DE112019007955T5 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer internen organverschiebung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer internen organverschiebung Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts (104), das in einem Körper (102) eines Patienten (100) angeordnet ist, werden bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Positionieren einer Anordnung (14) von Elektroden (16) eines kapazitiven Sensors (12) neben einem Körperteil (103) eines Patienten (100), so dass jede Elektrode (16) von dem Körperteil (103) beabstandet ist, wobei der Körperteil das interne Objekt (104) des Patienten zumindest teilweise umschließt; das Bereitstellen einer Mehrzahl von Sensorsignalen mit dem kapazitiven Sensor (12), wobei jedes Sensorsignal eine Kapazität in der Nähe von mindestens einer Elektrode (16) der Anordnung (14) von Elektroden (16) anzeigt; Bestimmen eines Satzes von Kapazitätswerten für mindestens eine Teilmenge der Elektroden (16) der Anordnung (14) von Elektroden auf der Grundlage der Verarbeitung der Mehrzahl von Sensorsignalen; und Bestimmen einer Verschiebung des internen Objekts (104) in Bezug auf den Körperteil (103) auf der Grundlage des Vergleichs des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten mit einem Satz von Referenzkapazitätswerten.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Verschiebung und/oder Verlagerung eines internen Objekts eines Patienten, wie z. B. eine Verschiebung und/oder Verlagerung eines internen Organs. Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung eines kapazitiven Sensors zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts eines Patienten.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Bei vielen medizinischen Anwendungen oder Verfahren, wie z. B. chirurgischen Eingriffen und Strahlentherapieverfahren, kann es wünschenswert sein, die Verschiebung eines internen oder inneren Objekts eines Patienten zu bestimmen. So wird beispielsweise Gewebe, das bei einem chirurgischen Eingriff entfernt, herausgeschnitten und/oder reseziert oder bei einer Strahlenbehandlung bestrahlt werden soll, wie z. B. Krebsgewebe, in einem präoperativen Bild oder Scan von mindestens einem Teil des Körpers des Patienten erfasst. Während der eigentlichen Operation oder Strahlenbehandlung oder in einer einzelnen Behandlungssitzung einer Reihe aufeinander folgender Behandlungssitzungen kann es jedoch wünschenswert sein, Informationen über die Position, Lage und/oder Ausrichtung des zu behandelnden Objekts zu haben, die sich unter Umständen geändert haben könnten, z. B. im Vergleich zum präoperativen Scan und/oder im Vergleich zu einer vorangegangenen Behandlungssitzung, und zwar aufgrund einer Verschiebung oder Verlagerung des internen Objekts. Eine solche Verschiebung oder Verlagerung kann beispielsweise durch eine teilweise Entfernung, Exzision und/oder Resektion des internen Objekts und/oder des Gewebes, das das interne Objekt umgibt oder in dessen Nähe angeordnet ist, verursacht werden. Eine solche Verschiebung oder Verlagerung kann auch durch Bewegungen oder Verschiebungen von Weichgewebe verursacht werden, das das interne Objekt umgibt oder aus dem es besteht. Auch kann es wünschenswert sein, eine Position und/oder Lage des internen Objekts zu verfolgen, z. B. während einer medizinischen Behandlung oder einer Behandlungssitzung und/oder in einer Reihe von Behandlungssitzungen.
  • Im Allgemeinen können verschiedene Ansätze oder Verfolgungssysteme verwendet werden, um eine Verschiebung eines internen Objekts zu bestimmen. Zum Beispiel können Marker, die in einer Kamera sichtbar sind, zur optischen Verfolgung des internen Objekts verwendet werden. Auch eine elektromagnetische oder magnetische Feldstärke von am Patienten angebrachten Markern kann zur Verfolgung des internen Objekts und/oder zur Bestimmung seiner Verschiebung erfasst werden. Andere Ansätze oder Verfolgungssysteme können auf der Analyse von Videobildern des Patienten und der Bestimmung der Verschiebung des internen Organs oder Objekts ohne die Verwendung von Markern beruhen. Wenn Marker verwendet werden, müssen sie in der Regel am Patienten angebracht werden und ihre Position relativ zur Anatomie des Patienten sollte bekannt sein. Auch Röntgen, CT (Computertomographie), MRT (Magnetresonanztomographie), Ultraschall oder andere bildgebende Verfahren können verwendet werden, um das Interne des Körpers des Patienten abzubilden und Informationen über eine Verschiebung oder Verlagerung des internen Objekts abzuleiten.
  • Diese herkömmlichen Ansätze und Systeme haben jedoch gewisse Einschränkungen und Nachteile, da Änderungen der Position eines internen Objekts im Allgemeinen schwer zu bestimmen und/oder zu verfolgen sind. Beispielsweise kann die Position eines im Körper eines Patienten befindlichen internen Objekts mit optischen Methoden kaum bestimmt oder verfolgt werden, z. B. wenn die Sichtlinie der optischen Vorrichtung oder Kamera blockiert oder verdeckt ist. Das Gleiche gilt für magnetische oder elektromagnetische Tracking-Methoden. Außerdem ist die Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts und/oder die Verfolgung seiner Position mit bildgebenden Verfahren zur Darstellung des Patienteninneren kostspielig und zeitaufwändig. Außerdem führen zumindest einige dieser Verfahren, wie Röntgen- oder CT-Aufnahmen, zu einer zusätzlichen Strahlendosis für den Patienten und sollten daher nur sparsam eingesetzt werden.
  • Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts eines Patienten relativ zu einem Körperteil des Patienten bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile zumindest gemildert oder zumindest teilweise überwunden werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann für medizinische Verfahren eingesetzt werden, z.B. in Verbindung mit einem System zur bildgesteuerten Strahlentherapie wie ExacTrac oder zur bildgesteuerten Schädelnavigation, beides Produkte der Brainlab AG.
  • Im Folgenden werden Aspekte der vorliegenden Offenbarung, Beispiele und beispielhafte Schritte oder Merkmale und deren Ausführungsformen offenbart. Verschiedene Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und beispielhafte Merkmale der vorliegenden Offenbarung können in Übereinstimmung mit der Offenbarung oder Erfindung kombiniert werden, wo immer dies technisch zweckmäßig und machbar ist.
  • BEISPIELHAFTE KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden beispielhaft einige Schritte und/oder Merkmale der vorliegenden Offenbarung kurz beschrieben, was nicht so zu verstehen ist, dass die Erfindung oder Offenbarung nur auf die in diesem Abschnitt beschriebenen Merkmale und Schritte oder eine Kombination davon beschränkt ist.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden ein Verfahren zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts, das in einem Körper eines Patienten angeordnet ist, sowie eine entsprechende Vorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Positionieren einer Anordnung von Elektroden eines kapazitiven Sensors (auch als Kapazitätssensor bezeichnet) neben einem Körperteil eines Patienten, so dass jede Elektrode von dem Körperteil beabstandet ist. Dabei kann sich das interne Objekt auf eine beliebige Struktur und/oder anatomische Struktur des Patienten beziehen, die teilweise oder vollständig in einem inneren bzw. internen Volumen des Patienten angeordnet ist. Beispielsweise kann sich das interne Objekt auf mindestens einen Teil eines internen Organs des Patienten, mindestens einen Teil des Gehirns des Patienten, mindestens einen Teil der Lunge des Patienten, mindestens einen Teil der Leber des Patienten, mindestens einen Teil der Wirbelsäule des Patienten oder jede andere innere Struktur oder jedes andere interne Objekt beziehen.
  • Ferner umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens einer Mehrzahl von Sensorsignalen mit dem kapazitiven Sensor, wobei jedes Sensorsignal eine Kapazität in der Nähe von mindestens einer Elektrode der Elektrodenanordnung angibt. Dabei kann die Kapazität in der Nähe der mindestens einen Elektrode beispielsweise eine Kapazität zwischen der mindestens einen Elektrode und einer Masse oder einem Massepotential, zwischen der mindestens einen Elektrode und einer äußeren Oberfläche des Patienten, zwischen der mindestens einen Elektrode und einer Referenzelektrode des Kapazitätssensors und/oder zwischen der mindestens einen Elektrode und einer weiteren Elektrode des Kapazitätssensors sein.
  • Darüber hinaus umfasst das Verfahren die Schritte des Bestimmens eines Satzes von Kapazitätswerten für mindestens eine Untergruppe der Elektroden der Elektrodenanordnung auf der Grundlage der Verarbeitung der mehreren Sensorsignale und des Bestimmens einer Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil auf der Grundlage des Vergleichs des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten mit einem Satz von Referenzkapazitätswerten. Im Allgemeinen kann die Verschiebung des internen Objekts im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung als interne Organverschiebung bezeichnet werden. Ferner kann sich die Verschiebung in Bezug auf den Körperteil beispielsweise auf eine Verschiebung und/oder Verlagerung des internen Objekts in Bezug auf und/oder relativ zu dem Gewebe des Patienten beziehen, das das interne Objekt zumindest teilweise umgibt.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht im Allgemeinen eine präzise, genaue und zuverlässige Bestimmung der Verschiebung des inneren Organs auf der Grundlage, mittels und/oder unter Verwendung eines kapazitiven Sensors mit einer Anordnung von Elektroden auf nichtinvasive Weise. Auch kann die Verschiebung des internen Objekts berührungslos bestimmt werden, was bedeuten kann, dass keine oder im Wesentlichen keine Komponente der zur Erfassung der Verschiebung verwendeten Vorrichtung oder des Geräts während der Bestimmung der Verschiebung in Kontakt mit dem Patienten sein und/oder diesen berühren darf. Insbesondere müssen keine Marker am Patienten angebracht werden, was den Komfort für den Patienten erhöhen sowie ein präoperatives Verfahren, z.B. zur Vorbereitung des Patienten und/oder eines Operationssaals auf die eigentliche medizinische Behandlung, vereinfachen und/oder verkürzen kann. Außerdem kann die berührungslose Erfassung der Verschiebung des internen Objekts die Hygiene erhöhen und einen postoperativen Vorgang, wie z. B. einen Reinigungsvorgang zur Säuberung des Operationssaals, vereinfachen und/oder verkürzen. Darüber hinaus können entsprechende Informationen über die Verschiebung des internen Objekts z. B. einem Chirurgen oder Operateur während des eigentlichen medizinischen Eingriffs zur Verfügung gestellt werden. Dadurch kann ein gesamter Arbeitsablauf oder medizinischer Workflow der medizinischen Behandlung verbessert werden, insbesondere weil die Verschiebung des internen Objekts auf kosteneffiziente und zeitsparende Weise bestimmt werden kann.
  • Darüber hinaus kann eine Strahlenbelastung des Patienten zur Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts vermieden werden, wodurch die dem Patienten verabreichte Gesamtdosis reduziert und die Sicherheit für den Patienten erhöht wird.
  • ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In diesem Abschnitt wird eine Beschreibung der allgemeinen Merkmale und/oder Schritte der vorliegenden Erfindung oder Offenbarung beispielsweise durch Bezugnahme auf mögliche Ausführungsformen der Erfindung oder Offenbarung gegeben. Die Erfindung ist jedoch in den unabhängigen Ansprüchen definiert, wobei weitere Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen sowie in der vorangehenden und nachfolgenden Beschreibung enthalten sind.
  • Wie oben erwähnt, kann es wünschenswert sein, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung der Verschiebung eines internen Objekts eines Patienten bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile herkömmlicher oder derzeit verwendeter Ansätze oder Systeme zumindest gemildert oder zumindest teilweise überwunden werden.
  • Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht, wobei weitere Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung enthalten sind.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Bestimmen und/oder Erfassen einer Verschiebung eines internen Objekts bereitgestellt, das teilweise oder vollständig in einem Körper eines Patienten angeordnet ist. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte:
    • - Positionieren und/oder Anordnen einer Anordnung von Elektroden eines kapazitiven Sensors neben, in der Nähe und/oder in der Nähe eines Körperteils eines Patienten, so dass jede Elektrode von dem Körperteil beabstandet ist und/oder so, dass jede Elektrode den Patienten nicht berührt, wobei der Körperteil das interne Objekt des Patienten zumindest teilweise einschließt und/oder umgibt;
    • - Bereitstellen, Erzeugen und/oder Ausgeben einer Mehrzahl von Sensorsignalen mit dem kapazitiven Sensor, wobei jedes Sensorsignal eine Kapazität in der Nähe von mindestens einer Elektrode der Elektrodenanordnung anzeigt, darstellt und/oder beschreibt;
    • - Bestimmen eines Satzes von Kapazitätswerten für mindestens eine Teilmenge, einige und/oder einen Teil der Elektroden der Elektrodenanordnung auf der Grundlage der Verarbeitung einiger oder aller der Mehrzahl von Sensorsignalen; und
    • - Bestimmen und/oder Erfassen einer Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf und/oder relativ zu dem Körperteil auf der Grundlage und/oder durch Vergleichen des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten mit einem Satz von Referenzkapazitätswerten.
  • Im Allgemeinen kann sich der Begriff „internes Objekt“ auf jede Struktur, anatomische Struktur, Anatomie und/oder jedes anatomische Merkmal beziehen, die bzw. das teilweise oder vollständig in einem Innenraum und/oder Innenvolumen des Patienten angeordnet ist. Dementsprechend kann das interne (auch innere) Objekt oder zumindest ein Teil davon von außerhalb des Patienten (z. B. mit optischen Mitteln) nicht sichtbar sein. Das interne Objekt kann sich beispielsweise auf mindestens einen Teil eines internen Organs des Patienten, mindestens einen Teil des Gehirns des Patienten, mindestens einen Teil der Lunge des Patienten, mindestens einen Teil der Leber des Patienten, mindestens einen Teil der Wirbelsäule des Patienten oder jede andere innere Struktur oder jedes andere interne Objekt beziehen. Das interne Objekt kann sich beispielsweise auf Krebsgewebe beziehen, dieses umfassen und/oder in der Nähe von Krebsgewebe angeordnet sein, das z. B. bei einer chirurgischen Behandlung des Patienten herausgeschnitten, reseziert und/oder aus dem Körper des Patienten entfernt werden soll und/oder das bei einer Strahlentherapie bestrahlt werden soll.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung kann sich die „Verschiebung des internen Objekts“ auf eine Verschiebung, eine Positionsänderung, eine Ortsänderung und/oder eine Orientierungsänderung des internen Objekts beziehen und/oder diese umfassen. Im Allgemeinen kann die Verschiebung des internen Objekts in absoluten oder relativen Werten angegeben werden. Ferner kann die Verschiebung des internen Objekts im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung als Verschiebung eines inneren Organs und/oder als Verschiebung des inneren Organs bezeichnet werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Verschiebung des Objekts „in Bezug auf den Körperteil“ bedeuten kann, dass das Objekt lokal und/oder intern, z. B. im Innenvolumen des Patienten und/oder innerhalb des Körpers des Patienten, verschoben wird. Dementsprechend darf die Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf und/oder relativ zu dem Körperteil nicht mit einer globalen Bewegung des Patienten, d. h. einer Patientenbewegung, gleichgesetzt werden, die im Folgenden auch als globale Verschiebung des internen Objekts bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten: Die Verschiebung des internen Objekts relativ zum Körperteil kann sich auf eine Verschiebung des Objekts im Koordinatensystem des Patienten beziehen. Eine solche lokale Verschiebung des internen Objekts kann jedoch z. B. in Bezug auf eine Referenzposition, einen Referenzort und/oder eine Referenzausrichtung des internen Objekts bestimmt werden, z. B. eine frühere Position, ein früherer Ort und/oder eine frühere Ausrichtung des internen Objekts, z. B. eine Position, ein früherer Ort und/oder eine frühere Ausrichtung, wie sie durch den Satz von Referenzkapazitätswerten beschrieben und/oder angezeigt werden.
  • Bei bestimmten medizinischen Anwendungen, Behandlungen und/oder Verfahren, wie z. B. chirurgischen Verfahren und/oder Strahlentherapieverfahren, kann es wünschenswert sein, eine Verschiebung eines internen Objekts und/oder eine innere Organverschiebung zu bestimmen und/oder zu erkennen. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, Informationen über eine Position, eine Positionsänderung, einen Ort, eine Ortsveränderung, eine Orientierung und/oder eine Orientierungsveränderung des internen Objekts zu haben, das in einer medizinischen Anwendung behandelt werden soll, z. B. das bei einem chirurgischen Eingriff zumindest teilweise entfernt und/oder reseziert werden soll und/oder das bei einer Strahlenbehandlung bestrahlt werden soll. Während des eigentlichen chirurgischen Eingriffs oder der Bestrahlung oder in einer einzelnen Behandlungssitzung einer Reihe von aufeinander folgenden Behandlungssitzungen kann sich jedoch die Position, Lage und/oder Ausrichtung des internen Objekts gegenüber einer früheren Position, Lage und/oder Ausrichtung desselben verändert haben, z. B. gegenüber einer Position, Lage und/oder Ausrichtung des Objekts in einem präoperativen Scan und/oder gegenüber einer Position, Lage und/oder Ausrichtung des Objekts in einer vorangegangenen Behandlungssitzung. Eine solche Änderung der Position, Lage und/oder Ausrichtung kann beispielsweise durch eine teilweise Entfernung, Exzision und/oder Resektion des internen Objekts und/oder des Gewebes, das das interne Objekt umgibt oder in dessen Nähe angeordnet ist, verursacht werden. Eine solche Verlagerung oder Verschiebung des internen Objekts kann auch durch Bewegungen des weichen Gewebes verursacht werden, das das interne Objekt umgibt und/oder aus dem es besteht.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es vorteilhafterweise, die Verschiebung des internen Objekts und/oder die interne Organverschiebung auf präzise, genaue, zuverlässige, schnelle, effiziente und nicht-invasive Weise zu bestimmen. Außerdem kann die Verschiebung des internen Objekts berührungslos bestimmt werden, was bedeuten kann, dass keine oder im Wesentlichen keine Komponente der Vorrichtung oder des Geräts, die zur Erfassung der Verschiebung verwendet werden, während der Bestimmung der Verschiebung in Kontakt mit dem Patienten stehen und/oder diesen berühren kann. Insbesondere müssen keine Marker am Patienten angebracht werden, was den Komfort für den Patienten erhöhen sowie ein präoperatives Verfahren, z. B. zur Vorbereitung des Patienten und/oder eines Operationssaals auf die eigentliche medizinische Behandlung, vereinfachen und/oder verkürzen kann. Außerdem kann die berührungslose Erfassung der Verschiebung des internen Objekts die Hygiene verbessern und einen postoperativen Vorgang, wie z. B. einen Reinigungsvorgang zur Säuberung des Operationssaals, vereinfachen und/oder verkürzen. Somit kann ein gesamter Arbeitsablauf bzw. medizinischer Workflow der medizinischen Behandlung durch die vorliegende Erfindung verbessert werden, insbesondere weil die Verschiebung des internen Objekts kostengünstig und zeitsparend ermittelt werden kann. Darüber hinaus kann eine Strahlenbelastung des Patienten zur Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts vermieden werden, wodurch die Gesamtdosis für den Patienten reduziert und damit die Sicherheit für den Patienten erhöht wird.
  • Es ist zu beachten, dass der Schritt der Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts relativ zum Körperteil weit zu verstehen, auszulegen und/oder zu interpretieren ist. Dementsprechend kann die Bestimmung der Verschiebung die Bestimmung des Auftretens der Verschiebung umfassen. Mit anderen Worten, das Bestimmen der Verschiebung kann das Bestimmen umfassen, ob das interne Objekt relativ zum Körperteil verschoben wurde oder nicht, z. B. in Bezug auf eine Referenzposition, einen Standort und/oder eine Ausrichtung des internen Objekts. Alternativ oder zusätzlich kann der Schritt des Bestimmens der Verschiebung des internen Objekts das Bestimmen eines Ausmaßes, einer Größe und/oder eines Betrags der Verschiebung umfassen, z. B. in Bezug auf eine Referenzposition, -lage und/oder -ausrichtung des internen Objekts. Mit anderen Worten, die Bestimmung der Verschiebung kann die Bestimmung einer Distanz umfassen, um die das interne Objekt relativ zum Körperteil verschoben wurde. Alternativ oder zusätzlich kann die Bestimmung der Verschiebung die Bestimmung einer Richtung umfassen, in der das interne Objekt verschoben wurde, z. B. in Bezug auf eine Referenzposition, einen Referenzort und/oder eine Referenzausrichtung des internen Objekts. Alternativ oder zusätzlich kann die Bestimmung der Verschiebung die Bestimmung des Auftretens einer Orientierungsänderung des internen Objekts und/oder die Bestimmung einer Orientierungsänderung des internen Objekts, z. B. in Bezug auf eine Referenzposition, einen Referenzort und/oder eine Referenzorientierung des internen Objekts, umfassen. Außerdem kann die Verschiebung des internen Objekts im zwei- oder dreidimensionalen Raum bestimmt werden. Die Referenzposition, -lage und/oder - ausrichtung des internen Objekts kann beispielsweise durch den Satz von Referenzkapazitätswerten beschrieben, dargestellt und/oder angegeben werden.
  • Der Begriff „Anordnung von Elektroden“ ist weit zu verstehen, zu interpretieren und/oder auszulegen. Dementsprechend kann sich die Anordnung von Elektroden auf eine beliebige strukturelle Konfiguration einer Mehrzahl von Elektroden beziehen, wie z. B. eine Anordnung der Elektroden in einem regelmäßigen Muster, einem unregelmäßigen Muster, einem einheitlichen Muster oder einem uneinheitlichen Muster. Zum Beispiel können zumindest einige oder alle Elektroden der Elektrodenanordnung in einem Gitter, einem Array, einer Matrix, einer Reihe, einer Zeile oder einer Kombination davon angeordnet sein.
  • Ferner kann der Schritt der Bereitstellung der mehreren Sensorsignale die Ansteuerung des kapazitiven Sensors und/oder die Versorgung des kapazitiven Sensors mit elektrischer Energie umfassen, um die Sensorsignale bereitzustellen.
  • Darüber hinaus können die Sensorsignale z. B. einem oder mehreren Prozessoren, einer Verarbeitungsschaltung und/oder einer Steuerschaltung zugeführt werden. Dabei können der mindestens eine Prozessor, die Verarbeitungsschaltung und/oder die Steuerschaltung Teil einer Vorrichtung zur Bestimmung der Objektverschiebung und/oder des kapazitiven Sensors sein.
  • Ferner kann der Satz von Kapazitätswerten von dem einen oder den mehreren Prozessoren, dem Verarbeitungsschaltkreis und/oder dem Steuerschaltkreis auf der Grundlage und/oder durch Verarbeitung einiger oder aller Sensorsignale bestimmt werden. Dabei kann der Schritt der Bestimmung des Satzes von Kapazitätswerten das Ableiten des Satzes von Kapazitätswerten aus den Sensorsignalen oder zumindest einem Teil davon umfassen. Ferner kann sich der Satz von Kapazitätswerten auf eine Mehrzahl von Kapazitätswerten für die Kapazitäten der mindestens einen Teilmenge (auch Untergruppe auch Teilsatz genannt) von Elektroden beziehen. Es wird betont, dass der Satz von Kapazitätswerten auf der Grundlage der Verarbeitung einiger oder aller Sensorsignale des kapazitiven Sensors bestimmt werden kann.
  • Im Folgenden wird das Verfahren nach dem ersten Aspekt umformuliert. Eine Anordnung von Elektroden eines kapazitiven Sensors kann in der Nähe eines Körperteils des Patienten positioniert und/oder angeordnet werden, wobei der Körperteil das interne Objekt zumindest teilweise umgibt. Die eigentliche Positionierung kann dabei optional zumindest teilweise automatisiert erfolgen, z.B. mit einer entsprechenden Positioniervorrichtung. Ferner können alle oder einige der Elektroden der Elektrodenanordnung elektrisch angesteuert und/oder geregelt werden, so dass eine Mehrzahl von Sensorsignalen durch den kapazitiven Sensor erzeugt wird. Dabei kann jedes der Sensorsignale Informationen über die Kapazität in der Nähe, in der Nähe und/oder in der Nähe von einer oder mehreren der Elektroden der Elektrodenanordnung enthalten. Die Sensorsignale können dann verarbeitet werden, z. B. durch mindestens einen Prozessor, eine Verarbeitungsschaltung und/oder eine Steuerschaltung, und eine Mehrzahl von Kapazitätswerten der Kapazitäten von mindestens einem Teil und/oder einer Teilmenge der Elektroden kann daraus abgeleitet werden. Ferner kann der Satz der ermittelten Kapazitätswerte mit dem Satz der Referenzkapazitätswerte verglichen werden. Basierend auf diesem Vergleich kann die Verschiebung des internen Objekts bestimmt und/oder detektiert werden, da die Kapazität und/oder der Wert der Kapazität in der Nähe einer Elektrode von dem Material in der Nähe dieser Elektrode abhängt und durch dieses verändert, modifiziert und/oder verändert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Bestimmens der Verschiebung des internen Objekts das Bestimmen eines Auftretens der Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil und das Bestimmen mindestens einer Größe und einer Richtung der Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil. Dementsprechend kann bestimmt werden, ob eine Verschiebung des internen Objekts stattgefunden hat oder nicht, basierend auf und/oder durch Vergleichen des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten mit dem Satz von Referenzkapazitätswerten. Darüber hinaus können die Größe und die Richtung der Verschiebung oder beides bestimmt werden. Dabei kann sich die Größe der Verschiebung auf einen Betrag der Verschiebung und/oder einen Abstand beziehen, um den das interne Objekt innerhalb des Innenvolumens des Patienten verschoben und/oder bewegt worden ist. Ferner kann sich die Richtung der Verschiebung auf eine räumliche Richtung in einem beliebigen Koordinatensystem beziehen, wie z.B. das Koordinatensystem des Patienten, ein Koordinatensystem des Geräts, das zur Bestimmung der Verschiebung verwendet wird, ein Koordinatensystem eines Operationssaals, ein Koordinatensystem eines medizinischen Geräts oder Systems zur Durchführung einer medizinischen Behandlung am Patienten oder ein anderes Koordinatensystem. Im Allgemeinen kann die Bestimmung des Auftretens der Verschiebung und der Größe und/oder der Richtung der Verschiebung eine genaue Bestimmung der Position, der Ausrichtung und/oder des Ortes des internen Objekts nach dem Auftreten der Verschiebung ermöglichen. Diese Informationen können wiederum für die medizinische Behandlung verwendet werden, z. B. für die Resektion mindestens eines Teils des Objekts und/oder für die Bestrahlung mindestens eines Teils des Objekts, wodurch die Gesamteffizienz der Behandlung erhöht wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist jedes Sensorsignal und/oder jeder Kapazitätswert indikativ, beschreibend und/oder repräsentativ für mindestens eine Kapazität zwischen einer der Elektroden und einer Masse (oder einem Massepotenzial), zwischen einer der Elektroden und einer Außenfläche des Patienten, z. B. einer Außenfläche, die der Elektrodenanordnung zugewandt und/oder ihr gegenüber angeordnet ist, zwischen einer der Elektroden und einer Referenzelektrode des Kapazitätssensors und zwischen zwei Elektroden des Kapazitätssensors. Alternativ oder zusätzlich ist die Kapazität in der Nähe der mindestens einen Elektrode der Elektrodenanordnung mindestens eine Kapazität zwischen der mindestens einen Elektrode und einer Masse (oder einem Massepotential), zwischen der mindestens einen Elektrode und einer Außenfläche des Patienten, z.B. einer Außenfläche, die der Elektrodenanordnung zugewandt und/oder gegenüberliegend angeordnet ist, zwischen der mindestens einen Elektrode und einer Referenzelektrode des Kapazitätssensors, und zwischen der mindestens einen Elektrode und einer weiteren Elektrode des Kapazitätssensors.
  • Ferner kann der Kapazitätswert einer Elektrode der Elektrodenanordnung auf der Grundlage des Anlegens einer bekannten Ladung an die Elektrode und der Messung eines Potenzials, des Anlegens eines bekannten Potenzials an die Elektrode und der Messung einer Ladung der Elektrode (z. B. auf der Grundlage der Integration des der Elektrode zugeführten Stroms über die Zeit), des Aufbaus eines Schwingkreises mit der Elektrode, wobei die Frequenz dieses Kreises vom Kapazitätswert abhängen kann, und der Messung der Frequenz bestimmt werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Kapazitätsbrücke verwendet werden, um den Kapazitätswert der Elektrode zu messen.
  • Außerdem kann der Satz von Kapazitätswerten auf der Grundlage einer sequentiellen Abfrage der Elektroden der Elektrodenanordnung bestimmt werden. Wenn beispielsweise eine bestimmte Elektrode nicht abgefragt wird, könnte sie geerdet werden. Alternativ kann der Satz von Kapazitätswerten auf der Grundlage der gleichzeitigen Abfrage mindestens einer Teilmenge, einiger oder aller Elektroden der Elektrodenanordnung bestimmt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Satz von Referenzkapazitätswerten indikativ, repräsentativ und/oder beschreibend für die Kapazitätswerte des zumindest teilweisen Satzes von Elektroden, wenn die Anordnung von Elektroden an einer Referenzposition und/oder in einer Referenzausrichtung in Bezug auf den Körperteil und/oder in Bezug auf das interne Objekt positioniert ist. Dabei kann der Satz von Referenzkapazitätswerten in einer Mess- und/oder Kalibrierungsmessung, z.B. einer Messung am Patienten oder unter Verwendung eines Phantoms, ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Satz von Referenzkapazitätswerten in einer Simulationsberechnung ermittelt werden, die es z. B. ermöglicht, die erwarteten Kapazitätswerte und/oder die erwarteten Sensorsignale zu bestimmen, wenn die Elektrodenanordnung an der Referenzposition und/oder in der Referenzorientierung positioniert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der Satz von Kapazitätswerten zu einem Messzeitpunkt bestimmt. Alternativ oder zusätzlich ist der Satz von Referenzkapazitätswerten indikativ, repräsentativ und/oder beschreibend für die Kapazitätswerte der mindestens einen Teilmenge von Elektroden zu einem Referenzzeitpunkt, der dem Messzeitpunkt vorausgeht. Dabei kann sich der Messzeitpunkt auf eine Messzeitspanne oder einen Messzeitpunkt beziehen. Ebenso kann sich die Referenzzeit auf eine Referenzzeitspanne oder einen Referenzzeitpunkt beziehen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Bestimmung des Satzes von Referenzkapazitätswerten auf der Grundlage der Positionierung, z. B. zu einem Referenzzeitpunkt, der Anordnung von Elektroden an einer Referenzposition und in einer Referenzausrichtung in Bezug auf den Körperteil des Patienten und auf der Grundlage der Messung der Referenzkapazitätswerte unter Verwendung des kapazitiven Sensors. Eine solche Messung kann als Kalibrierungsmessung angesehen und/oder am tatsächlichen Patienten oder an einem Phantom, das zumindest einem Teil des Patienten, z. B. zumindest dem Körperteil, ähnelt, durchgeführt werden. Das Phantom kann z. B. zumindest teilweise mit Wasser gefüllt sein, um dem zumindest einen Teil und/oder dem Körperteil des Patienten zu ähneln. Durch Messung des Satzes von Referenzkapazitätswerten kann die Verschiebung des internen Objekts zuverlässig und genau bestimmt werden.
  • Die tatsächliche Messung des Satzes von Referenzkapazitätswerten kann beispielsweise vor der Durchführung der eigentlichen medizinischen Behandlung bestimmt werden. Alternativ kann der Satz von Referenzkapazitätswerten auch während der eigentlichen medizinischen Behandlung bestimmt werden. Der Satz von Referenzkapazitätswerten kann auch mehrmals während der medizinischen Behandlung bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Bediener oder Benutzer die Messung des Satzes von Referenzkapazitätswerten auslösen, z. B. auf der Grundlage von oder durch Betätigung eines Schalters, einer Taste, einer Benutzerschnittstelle oder eines anderen Betätigungselements einer Vorrichtung zur Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Bestimmung des Satzes von Referenzkapazitätswerten auf der Grundlage einer Simulationsberechnung, wobei die Elektrodenanordnung an einer Referenzposition und in einer Referenzausrichtung in Bezug auf den Körperteil des Patienten positioniert wird. Eine solche Simulationsberechnung kann zum Beispiel auf einer Finite-Elemente-Methode oder einer anderen geeigneten Simulationsmethode oder - technik beruhen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Speicherung des ermittelten Satzes von Referenzkapazitätswerten in einem Datenspeicher. Durch die Speicherung der Referenzkapazitätswerte in dem Datenspeicher können diese Werte während der eigentlichen Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts und/oder während der medizinischen Behandlung schnell abgerufen und/oder verarbeitet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner und/oder der Schritt der Bestimmung des Satzes von Referenzkapazitätswerten das Registrieren des kapazitiven Sensors, der Elektrodenanordnung und/oder mindestens eines Teils oder einer Untergruppe der Elektroden in Bezug auf und/oder gegenüber einer Position des Körperteils des Patienten. Mit anderen Worten kann das Verfahren und/oder der Schritt des Bestimmens des Satzes von Referenzkapazitätswerten das Referenzieren des kapazitiven Sensors, der Anordnung von Elektroden und/oder zumindest eines Teils oder einer Untergruppe der Elektroden mit einer relativen Position und/oder Orientierung des Körperteils des Patienten und der Anordnung von Elektroden (und/oder der Elektroden davon) umfassen. Auf dieser Grundlage kann eine räumliche Position jedes Punktes des Körperteils und/oder des internen Objekts innerhalb eines Raums mindestens einer der Elektroden zugeordnet und/oder mit ihr verbunden werden. Dementsprechend kann die Registrierung des kapazitiven Sensors und/oder der Elektrodenanordnung die Bestimmung der Position der Elektrodenanordnung, zumindest einer Teilmenge der Elektroden und/oder jeder Elektrode in Bezug auf den Patienten, die Anatomie des Patienten, den Körperteil und/oder das interne Objekt umfassen. Dies wiederum ermöglicht es, die Position, den Ort und/oder die Ausrichtung des internen Objekts und/oder des Körperteils im Raum auf der Grundlage der Verarbeitung der Sensorsignale des kapazitiven Sensors zu bestimmen. Im Allgemeinen kann der Schritt des Registrierens als Zuordnen des kapazitiven Sensors und/oder der Elektrodenanordnung (und/oder der Elektroden davon) zu dem Patienten, dem Körperteil des Patienten und/oder dem internen Objekt (oder umgekehrt) betrachtet werden und/oder kann dies umfassen.
  • Für die eigentliche Registrierung kann ein Referenzpunkt oder -bereich am Patienten ausgewählt und auf die Elektrodenanordnung abgebildet werden (oder umgekehrt). Beispielsweise kann eine Referenzmarkierung, z. B. aus dielektrischem Material, an einer bekannten Stelle am Patienten angebracht werden, und die Sensorsignale des Kapazitätssensors können verarbeitet werden, um festzustellen, welche der Elektroden die Referenzmarkierung erkennt oder „sieht“.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts:
    • - Berechnen, Bestimmen und/oder Berechnen einer Abweichung und/oder Differenz zwischen jedem Kapazitätswert des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten und mindestens einem Referenzkapazitätswert des Satzes von Referenzkapazitätswerten; und
    • - Vergleichen der berechneten, ermittelten und/oder berechneten Abweichung und/oder Differenz für jeden Kapazitätswert des ermittelten Satzes von Kapazitätswerten mit einem Schwellenwert für die Abweichung und/oder Differenz, wodurch bestimmt wird, ob sich die Kapazität in der Nähe einer oder mehrerer Elektroden geändert hat.
  • Mit anderen Worten, die Abweichungen und/oder Differenzen zwischen dem Satz von Kapazitätswerten und dem Satz von Referenzkapazitätswerten können elementweise und/oder elektrodenweise bestimmt werden, d. h. für jedes Element und/oder jeden Wert des Satzes von Kapazitätswerten und das entsprechende Element und/oder den entsprechenden Wert des Satzes von Referenzkapazitätswerten. Die ermittelten Abweichungen und/oder Differenzen können dann mit einem oder mehreren Schwellenwerten verglichen werden, um festzustellen, ob sich die Kapazität in der Nähe einer oder mehrerer Elektroden verändert hat oder nicht. Optional kann ermittelt werden, für welche und/oder für wie viele der Elektroden der Elektrodenanordnung sich die Kapazität verändert hat. Ferner kann optional die Position oder der Ort der Elektroden, bei denen sich die Kapazität geändert hat, innerhalb der Elektrodenanordnung bestimmt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Identifizierung einer oder mehrerer Elektroden in der Nähe, in der sich die Kapazität geändert hat, und:
    • - Bestimmung des Auftretens der Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Kapazität in der Nähe einer oder mehrerer einzelner Elektroden geändert hat; und/oder
    • - Prüfen und/oder Bestimmen des Auftretens einer Patientenbewegung und/oder einer Verschiebung des Körperteils relativ zur Elektrodenanordnung auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Kapazität in der Nähe mindestens einer Elektrode, die an einer ersten Begrenzung, Kante und/oder Grenze der Elektrodenanordnung angeordnet ist, und in der Nähe mindestens einer weiteren Elektrode, die an einer zweiten Begrenzung, Kante und/oder Grenze gegenüber der ersten Begrenzung der Elektrodenanordnung angeordnet ist, geändert hat.
  • Dabei kann die Identifizierung der mindestens einen Elektrode, in deren Nähe sich die Kapazität geändert hat, die Identifizierung und/oder Bestimmung einer Position dieser mindestens einen Elektrode unter den Elektroden der Elektrodenanordnung umfassen. Wenn sich nur die Kapazität(en) in der Nähe einer oder mehrerer einzelner Elektroden geändert hat, z. B. mindestens einer einzelnen Elektrode, die an einem bestimmten Ort oder in einem bestimmten Bereich der Elektrodenanordnung angeordnet ist, kann eine solche Änderung darauf hinweisen, dass eine lokale Verschiebung des internen Objekts relativ zum Körperteil stattgefunden hat und/oder dass keine Bewegung des Patienten relativ zur Elektrodenanordnung stattgefunden hat, wobei Letzteres als globale Verschiebung des internen Objekts und/oder des Körperteils bezeichnet werden kann. Ferner kann die Kapazitätsänderung mindestens einer einzelnen Elektrode bedeuten, dass die Kapazitätsänderungen der mindestens einen Elektrode in der Elektrodenanordnung asymmetrisch sind, z. B. asymmetrisch in Bezug auf eine Mittelachse und/oder eine Symmetrieachse der Elektrodenanordnung. Wenn sich darüber hinaus die Kapazitäten in der Nähe einer oder mehrerer Elektroden, die an gegenüberliegenden Grenzen und/oder Rändern der Elektrodenanordnung angeordnet sind, geändert haben, kann diese Änderung durch eine Bewegung und/oder Verschiebung zumindest des Körperteils des Patienten und/oder des gesamten Patienten relativ zur Elektrodenanordnung verursacht werden.
  • Dementsprechend kann das Auftreten der Verschiebung des internen Objekts relativ zum Körperteil auf der Grundlage der Bestimmung eines Symmetriegrads, einer Symmetrie, eines Asymmetriegrads und/oder einer Asymmetrie eines Musters von Änderungen der Kapazitäten in der Nähe einer oder mehrerer Elektroden in der Anordnung der Elektroden bestimmt werden. Im Allgemeinen kann dies eine effiziente und zuverlässige Unterscheidung zwischen einer lokalen Verschiebung des internen Objekts, d. h. einer Verschiebung des Objekts relativ zum Körperteil, und einer globalen Verschiebung des internen Objekts, d. h. einer Verschiebung zumindest des Körperteils relativ zur Elektrodenanordnung, ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Auftreten der Patientenbewegung und/oder der Verschiebung des Körperteils relativ zur Elektrodenanordnung geprüft und/oder bestimmt:
    • - Bestimmung einer ersten Anzahl von Elektroden, die an der ersten Grenze, dem Rand und/oder der Kante der Elektrodenanordnung angeordnet sind, in deren Nähe sich die Kapazität geändert hat;
    • - Bestimmen einer zweiten Anzahl von Elektroden, die an der zweiten Grenze, dem Rand und/oder der Kante der Elektrodenanordnung angeordnet sind, in deren Nähe sich die Kapazität geändert hat; und
    • - Vergleichen der ersten Anzahl von Elektroden, die an der ersten Begrenzung, dem ersten Rand und/oder der ersten Grenze angeordnet sind, mit der zweiten Anzahl von Elektroden, die an der zweiten Begrenzung, dem zweiten Rand und/oder der zweiten Grenze der Elektrodenanordnung angeordnet sind.
  • Basierend auf der Bestimmung der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl von Elektroden kann ein Symmetriegrad, eine Symmetrie, ein Asymmetriegrad und/oder eine Asymmetrie eines Musters von Änderungen der Kapazitäten in der Nähe einer oder mehrerer Elektroden in der Anordnung von Elektroden bestimmt werden. Dadurch kann zuverlässig und genau zwischen einer lokalen Verschiebung des internen Objekts und einer globalen Verschiebung des internen Objekts unterschieden werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Auftreten der Patientenbewegung und/oder der Verschiebung des Körperteils relativ zur Elektrodenanordnung geprüft und/oder bestimmt, indem festgestellt wird, dass die erste Anzahl von Elektroden, die an der ersten Begrenzung, dem ersten Rand und/oder der ersten Grenze angeordnet sind, im Wesentlichen gleich ist und/oder mit der zweiten Anzahl von Elektroden übereinstimmt, die an der zweiten Begrenzung, dem zweiten Rand und/oder der zweiten Grenze der Elektrodenanordnung angeordnet sind. Dabei kann „im Wesentlichen gleich“ und/oder „übereinstimmend“ bedeuten, dass mindestens 75 % der Elektroden, in deren Nähe sich die Kapazitäten geändert haben, symmetrisch in Bezug auf eine Mittelachse und/oder eine beliebige Symmetrieachse der Elektrodenanordnung angeordnet sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden die Schwellenwerte für die Abweichungen zwischen den Kapazitätswerten und den Referenzkapazitätswerten auf der Grundlage einer Kalibrierungsmessung und/oder auf der Grundlage einer Simulationsberechnung bestimmt. Dabei kann die Kalibrierungsmessung am Patienten und/oder unter Verwendung eines Phantoms durchgeführt werden. Beispielsweise können Kapazitätswerte von einer Mehrzahl von Phantomen, die z. B. selektiv mit Wasser, Luft und/oder einer Kombination davon gefüllt sind, verwendet werden. Dies kann es ermöglichen, eine Übereinstimmung zwischen der Position des Wassers und/oder der Luft in der Nähe der Elektrodenanordnung und den gemessenen Kapazitätswerten und/oder ihren erwarteten Änderungen, z. B. durch Veränderung des Wasser- und/oder Luftgehalts oder der Füllung des Phantoms, zu erkennen und/oder zu finden.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf das Körperteil mit Hilfe eines Klassifikators, eines Klassifikators, einer Klassifikatorschaltung, einer Klassifikatorschaltung, eines Moduls für künstliche Intelligenz, eines künstlichen neuronalen Netzes und/oder eines neuronalen Netzes bestimmt. Die Verwendung einer solchen Vorrichtung kann es ermöglichen, ein gemessenes Muster von Kapazitätswerten und/oder deren Änderungen zuverlässig und schnell auszuwerten, z. B. im Hinblick darauf, ob eine Verschiebung des internen Objekts stattgefunden hat oder nicht.
  • Zum Trainieren des Klassifikators, des Klassifikators, der Klassifikatorschaltung, der Klassifikatorschaltung, des Moduls für künstliche Intelligenz, des künstlichen neuronalen Netzes und/oder des neuronalen Netzes können Änderungen der Kapazitäten in der Nähe einer oder mehrerer Elektroden erfasst werden, und auf der Grundlage von z. B. MRT-, CT-, Röntgen- oder anderen Bildern der internen Struktur oder Anatomie des Patienten können diese Änderungen zu Trainingszwecken gekennzeichnet werden. Beispielsweise kann eine Kennzeichnung dahingehend erfolgen, ob eine Verschiebung des internen Objekts relativ zum Körperteil stattgefunden hat oder nicht. Optional kann die Kennzeichnung aber auch unter Einbeziehung des Ausmaßes und/oder der Richtung und/oder der Art einer Organbewegung und/oder Objektverschiebung erfolgen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte:
    • - mit mindestens einem Oberflächenscanner eine erste Position von mindestens einem Teil der Haut des Patienten zu einem ersten Zeitpunkt zu bestimmen;
    • - Bestimmen, mit dem mindestens einen Oberflächenscanner, einer zweiten Position des mindestens einen Teils der Haut zu einem zweiten Zeitpunkt, der sich von dem ersten Zeitpunkt unterscheidet; und
    • - Bestimmen eines Auftretens der Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil auf der Grundlage des Vergleichs der bestimmten ersten Position und der bestimmten zweiten Position des mindestens einen Teils der Haut.
  • Mit bzw. durch den Oberflächenscanner kann festgestellt werden, ob sich der Patient bewegt hat bzw. ob eine Patientenbewegung stattgefunden hat. Dadurch kann wiederum zuverlässig zwischen einer lokalen oder einer globalen Verschiebung des internen Objekts unterschieden werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte:
    • - Bestimmung eines ersten Abstands zwischen mindestens einem Teil des Patienten und mindestens einem festen Punkt in der Umgebung des Patienten zu einem ersten Zeitpunkt mit mindestens einem Abstandssensor;
    • - Bestimmen, mit dem mindestens einen Abstandssensor, eines zweiten Abstands zwischen dem mindestens einen Teil des Patienten und dem mindestens einen festen Punkt in der Umgebung des Patienten zu einem zweiten Zeitpunkt, der sich von dem ersten Zeitpunkt unterscheidet; und
    • - Bestimmen des Auftretens der Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil auf der Grundlage des Vergleichs des bestimmten ersten Abstands und des bestimmten zweiten Abstands zwischen dem mindestens einen Teil des Patienten und dem mindestens einen festen Punkt.
  • Ähnlich wie beim Oberflächenscanner kann auch mit bzw. mittels des Abstandsscanners festgestellt werden, ob sich der Patient bewegt hat bzw. ob eine Patientenbewegung stattgefunden hat. Dadurch kann wiederum zuverlässig zwischen einer lokalen oder einer globalen Verschiebung des internen Objekts unterschieden werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen Oberflächenscanner und/oder dem mindestens einen Abstandssensor um mindestens eine Kamera, eine Oberflächenkamera, eine Thermokamera, eine 3D-Kamera, eine Stereokamera, eine Entfernungskamera, einen Lasersensor, einen LIDAR-Sensor, einen Radarsensor, einen Laufzeitsensor und einen Ultraschallsensor.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Erzeugung eines Alarmsignals als Reaktion auf die Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil. Im Allgemeinen kann das Alarmsignal ein beliebiges geeignetes Signal sein, wie z. B. ein akustisches Signal, ein optisches Signal und/oder ein audiovisuelles Signal. Beispielsweise kann eine Farbe auf einer Benutzerschnittstelle angezeigt werden, wenn eine Verschiebung des internen Objekts relativ zum Körperteil festgestellt wurde, z. B. um einen Chirurgen oder Bediener während einer medizinischen Behandlung zu unterstützen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte:
    • - Erstellen eines präoperativen Scans von mindestens einem Teil des Körperteils, wobei der präoperative Scan mindestens einen Teil des internen Objekts enthält; und
    • - Einstellen, Ändern und/oder Anpassen mindestens einer Form, einer Geometrie, einer Position und einer Ausrichtung des mindestens einen Teils des internen Objekts in dem präoperativen Scan auf der Grundlage der ermittelten Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil.
  • Dementsprechend kann der präoperative Scan auf der Grundlage der erkannten Verschiebung des internen Objekts erweitert, modifiziert, eingestellt und/oder angepasst werden, so dass der modifizierte präoperative Scan Informationen über die aktuelle Position des internen Objekts liefert. Im Allgemeinen kann dies dem Chirurgen während einer medizinischen Behandlung eine umfassende Unterstützung bieten. Auch die Effektivität der medizinischen Behandlung sowie die Sicherheit für den Patienten können erhöht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das interne Objekt mindestens ein Teil eines inneren Organs des Patienten, mindestens ein Teil des Gehirns des Patienten, mindestens ein Teil der Lunge des Patienten, mindestens ein Teil der Leber des Patienten und mindestens ein Teil der Wirbelsäule des Patienten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Arten von internen Objekten beschränkt. Vielmehr kann die vorliegende Erfindung auch zur Bestimmung einer Verschiebung jeder anderen Art von internen Objekten, insbesondere jeder Art von inneren Organen eines Patienten, verwendet werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung keinen invasiven Schritt beinhaltet oder insbesondere umfasst, der einen erheblichen physischen Eingriff in den Körper darstellen würde, dessen Durchführung professionelle medizinische Fachkenntnisse erfordert und selbst bei Durchführung mit der erforderlichen professionellen Sorgfalt und Fachkenntnis ein erhebliches Gesundheitsrisiko mit sich bringt. Insbesondere beinhaltet die Erfindung keine chirurgischen oder therapeutischen Maßnahmen und umfasst diese auch nicht. Die Erfindung ist vielmehr auf die bloße Bestimmung einer Verschiebung eines inneren Objekts gerichtet. Schon aus diesem Grund ist bei der Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt keine chirurgische oder therapeutische Tätigkeit und insbesondere kein chirurgischer oder therapeutischer Schritt erforderlich oder impliziert.
  • Ferner ist zu beachten, dass das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung beispielsweise ein computerimplementiertes Verfahren ist. Beispielsweise können alle Schritte oder nur einige der Schritte (d.h. weniger als die Gesamtzahl der Schritte) des erfindungsgemäßen Verfahrens von einem Computer (z.B. mindestens einem Computer) ausgeführt werden. Eine Ausführungsform des computerimplementierten Verfahrens ist eine Verwendung des Computers zur Durchführung eines Datenverarbeitungsverfahrens. Eine Ausführungsform des computerimplementierten Verfahrens ist ein Verfahren, das den Betrieb des Computers betrifft, so dass der Computer betrieben wird, um einen, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens durchzuführen.
  • In einem zweiten Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Computerprogramm gerichtet, das, wenn es auf mindestens einem Prozessor (z.B. einem Prozessor) mindestens eines Computers (z.B. eines Computers) abläuft oder wenn es in mindestens einen Speicher (z.B. einen Speicher) mindestens eines Computers (z.B. eines Computers) geladen wird, den mindestens einen Computer veranlasst, das oben beschriebene Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. Die vorliegende Offenbarung kann sich alternativ oder zusätzlich auf eine (physikalische, z.B. elektrische, z.B. technisch erzeugte) Signalwelle, z.B. eine digitale Signalwelle, beziehen, die Informationen trägt, die das Programm, z.B. das oben erwähnte Programm, darstellen, das z.B. Codemittel umfasst, die geeignet sind, einige oder alle Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. Ein auf einer Platte gespeichertes Computerprogramm ist eine Datei, und wenn die Datei ausgelesen und übertragen wird, wird sie zu einem Datenstrom, beispielsweise in Form eines (physikalischen, beispielsweise elektrischen, beispielsweise technisch erzeugten) Signals. Das Signal kann als die hier beschriebene Signalwelle realisiert werden. Beispielsweise ist das Signal, beispielsweise die Signalwelle, zur Übertragung über ein Computernetzwerk, beispielsweise LAN, WLAN, WAN, beispielsweise das Internet, ausgebildet. Die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt kann sich daher alternativ oder zusätzlich auf einen Datenstrom beziehen, der das vorgenannte Programm darstellt.
  • In einem dritten Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein nicht-transitorisches computerlesbares Programmspeichermedium gerichtet, auf dem das Programm gemäß dem zweiten Aspekt gespeichert ist.
  • In einem vierten Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf mindestens einen Computer (z. B. einen Rechner) gerichtet, der mindestens einen Prozessor (z. B. einen Prozessor) und mindestens einen Speicher (z. B. einen Speicher) umfasst, wobei das Programm gemäß dem dritten Aspekt auf dem Prozessor abläuft oder in den Speicher geladen ist, oder wobei der mindestens eine Computer das computerlesbare Programmspeichermedium gemäß dem dritten Aspekt umfasst.
  • Gemäß einem fünften Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Verwendung eines kapazitiven Sensors mit einer Anordnung von Elektroden, wie oben und unten beschrieben, zur Bestimmung der Verschiebung eines internen Objekts, das sich teilweise oder vollständig in einem Körper eines Patienten befindet. Der kapazitive Sensor, der die Elektrodenanordnung enthält, kann Teil der Vorrichtung zur Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts sein, wie oben und unten beschrieben.
  • Die vorliegende Offenbarung kann sich auch auf die Verwendung eines Geräts, wie oben und unten beschrieben, zur Bestimmung der Verschiebung eines internen Objekts beziehen, das sich ganz oder teilweise in einem Körper eines Patienten befindet.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts bereitgestellt, das sich teilweise oder vollständig in einem Körper eines Patienten befindet. Die Vorrichtung umfasst einen kapazitiven Sensor, der mindestens eine Anordnung von Elektroden enthält, wobei die mindestens eine Anordnung von Elektroden so konfiguriert ist, dass sie neben, nahe bei und/oder in der Nähe eines Körperteils eines Patienten angeordnet ist, wobei der Körperteil das interne Objekt zumindest teilweise umschließt. Ferner ist der kapazitive Sensor so konfiguriert, dass er eine Mehrzahl von Sensorsignalen erzeugt, wobei jedes Sensorsignal eine Kapazität in der Nähe von mindestens einer Elektrode der Elektrodenanordnung angibt. Die Vorrichtung umfasst ferner mindestens einen Prozessor, eine Verarbeitungsschaltung und/oder eine Steuerschaltung, die so konfiguriert sind, dass sie die Mehrzahl von Sensorsignalen empfangen und verarbeiten, um einen Satz von Kapazitätswerten für mindestens eine Untergruppe der Elektroden der Elektrodenanordnung zu bestimmen. Darin ist der mindestens eine Prozessor, der Verarbeitungsschaltkreis und/oder der Steuerschaltkreis konfiguriert, um eine Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf und/oder relativ zu dem Körperteil zu bestimmen, basierend auf dem Vergleich des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten mit einem Satz von Referenzkapazitätswerten.
  • Im Allgemeinen kann die Vorrichtung so konfiguriert sein, dass sie alle oder einen Teil der Schritte des Verfahrens zur Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung durchführt. Umgekehrt kann das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt unter Verwendung der Vorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Anordnung der Elektroden eine Elektrodenanordnung und/oder ein Elektrodengitter. Dabei kann die Anordnung und/oder das Gitter der Elektroden regelmäßig, gleichmäßig, unregelmäßig und/oder ungleichmäßig sein. Mit anderen Worten, die Elektroden können in einem regelmäßigen, gleichmäßigen, unregelmäßigen und/oder uneinheitlichen Muster in der Anordnung und/oder dem Gitter der Elektroden angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform sind die Elektroden der Elektrodenanordnung in einem einheitlichen Muster angeordnet. Dementsprechend können die Elektroden der Elektrodenanordnung gleichmäßig voneinander beabstandet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Elektroden der Elektrodenanordnung in einer dreidimensionalen Konfiguration angeordnet. Die Verwendung einer dreidimensionalen Konfiguration kann es ermöglichen, aus den Sensorsignalen und/oder dem ermittelten Satz von Kapazitätswerten dreidimensionale Informationen und/oder Informationen im dreidimensionalen Raum abzuleiten und/oder abzuleiten. Dementsprechend kann die Verschiebung des internen Objekts im dreidimensionalen Raum bestimmt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Elektroden der Elektrodenanordnung in mindestens einer von einer halbkugelförmigen Konfiguration, einer kugelförmigen Konfiguration und einer bogenförmigen Konfiguration angeordnet. Solche Konfigurationen können zumindest einen Teil des Patienten, wie z.B. zumindest einen Teil des Körperteils, in dem sich das interne Objekt befindet, bogenförmig überbrücken und/oder zumindest teilweise umschließen. Dies kann die Bestimmung der Verschiebung im dreidimensionalen Raum ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Anordnung von Elektroden eine bogenförmige Anordnung von Elektroden und mindestens eine weitere bogenförmige Anordnung von Elektroden, wobei die bogenförmige Anordnung und die mindestens eine weitere bogenförmige Anordnung in unterschiedliche Richtungen und/oder Raumrichtungen gerichtet sind und/oder sich erstrecken. Auch eine solche Anordnung kann vorteilhaft zur Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts im dreidimensionalen Raum verwendet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Elektroden der Elektrodenanordnung an mindestens einer Kopfklammer zur Ruhigstellung eines Kopfes des Patienten, einer Immobilisationsmaske zur Ruhigstellung mindestens eines Teils des Patienten und einer Patientenauflage zur Lagerung mindestens eines Teils des Patienten angeordnet. Dies kann eine präzise Positionierung der Elektrodenanordnung in einer festen Position relativ zum Patienten und/oder relativ zum Körperteil ermöglichen.
  • In einem siebten Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein medizinisches System gerichtet, wobei das System die oben und im Folgenden beschriebene Vorrichtung (z. B. die Vorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt) und ein medizinisches Gerät zur Durchführung eines medizinischen Verfahrens am Patienten umfasst.
  • In einem Beispiel des Systems gemäß dem siebten Aspekt umfasst das medizinische Gerät ein Strahlenbehandlungsgerät, das eine Strahlenquelle und eine Patientenauflageeinheit (wie mindestens ein Patientenbett oder eine Kopfstütze) umfasst.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf die Verwendung eines der ersten bis siebten Aspekte zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts, das sich ganz oder teilweise in einem Körper eines Patienten befindet.
  • Darüber hinaus wird betont, dass Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Schritte, die oben und im Folgenden unter Bezugnahme auf einen Aspekt der Erfindung beschrieben werden, gleichermaßen für jeden anderen oben und im Folgenden beschriebenen Aspekt der Erfindung gelten. Insbesondere gelten Merkmale und/oder Schritte, wie sie oben und im Folgenden unter Bezugnahme auf das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt beschrieben sind, gleichermaßen für das Computerprogramm gemäß dem zweiten Aspekt, für das computerlesbare Medium gemäß dem dritten Aspekt, für den Computer gemäß dem vierten Aspekt, für die Verwendung des kapazitiven Sensors gemäß dem fünften Aspekt, für die Vorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt und/oder für das medizinische System gemäß dem siebten Aspekt, und umgekehrt.
  • Diese und andere Aspekte der Offenbarung werden aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und erläutert.
  • DEFINITIONEN
  • In diesem Abschnitt werden Definitionen für bestimmte, in dieser Offenbarung verwendete Begriffe angeboten, die ebenfalls Teil der vorliegenden Offenbarung sind.
  • Computerimplementiertes Verfahren
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Beispiel ein computerimplementiertes Verfahren. Beispielsweise können alle Schritte oder nur einige der Schritte (d. h. weniger als die Gesamtzahl der Schritte) des erfindungsgemäßen Verfahrens von einem Computer (z. B. mindestens einem Computer) ausgeführt werden. Eine Ausführungsform des computerimplementierten Verfahrens ist eine Verwendung des Computers zur Durchführung eines Datenverarbeitungsverfahrens. Eine Ausführungsform des computerimplementierten Verfahrens ist ein Verfahren, das den Betrieb des Computers betrifft, so dass der Computer betrieben wird, um einen, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens durchzuführen.
  • Der Computer umfasst zum Beispiel mindestens einen Prozessor und zum Beispiel mindestens einen Speicher, um die Daten (technisch) zu verarbeiten, zum Beispiel elektronisch und/oder optisch. Der Prozessor besteht beispielsweise aus einem Stoff oder einer Zusammensetzung, der/die ein Halbleiter ist, zum Beispiel zumindest teilweise n- und/oder p-dotierter Halbleiter, zum Beispiel mindestens ein II-, III-, IV-, V-, VI-Halbleitermaterial, zum Beispiel (dotiertes) Silizium und/oder Galliumarsenid. Die beschriebenen Rechen- oder Bestimmungsschritte werden z.B. von einem Computer durchgeführt. Bestimmungsschritte oder Berechnungsschritte sind beispielsweise Schritte zur Ermittlung von Daten im Rahmen des technischen Verfahrens, beispielsweise im Rahmen eines Programms. Ein Computer ist z.B. jede Art von Datenverarbeitungsgerät, z.B. elektronisches Datenverarbeitungsgerät. Ein Computer kann ein Gerät sein, das allgemein als solches angesehen wird, z. B. Desktop-PCs, Notebooks, Netbooks usw., kann aber auch ein beliebiges programmierbares Gerät sein, wie z. B. ein Mobiltelefon oder ein eingebetteter Prozessor. Ein Computer kann beispielsweise aus einem System (Netzwerk) von „Sub-Computern“ bestehen, wobei jeder Sub-Computer einen eigenen Computer darstellt. Der Begriff „Computer“ umfasst auch einen Cloud-Computer, z. B. einen Cloud-Server. Der Begriff „Cloud-Computer“ schließt ein Cloud-Computersystem ein, das beispielsweise ein System aus mindestens einem Cloud-Computer und beispielsweise einer Mehrzahl von operativ miteinander verbundenen Cloud-Computern wie einer Serverfarm umfasst. Ein solcher Cloud-Computer ist vorzugsweise an ein Weitverkehrsnetz wie das World Wide Web (WWW) angeschlossen und befindet sich in einer sogenannten Wolke von Computern, die alle mit dem World Wide Web verbunden sind. Eine solche Infrastruktur wird für das „Cloud Computing“ verwendet, das Berechnungs-, Software-, Datenzugangs- und Speicherdienste beschreibt, bei denen der Endnutzer den physischen Standort und/oder die Konfiguration des Computers, der einen bestimmten Dienst bereitstellt, nicht kennen muss. Der Begriff „Cloud“ wird in diesem Zusammenhang beispielsweise als Metapher für das Internet (World Wide Web) verwendet. Die Wolke bietet beispielsweise Recheninfrastruktur als Dienstleistung (IaaS) an. Der Cloud-Computer kann als virtueller Host für ein Betriebssystem und/oder eine Datenverarbeitungsanwendung fungieren, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Der Cloud-Computer ist zum Beispiel eine Elastic Compute Cloud (EC2), wie sie von Amazon Web Services™ bereitgestellt wird. Ein Computer umfasst beispielsweise Schnittstellen, um Daten zu empfangen oder auszugeben und/oder eine Analog-Digital-Wandlung durchzuführen. Bei den Daten handelt es sich beispielsweise um Daten, die physikalische Eigenschaften repräsentieren und/oder die aus technischen Signalen erzeugt werden. Die technischen Signale werden z.B. mittels (technischer) Detektionsgeräte (wie z.B. Geräte zur Detektion von Markierungsgeräten) und/oder (technischer) Analysegeräte (wie z.B. Geräte zur Durchführung von (medizinischen) Bildgebungsverfahren) erzeugt, wobei die technischen Signale z.B. elektrische oder optische Signale sind. Die technischen Signale stellen beispielsweise die vom Computer empfangenen oder ausgegebenen Daten dar. Der Computer ist vorzugsweise operativ mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelt, die es ermöglicht, die vom Computer ausgegebenen Informationen anzuzeigen, beispielsweise für einen Benutzer. Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung ist eine Virtual-Reality-Vorrichtung oder eine Augmented-Reality-Vorrichtung (auch als Virtual-Reality-Brille oder Augmented-Reality-Brille bezeichnet), die als „Brille“ zum Navigieren verwendet werden kann. Ein konkretes Beispiel für eine solche Augmented-Reality-Brille ist Google Glass (eine Marke von Google, Inc.). Ein Augmented-Reality-Gerät oder ein Virtual-Reality-Gerät kann sowohl zur Eingabe von Informationen in den Computer durch Benutzerinteraktion als auch zur Anzeige von Informationen, die der Computer ausgibt, verwendet werden. Ein weiteres Beispiel für eine Anzeigevorrichtung wäre ein Standard-Computermonitor, der beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige umfasst, die operativ mit dem Computer gekoppelt ist, um Anzeigesteuerdaten vom Computer zu empfangen und Signale zu erzeugen, die zur Anzeige von Bildinformationsinhalten auf der Anzeigevorrichtung verwendet werden. Eine besondere Ausführungsform eines solchen Computermonitors ist ein digitaler Leuchtkasten. Ein Beispiel für einen solchen digitalen Leuchtkasten ist Buzz®, ein Produkt der Brainlab AG. Bei dem Monitor kann es sich auch um den Monitor eines tragbaren, z. B. tragbaren Geräts wie eines Smartphones, eines persönlichen digitalen Assistenten oder eines digitalen Medienabspielgeräts handeln.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Programm, das, wenn es auf einem Computer abläuft, den Computer veranlasst, einen oder mehrere oder alle der hierin beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen, und/oder auf ein Programmspeichermedium, auf dem das Programm (insbesondere in einer nichttransitorischen Form) gespeichert ist, und/oder auf einen Computer, der das Programmspeichermedium enthält, und/oder auf eine (physikalische, z.B. elektrische, z.B. technisch erzeugte) Signalwelle, z.B. eine digitale Signalwelle, die Informationen trägt, die das Programm, z.B. das vorgenannte Programm, darstellen, das z.B. Codemittel umfasst, die geeignet sind, einen oder alle der hierin beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen.
  • Im Rahmen der Erfindung können Computerprogrammelemente durch Hardware und/oder Software verkörpert werden (dies umfasst Firmware, residente Software, Mikrocode usw.). Im Rahmen der Erfindung können Computerprogrammelemente die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das durch einen computerverwendbaren, beispielsweise computerlesbaren Datenträger verkörpert werden kann, der computerverwendbare, beispielsweise computerlesbare Programmanweisungen, „Code“ oder ein „Computerprogramm“ enthält, die in dem genannten Datenträger zur Verwendung auf oder in Verbindung mit dem anweisungsausführenden System verkörpert sind. Ein solches System kann ein Computer sein; ein Computer kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung sein, die Mittel zum Ausführen der Computerprogrammelemente und/oder des erfindungsgemäßen Programms umfasst, beispielsweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die einen digitalen Prozessor (Zentraleinheit oder CPU), der die Computerprogrammelemente ausführt, und optional einen flüchtigen Speicher (beispielsweise einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder RAM) zum Speichern von Daten umfasst, die für die Ausführung der Computerprogrammelemente verwendet und/oder durch diese erzeugt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein computerverwendbares, z. B. computerlesbares Datenspeichermedium ein beliebiges Datenspeichermedium sein, das das Programm zur Verwendung auf dem oder in Verbindung mit dem befehlsausführenden System, Gerät oder der befehlsausführenden Vorrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann. Das computernutzbare, z. B. computerlesbare Datenspeichermedium kann z. B. ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, ein Gerät oder eine Vorrichtung oder ein Verbreitungsmedium wie z. B. das Internet sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Der computerverwendbare oder computerlesbare Datenträger könnte sogar beispielsweise Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein, auf das das Programm gedruckt wird, da das Programm elektronisch erfasst werden könnte, beispielsweise durch optisches Scannen des Papiers oder eines anderen geeigneten Mediums, und dann in geeigneter Weise kompiliert, interpretiert oder anderweitig verarbeitet wird. Das Datenspeichermedium ist vorzugsweise ein nichtflüchtiges Datenspeichermedium. Das Computerprogrammprodukt und die hier beschriebene Software und/oder Hardware bilden die verschiedenen Mittel zur Ausführung der Funktionen der Erfindung in den Ausführungsbeispielen. Die Computer- und/oder Datenverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise eine Führungsinformationseinrichtung umfassen, die Mittel zur Ausgabe von Führungsinformationen aufweist. Die Führungsinformation kann z. B. an einen Benutzer visuell durch ein visuelles Anzeigemittel (z. B. einen Monitor und/oder eine Lampe) und/oder akustisch durch ein akustisches Anzeigemittel (z. B. einen Lautsprecher und/oder ein digitales Sprachausgabegerät) und/oder taktil durch ein taktiles Anzeigemittel (z. B. ein vibrierendes Element oder ein in ein Instrument eingebautes Vibrationselement) ausgegeben werden. Im Sinne dieses Dokuments ist ein Computer ein technischer Rechner, der z. B. technische, z. B. materielle, z. B. mechanische und/oder elektronische Komponenten umfasst. Jedes Gerät, das in diesem Dokument als solches bezeichnet wird, ist ein technisches, z. B. materielles Gerät.
  • Erfassen von Daten
  • Der Ausdruck „Erfassen von Daten“ und/oder „Erfassen von Werten“, wie er hier und/oder im Folgenden verwendet wird, umfasst beispielsweise (im Rahmen eines computerimplementierten Verfahrens) das Szenario, in dem die Daten oder Werte (z.B. Kapazitätswerte) durch das computerimplementierte Verfahren oder Programm ermittelt werden. Das Ermitteln von Daten umfasst beispielsweise das Messen physikalischer Größen und das Umwandeln der Messwerte in Daten, beispielsweise digitale Daten, und/oder das Berechnen (und z.B. Ausgeben) der Daten mittels eines Computers und beispielsweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Begriff „Erfassen von Daten oder Werten“ umfasst beispielsweise auch das Szenario, in dem die Daten oder Werte von dem computerimplementierten Verfahren oder Programm empfangen oder abgerufen werden (z.B. Eingabe in das Programm), beispielsweise von einem anderen Programm, einem vorangegangenen Verfahrensschritt oder einem Datenspeichermedium, beispielsweise zur Weiterverarbeitung durch das computerimplementierte Verfahren oder Programm. Die Erzeugung der zu erfassenden Daten kann, muss aber nicht Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens sein. Der Ausdruck „Erfassen von Daten oder Werten“ kann daher beispielsweise auch das Warten auf den Empfang von Daten und/oder den Empfang der Daten bedeuten. Die empfangenen Daten oder Werte können zum Beispiel über eine Schnittstelle eingegeben werden. Der Ausdruck „Erfassen von Daten oder Werten“ kann auch bedeuten, dass das computerimplementierte Verfahren oder Programm Schritte durchführt, um die Daten (aktiv) von einer Datenquelle, z. B. einem Datenspeichermedium (wie z. B. einem ROM, RAM, einer Datenbank, einer Festplatte usw.), oder über die Schnittstelle (z. B. von einem anderen Computer oder einem Netzwerk) zu empfangen oder abzurufen. Die Daten oder Werte, die durch das offengelegte Verfahren bzw. die offengelegte Vorrichtung erfasst werden, können von einer Datenbank erfasst werden, die sich in einem Datenspeicher befindet, der mit einem Computer für den Datentransfer zwischen der Datenbank und dem Computer, z. B. von der Datenbank zum Computer, verbunden ist. Der Computer erfasst die Daten, um sie als Eingabe für Schritte der Datenbestimmung zu verwenden. Die ermittelten Daten können wieder an dieselbe oder eine andere Datenbank ausgegeben werden, um sie zur späteren Verwendung zu speichern. Die Datenbank oder die Datenbank, die zur Durchführung des offengelegten Verfahrens verwendet wird, kann sich auf einem Netzwerkdatenspeicher oder einem Netzwerkserver (z. B. einem Cloud-Datenspeicher oder einem Cloud-Server) oder einem lokalen Datenspeicher (z. B. einem Massenspeicher, der funktionell mit mindestens einem Computer verbunden ist, der das offengelegte Verfahren ausführt) befinden. Die Daten können „gebrauchsfertig“ gemacht werden, indem ein zusätzlicher Schritt vor dem Erfassungsschritt durchgeführt wird. Gemäß diesem zusätzlichen Schritt werden die Daten erzeugt, um erfasst zu werden. Die Daten werden z.B. detektiert oder erfasst (z.B. durch ein Analysegerät). Alternativ oder zusätzlich werden die Daten nach dem zusätzlichen Schritt eingegeben, zum Beispiel über Schnittstellen. Die erzeugten Daten können z.B. eingegeben werden (z.B. in den Computer). Gemäß dem zusätzlichen Schritt (der dem Schritt des Erfassens vorausgeht) können die Daten auch dadurch bereitgestellt werden, dass der zusätzliche Schritt des Speicherns der Daten in einem Datenträger (wie z.B. ROM, RAM, CD und/oder Festplatte) durchgeführt wird, so dass sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens oder Programms zur Verwendung bereitstehen. Der Schritt des „Erfassens von Daten“ kann daher auch darin bestehen, einer Vorrichtung den Befehl zu erteilen, die zu erfassenden Daten zu beschaffen und/oder bereitzustellen. Insbesondere handelt es sich bei dem Schritt des Erfassens nicht um einen invasiven Schritt, der einen erheblichen körperlichen Eingriff in den Körper darstellt, dessen Durchführung medizinisches Fachwissen erfordert und selbst bei fachgerechter Durchführung ein erhebliches Gesundheitsrisiko birgt. Insbesondere beinhaltet der Schritt der Datenerfassung, z. B. der Datenbestimmung, keinen chirurgischen Schritt und insbesondere keinen Schritt der chirurgischen oder therapeutischen Behandlung eines menschlichen oder tierischen Körpers. Zur Unterscheidung der verschiedenen Daten, die im Rahmen des vorliegenden Verfahrens verwendet werden, werden die Daten als „XY-Daten“ und dergleichen bezeichnet und in Bezug auf die Informationen definiert, die sie beschreiben, die dann vorzugsweise als „XY-Informationen“ und dergleichen bezeichnet werden.
  • Registrierung
  • Das n-dimensionale Bild eines Körpers wird registriert, indem die räumliche Lage jedes Punktes eines tatsächlichen Objekts in einem Raum, z. B. eines Körperteils in einem Operationssaal, einem Bilddatenpunkt eines in einem Navigationssystem gespeicherten Bildes (CT, MR usw.) zugeordnet wird.
  • Markierung
  • Ein Marker hat die Aufgabe, von einer Marker-Erfassungseinrichtung (z. B. einer Kamera oder einem Ultraschallempfänger oder Analysegeräten wie CT- oder MRT-Geräten) so erfasst zu werden, dass seine räumliche Position (d. h. seine räumliche Lage und/oder Ausrichtung) festgestellt werden kann. Die Erfassungseinrichtung ist beispielsweise Teil eines Navigationssystems. Die Marker können aktive Marker sein. Ein aktiver Marker kann zum Beispiel elektromagnetische Strahlung und/oder Wellen aussenden, die im infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Spektralbereich liegen können. Ein Marker kann aber auch passiv sein, d.h. er kann z.B. elektromagnetische Strahlung im infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Spektralbereich reflektieren oder Röntgenstrahlung blockieren. Dazu kann der Marker mit einer Oberfläche versehen sein, die entsprechende Reflexionseigenschaften aufweist, oder er kann aus Metall bestehen, um die Röntgenstrahlung zu blockieren. Es ist auch möglich, dass ein Marker elektromagnetische Strahlung und/oder Wellen im Radiofrequenzbereich oder bei Ultraschallwellenlängen reflektiert und/oder emittiert. Ein Marker hat vorzugsweise eine Kugel- und/oder Sphäroidform und kann daher als Markerkugel bezeichnet werden; Marker können aber auch eine eckige, z.B. kubische, Form aufweisen.
  • Behandlungsstrahl
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Steuerung eines Behandlungsstrahls, Strahls und/oder Strahlenbündels. Der Behandlungsstrahl behandelt zu behandelnde Körperteile, die im Folgenden als „Behandlungskörperteile“ bezeichnet werden. Diese Körperteile sind beispielsweise Körperteile eines Patienten, d.h. anatomische Körperteile.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Medizin und zum Beispiel auf die Verwendung von Strahlen, wie z. B. Strahlen, zur Behandlung von Körperteilen eines Patienten, die daher auch als Behandlungsstrahlen bezeichnet werden. Ein Behandlungsstrahl behandelt zu behandelnde Körperteile, die im Folgenden als „Behandlungskörperteile“ bezeichnet werden. Diese Körperteile sind z. B. Teile des Körpers eines Patienten, d. h. anatomische Körperteile. Zur Behandlung wird zum Beispiel ionisierende Strahlung eingesetzt. Der Behandlungsstrahl umfasst beispielsweise ionisierende Strahlung oder besteht aus dieser. Die ionisierende Strahlung umfasst oder besteht aus Teilchen (z. B. subatomare Teilchen oder Ionen) oder elektromagnetischen Wellen, die energiereich genug sind, um Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu lösen und sie so zu ionisieren. Beispiele für solche ionisierenden Strahlen sind Röntgenstrahlen, hochenergetische Teilchen (hochenergetische Teilchenstrahlen) und/oder ionisierende Strahlung, die von einem radioaktiven Element ausgeht. Die Behandlungsstrahlung, z. B. der Behandlungsstrahl, wird z. B. in der Strahlentherapie oder Bestrahlung eingesetzt, z. B. im Bereich der Onkologie. Insbesondere bei der Krebsbehandlung werden Körperteile, die eine pathologische Struktur oder ein pathologisches Gewebe wie einen Tumor aufweisen, mit ionisierender Strahlung behandelt. Der Tumor ist dann ein Beispiel für einen behandelten Körperteil.
  • Der Behandlungsstrahl wird vorzugsweise so gesteuert, dass er das zu behandelnde Körperteil durchdringt. Der Behandlungsstrahl kann jedoch eine negative Wirkung auf Körperteile außerhalb des zu behandelnden Körperteils haben. Diese Körperteile werden hier als „äußere Körperteile“ bezeichnet. Im Allgemeinen muss ein Behandlungsstrahl die äußeren Körperteile durchdringen, um den zu behandelnden Körperteil zu erreichen und zu durchdringen.
  • In diesem Zusammenhang wird auch auf die folgenden Webseiten verwiesen: http://www.elekta.com/healthcare_us_elekta_vmat.php und http://www.varian.com/us/oncology/treatments/treatment_techniques/rapidarc.
  • Bildgebende Verfahren
  • In der Medizin werden bildgebende Verfahren (auch bildgebende Verfahren und/oder medizinische bildgebende Verfahren genannt) zur Erzeugung von Bilddaten (z. B. zwei- oder dreidimensionale Bilddaten) von anatomischen Strukturen (wie z. B. Weichteilen, Knochen, Organen usw.) des menschlichen Körpers eingesetzt. Unter dem Begriff „medizinische Bildgebungsverfahren“ sind (vorteilhaft apparative) Bildgebungsverfahren (z. B. sogenannte medizinische Bildgebungsmodalitäten und/oder radiologische Bildgebungsverfahren) zu verstehen, wie z. B. Computertomographie (CT) und Kegelstrahl-Computertomographie (CBCT, z. B. volumetrisches CBCT), Röntgentomographie, Magnetresonanztomographie (MRT oder MRI), konventionelles Röntgen, Sonographie und/oder Ultraschalluntersuchungen und Positronen-Emissions-Tomographie. Die medizinischen Bildgebungsverfahren werden beispielsweise von den Analysegeräten durchgeführt. Beispiele für medizinische Bildgebungsmodalitäten, die durch medizinische Bildgebungsverfahren angewendet werden, sind: Röntgenradiographie, Magnetresonanztomographie, medizinischer Ultraschall oder Ultraschall, Endoskopie, Elastographie, taktile Bildgebung, Thermographie, medizinische Fotografie und nuklearmedizinische funktionelle Bildgebungsverfahren wie Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Single-Photon-Emissions-Computertomographie (SPECT), wie von Wikipedia erwähnt.
  • Die so erzeugten Bilddaten werden auch als „medizinische Bilddaten“ bezeichnet. In gerätegestützten bildgebenden Verfahren werden zum Beispiel Analysegeräte zur Erzeugung der Bilddaten eingesetzt. Die bildgebenden Verfahren werden z. B. in der medizinischen Diagnostik eingesetzt, um den anatomischen Körper zu analysieren, um Bilder zu erzeugen, die durch die Bilddaten beschrieben werden. Die bildgebenden Verfahren werden zum Beispiel auch eingesetzt, um pathologische Veränderungen im menschlichen Körper zu erkennen. Einige der Veränderungen in der anatomischen Struktur, wie z. B. die pathologischen Veränderungen in den Strukturen (Gewebe), sind jedoch möglicherweise nicht nachweisbar und beispielsweise in den von den bildgebenden Verfahren erzeugten Bildern nicht sichtbar. Ein Tumor ist ein Beispiel für eine Veränderung in einer anatomischen Struktur. Wenn der Tumor wächst, kann man sagen, dass es sich um eine erweiterte anatomische Struktur handelt. Diese erweiterte anatomische Struktur ist möglicherweise nicht nachweisbar; beispielsweise kann nur ein Teil der erweiterten anatomischen Struktur nachweisbar sein. Primäre/hochgradige Hirntumore sind beispielsweise in der Regel auf MRT-Scans sichtbar, wenn Kontrastmittel zur Infiltration des Tumors verwendet werden. MRT-Scans sind ein Beispiel für ein bildgebendes Verfahren. Bei MRT-Scans solcher Hirntumore wird die Signalverstärkung in den MRT-Bildern (aufgrund des in den Tumor eingedrungenen Kontrastmittels) als solide Tumormasse betrachtet. Der Tumor ist also nachweisbar und z. B. in dem von der Bildgebungsmethode erzeugten Bild zu erkennen. Man geht davon aus, dass zusätzlich zu diesen Tumoren, die als „enhancierende“ Tumoren bezeichnet werden, etwa 10 % der Hirntumore auf einem Scan nicht erkennbar sind und zum Beispiel für einen Benutzer, der die von der Bildgebungsmethode erzeugten Bilder betrachtet, nicht sichtbar sind.
  • Kartierung
  • Mapping beschreibt eine Transformation (z. B. eine lineare Transformation) eines Elements (z. B. eines Pixels oder Voxels), z. B. der Position eines Elements, eines ersten Datensatzes in einem ersten Koordinatensystem in ein Element (z. B. ein Pixel oder Voxel), z. B. die Position eines Elements, eines zweiten Datensatzes in einem zweiten Koordinatensystem (das eine Basis haben kann, die sich von der Basis des ersten Koordinatensystems unterscheidet). In einer Ausführungsform wird die Zuordnung durch Vergleich (z. B. Abgleich) der Farbwerte (z. B. Grauwerte) der jeweiligen Elemente mit Hilfe eines elastischen oder starren Fusionsalgorithmus bestimmt. Die Abbildung wird z. B. durch eine Transformationsmatrix (z. B. eine Matrix, die eine affine Transformation definiert) verkörpert.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, die Hintergrunderklärungen geben und spezifische Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf die im Zusammenhang mit den Figuren offenbarten spezifischen Merkmale beschränkt, wobei
    • 1 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
    • 2 zeigt einen kapazitiven Sensor einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
    • 3 zeigt einen kapazitiven Sensor einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
    • 4A bis 4C zeigen jeweils einen kapazitiven Sensor einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
    • 5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte eines Verfahrens zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform; und
    • 6 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Schritte eines Verfahrens zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Die Figuren sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind gleiche oder gleichartige Teile, Elemente und/oder Schritte in den Figuren mit gleichen oder gleichartigen Bezugsziffern versehen.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts 104, das in einem Körper 102 eines Patienten 100 angeordnet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in Übereinstimmung mit dem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
  • In dem in 1 gezeigten Beispiel ist das interne Objekt 104 ein Teil des Gehirns des Patienten 100 oder stellt das gesamte Gehirn des Patienten 100 dar. Alternativ kann das interne Objekt 104 zumindest ein Teil eines internen Organs des Patienten 100, zumindest ein Teil einer Lunge des Patienten 100, zumindest ein Teil einer Leber des Patienten 100, zumindest ein Teil einer Wirbelsäule des Patienten 100 oder eine andere interne Struktur oder ein anderes Objekt des Patienten sein. Das interne Objekt 104 ist in einem Körperteil 103 des Patienten angeordnet, was sich in dem in 1 gezeigten Beispiel auf einen Kopf 103 des Patienten 100 bezieht.
  • Ein Teil 105 des Gehirns des Patienten soll exzidiert, entfernt und/oder reseziert werden, z.B. im Rahmen einer chirurgischen Behandlung oder einer Bestrahlung, wobei die Resektion des Teils 105 zu einer Verschiebung und/oder Verlagerung des internen Objekts 104 und/oder eines Teils des Gehirns des Patienten 100 führen kann.
  • Zur Bestimmung einer solchen Verschiebung und/oder Verlagerung umfasst die Vorrichtung 10 einen kapazitiven Sensor 12 mit mindestens einer Anordnung 14 von Elektroden 16 mit einer Mehrzahl von Elektroden 16. Die Anordnung 14 von Elektroden 16 ist neben, nahe und/oder in der Nähe des Körperteils 103 oder des Kopfes 103 des Patienten 100 positioniert, so dass jede Elektrode 16 der Anordnung 14 von dem Körperteil 103 oder dem Kopf 103 beabstandet ist und/oder so, dass jede Elektrode 16 nicht in Kontakt mit dem Patienten 100 ist.
  • In dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst die Anordnung 14 von Elektroden 16 eine Anordnung 15 und/oder ein Gitter 15 von Elektroden 16. Konkret umfasst die Anordnung 14 ein Gitter 15 aus sechzehn Elektroden 16, die in einer zweidimensionalen Konfiguration in vier Zeilen und vier Reihen auf einem Substrat angeordnet sind. Jede andere Dimension des Gitters 15 oder der Anordnung 15 ist denkbar. Auch andere Konfigurationen, wie sie z. B. in den nachfolgenden Figuren beschrieben sind, oder eine Mehrzahl von Anordnungen 14 können verwendet werden.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst ferner einen Prozessor 18, eine Verarbeitungsschaltung 18 und/oder eine Steuerschaltung 18, die so konfiguriert sind, dass sie die vom kapazitiven Sensor 12 gelieferten Sensorsignale verarbeiten.
  • Ferner umfasst die Vorrichtung 10 einen Datenspeicher 19 oder ein Datenspeichergerät, auf dem ein Satz von Referenzkapazitätswerten gespeichert werden kann. Diese Referenzkapazitätswerte können z.B. vor oder während der Durchführung der eigentlichen medizinischen Behandlung ermittelt werden, wie weiter oben und unten näher beschrieben.
  • Zur Bestimmung der Verschiebung des Objekts 104 wird der kapazitive Sensor 12 angesteuert und erzeugt eine Mehrzahl von Sensorsignalen, von denen jedes eine Kapazität in der Nähe der mindestens einen Elektrode 16 angibt. Dabei ist die Kapazität in der Nähe der mindestens einen Elektrode 16 der Elektrodenanordnung 12 mindestens eine Kapazität zwischen der mindestens einen Elektrode 16 und einer Masse oder einem Massepotential, zwischen der mindestens einen Elektrode 16 und einer Außenfläche des Patienten 100, zwischen der mindestens einen Elektrode 16 und einer Referenzelektrode des kapazitiven Sensors 12 und zwischen der mindestens einen Elektrode 16 und einer weiteren Elektrode 16 des kapazitiven Sensors 12.
  • Der Prozessor 18 empfängt und verarbeitet dann die Mehrzahl von Sensorsignalen der Elektroden 16, um einen Satz von Kapazitätswerten für mindestens eine Teilmenge der Elektroden 16 der Elektrodenanordnung 14 zu bestimmen. Mit anderen Worten, der Prozessor 18 kann den Satz von Kapazitätswerten erfassen, z. B. zu einem Messzeitpunkt.
  • Der Prozessor 18 vergleicht dann den Satz der ermittelten Kapazitätswerte, z. B. elementweise und/oder elektrodenweise, mit den Referenzkapazitätswerten des Satzes der Referenzkapazitätswerte. Die Referenzkapazitätswerte können zu einem Referenzzeitpunkt, der dem Messzeitpunkt vorausgeht, ermittelt und/oder erfasst worden sein. Beispielsweise können die Referenzkapazitätswerte vor der Resektion und/oder Bestrahlung des Teils 105 des Gehirns des Patienten 100 in einer Messung bestimmt worden sein, wobei die Anordnung 14 an einer Referenzposition und/oder in einer Referenzausrichtung in Bezug auf das Körperteil 103 oder den Kopf 103 des Patienten 100 positioniert ist. Ferner kann der Satz von Kapazitätswerten erfasst und/oder bestimmt worden sein, nachdem der Teil 105 des Gehirns des Patienten 100 reseziert und/oder bestrahlt worden ist. Aufgrund dieser Behandlung wurde das interne Objekt 104 und/oder ein Teil des Gehirns in Bezug auf und/oder relativ zu dem Körperteil 103 oder dem Kopf 103 verschoben. Dementsprechend kann diese Verschiebung des internen Objekts 104 auf der Grundlage und/oder durch Vergleich des ermittelten Satzes von Kapazitätswerten mit dem Satz von Referenzkapazitätswerten zuverlässig mit hoher Präzision und Genauigkeit bestimmt werden. Auch kann auf am Patienten 100 angebrachte Marker verzichtet werden.
  • Im Allgemeinen kann der Prozessor 18 ein Auftreten der Verschiebung, ein Ausmaß oder eine Größe der Verschiebung und/oder eine Richtung der Verschiebung bestimmen. Die Richtung kann in zwei oder drei Raumrichtungen bestimmt werden, z. B. wenn die Anordnung 14 der Elektroden 16 eine dreidimensionale Konfiguration aufweist, wie in den nachfolgenden Figuren noch näher erläutert wird.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Satz von Kapazitätswerten im Laufe der Zeit, z. B. während der medizinischen Behandlung, bestimmt oder aktualisiert werden kann, wodurch es möglich wird, eine Position und/oder Ausrichtung des internen Objekts 104 zu verfolgen. Dabei kann „Verfolgung“ die Bestimmung im Laufe der Zeit bedeuten.
  • Wenn die Verschiebung erkannt und/oder bestimmt wird, kann eine Warnung ausgegeben werden, z. B. auf der Benutzeroberfläche 21 des Geräts 10, die einem Chirurgen oder Bediener des Geräts 10 Hinweise darauf gibt, ob eine Verschiebung des Objekts 104 stattgefunden hat und/oder in welche Position und/oder Ausrichtung sich das Objekt 104 bewegt hat.
  • In dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Anordnung 14 der Elektroden 16 auf einer Patientenauflage 101, die zumindest einen Teil des Patienten 100 trägt, angeordnet und/oder daran befestigt. Insbesondere ist die Anordnung 14 der 1 an einer Kante oder Schiene der Patientenauflage 101 befestigt. Jede andere Konfiguration ist denkbar. Beispielsweise kann die Anordnung 14 die Patientenauflage 101 zumindest teilweise überspannen oder überbrücken, so dass der Patient 100 zwischen der Anordnung 14 der Elektroden 16 und der Patientenauflage 101 positioniert werden kann. Auch kann die Anordnung 14 der Elektroden 16 über der Patientenauflage 101 angeordnet sein, so dass der Patient 100 oberhalb der Anordnung 14 der Elektroden 16 positioniert werden kann.
  • Ferner könnte die Anordnung 14 der Elektroden 16 auch an mindestens einer Kopfklammer, z. B. einer Mayfield-Klammer, zur Ruhigstellung des Kopfes des Patienten 100 oder einer Immobilisationsmaske zur Ruhigstellung mindestens eines Teils des Patienten 100 angebracht werden.
  • Außerdem umfasst die Vorrichtung 10 einen Oberflächenscanner 20 und/oder einen Abstandssensor 20. Der Oberflächenscanner 20 und/oder der Abstandssensor 20 kann beispielsweise eine Kamera, eine Oberflächenkamera, eine Thermokamera, eine 3D-Kamera, eine Stereokamera, eine Entfernungskamera, ein Lasersensor, ein LIDAR-Sensor, ein Radarsensor, ein Flugzeitsensor oder ein Ultraschallsensor sein.
  • Anhand des Oberflächenscanners 20 und/oder des Abstandssensors 20 kann die Bewegung des Patienten und/oder die globale Verschiebung des Objekts 104 ermittelt werden, um festzustellen, ob eine Verschiebung des internen Objekts 104 gegenüber dem Körperteil 103 oder dem Kopf 103 stattgefunden hat oder nicht. Beispielsweise kann zu einem ersten Zeitpunkt mit dem Oberflächenscanner 20 eine erste Position von zumindest einem Teil einer Haut des Patienten 100 bestimmt werden und/oder mit dem Abstandssensor 20 zu einem ersten Zeitpunkt ein erster Abstand zwischen zumindest einem Teil des Patienten 100 und zumindest einem Fixpunkt in einer Umgebung des Patienten 100 bestimmt werden. Zu einem zweiten Zeitpunkt, der sich vom ersten Zeitpunkt unterscheidet, z.B. im Anschluss an den ersten Zeitpunkt, kann eine zweite Position des zumindest einen Teils der Haut und/oder ein zweiter Abstand zwischen dem zumindest einen Teil des Patienten 100 und dem zumindest einen Fixpunkt in der Umgebung des Patienten 100 bestimmt werden. Durch den Vergleich der ersten und zweiten Position und/oder des ersten und zweiten Abstands kann eine Patientenbewegung und/oder eine globale Verschiebung des Objekts 104 erkannt werden. Dadurch kann zuverlässig festgestellt werden, ob eine Verschiebung des internen Objekts 104 relativ zum Körperteil 103 (lokale Verschiebung) oder eine Verschiebung des Körperteils 103 relativ zur Elektrodenanordnung 14 (globale Verschiebung) stattgefunden hat.
  • 2 zeigt einen kapazitiven Sensor 12 einer Vorrichtung 10 zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts 104, das in einem Körper 102 eines Patienten 100 angeordnet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in Übereinstimmung mit dem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Wenn nicht anders angegeben, umfasst der kapazitive Sensor 12 der 2 die gleichen Elemente und/oder Merkmale wie der unter Bezugnahme auf 1 beschriebene kapazitive Sensor 12.
  • In dem in 2 dargestellten Beispiel hat die Anordnung 14 der Elektroden 16 eine dreidimensionale Konfiguration. Dies kann es ermöglichen, aus den Sensorsignalen und/oder dem ermittelten Satz von Kapazitätswerten dreidimensionale Informationen und/oder Informationen im dreidimensionalen Raum abzuleiten. Dementsprechend kann die Verschiebung des internen Objekts 104 im dreidimensionalen Raum bestimmt werden.
  • Ferner sind die Elektroden 16 der Elektrodenanordnung 14 in einer halbkugelförmigen und/oder bogenförmigen Konfiguration angeordnet, so dass die Anordnung 14 zumindest einen Teil des Kopfes 103 oder des Körperteils 103 des Patienten umfasst und/oder umgibt.
  • 3 zeigt einen kapazitiven Sensor 12 einer Vorrichtung 10 zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts 104, das in einem Körper 102 eines Patienten 100 angeordnet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in Übereinstimmung mit dem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Wenn nicht anders angegeben, umfasst der kapazitive Sensor 12 der 3 dieselben Elemente und/oder Merkmale wie die mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen kapazitiven Sensoren 12.
  • In dem in 3 gezeigten Beispiel umfasst der kapazitive Sensor 12 und/oder die Anordnung 14 von Elektroden 16 eine bogenförmige Anordnung 14a von Elektroden 16 und eine weitere bogenförmige Anordnung 14b von Elektroden 16, wobei die bogenförmige Anordnung 14a und die weitere bogenförmige Anordnung 14b in unterschiedliche Richtungen und/oder Raumrichtungen gerichtet sind und/oder sich erstrecken. Dabei umschließt und/oder umgibt jede der Anordnungen 14a, 14b zumindest einen Teil des Kopfes 103 oder des Körperteils 103 des Patienten. Insbesondere umfasst das Array 14a zumindest teilweise eine Oberseite des Kopfes 103 des Patienten und das weitere Array 14b umfasst zumindest teilweise eine Stirn des Patienten 100. Die weitere Anordnung 14b spannt sich brückenartig über zumindest einen Teil der Patientenauflage 101.
  • Die 4A bis 4C zeigen jeweils einen kapazitiven Sensor einer Vorrichtung 10 zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts 104, das in einem Körper 102 eines Patienten 100 angeordnet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in Übereinstimmung mit dem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere zeigt die 4A die Vorrichtung mit dem kapazitiven Sensor 12 und die 4B und 4C zeigen den kapazitiven Sensor 12 der Vorrichtung 10. Wenn nicht anders angegeben, umfassen die Vorrichtung 10 und/oder die kapazitiven Sensoren 12 der 4A bis 4C dieselben Elemente und/oder Merkmale wie die unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschriebenen kapazitiven Sensoren 12.
  • Der kapazitive Sensor 12 und/oder die Anordnung 14 der Elektroden 16 der 4A bis 4C haben einen ähnlichen Aufbau wie in 1 beschrieben. Ferner veranschaulicht 4B Änderungen der Kapazitätswerte oder Kapazitäten der Elektroden 16, die auftreten können, wenn eine lokale Verschiebung des internen Objekts 104, d. h. eine Verschiebung des Objekts 104 relativ zum Körperteil 103, erfolgt (in 4A durch den Pfeil angedeutet). In 4C sind dagegen Änderungen der Kapazitätswerte oder Kapazitäten der Elektroden 16 dargestellt, die bei einer globalen Verschiebung des internen Objekts 104, d. h. einer Verschiebung des Körperteils 103 relativ zur Anordnung 14 der Elektroden 16, auftreten können.
  • Die Anordnung 14 der Elektroden 16 im Beispiel der 4A bis 4C ist ein Gitter 15, das in der Nähe des Kopfes 103 oder des Körperteils des Patienten 100 angeordnet ist, diesen aber nicht berührt. Das Gitter 15 umfasst vier mal vier Elektroden 16 auf einem Quadrat, das seitlich neben und/oder nahe einer Seite des Kopfes 103 des Patienten 100 angeordnet ist.
  • Mit Hilfe der Vorrichtung 10 und/oder des kapazitiven Sensors 12 kann der Referenzkapazitätswert für jede Elektrode 16 gemessen werden, z. B. durch Anlegen einer Spannung und Integrieren über den Strom oder eine andere geeignete Technik zur Bestimmung der Kapazitätswerte, wenn die Anordnung 14 der Elektroden 16 in einer Referenzposition und/oder Referenzausrichtung in Bezug auf den Körperteil 103 positioniert ist. Die Referenzkapazitätswerte können dann im Datenspeicher 19 gespeichert werden, z. B. in einer Matrix und/oder z. B. als Einzelwert für jede Elektrode 16.
  • Optional kann mit dem Oberflächenscanner 20 und/oder dem Abstandssensor 20 ermittelt und/oder überwacht werden, ob eine Patientenbewegung vorliegt, wie z.B. mit Bezug auf 1 beschrieben.
  • Darüber hinaus können, z.B. während der eigentlichen medizinischen Behandlung, die Kapazitätswerte der Elektroden 16 und/oder der Satz von Kapazitätswerten bestimmt und/oder gemessen werden, z.B. kontinuierlich.
  • Durch Vergleich des ermittelten Satzes von Kapazitätswerten mit dem gespeicherten Satz von Referenzkapazitätswerten kann entschieden werden, ob eine lokale Verschiebung des internen Objekts 104 relativ zum Körperteil 103 und/oder eine globale Verschiebung des Körperteils 103 relativ zur Anordnung 14 der Elektroden 16 stattgefunden hat oder nicht.
  • Wird eine lokale Verschiebung erkannt, kann optional mindestens eine Größe und eine Richtung der Verschiebung mit dem Prozessor 18 berechnet werden.
  • So kann z. B. bei einer „signaturbasierten“ Auswertung eine Abweichung und/oder Differenz zwischen jedem Kapazitätswert des Satzes von Kapazitätswerten und dem entsprechenden Referenzkapazitätswert des Satzes von Referenzkapazitätswerten berechnet werden. Mit anderen Worten, die elementweise und/oder elektrodenweise Differenz zwischen den aktuellen Kapazitätswerten und den Referenzkapazitätswerten kann für einige oder alle Elektroden 16 berechnet werden.
  • Die berechneten Abweichungen und/oder Differenzen können dann mit Schwellenwerten verglichen werden, um die Elektroden 16 innerhalb der Anordnung 14 von Elektroden 16 zu identifizieren, in deren Nähe sich die Kapazität verändert hat. Dementsprechend kann die „Änderung“ der Kapazität anhand der Feststellung bewertet werden, ob die Differenzen und/oder Abweichungen den entsprechenden Schwellenwert erreichen, unter- oder überschreiten.
  • Wenn sich nur die Kapazität in der Nähe einzelner Elektroden geändert hat, ist eine lokale Verschiebung des Objekts 104 relativ zum Körperteil 103 erfolgt. Dieses Szenario ist in 4B dargestellt, wobei die schattierten Elektroden 16 die einzelnen Elektroden 16 veranschaulichen, bei denen sich der Kapazitätswert gegenüber dem entsprechenden Referenzkapazitätswert geändert hat.
  • Optional kann das Auftreten der lokalen Verschiebung überprüft und/oder gegengeprüft werden, indem ausgeschlossen wird, dass eine Patientenbewegung und/oder eine globale Verschiebung stattgefunden hat, z. B. mit Hilfe eines externen Sensors, wie dem Oberflächenscanner 20 und/oder dem Abstandssensor 20 von 1.
  • 4C veranschaulicht das Szenario, in dem eine globale Verschiebung des Objekts 104 stattgefunden hat, wobei die schattierten Elektroden 16 die Elektroden 16 veranschaulichen, für die sich der Kapazitätswert in Bezug auf den entsprechenden Referenzkapazitätswert geändert hat.
  • Um eine globale Verschiebung zu erkennen, kann der Prozessor 18 beispielsweise die Anzahl der Elektroden 16 ermitteln, deren Kapazität sich geändert hat, und die Position der ermittelten Elektroden in der Anordnung 14 von Elektroden 16 auswerten. Wenn, wie im Beispiel von 4C dargestellt, eine erste Anzahl von Elektroden 16, die an einer ersten Grenze 25a oder einem Rand 25a der Elektrodenanordnung 14 angeordnet sind, und eine zweite Anzahl von Elektroden 16, die an einer zweiten Grenze 25b oder einem Rand 25b der Elektrodenanordnung 14 angeordnet sind, im Wesentlichen gleich sind, könnte eine globale Verschiebung des Körperteils 103 in Bezug auf die Elektrodenanordnung 14 aufgetreten sein.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Satz von Referenzkapazitätswerten und/oder die Schwellenwerte für die Differenzen und/oder Abweichungen auf der Grundlage einer Messung und/oder auf der Grundlage einer Simulationsberechnung, z. B. in einer „modellbasierten“ Auswertung, bestimmt werden können. Beispielsweise kann die Übereinstimmung zwischen der Verschiebung des Objekts 104 relativ zum Körperteil 103, z. B. eine Hirnverschiebung oder eine Tumorbewegung, z. B. mit einem Finite-Elemente-Modell simuliert werden. Aus dem Modell können dann die Schwellenwerte, typische Signaturen, typische Sensorsignale und/oder Änderungen der Kapazitätswerte abgeleitet werden.
  • Darüber hinaus kann ein Modul für künstliche Intelligenz, ein Klassifikator, ein Klassifikator und/oder ein künstliches neuronales Netz verwendet werden, um die Verschiebung des Objekts 104 relativ zum Körperteil 103 und/oder die globale Verschiebung des Körperteils zu bestimmen. Für das Training können medizinische Bilder, z. B. Röntgenbilder, CT, MRT o. ä., von einer Person oder einem Phantom während einer Operation aufgenommen und die Kapazitätswerte als Funktion der Zeit gemessen und/oder erfasst werden. Die Kapazitätsänderungen, optional mit dem Ausmaß und/oder der Richtung und/oder der Art einer Organbewegung, können dann z. B. manuell beschriftet und als Eingabedaten für das Training verwendet werden. Ein trainiertes neuronales Netz kann dann z. B. dazu verwendet werden, Muster von Kapazitätswerten und/oder Änderungen von Kapazitätswerten zu erkennen, um eine lokale und/oder globale Verschiebung des Objekts 104 zu bestimmen.
  • Außerdem kann ein Phantom verwendet werden, um den Satz von Referenzkapazitätswerten und/oder die Schwellenwerte für die Abweichungen zu bestimmen. Beispielsweise können die Kapazitätswerte aus einer Mehrzahl von Phantomen bestimmt werden, die z. B. selektiv mit Wasser gefüllt sind, um die Übereinstimmung zwischen der Wasser- und/oder Luftmenge sowie der Position relativ zum Patienten 100 und den gemessenen Kapazitätswerten oder deren Änderungen zu ermitteln.
  • Die Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann vorteilhaft für die Schädelchirurgie verwendet werden. Dabei könnte die Anordnung 14 der Elektroden 16 an einer für die Schädelchirurgie verwendeten Kopfklemme angebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Anordnung 14 der Elektroden 16 Teil einer Liege 101, eines Tisches 101 und/oder einer Patientenauflage 101 sein, die für die Strahlentherapie oder Chirurgie, z. B. im Thorax oder im Abdomen, verwendet wird.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von Schritten eines Verfahrens zur Bestimmung einer Verschiebung eines in einem Körper 102 eines Patienten 100 angeordneten internen Objekts 104 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in Übereinstimmung mit dem Verfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Offenbarung. Zur Durchführung des Verfahrens können z.B. die Vorrichtung 10 der vorhergehenden Figuren und/oder Teile davon verwendet werden.
  • In einem ersten Schritt S1 wird die Anordnung 14 der Elektroden 16 des kapazitiven Sensors 12 neben dem Körperteil 103 des Patienten 100 so angeordnet, dass jede Elektrode 16 vom Körperteil 103 beabstandet ist.
  • In einem zweiten Schritt S2 wird eine Mehrzahl von Sensorsignalen mit dem kapazitiven Sensor 12 bereitgestellt, wobei jedes Sensorsignal eine Kapazität in der Nähe mindestens einer Elektrode 16 der Anordnung 14 von Elektroden 16 anzeigt.
  • In einem weiteren Schritt S3 wird der Satz von Kapazitätswerten für mindestens eine Teilmenge der Elektroden 16 der Anordnung 14 von Elektroden 16 mit dem Prozessor 18 auf der Grundlage der Verarbeitung der mehreren Sensorsignale ermittelt.
  • Ferner umfasst das Verfahren in Schritt S4 die Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts 104 in Bezug auf das Körperteil 103 auf der Grundlage des Vergleichs des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten mit dem Satz von Referenzkapazitätswerten, die z. B. im Datenspeicher 19 gespeichert oder aus einer anderen Quelle abgerufen werden können.
  • Dabei kann Schritt S4 die Bestimmung des Auftretens der Verschiebung des internen Objekts 104 in Bezug auf das Körperteil 103 umfassen. Optional kann mindestens eine Größe und eine Richtung der Verschiebung des internen Objekts 104 in Bezug auf das Körperteil 103 mit dem Prozessor 18 berechnet werden.
  • Darüber hinaus kann die Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts 104 relativ zum Körperteil 103 in Schritt S4 optional die Berechnung einer Abweichung zwischen jedem Kapazitätswert des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten und mindestens einem Referenzkapazitätswert des Satzes von Referenzkapazitätswerten und den Vergleich der berechneten Abweichung für jeden Kapazitätswert des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten mit einem Schwellenwert umfassen, wodurch bestimmt wird, ob sich die Kapazität in der Nähe einer oder mehrerer Elektroden 16 geändert hat.
  • Ferner kann festgestellt werden, ob sich die Kapazität in der Nähe einer oder mehrerer einzelner Elektroden 16 verändert hat, um eine lokale Verschiebung zu erkennen, wie oben beschrieben.
  • Alternativ oder zusätzlich kann in Schritt S4 geprüft werden, ob eine Bewegung des Patienten relativ zur Anordnung 14 der Elektroden 16 stattgefunden hat, z. B. anhand der Bestimmung der Anzahl der Elektroden 16 und/oder ihrer Position in der Anordnung 14 der Elektroden 16, um eine globale Verschiebung des Objekts 104 zu ermitteln. Beispielsweise können eine erste Anzahl von Elektroden 16, die an der ersten Grenze 25a der Anordnung 14 von Elektroden 16 angeordnet sind, in deren Nähe sich die Kapazität geändert hat, und eine zweite Anzahl von Elektroden 16, die an der zweiten Grenze 25b der Anordnung 14 von Elektroden 16 angeordnet sind, in deren Nähe sich die Kapazität geändert hat, miteinander verglichen werden, wie weiter oben beschrieben. Wenn die erste und die zweite Anzahl im Wesentlichen übereinstimmen, könnte eine globale Verschiebung stattgefunden haben.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens zur Bestimmung einer Verschiebung eines in einem Körper 102 eines Patienten 100 angeordneten internen Objekts 104 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in Übereinstimmung mit dem Verfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Zur Durchführung des Verfahrens können z.B. die Vorrichtung 10 der vorhergehenden Figuren und/oder Teile davon verwendet werden. Wenn nicht anders angegeben, umfasst das Verfahren der 6 die gleichen Schritte wie das Verfahren der 5.
  • Das Verfahren nach 6 umfasst ferner den optionalen Schritt S2', in dem der Satz von Referenzkapazitätswerten auf der Grundlage der Positionierung der Anordnung 14 von Elektroden 16 an einer Referenzposition und in einer Referenzausrichtung in Bezug auf den Körperteil 103 des Patienten 100 und auf der Grundlage der Messung der Referenzkapazitätswerte mit dem kapazitiven Sensor 12, z. B. am Patienten 101 oder mit einem Phantom, bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Satz von Referenzkapazitätswerten auf der Grundlage einer Simulationsberechnung bestimmt werden, wobei die Anordnung 14 der Elektroden 16 an der Referenzposition und in der Referenzausrichtung in Bezug auf den Körperteil 103 des Patienten 100 positioniert ist. Außerdem kann der Satz von Referenzkapazitätswerten in Schritt S2' im Datenspeicher 19 gespeichert werden.
  • Ferner können die Schwellenwerte für die Abweichungen zwischen den Kapazitätswerten und den Referenzkapazitätswerten in Schritt S2' auf der Grundlage einer Kalibrierungsmessung und/oder auf der Grundlage einer Simulationsberechnung, wie oben beschrieben, bestimmt werden.
  • Außerdem. 6 zeigt den optionalen Schritt S4', in dem überwacht und/oder festgestellt wird, ob eine globale Verschiebung des Objekts 104 stattgefunden hat, z.B. mit dem Oberflächenscanner 20 und/oder dem Abstandssensor 20, wie oben beschrieben.
  • Beispielsweise kann mit dem Oberflächenscanner 20 zu einem ersten Zeitpunkt eine erste Position von zumindest einem Teil der Haut des Patienten 100 bestimmt werden. Ferner kann mit dem Oberflächenscanner 20 zu einem zweiten Zeitpunkt, der sich vom ersten Zeitpunkt unterscheidet, eine zweite Position des zumindest einen Teils der Haut bestimmt werden, und eine Verschiebung des internen Objekts 104 in Bezug auf den Körperteil 103 kann auf der Grundlage des Vergleichs der bestimmten ersten Position und der bestimmten zweiten Position des zumindest einen Teils der Haut bestimmt werden. Dies kann bedeuten, dass eine lokale Verschiebung aufgrund der Feststellung mit dem Oberflächenscanner 20, dass keine globale Verschiebung stattgefunden hat, und/oder aufgrund des Ausschlusses einer globalen Verschiebung mit dem Oberflächenscanner 20 bestimmt werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich kann mit dem Abstandssensor 20 zu einem ersten Zeitpunkt ein erster Abstand zwischen mindestens einem Teil des Patienten 100 und mindestens einem Fixpunkt in einer Umgebung des Patienten 100 ermittelt werden. Ferner kann mit dem Abstandssensor 20 ein zweiter Abstand zwischen dem zumindest einen Teil des Patienten 100 und dem zumindest einen Fixpunkt in der Umgebung des Patienten 100 zu einem zweiten Zeitpunkt, der sich vom ersten Zeitpunkt unterscheidet, ermittelt werden, und eine Verschiebung des internen Objekts 104 in Bezug auf den Körperteil 103 kann basierend auf dem Vergleich des ermittelten ersten Abstands und des ermittelten zweiten Abstands zwischen dem zumindest einen Teil des Patienten 100 und dem zumindest einen Fixpunkt ermittelt werden. Dies kann bedeuten, dass eine lokale Verschiebung aufgrund der Feststellung mit dem Abstandssensor 20, dass keine globale Verschiebung stattgefunden hat, und/oder aufgrund des Ausschlusses einer globalen Verschiebung mit dem Abstandssensor 20 ermittelt werden kann.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in einem weiteren optionalen Schritt ein Alarmsignal als Reaktion auf die Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts 104 in Bezug auf den Körperteil 103 erzeugt werden kann.
  • Darüber hinaus kann ein präoperativer Scan oder ein Bild von zumindest einem Teil des Körperteils 103 und des internen Objekts 104 bereitgestellt werden, und zumindest eine Form, eine Geometrie, eine Position und eine Ausrichtung des zumindest einen Teils des internen Objekts 104 kann in dem präoperativen Scan auf der Grundlage der ermittelten Verschiebung des internen Objekts 104 in Bezug auf den Körperteil 103 angepasst werden.
  • Obwohl die Erfindung in den Figuren und der vorstehenden Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben ist, sind diese Darstellungen und Beschreibungen als illustrativ oder beispielhaft und nicht einschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offengelegten Ausführungsformen beschränkt. Die Erfindung ist nicht auf die offengelegten Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen der offengelegten Ausführungsformen können von Fachleuten, die die beanspruchte Erfindung ausüben, anhand der Figuren, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden.
  • In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „a“ oder „an“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander abhängigen Ansprüchen genannt werden, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft sein kann. Etwaige Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung des Anwendungsbereichs auszulegen

Claims (28)

  1. Verfahren zum Bestimmen einer Verschiebung eines internen Objekts (104), das in einem Körper (102) eines Patienten (100) angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Positionieren einer Anordnung (14) von Elektroden (16) eines kapazitiven Sensors (12) benachbart zu einem Körperteil (103) eines Patienten (100), so dass jede Elektrode (16) von dem Körperteil (103) beabstandet ist, wobei der Körperteil das interne Objekt (104) des Patienten zumindest teilweise umschließt; Bereitstellen einer Mehrzahl von Sensorsignalen mit dem kapazitiven Sensor (12), wobei jedes Sensorsignal eine Kapazität in der Nähe von mindestens einer Elektrode (16) der Anordnung (14) von Elektroden (16) angibt; Bestimmen eines Satzes von Kapazitätswerten für mindestens eine Teilmenge der Elektroden (16) der Anordnung (14) von Elektroden basierend auf einem Verarbeiten der mehreren Sensorsignale; und Bestimmen einer Verschiebung des internen Objekts (104) in Bezug auf den Körperteil (103) basierend auf einem Vergleichen des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten mit einem Satz von Referenzkapazitätswerten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Verschiebung des internen Objekts (104) umfasst: Bestimmen eines Auftretens der Verschiebung des internen Objekts (104) in Bezug auf den Körperteil (103); und Bestimmen mindestens einer Größe und einer Richtung der Verschiebung des internen Objekts (104) in Bezug auf den Körperteil (103).
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Satz von Referenzkapazitätswerten die Kapazitätswerte der mindestens einen Teilmenge von Elektroden angibt, wenn die Anordnung von Elektroden an einer Referenzposition und/oder in einer Referenzausrichtung in Bezug auf den Körperteil (103) positioniert ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Satz von Kapazitätswerten zu einem Messzeitpunkt bestimmt wird; und/oder wobei der Satz von Referenzkapazitätswerten die Kapazitätswerte der mindestens einen Teilmenge von Elektroden zu einem Referenzzeitpunkt vor dem Messzeitpunkt angibt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Sensorsignal und/oder jeder Kapazitätswert eine Kapazität zwischen einer der Elektroden (16) und einer Erdung, zwischen einer der Elektroden (16) und einer Außenfläche des Patienten (100), zwischen einer der Elektroden (16) und einer Referenzelektrode des Kapazitätssensors (12) und/oder zwischen zwei Elektroden (16) des Kapazitätssensors angibt; und/oder wobei die Kapazität in der Nähe der mindestens einen Elektrode (16) der Anordnung (14) von Elektroden mindestens eine Kapazität zwischen der mindestens einen Elektrode (16) und einer Erdung, zwischen der mindestens einen Elektrode (16) und einer äußeren Oberfläche des Patienten, zwischen der mindestens einen Elektrode und einer Referenzelektrode des Kapazitätssensors und zwischen der mindestens einen Elektrode und einer weiteren Elektrode des Kapazitätssensors ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner aufweist: Bestimmen des Satzes von Referenzkapazitätswerten basierend auf Positionieren der Anordnung (14) von Elektroden (16) an einer Referenzposition und in einer Referenzausrichtung in Bezug auf den Körperteil (103) des Patienten (100) und basierend auf Messen der Referenzkapazitätswerte unter Verwendung des kapazitiven Sensors (12).
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner aufweist: Bestimmen des Satzes von Referenzkapazitätswerten basierend auf einer Simulationsberechnung, wobei die Anordnung (14) von Elektroden (16) an einer Referenzposition und in einer Referenzausrichtung in Bezug auf den Körperteil (103) des Patienten (100) positioniert ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7 umfasst außerdem: Speichern des ermittelten Satzes von Referenzkapazitätswerten in einem Datenspeicher (19).
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Verschiebung des internen Objekts (104) umfasst: Berechnen einer Abweichung zwischen jedem Kapazitätswert des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten und mindestens einem Referenzkapazitätswert des Satzes von Referenzkapazitätswerten; und Vergleichen der berechneten Abweichung für jeden Kapazitätswert des ermittelten Satzes von Kapazitätswerten mit einem Schwellenwert, wodurch bestimmt wird, ob sich die Kapazität in der Nähe einer oder mehrerer Elektroden (16) geändert hat.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Identifizieren einer oder mehrerer Elektroden (16) in der Nähe, in der sich die Kapazität geändert hat, umfasst, und: Bestimmen des Auftretens der Verschiebung des internen Objekts (104) in Bezug auf den Körperteil (103) basierend auf Feststellen, dass sich die Kapazität in der Nähe einer oder mehrerer einzelner Elektroden (16) geändert hat; und/oder Prüfen und/oder Feststellen des Auftretens einer Patientenbewegung relativ zur Elektrodenanordnung (14) auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Kapazität in der Nähe mindestens einer Elektrode, die an einer ersten Grenze (25a) der Elektrodenanordnung angeordnet ist, und in der Nähe mindestens einer weiteren Elektrode (16), die an einer der ersten Grenze (25a) der Elektrodenanordnung (14) gegenüberliegenden zweiten Grenze (25b) angeordnet ist, geändert hat.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Auftreten der Patientenbewegung relativ zu der Elektrodenanordnung (14) auf der Grundlage überprüft und/oder bestimmt wird: Bestimmen einer ersten Anzahl von Elektroden, die an der ersten Grenze (25a) der Elektrodenanordnung angeordnet sind, in deren Nähe sich die Kapazität geändert hat; Bestimmen einer zweiten Anzahl von Elektroden, die an der zweiten Begrenzung (25b) der Anordnung (14) von Elektroden (16) angeordnet sind, in deren Nähe sich die Kapazität geändert hat; und Vergleichen der ersten Anzahl der an der ersten Grenze angeordneten Elektroden mit der zweiten Anzahl der an der zweiten Grenze der Elektrodenanordnung angeordneten Elektroden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Auftreten der Patientenbewegung relativ zu der Anordnung (14) von Elektroden (16) auf der Grundlage der Feststellung überprüft und/oder bestimmt wird, dass die erste Anzahl von Elektroden, die an der ersten Grenze (25a) angeordnet sind, im Wesentlichen gleich der zweiten Anzahl von Elektroden ist und/oder mit der zweiten Anzahl von Elektroden übereinstimmt, die an der zweiten Grenze (25b) der Anordnung von Elektroden angeordnet sind.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Schwellenwerte für die Abweichungen zwischen den Kapazitätswerten und den Referenzkapazitätswerten basierend auf einer Kalibrierungsmessung und/oder basierend auf einer Simulationsberechnung bestimmt werden.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschiebung des internen Objekts (104) gegenüber dem Körperteil (103) mit Hilfe eines Klassifikators, eines Moduls der künstlichen Intelligenz und/oder eines neuronalen Netzes bestimmt wird.
  15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner umfasst: Bestimmen, mit mindestens einem Oberflächenscanner (20), eine erste Position von mindestens einem Teil der Haut des Patienten zu einem ersten Zeitpunkt; Bestimmen, mit dem mindestens einen Oberflächenscanner (20), einer zweiten Position des mindestens einen Teils der Haut zu einem zweiten Zeitpunkt, der sich von dem ersten Zeitpunkt unterscheidet; und Bestimmen des Auftretens der Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil basierend auf Vergleichen der bestimmten ersten Position und der bestimmten zweiten Position des mindestens einen Teils der Haut.
  16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner umfasst: Bestimmen eines ersten Abstands zwischen mindestens einem Teil des Patienten und mindestens einem festen Punkt in der Umgebung des Patienten zu einem ersten Zeitpunkt mit mindestens einem Abstandssensor (20); Bestimmen, mit dem mindestens einen Abstandssensor (20), eines zweiten Abstands zwischen dem mindestens einen Teil des Patienten und dem mindestens einen festen Punkt in der Umgebung des Patienten zu einem zweiten Zeitpunkt, der sich von dem ersten Zeitpunkt unterscheidet; und Bestimmen des Auftretens der Verschiebung des internen Objekts in Bezug auf den Körperteil basierend auf Vergleichen des bestimmten ersten Abstands und des bestimmten zweiten Abstands zwischen dem mindestens einen Teil des Patienten und dem mindestens einen festen Punkt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, wobei der mindestens eine Oberflächenscanner (20) und/oder der mindestens eine Abstandssensor (20) mindestens eine Kamera, eine Oberflächenkamera, eine Thermokamera, eine 3D-Kamera, eine Stereokamera, eine Entfernungskamera, ein Lasersensor, ein LIDAR-Sensor, ein Radarsensor, ein Flugzeitsensor oder ein Ultraschallsensor ist.
  18. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner umfasst: Erzeugen eines Alarmsignals in Reaktion auf die Bestimmung der Verschiebung des internen Objekts (104) in Bezug auf den Körperteil (103).
  19. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner umfasst: Bereitstellen eines präoperativen Scans von mindestens einem Teil des Körperteils (103), wobei der präoperative Scan mindestens einen Teil des internen Objekts (104) enthält; und Anpassen mindestens einer Form, einer Geometrie, einer Position und einer Orientierung des mindestens einen Teils des internen Objekts (104) in dem präoperativen Scan auf der Grundlage der ermittelten Verschiebung des internen Objekts (104) in Bezug auf den Körperteil (103).
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das interne Objekt (104) mindestens ein Teil eines internen Organs des Patienten, mindestens ein Teil eines Gehirns des Patienten, mindestens ein Teil einer Lunge des Patienten, mindestens ein Teil einer Leber des Patienten und mindestens ein Teil einer Wirbelsäule des Patienten ist.
  21. Verwendung eines kapazitiven Sensors (12) mit einer Anordnung (14) von Elektroden (16) zur Bestimmung einer Verschiebung eines internen Objekts (104), das in einem Körper (102) eines Patienten (100) angeordnet ist.
  22. Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer Verschiebung eines internen Objekts (104), das in einem Körper (102) eines Patienten (100) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen kapazitiven Sensor (12) mit mindestens einer Anordnung (14) von Elektroden (16), wobei die mindestens eine Anordnung von Elektroden so konfiguriert ist, dass sie benachbart zu einem Körperteil (103) eines Patienten (100) anordnbar ist, wobei der Körperteil das interne Objekt (104) zumindest teilweise umschließt, und wobei der kapazitive Sensor so konfiguriert ist, dass er eine Mehrzahl von Sensorsignalen erzeugt, wobei jedes Sensorsignal eine Kapazität in der Nähe von mindestens einer Elektrode der Anordnung von Elektroden angibt; und mindestens einen Prozessor (18), der so konfiguriert ist, dass er die Mehrzahl von Sensorsignalen empfängt und verarbeitet, um einen Satz von Kapazitätswerten für mindestens eine Teilmenge der Elektroden (16) der Elektrodenanordnung (14) zu bestimmen; und wobei der mindestens eine Prozessor (18) so konfiguriert ist, dass er eine Verschiebung des internen Objekts (104) in Bezug auf den Körperteil (103) auf der Grundlage des Vergleichs des bestimmten Satzes von Kapazitätswerten mit einem Satz von Referenzkapazitätswerten bestimmt.
  23. Vorrichtung (10) nach Anspruch 22, wobei die Anordnung (14) von Elektroden (16) ein Elektrodenfeld (15) und/oder ein Elektrodengitter umfasst.
  24. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 und 23, wobei die Elektroden (16) der Anordnung (14) von Elektroden in einem einheitlichen Muster angeordnet sind.
  25. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Elektroden (16) der Anordnung (14) von Elektroden in einer dreidimensionalen Konfiguration angeordnet sind.
  26. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei die Elektroden (16) der Elektrodenanordnung (14) in mindestens einer von einer halbkugelförmigen Konfiguration, einer kugelförmigen Konfiguration und einer bogenförmigen Konfiguration angeordnet sind.
  27. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei die Anordnung (14) von Elektroden (16) eine bogenförmige Anordnung (14a) von Elektroden und mindestens eine weitere bogenförmige (14b) Anordnung von Elektroden umfasst; und wobei das bogenförmige Feld (14a) und das mindestens eine weitere bogenförmige Feld (14b) in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind und/oder sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken.
  28. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 27, wobei die Elektroden (16) der Elektrodenanordnung (14) an mindestens einer von einer Kopfklammer zum Ruhigstellen eines Kopfes des Patienten, einer Immobilisationsmaske zum Ruhigstellen mindestens eines Teils des Patienten und einer Patientenauflage zum Stützen mindestens eines Teils des Patienten angeordnet sind.
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