00 mm. Die Stellung der Patientenpositionierfläche 105 auf
der Hubachse wird zu jedem beliebigen Zeitpunkt z.B. von einem Weggeber
(Encoder) oder einem anderen Stellungssensor etwa bei dem Hubsystem 120 angegeben. Die
Hubachsenstellung beträgt
z.B. X1 = 1080,00 mm. Der Schwenkwinkel
wird anhand der gegenwärtigen
Schwenkachsenstellung z.B. durch ein Winkel- oder Weggeber (Encoder)
oder einen anderen Stellungssensor in dem Schwenksystem 140 angegeben.
Der Schwenkwinkel beträgt
z.B. X2 = –16,00° (der Winkel bei oben liegendem
Kopf ist positiv; der Winkel bei abgesenktem Kopf ist negativ) die
jeweilige Stellung der Patientenpositionierfläche 105 auf der Längsachse
wird mit der gegenwärtigen
Längsachsenstellung
(etwa durch einen Weggeber in dem Längsbewegungssystem 130)
angegeben. Eine negative Stellung bedeutet eine Bewegung auf eine Gantry
in einem medizinischen bildgebenden System zu. Zum Beispiel X3 = –1700,00
mm. Werden die vorgenannten Messwerte in die Gleichungen (1)
und (2) eingesetzt, so ergibt sich ein Freiraum oder Sicherheitsabstand
auf der Vorderseite Ygf = 199,81 mm und
ein Freiraum oder Sicherheitsabstand auf der Rückseite von Ygr =
1031,38 mm, jeweils vom Fußboden
aus gemessen. Da beide Messwerte größer sind als der minimale Sicherheits abstand
von 45,00 mm, kann eine Bewegung der Patientenpositionierfläche 105 zugelassen
werden.
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5 veranschaulicht
ein Flussdiagramm 500 für
ein bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendetes Verfahren zur Kollisionsverhütung in
einem Patientenpositioniersystem. Zunächst wird bei dem Schritt 510
ein sicherer freier Abstand bestimmt, der unter normalen Umständen ein Manövrieren
der Patientenpositionierfläche 105 ohne die
Gefahr einer Verletzung des Patienten oder der Einführung eines
Fehlers in die Bildgebung, herrührend,
z.B. von einer Kollision, erlaubt. Der minimale Sicherheitsabstand
ist in dem System 100 zur Bezugnahme bei der Einleitung
eines Kollisionsverhütungsvorgangs
gespeichert. Sodann wird bei dem Schritt 520 die Patientenpositionierfläche 105 in
eine jeweils gewünschte
Stellung überführt. Bei
dem Schritt 530 werden von den bspw. auf den Bewegungsachsen (z.B.
Schwenk-, Hub- und Längsachse)
angeordneten Signalgebern (Encodern) bei sich bewegender Patientenpositionierfläche 105 Stellungswerte übermittelt.
Solche Stellungswerte können
vor, während und/oder
nach der Bewegung der Patientenpositionierfläche 105 erhalten werden.
Als Nächstes
werden bei dem Schritt 540 die Stellungswerte dazu verwendet, die
jeweilige Stellung der Patientenpositionierfläche 105 bezüglich eines
Gegenstandes, wie etwa des Fußbodens,
zu bestimmen.
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Sodann wird bei dem Schritt 550 die
Stellung der Patientenpositionierfläche 105 mit dem Sicherheitsabstand
verglichen. Wenn der tatsächliche
freie Abstand größer ist
als der Sicherheitsabstand kann die Patientenpositionierfläche 105 bewegt
werden. Bei dem Schritt 560 wird, wenn der tatsächliche Abstand kleiner oder
gleich dem Sicherheitsabstand ist, die Bewegung der Patientenpositionierfläche 105 gestoppt.
Die Patientenpositionierfläche 105 kann in
einer Richtung bewegt werden, in der der jeweilige freie Abstand
größer ist
als der minimale Sicherheitsabstand. Ein Benutzerinterface kann
z.B. dazu verwendet werden, eine Bewegung der Patientenpositionierfläche 105 einzuleiten.
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Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme
auf bestimmte Ausführungsformen
beschrieben worden ist, so versteht es sich doch für den Fachmann,
dass zahlreichen Veränderungen
vorgenommen und gleichwertige Mittel eingesetzt werden können, ohne
den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Außerdem können viele Abwandlungen der Lehre
der Erfindung vorgenommen werden, um diese an eine spezielle Situation
oder ein spezielles Material anzupassen ohne den Schutzbereich der
Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist deshalb nicht auf die
speziellen geoffenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern
erstreckt sich auf alle Ausführungsformen,
die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
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- 100
- Patientenpositioniersystem
- 105
- Patientenpositionierfläche
- 110
- Sockel
- 120
- Teleskop-Hubsystem
- 130
- Längsbewegungssystem
- 140
- Schwenksystem
- 150
- Seitliches
Bewegungssystem
- 160
- Rotationssystem
- 170
- Bewegungssteuersystem
- Figur
2
- Bildliche
Darstellung
- Figur
3
- Bildliche
Darstellung
- Figur
3
- Bildliche
Darstellung
- Figur
4
- Bildliche
Darstellung
- 500
- Flussdiagramm