DE69925010T2

DE69925010T2 - System zum positionieren eines patienten

Info

Publication number: DE69925010T2
Application number: DE69925010T
Authority: DE
Inventors: L. Majid RIAZIAT; Marcel Marc; Stanley Mansfield; Hassan Mostafavi
Original assignee: Varian Medical Systems Technologies Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Technologies Inc
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-10-23
Also published as: US20020023652A1; KR20010099718A; AU1224000A; EP1123059B1; CA2348092A1; ATE293929T1; DE69925010D1; WO2000024333A1; US7204254B2; US6279579B1; JP2002528168A; EP1123059A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System zum Positionieren eines Patienten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein System zum Positionieren von Patienten, die sich einer medizinischen Behandlungsprozedur unterziehen.
Stand der Technik
Das genaue Platzieren und Positionieren von Patienten ist entscheidend, wenn viele Arten von medizinischen Behandlungen durchgeführt werden. Eine Kategorie von medizinischen Behandlungen, in welchen das genaue Platzieren und Verifizieren der Position von Patienten/Patienten-Körperteilen von besonderer Wichtigkeit ist, ist auf dem Gebiet der Strahlungstherapie.
Die Strahlungstherapie umfasst medizinische Prozeduren, die wahlweise bestimmte Bereiche eines menschlichen Körpers wie etwa krebsartige Tumore hohen Strahlungsdosen aussetzt. Die Absicht der Strahlungstherapie ist, das biologische Zielgewebe zu bestrahlen, sodass das gesundheitsschädliche Gewebe zerstört wird. Um einen Schaden an umliegenden Körpergewebe zu minimieren, verwenden viele konventionelle Behandlungsverfahren "Dosis-Fraktionieren", um die Strahlungsdosis in einer geplanten Serie von Behandlungssitzungen zuzuführen, bei denen jeweils nur ein Teil der gesamten geplanten Dosis zugeführt wird. Gesundes Körpergewebe weist typischerweise eine größere Fähigkeit auf, sich von Schäden zu erholen, die durch eine Strahlungs-Exposition verursacht wurde. Ein Aufteilen der zugeführten Strahlung über viele Behandlungssitzungen gibt gesundem Gewebe die Gelegenheit, sich von einem Strahlungsschaden zu erholen, womit die Menge des permanenten Schadens an gesundem Gewebe reduziert wird, während genügend Strahlungs-Exposition beibehalten wird, um krebsartiges Gewebe zu zerstören.
Die Wirksamkeit der Strahlungsbehandlung hängt zum großen Teil von der Möglichkeit ab, an dem Körper exakt die gleiche Position bei den verschiedenen Strahlungssitzungen zu bestrahlen. Das Ziel ist es, bei jeder bzw. allen Behandlungssitzungen den Patienten in der gleichen Position relativ zu der Strahlungsquelle zu platzieren. Ungenauigkeiten bei der Positionierung des Patienten können Fehler in der Strahlungsdosis und/oder dem Behandlungsort ergeben, was zu einem unvorhersagbaren Krankheitsrückfall oder zu Schäden an gesundem Gewebe führen kann. Ein Beibehalten der Linearbeschleuniger-/Strahlungs-Quelle in einer präzisen und wiederholbaren Position stellt normalerweise kein Problem dar. Das Problem entsteht, wenn versucht wird, bei jeder Strahlungssitzung die gleiche Körperpositionierung des Patienten wieder zu erzeugen. In konventionellen medizinischen Behandlungssystemen bleibt die genaue Platzierung und Verifizierung einer wiederholten Behandlungsposition an dem menschlichen Körper ein signifikantes Problem beim Implementieren von Dosis-Fraktionier-Behandlungsplänen.
Ein Ansatz, um ein Patientenpositionieren zu steuern, ist, Markierungen oder Tattos an speziellen Positionen auf der Patientenhaut zu platzieren. Einige Laser oder Lichtquellen von vorbestimmten Orten aus projizieren Lichtstrahlen auf den Patientenkörper. Um das Patientenpositionieren zu steuern, verschieb ein Therapeut die Position des Patienten, bis die Markierungen zu den Lichtlinien der Laser oder Lichtquellen ausgerichtet sind. Ein signifikanter Nachteil an diesem Ansatz ist, dass die Genauigkeit und Übereinstimmung der Patientenpositionierung im hohen Maße vom Ausbildungsstand des Therapeuten beim manuellen Positionieren des Patienten abhängt. Zusätzlich ist es bei schwereren Patienten möglich, dass nur die Haut des Patienten in eine genaue Position bewegt wird, ohne das Körperteil zu bewegen, das in der angemessenen Position bestrahlt werden soll. Außerdem schafft dieser Ansatz keinen effizienten Weg, die Positionierqualität in der Patientenakte aufzuzeichnen und zu reflektieren.
Ein anderer Ansatz, um ein Patientenpositionieren zu steuern, ist, eine Immobilisationsvorrichtung zu verwenden, um den Patienten in eine bestimmte Position zu manövrieren. Eine Immobilisationsvorrichtung wird physikalisch an den menschlichen Körper angebracht, um den Patienten vom Bewegen abzuhalten, sobald ein genaues Positionieren erzielt ist. Ein Nachteil beim Verwenden einer Immobilisationsvorrichtung ist, dass derartige Vorrichtungen nicht für alle Körperteile existieren. Immobilisationsvorrichtungen sind im allgemeinen nur zum Positionieren des Kopfes und Halses von Patienten effektiv. Außerdem kann sich ein Patient bei vielen bekannten Immobilisationsvorrichtungen weiterhin in einem signifikanten Maße innerhalb der Abgrenzungen der Immobilisationsvorrichtung bewegen. Außerdem können diese Vorrichtungen extrem unkomfortabel für den Patienten sein.
Ein Positionieren eines Patienten mit Videokameras wurde bei stereotaktischer Strahlungschirurgie des Gehirns angewendet, bei der der Schädels des Patienten als ein festes Objekt positioniert wird. Jedoch gibt es Nachteile beim Anwenden von bekannten Positioniertechniken unter Verwendung von Videokameras bei nicht-festen Bereichen des Körpers. Zum Beispiel sind derartige Implementierungen ungeeignet beim effizienten Führen des Therapeuten durch die Schritte gewesen, die für ein Erreichen einer genauen Körperhaltung und Position zu machen sind. Folglich treten Therapeuten-Irritationen auf, die sich aus einem langen Positionierprozess ergeben.
Damit gibt es einen Bedarf für ein System, das sich auf die oben beschriebenen Probleme im Stand der Technik richtet. Es gibt einen Bedarf für ein System, das genau und konsistent die Positionierung eines Patienten für eine medizinische Behandlung steuert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein System zum Positionieren eines Patienten gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.
Vorteilhafte weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die anhängenden Zeichnungen sind einbezogen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu schaffen und um zusammen mit der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen dazu zu dienen, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
1 ist ein Prozess-Flussdiagramm, das Aktionen auf hoher Ebene zeigt, die in einer Ausführungsform der Erfindung ausgeführt werden.
2 zeigt eine Vielzahl von Referenz-Körperpositionen, die auf einem Patientenkörper angeordnet sind.
Die 3a bis 3e illustrieren die Anwendung einer Ausführungsform der Erfindung, um eine relative und eine absolute Position eines Patienten zu korrigieren.
4 zeigt ein System zum Messen und Korrigieren einer Patientenposition gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 illustriert eine Video-Anzeigevorrichtung und ein Beispiel eines Videobildes.
6a ist eine Seitenansicht einer Kamera, die mit der Erfindung eingesetzt werden kann.
6b ist ein Frontansicht der Kamera aus 6a.
7a ist eine Schnittansicht eines rück-reflektierenden Markers, der in der Erfindung verwendet werden kann.
7b ist eine perspektivische Ansicht des rück-reflektierenden Markers aus 7a.
8 zeigt eine Vorrichtung, die eingesetzt werden kann, um den rück-reflektierenden Marker aus den 7a und 7b herzustellen.
9 zeigt eine Ausführungsform eines Markerblocks.
10 zeigt einen alternativen Markerblock.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Prozess-Überblick
1 ist ein Prozess-Flussdiagramm, das Aktionen auf einer hohen Ebene zeigt, die in einer Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden. Das System der Erfindung beginnt mit dem Messen und Speichern von Referenzkoordinaten von verschiedenen Körperpositionen auf einem Patientenkörper (102). Vor einem Zuführen einer Strahlungsbehandlung bei jeder Behandlungssitzung sollte der Patient so positioniert sein, dass die aktuellen Koordinaten von diesen Positionen auf dem Patientenkörper zu den Referenzkoordinaten passen. Die Annahme, dass die Strahlungsquelle an ihrer originalen Position angeordnet ist, stellt sicher, dass der Patient in jeder Sitzung konsistent und wiederholbar eine Behandlung an der gleichen Stelle erhält.
Wenn der Patient sich einer Behandlung mit verschiedenen Behandlungssitzungen unterzieht, ist er vorzugsweise auf einem Behandlungstisch, einer Behandlungscouch oder einer anderen Art von Patienten-Abstützstruktur platziert. Zum Zweck der Erläuterung soll der Term "Behandlungstisch" in diesem Dokument verwendet werden, um jede Tragestruktur zu bezeichnen, die verwendet werden kann, um einen Patienten zu tragen. Anfänglich ist der Patient gewöhnlich in einer falschen Position relativ zu den Referenzkoordinaten. Konsistent mit der Erfindung umschließt die anfängliche Positionieraktion das Korrigieren der Patienten-"Körperhaltung" (104). "Körperhaltung" bezieht sich auf die Position von einem oder mehreren Teilen eines Patientenkörpers relativ zu anderen Teilen des Patientenkörpers. In der Prozessaktion 104 wird die gemessene Körperhaltung des Patientenkörpers derart re-positioniert, dass die relativen Positionen der Patienten-Körperteile zu den relativen Positionen der Referenzkoordinaten passen. Um dieses Ziel zu erreichen, stellt das Positioniersystem spezifische Anweisungen bereit, um die relative Position der Patienten-Körperteile zu korrigieren.
Sobald die Körperhaltung des Patienten korrigiert wurde, sollten die gemessenen Körperpositionen in den richtigen Positionen in Bezug auf den Rest des Patientenkörpers sein. Jedoch können die absoluten Koordinaten der Patienten-Körperpositionen falsch sein. Wenn der Patient in der richtigen Körperhaltung ist, dann werden alle Körperpositionen des Patienten um exakt den gleichen Abweichungs-Parameterwert versetzt sein, wenn sie mit den Referenzkoordinaten verglichen werden. Damit kann der gesamte Patientenkörper als eine Einheit verschoben werden, um den Patienten in die richtigen absoluten Koordinaten zu platzieren, die zu den Referenzkoordinaten passen (106).
Die Kombination der Aktionen, um relative Positionsfehler (104) und absolute Positionsfehler (106) zu korrigieren und zu validieren, beschleunigt erheblich die Zeit, die für ein Patienten-Einrichten vor einer Behandlungssitzung gebraucht wird. Außerdem ermöglicht die Erfindung während der Behandlungssitzungen eine präzisere Erfassung und Verifizierung der Patientenpositionierung in Echtzeit.
In einer alternativen Ausführungsform kann, nachdem die relative und absolute Positionierungsaktion durchgeführt wurde, eine zusätzliche Positionierungsaktion im Bezug auf die inneren Organe des Patienten durchgeführt werden. Diese zusätzliche Positionierungsaktion wird durchgeführt, um das innere Zielvolumen anstelle von externen Merkmalen des Patienten einzustellen, und kann verwendet werden, um die inneren Organe des Patienten präzise für eine Behandlung zu positionieren. Jede der obigen Prozessaktionen wird detaillierter unten beschrieben werden.
System der Erfindung
In einer Ausführungsform fallen die Körperpositionen, die zum Messen von Referenzkoordinaten gewählt werden, in zwei allgemeine Kategorien. Einerseits können eine oder mehrere Körperpositionen zum Messen in der allgemeinen Umgebung der Körperstruktur/des Organs gewählt werden, die/das sich einer Behandlung unterzieht. Andererseits können andere Körperpositionen gewählt werden, wenn sich eine Bewegung von solchen anderen Körperpositionen auf die Orientierung oder Anordnung der Körperstruktur/des Organs auswirkt, die/das sich einer Behandlung unterzieht. Zum Beispiel wird ein Patient, der sich einer Behandlung im Brustbereich unterzieht, vorzugsweise eine oder mehr Referenzpositionen haben, die im Brustkorbbereich gemessen sind, und möglicherweise in anderen Bereichen des Körpers, die sich auf die Position des Brustbereichs auswirken können, wie etwa der obere Arm und der Halsbereich. Ein Patient, der sich einer Behandlung im Prostatabereich unterzieht, wird vorzugsweise eine oder mehrere Referenzpositionen haben, die im Hüftbereich liegen, und möglicherweise in anderen Bereichen des Körpers, die sich auf die Bewegung des Prostatabereichs auswirken, wie etwa die oberen Beinbereiche.
In 2 sind der Oberkörper und die Oberarme eines Patienten 202 dargestellt, der auf einem Behandlungstisch 204 ruht. Zum Zweck der Illustration wurden eine Mehrzahl von Körperpositionen 206, 208, 210 und 212 auf dem Patienten 202 markiert. Es wird angenommen, dass jede der Körperpositionen 206, 208, 210 und 212 zu einer Körperposition korrespondiert, die sich auf die Orientierung/Positionierung eines Körperorgans auswirkt, das einer Behandlung unterzogen wird. Vor der Erstbehandlungssitzung wird jede von diesen Körperpositionen gemessen, um Referenzkoordinaten im kartesischen Koordinatensystem bereitzustellen. In einer Ausführungsform wird das Zentrum des Systems bei den Koordinaten (0, 0, 0) angeordnet angenommen. Alle gemessenen Körperpositionen sind gegebene Koordinaten relativ zu dem Isozentrum. Zum Zweck der Erläuterung sind die Orientierungen der X, Y und Z Achsen in 2 dargestellt. Andere Orientierungen können innerhalb des Umfangs der Erfindung eingesetzt werden. Zum Beispiel kann in einer alternativen Ausführungsform die Orientierung der X, Y und Z Achsen im Bezug auf die axialen Bewegungen oder Rotationen eines Gerüstes definiert sein, das die Strahlungsquelle oder den Linearbeschleuniger hält.
Tabelle 1 stellt Beispiele von Referenzkoordinaten bereit, die für die Körperpositionen 206, 208, 210 und 212 gemessen sein können:
Tabelle 1
Bezugnehmend auf die 3a, 3b, 3c und 3d illustrieren diese Figuren den Positionierungsprozess gemäß der Erfindung. Der Patient 202 und die markierten Körperpositionen 206, 208, 210 und 212 aus 2 wurden in 3a dupliziert. Damit repräsentiert 3a die Referenzposition für einen Patienten 202. Es wird angenommen, dass die Referenzkoordinaten für die Körperpositionen 206, 208, 210 und 212 in 3a wie in Tabelle 1 fortgesetzt sind.
3b illustriert ein Beispiel einer anfänglichen Position und Körperhaltung des Patienten 202 vor dem Beginn einer Behandlungssitzung. Es ist angemerkt, dass in 3b die Körperhaltung des Patienten unterschiedlich zu der Referenzkörperhaltung des Patienten 202 ist, wie sie in 3a gezeigt ist. Mit anderen Worten sind die relativen Positionen zwischen den Körperpositionen 206b, 208b, 210b und 212b, die in 3b dargestellt sind, unterschiedlich zu den relativen Positionen zwischen ihren korrespondierenden Referenz-Körperpositionen 206, 208, 210 und 212 in 3A. Insbesondere sind der Arm und die Schulter des Patienten (Körperpositionen 206b und 208b) in der falschen Position relativ zum Rest des Patientenkörper. Außerdem sind die absolute Position und/oder Orientierung des Patientenkörpers falsch. Insbesondere ist der Patient 202 in 3b rotational versetzt von der genauen Referenzposition, die in 3a dargestellt ist.
Um die Körperhaltung des Patienten zu korrigieren, werden spezifische gemessene Körperpositionen an dem Patienten re-positioniert, so dass sie in der korrekten Position relativ zu den anderen gemessenen Körperpositionen sind.
Die Referenzkoordinate für die Körperposition 206 in 3a ist (–18, 10, 5) und die Referenzkoordinate für die Körperposition 208 ist (–20, –5, –10). Das bedeutet, dass die Abweichung zwischen der Referenzkoordinate für die Körperposition 206 und der Referenzkoordinate für die Körperposition 208 in Bezug auf jeder der kartesischen Achsen wir folgt ausgedrückt werden kann:
x-Achse: –2, y-Achse: –15, z-Achse: –15
In einer Ausführungsform wird die x-Achsen-Abweichung zwischen den zwei Körperpositionen durch Subtrahieren der x-Koordinate für die Körperposition 206 von der x-Koordinate für die Körperposition 208 berechnet. Ähnlich wird die y-Achsen-Abweichung zwischen den zwei Körperpositionen durch Subtrahieren der y-Koordinate für die Körperposition 206 von der y-Koordinate für die Körperposition 208 berechnet. Die z-Achsen-Abweichung zwischen den zwei Körperpositionen wird durch Subtrahieren der z-Koordinate für die Körperposition 206 von der z-Koordinate für die Körperposition 208 berechnet.
Um die relativen Positionierfehler zwischen den Körperpositionen 206b und 208b zu korrigieren, sollte die relative Abweichung zwischen diesen zwei Körperpositionen so manipuliert werden, dass sie zu der Abweichung passt, die für ihre korrespondierenden Referenzkoordinaten gemessen wurde. Wenn z.B. der Patient 202 in 3b falsch positioniert wurde, so dass die Körperposition 206b zu der Koordinate (0, 0, 0) hin bewegt wurde, kann die Körperposition 208b zu der Koordinate (–2, –15, –15) hin bewegt werden, um die gleiche relative Position zwischen diesen zwei Körperpositionen wieder herzustellen, wie sie für ihre korrespondierenden Referenzkoordinaten ermittelt wurden. Die gleiche relative Positionierung kann durch Bewegen der Körperposition 206b anstelle der Körperposition 208b erzielt werden, solange, wie die Abweichung zwischen den zwei Körperpositionen auf die Referenzabweichung korrigiert wird. Alternativ können beide Körperpositionen während dieses Prozesses bewegt werden, solange das Endergebnis ist, dass die relative Abweichung zwischen diesen beiden Körperpositionen mit der relativen Abweichung der korrespondierenden Referenzkoordinaten übereinstimmt.
Ähnlich kann die Abweichung zwischen der Referenzkoordinate für die Körperposition 210 (0, 10, 2) und die Referenzkoordinate für die Körperposition 212 (–10, 0, 4) ausgedrückt werden als:
x-Achse: –10, y-Achse: –10, z-Achse: –2
Damit, wenn die Körperposition 210b in 3b zur Koordinate (0, 0, 0) hin bewegt wird, dann kann die Körperposition 212b zur Koordinate (–10, –10, –2) hin bewegt werden, um die gleiche relative Positionierung beizubehalten, die gemessen und zwischen ihren korrespondierenden Referenzkoordinaten eingerichtet wurde.
In einer Ausführungsform stellt das Positioniersystem spezifische Anweisungen bereit, um die Positionierung der Körperteile des Patienten zu korrigieren. Es gibt eine Anzahl von Techniken, um einen Positionierungsplan oder ein Positionierungsrezept bereitzustellen, um die Körperhaltung des Patienten zu korrigieren. In einem Ansatz wird die Sammlung von markierten Körperpositionen mathematisch als ein festes Objekt so übersetzt, dass sie mit der Sammlung von Referenzpositionen überlappt. Mit anderen Worten werden die Anordnungsdaten für die gesamte Sammlung von markierten Körperpositionen mathematisch über die Anordnungsdaten für die Sammlung von Referenzpositionen gelegt. Anschließend werden die Anordnungsdaten für die gesamte Sammlung von markierten Körperpositionen logisch als eine einzelne Einheit verschoben, um zu versuchen, eine beste Gesamtübereinstimmung zwischen der Sammlung von markierten Körperpositionen und der Sammlung von Referenzpositionen zu finden. Dies kann entweder durch ein Zentrum einer Masse-Translation oder durch ein Übereinstimmen von so vielen markierten Körperpositionen wie möglich mit Referenzpositionen getan werden. Der verbleibende Restfehler zwischen der Position von jeder nicht übereinstimmenden markierten Körperposition und ihrer korrespondierenden Referenzposition definiert den Körperhaltungsfehler, der mit dieser Körperposition assoziiert ist. Auf diese Weise kann das System spezifische Anweisungen bereitstellen, die präzise dahin führen, wie jedes Körperteil bewegt werden soll, um den Körperhaltungsfehler auf ein akzeptables Maß zu korrigieren. Diese spezifischen Anweisungen können von einen Therapeuten verwendet werden, um Körperhaltungskorrekturen auszuführen.
Zur Illustration dient die Sammlung von markierten Körperpositionen 206b, 208b, 210b und 212b in 3b. Wenn die gesamte Sammlung von markierten Körperpositionen in 3b mathematisch als ein festes Objekt übersetzt wurde, um mit der Sammlung von Referenzpositionen in 3a zu überlappen, dann könnte der Punkt der besten Überlappung dort sein, wo die Körperposition 210b auf einer Linie mit der Referenzposition 210 und die Körperposition 212b auf einer Linie mit der Referenzposition 212 liegt. Der Ausrichtungsfehler zwischen den relativen Positionen der Körperpositionen 206b und 208b und der Referenzposition 206 und 208 wäre dann als Körperhaltungsfehler definiert.
In einem Anzeigebild kann das Positioniersystem visuelle Anweisungen präsentieren, um den Körperhaltungsfehler zu korrigieren. Anweisungspfeil 213 in 3b ist ein Beispiel einer visuellen Anweisung, die einem Therapeuten präsentiert werden kann, um eine spezifische bildliche Führung zum Korrigieren des Körperhaltungsfehlers bereitzustellen. Der Anweisungspfeil 213 kann über oder schemenhaft über das Bild des Patienten gelegt werden, um die Korrektur des Körperhaltungsfehler zu erleichtern. 3e zeigt eine vergrößerte Ansicht des Anweisungspfeils 213 aus 3b.
Wie dargestellt, stellt der Anweisungspfeil 213 eine spezifische Führung für die Richtung der Korrektur sowie für die erforderliche Größe der Korrektur bereit.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Körperhaltungskorrektur durch Auswählen einer einzelnen gemessenen Körperposition als Haupt-Referenzpunkt bewerkstelligt. Jede andere gemessene Körperposition wird so positioniert, dass ihre Position relativ zu dem Haupt-Referenzpunkt mit der relativen Abweichung übereinstimmt, die zwischen den gleichen zwei Punkten für die Referenzkoordinate festgestellt und gemessen wurde. Alternativ kann die Körperhaltungskorrektur in einer Ketten-Annäherung bewerkstelligt werden, in welcher eine erste gemessene Körperposition relativ zu einer zweiten gemessenen Körperposition re-positioniert wird. Sobald die erste und die zweite gemessene Körperposition genau relativ zueinander positioniert wurden, wird eine dritte gemessene Körperposition relativ zu der zweiten gemessenen Körperposition positioniert. Sobald die zweite und die dritte gemessene Körperposition genau relativ zueinander positioniert wurden, wird eine vierte gemessene Körperposition relativ zu der dritten gemessenen Körperposition positioniert. Dieses wird fortgeführt, bis alle verbleibenden gemessenen Körperpositionen genau positioniert wurden.
3c zeigt Patient 202, sobald die Körperhaltungsfehler aus 3b korrigiert wurden. Es kann wahrgenommen werden, dass, sobald die Körperhaltung des Patienten korrigiert wurde, die relativen Abweichungen von allen gemessenen Körperpositionen mit den relativen Abweichungen übereinstimmen, die für ihre korrespondierenden Referenzkoordinaten gemessen und ermittelt wurden. Damit stimmt die relative Positionierung zwischen den Körperpositionen 206c, 208c, 210c und 212c in 3c mit der relativen Positionierung zwischen den Referenzkoordinaten für die Körperpositionen 206, 208, 210 und 212 in 3a überein. Insbesondere wurde der obere Arm und die Schulter des Patienten 202 (Körperpositionen 206c und 208c) in die gleiche Position relativ zum Rest des Körpers re-positioniert, wie sie für die Referenzkoordinaten gemessen und bestimmt wurde.
Sobald eine Körperhaltungskorrektur und Verifikation durchgeführt wurde, muss die absolute Position des Patientenkörpers korrigiert und/oder verifiziert werden. Sogar wenn Körperhaltungsfehler korrigiert wurden, ist es möglich, dass die Koordinaten der gemessenen Körperpositionen nicht mit den absoluten Koordinaten der Referenzkoordinaten übereinstimmen können. Im Beispiel aus 3c ist, obwohl die Körperhaltung des Patienten korrigiert wurde, die absolute Position des Patienten 202 nicht korrekt, da der Patientenkörper rotational von der Referenzposition versetzt ist, die in 3a gezeigt ist. Jedoch sollte, da die Körperhaltungskorrektur bereits durchgeführt wurde, jeder Teil des Patientenkörpers um exakt die gleichen Abweichungsparameter versetzt sein. Damit kann, eher als individuelle Teile des Patienten manövrieren zu müssen, um eine genaue Positionierung zu erreichen, der gesamte Patientenkörper als eine Einheit in die genaue Position manövriert werden, um mit der absoluten Position der Referenzkoordinaten übereinzustimmen.
Im Beispiel in 3c wird der gesamte Patientenkörper in der durch den Pfeil 302 gekennzeichneten Richtung rotiert. In einer Ausführungsform wird diese Bewegung des gesamten Patientenkörpers durch ein Bewegen der Tragestruktur bewirkt, auf der der Patient ruht, z.B. des Behandlungstischs. 3d zeigt einen Patienten 202, sobald der gesamte Patientenkörper re-positioniert wurde. In 3d wurden die absoluten Koordinaten der Körperpositionen 206d, 208d, 210d und 212d so positioniert, dass sie mit ihren korrespondierenden Referenzkoordinaten übereinstimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine zusätzliche Positionieraktion in Bezug auf die inneren Behandlungsbereiche des Patienten durchgeführt werden. In bestimmten Umständen kann sich die innere Körperstruktur oder das Organ, das behandelt werden soll, von einer vorherigen Anordnung/Position verschieben, sogar obwohl die externen Körperpositionen so platziert wurden, dass sie mit den Referenzkoordinaten übereinstimmen.
Ein erstes Verfahren, um innere Positionsmessungen und Korrekturen durchzuführen, weist das Verwenden eines Abbildungssystems wie etwa eines Röntgen-Abbildungssystems auf, das spezifische innere charakteristische Punkte innerhalb des Patientenkörper detektieren kann. Solche charakteristischen Punkte können insbesondere Knochenstrukturen in der Nähe des zu behandelnden Organs sein. Das Abbildungssystem wird verwendet, um Referenzpositionen für die Körperstrukturen zu messen, die als charakteristische Punkte ausgewählt werden. Bei einer folgenden Behandlungssitzung wird das Abbildungssystem verwendet, um diese Positionen der gleichen charakteristischen Strukturen innerhalb des Patienten zu messen. Der Patient unterzieht sich feinen Körpereinstellungen, bis die charakteristischen Strukturen an den vorangegangen gemessenen Referenzpositionen positioniert sind.
Ein zweites Verfahren, um innere Positionsmessungen und Korrekturen durchzuführen, weist das Verwenden eines Abbildungssystems auf, das direkt die Organe oder Körperstrukturen abbilden kann, die einer Behandlung unterzogen werden, wie etwa Ultraschall oder MRT-Abbildungssysteme. Das Abbildungssystem misst eine Referenzposition und Orientierung des Organs oder der Körperstruktur, die einer Behandlung unterzogen wird. Zum Beispiel, wenn ein Ultraschall-Abbildungssystem verwendet wird, dann kann das System die Position von einem Organ oder einer Körperstruktur in Bezug auf die Ultraschallsonde detektieren. Die exakte Position der Ultraschallsonde wird in Bezug auf den Rest des Systems gemessen. Einer oder mehrere Marker (die detaillierter unten beschrieben werden) können an der Ultraschallsonde befestigt sein, um ihre Position zu bestimmen. Basierend auf der Position der Ultraschallsonde kann die Position des inneren Organs oder der Körperstruktur relativ zu dem Rest des Systems berechnet werden. Bei einer folgenden Behandlungssitzung unterzieht sich der Patient feinen Körpereinstellungen, um die Organe oder Körperstrukturen in die Original-Referenzposition und Orientierung zu platzieren.
4 zeigt ein Patientenmessungs- und Positioniersystem 400 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In 4 ist ein Patient 402 dargestellt, der durch einen Behandlungstisch 404 getragen wird. Eine Mehrzahl von Markern 406 (vorzugsweise rück-reflektierende oder reflektierende Marker) sind an einer Mehrzahl von Körperpositionen an dem Patienten 402 fixiert. Ein Verfahren, um besondere Körperpositionen auszuwählen, über welchen rück-reflektierende Marker 406 befestigt sind, wurde oben beschrieben. In einer Ausführungsform weist jeder rück-reflektierende Marker 406 reflektierendes Material auf, das Licht entweder im sichtbaren oder im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich reflektieren kann. Zwei oder mehr Kameras 408 sind positioniert, um Licht zu detektieren und aufzunehmen, das von den Markern 406 reflektiert wird. Das Ausgangssignal der Kameras 408 wird zu einem Computer 410 oder einer anderen Art von Verarbeitungseinheit gesendet, die die Fähigkeit hat, Videobilder aufzunehmen. Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist der Computer 410 einen Intel-Pentium^TM-basierten Prozessor auf, auf dem Microsoft Windows NT^TM läuft, und weist eine Video-Frame-Grabber-Karte auf, die eine Multi-Kanalvorrichtung ist und die einen separaten Kanal für jede Kamera 408 hat, die in dem System verwendet wird.
Bei einer Operation projizieren eine oder mehrere Beleuchtungsquellen (welche in der bevorzugten Ausführungsform Infrarot-Quellen sind) Licht auf den Patienten 402 auf dem Behandlungstisch 404. Das erzeugte Licht wird von den rück-reflektierenden Markern 406 reflektiert, wodurch die Position von diesen rück-reflektierenden Markern 406 indiziert werden. Die Kameras 408, welche auf den Patienten 402 gerichtet sind, erfassen und detektieren das reflektierte Licht von den rück-reflektierenden Markern 406. Jede Kamera 408 erzeugt Videobilder, die die Position der rück-reflektierenden Marker 406 in ihrem Videorahmen zeigen. Die erzeugten Videobilder werden zur weiteren Verarbeitung zu dem Computer 410 gesendet.
Der Computer 410 erhält die Videobilder von den Kameras 408. Im Allgemeinen zeigen die aufgenommenen Videobilder von jeder Kamera 408 nur die Position der rück-reflektierenden Marker 406 relativ zu der bestimmten Kamera 408, die das Bild produziert. Die zwei Sets von Bildern, die von den jeweiligen Kameras 408 aufgenommen werden, werden durch den Computer 410 verwendet, um die absoluten Koordinaten von jedem rück-reflektierenden Marker 406 zu triangulieren. Bei einer ersten Behandlungssitzung werden die Referenzkoordinaten von jedem rück-reflektierenden Marker 406 gemessen und in dem Computer 410 gespeichert. Anschließend kann bei jeder weiteren Behandlungssitzung das System 400 in Echtzeit die absoluten Koordinaten von jedem rück-reflektierenden Marker 406 messen und in Echtzeit die Koordinaten der Marker 406 mit den gespeicherten Referenzkoordinaten vergleichen. Obwohl nur zwei Kameras 408 in 4 gezeigt sind, kann jede Anzahl von Kameras 408 in dem System 400 eingesetzt werden, um Videobilder des Patienten 402 und der rück-reflektierenden Marke 406 aufzunehmen. Informationen bezüglich der Anordnung und Orientierung von jeder Kamera 408 werden dem Computer 410 bereitgestellt, um die Triangulationsberechnung zu ermöglichen.
Eine mögliche Ineffizienz beim Zuordnen der rück-reflektierenden Marker 406 ist, dass die Marker irgendwo in dem Videorahmen auftauchen können, und alle Bildelemente des Videorahmens können zu untersuchen sein, um die Anordnung der rück-reflektierenden Marker 406 zu bestimmen. Damit umfasst in einer Ausführungsform die anfängliche Bestimmung der Anordnung der rück-reflektierenden Marker 406 eine Untersuchung aller Bildelemente in dem Videorahmen. Wenn der Videorahmen 640 × 480 Bildelemente aufweist, dann werden alle 307200 (640 × 480) Bildelemente anfänglich untersucht, um die Anordnung der Marker 406 zu finden.
Für ein Echtzeitzuordnen der rück-reflektierenden Marker 406 könnte ein Untersuchen von jedem Bildelement für jeden Videorahmen, um die Anordnung der Marker 406 in Echtzeit zu bestimmen, eine signifikante Menge an Systemressourcen verbrauchen. Daher kann in einer Ausführungsform die Echtzeitzuordnung der rück-reflektierenden Marker 406 durch Verarbeiten einer kleinen Region des Videorahmens ermöglicht werden, die hierin als "Zuordnungsgitter" bezeichnet wird, das basierend auf einer Schätzung der Anordnung der bereits identifizierten Marker 406 in dem Videorahmen platziert ist. Die vorangegangen bestimmte Anordnung eines Markers 406 wird verwendet, um einen anfänglichen Suchrahmen (d.h., das Zuordnungsgitter) für diesen gleichen Marker in Echtzeit zu definieren. Das Zuordnungsgitter ist ein relativ kleiner Bereich des Videorahmens, der an der vorherigen Position des Markers 406 zentriert ist. Das Zuordnungsgitter wird nur ausgeweitet, wenn es nicht den neuen Ort des Markers 406 enthält. Als ein Beispiel ist die Situation zu betrachten, wenn die vorangegangen ermittelte Position eines bestimmten Markers Bildelement (50, 50) in einem Videorahmen ist. Wenn das Zuordnungsgitter auf ein 50 × 50 Bereich des Videorahmens begrenzt ist, dann wird das Zuordnungsgitter in diesem Beispiel die Bildelemente enthalten, die innerhalb des Bereiches zusammengefasst sind, der durch die Koordinaten (25, 50), (75, 50), (50, 25) und (50, 75) definiert ist. Die anderen Bereiche des Videorahmens werden nur abgesucht, wenn der Marker 406 nicht innerhalb dieses Zuordnungsgitters gefunden wird.
Bei jeder Behandlungssitzung werden die rück-reflektierenden Marker 406 an den gleichen vorbestimmten Positionen auf den Körper des Patienten 402 fixiert. Zu Beginn von jeder Behandlungssitzung werden die Koordinaten für jeden rück-reflektierenden Marker 406 durch den Computer 410 trianguliert. Wenn die relative oder die absolute Positionierung der rück-reflektierenden Marker 406 falsch ist, dann erzeugt der Computer spezifische Informationen, die verwendet werden können, um diese Fehler zu korrigieren. Diese Echtzeitrückmeldung bezüglich der Position der rück- reflektierenden Marker 406 kann während der Behandlungssitzung bereitgestellt sein, so dass jeder Positionsfehler, der während der Behandlung auftritt, detektiert und korrigiert werden kann.
In einer Ausführungsform ist die Körperhaltungskorrektur manuell durch einen Therapeuten oder Assistenten durchgeführt. Der Computer 410 stellt Anweisungen auf einer Video-Anzeigevorrichtung 412 bezüglich der spezifischen Bewegung der gemessenen Körperposition bereit, die verwendet werden, um die genaue relative Positionierung des Patientenkörpers zu begründen. Zum Beispiel kann die Video-Anzeigevorrichtung 412 Informationen bezüglich der exakten x, y und z Achseneinstellungen anzeigen, die an bestimmten Körperpositionen benötigt werden, um Körperhaltungsfehler zu korrigieren. Alternativ kann der Behandlungstisch 404 Körper-Manipulations-Fixierungen aufweisen, die durch den Computer 410 gesteuert werden. In dieser Ausführungsform werden die computergesteuerten Fixierungen durch den Computer 410 bewegt, sodass die Körperhaltung des Patienten 402 automatisch eingestellt wird, um die genaue relative Positionierung der verschiedenen Körperpositionen zu begründen.
Sobald die genaue Körperhaltung etabliert ist, wird der Patient 402 in die genaue absolute Position verschoben. In einer Ausführungsform weist der Behandlungstisch 404 eine bewegbare Struktur auf, die die Lage und die Drehung betreffend eingestellt werden kann. Der gesamte Körper des Patienten 402 wird als eine einzige Einheit durch den Behandlungstisch 404 verschoben, um die genauen absoluten Koordinaten zu erreichen und um mit den Referenzkoordinaten exakt übereinzustimmen. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Bewegung des Behandlungstisches 404 durch den Computer 410 gesteuert. Sobald die Körperhaltungseinstellungen durchgeführt sind, regelt der Computer die Bewegung des Behandlungstisches 404 so, dass er den Patienten 402 in die genaue absolute Position bringt. In einer alternativen Ausführungsform wird der Behandlungstisch 404 manuell durch einen Assistenten oder einen Therapeuten manövriert, um den Patienten 402 in der korrekten absoluten Position zu platzieren. Eine Video-Anzeigevorrichtung 412 stellt Informationen im Bezug auf die genaue Bewegung des Behandlungstisches 404 bereit, die die Positionskorrektur bewirken. Feineinstellungen an der Patientenposition, um Positionsfehler von inneren Organen oder Körperstrukturen zu korrigieren, können ebenfalls durch Bewegen des Behandlungstisches 404 durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform wird die Bewegung durch den Computer 410 gesteuert. Bezugnehmend auf 5 stellt in einer Ausführungsform das System 400 ein Videobild 502 des Patienten (oder bestimmter Körperpositionen auf dem Patienten) auf einer Video-Anzeigevorrichtung 412 bereit. Das Videobild wird bereitgestellt, um einem Therapeuten oder einem Assistenten beim Positionieren des Patienten zu assistieren. Innerhalb des Videobildes 502 sind Referenzpositionen der rück-reflektierenden Marker als illuminierte Punkte 504 angezeigt. Das Echtzeitbild und die Position 508 der rück-reflektierenden Marker wird ebenfalls auf der Video-Anzeigevorrichtung 412 als illuminierte Punkte 508 angezeigt (in 5 als "x" Markierungen dargestellt), welche vorzugsweise eine unterschiedliche Form und Farbe als die Bilder der Referenzkoordinaten 504 haben. Das Echtzeitbild 510 des Patienten kann ebenfalls angezeigt werden. In einer Ausführungsform kann das Referenzbild 506 des Patienten ebenfalls auf der Video-Anzeigevorrichtung 412 angezeigt werden. Das Referenzbild 506 kann eingeschaltet werden, um das Echtzeitbild 510 des Patienten zu ersetzen, so dass nur ein einzelnes Bild des Patienten zu jedem Zeitpunkt angezeigt wird, obwohl sowohl das Referenz- als auch die Echtzeitpositionen der Marker simultan angezeigt werden.
Alternativ kann das Referenzbild 506 über oder superpositioniert über das Echtzeitbild 510 des Patienten gelegt werden, sodass beide Sätze von Bildern des Patienten zur gleichen Zeit angezeigt werden. Die Echtzeitnatur der Bildanzeige erlaubt, jede Bewegung der Marker oder bestimmter Körperpositionen auf dem Patienten unmittelbar auf der Video-Anzeigevorrichtung 412 anzuzeigen. Damit kann das Bild auf der Video-Anzeigevorrichtung 412 verwendet werden, um bei der Korrektur der Körperhaltung und der absoluten Positionsfehler zu assistieren. Zum Beispiel ermöglicht die simultane Anzeige von sowohl den Referenz- als auch den Echtzeitpositionen der Marker einem Therapeuten, visuell Einstellungen zu ermitteln, die benötigt werden, um die zwei Sätze von Markerbildern auszurichten und Positionsfehler zu korrigieren. Außerdem ermöglicht die Anzeige der Referenz- und der Echtzeitbilder des Patienten einem Therapeuten, visuell Einstellungen zu bestimmen, die benötigt werden, um Körperhaltungsfehler zu korrigieren.
Die 6a und 6b zeigen eine Ausführungsform einer Kamera 408, die in der Erfindung verwendet werden kann. Die Kamera 408 ist eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) Kamera mit einer oder mehreren photoelektrischen Kathoden und einer oder mehreren CCD-Vorrichtungen. Eine CCD-Vorrichtung ist eine Halbleitervorrichtung, die eine Ladung in örtlichen Bereichen speichern kann und die über angemessene Steuersignale diese Ladung auf einen Auslesepunkt übertragen kann. Wenn Lichtphotonen von der abzubildenden Szene auf die photoelektrischen Kathoden fokusiert sind, werden Elektronen proportional zur Lichtintensität freigesetzt, die die Kamera aufgenommen hat. Die Elektronen werden in Ladungsspeichern festgehalten, die innerhalb der CCD-Vorrichtung angeordnet sind. Die Verteilung der festgehaltenen Elektronen in den Ladungsspeichern repräsentiert das Bild, das von der Kamera aufgenommen wurde. Die CCD-Vorrichtung überträgt diese Elektronen zu einem Analog-nach-Digital-Wandler. Das Ausgangssignal des Analog-nach-Digital-Wandlers wird zu dem Computer 410 gesendet, um das Videobild zu verarbeiten und die Positionen der rück-reflektierenden Marker zu berechnen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kamera 408 eine Monochrom-CCD-Kamera mit einem RS-170 Ausgangssignal und 640 × 480 Pixel Auflösung. Alternativ kann die Kamera 408 eine CCD-Kamera mit CCIR-Ausgangssignal und 756 × 567 Pixelauflösung aufweisen.
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist ein Infrarotbeleuchter 602 ("IR-Beleuchter") zusammen mit der Kamera 408 angeordnet. Der IR-Beleuchter 602 erzeugt einen oder mehrere Strahlen von infrarotem Licht, die in die gleiche Richtung wie die Kamera 408 gerichtet sind. Der IR-Beleuchter 602 weist eine Oberfläche auf, die als Ring um die Linse 606 des Kamerakörpers 608 angeordnet ist. Die Oberfläche des IR-Beleuchters 602 enthält eine Mehrzahl von individuellen LED-Elementen 604 zum Erzeugen von Infrarotlicht. Die LED-Elemente 604 sind in einem spiralförmigen Muster auf dem IR-Beleuchter 602 angeordnet. Infrarotfilter, die ein Teil der Kamera 408 sein können, werden entfernt oder außer Funktion gesetzt, um die Sensitivität der Kamera auf infrarotes Licht zu verbessern.
Die Positionen und die Orientierungen der Kameras 408 sollten kalibriert sein, um sicher zu stellen, dass die absoluten Koordinaten der rück-reflektierenden Marker 406 genau berechnet werden. Um die Kamera 408 zu kalibrieren, wird ein Referenzziel auf dem Behandlungstisch in einer spezifischen Anordnung platziert. Das Referenzziel enthält einen Satz von gut-definierten Zielelementen in bekannter Höhe und Orientierung. Die Daten, die durch die Kameras 408 für das Referenzziel aufgenommen werden, werden verwendet, um präzise Positions- und Orientierungs-Kalibrationen durchzuführen. Mehr Informationen bezüglich der Kalibrationen von mehreren Kameras in einem Video-/optischen Abbilddungssystem können in "Close-range-Camera-Calibration", Photogrammetric Engineering, 37, 855–866 (1971) und The Handbook of Non-Topographic-Photogrammetry, Second Edition, American Society of Photogrammetry and Remote Sensing (1989), gefunden werden, die beide hierin via Bezugnahme mitaufgenommen sind.
Die 7a und 7b zeigen eine Ausführungsform eines rück-reflektierenden Marker 700, der in der Erfindung eingesetzt werden kann. Ein rück-reflektierender Marker 700 weist eine erhöhte reflektierende Fläche 702 zum Reflektieren von Licht auf. Die erhöhte reflektierende Fläche 702 weist vorzugsweise eine annähernd semi-sphärische Form auf, sodass Licht unabhängig vom Einfallswinkel der Lichtquelle reflektiert werden kann. Eine flache Fläche 704 umgibt die erhöhte reflektierende Fläche. Die Unterseite der flachen Fläche 704 stellt einen Befestigungsbereich zum Anbringen des rück-reflektierenden Markers 700 an speziellen Positionen auf einem Patientenkörper bereit. Gemäß einer Ausführungsform weist ein rück-reflektierender Marker 406 ein rück-reflektierendes Material 3M#7610WS auf, das von der 3M Corporation erhältlich ist. In einer Ausführungsform weist der rück-reflektierende Marker 700 einen Durchmesser von etwa 0.5 cm und eine Höhe des höchsten Punkts der erhöhten reflektierenden Fläche 702 von etwa 0.1 cm auf.
8 zeigt eine Vorrichtung 802, die eingesetzt werden kann, um die rück-reflektierenden Marker 700 herzustellen. Die Vorrichtung 802 weist einen Basisbereich 804 mit einem daran fixierten elastischen Ring 806 auf. Der elastische Ring 806 ist an einem Boden-Gussteil 808 mit einer Auswölbung befestigt, die sich von ihrem Zentrum aus erstreckt. Ein Betätigungshebel 810 kann betätigt werden, um den oberen Bereich 812 entlang der Abstützstangen 814 zu bewegen. Der obere Bereich 812 weist ein abgefedertes oberes Gussteil 814 auf. Das obere Gussteil 814 ist mit einer semi-sphärischen Aussparung auf seiner Unterseite ausgebildet. Bei einer Betätigung wird ein Stück des rück-reflektierenden Materials auf dem unteren Gussteil 808 platziert. Der Betätigungshebel 810 wird betätigt, um den oberen Bereich 812 in Richtung des Basisbereich 804 zu bewegen. Das rück-reflektierende Material wird zusammengedrückt und zwischen dem unteren Gussteil 808 und dem oberen Gussteil 814 geformt. Das obere Gussteil 814 bildet das obere Äußere von dem rück-reflektierendem Material in einer semi-sphärischen Form.
In einer alternativen Ausführungsform weist ein Marker 406 einen Markerblock mit einer oder mehreren Referenzpositionen auf seiner Oberfläche auf. Jede Referenzposition auf dem Markerblock weist vorzugsweise ein rück-reflektierendes oder ein reflektierendes Material auf, das durch eine optische Abbildungsvorrichtung wie etwa eine Kamera 408 detektierbar ist.
9 zeigt eine Ausführungsform eines Markerblocks 900 mit einer zylindrischen Form mit mehreren Referenzpositionen, die rück-reflektierende Elemente 902 aufweisen und an seiner Oberfläche angeordnet sind. Der Markerblock 900 kann als ein fester Block (z.B. aus Styropor) ausgebildet sein. Blöcke, die in dieser Art und Weise hergestellt sind, können vielfach wiederverwendet werden, sogar bei mehreren Patienten. Die rück-reflektierenden Elemente 902 können aus dem gleichen Material gebildet sein, dass verwendet wird, um rück-reflektierende Marker 406 der 7a und 7b zu bilden. Der Markerblock ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das leichtgewichtig genug ist, um nicht die normale Atmung des Patienten zu behindern.
Ein Vorteil des Verwendens eines Markerblocks wie etwa des Markerblocks 900 ist, dass es mit einem a-priori-Wissen von den relativen Positionen der Referenzpositionen/rück-reflektierenden Elemente 902 auf dem Markerblock 900 möglich ist, alle 6 Freiheitsgrade des Markerblockes aus einer einzelnen Kamerasicht heraus zu ermitteln. Mit anderen Worten ist nur eine einzelne Kamera erforderlich, um die absoluten Koordinaten eines Markerblocks 900 abzuleiten. Dies ergibt sich, weil die relative Positionierung zwischen den rück-reflektierenden Elementen 902 auf der Oberfläche des Markerblocks 900 bekannt sind und die absoluten Koordinaten und Ansicht-Orientierungen der Kamera 408 ebenfalls bekannt sind. Das durch die Kamera 408 detektierte Bild des Markerblocks 900 indiziert die Positionierung der sichtbaren Referenzpositionen/rück-reflektierenden Elemente 902 relativ zu der Ansicht-Orientierung der Kamera. Weil die tatsächlichen relativen Positionen zwischen den rück-reflektierenden Elementen 502 bekannt sind, können die detektierten relativen Koordinaten der sichtbaren rück-reflektierenden Elemente 902 von dem Kamerabild verwendet werden, um die absoluten Koordinaten des Markerblocks 900 abzuleiten.
Ein Markerblock kann in jeder Form oder Größe ausgebildet sein, solange die Größe, die Abstände und die Positionierung der Referenzpositionen so konfiguriert sind, dass eine Kamera oder eine andere optische Abbildungsvorrichtung ein Bild aufnehmen und erzeugen kann, dass genau die Positionierung von zumindest zwei/drei oder mehreren der Referenzpositionen zeigt. Z.B. zeigt 10 einen alternativen Markerblock 1000 mit einer hemisphärischen Form, die eine Mehrzahl von rück-reflektierenden Elementen 1002 aufweist, die an ihrer Oberfläche angebracht sind.
Der Markerblock kann in Formen ausgebildet sein, die zu bestimmten Körperteilen passen. Z.B. können Gussformen oder Abdrücke, die zu spezifischen Positionen auf dem Körper passen, als Markerblocks eingesetzt werden. Markerblöcke, die so geformt sind, dass sie zu bestimmten Bereichen des Körpers passen, ermöglichen das wiederholte Platzieren der Markerblöcke an bestimmten Positionen auf dem Patienten. Alternativ können die Markerblöcke so ausgebildet sein, dass sie zu bestimmten Fixierungen passen, die an einem Patientenkörper angebracht werden. Z.B. kann ein Markerblock innerhalb von Vertiefungen bzw. Kerben ausgebildet sein, die es ihm erlauben, an einer Brille angebracht zu sein. In noch einer anderen Ausführungsform sind die Fixierungen integral mit Markerblöcken ausgebildet, die reflektierende oder rück-reflektierende Marker auf sich aufweisen.
Eine alternative Ausführungsform des Markerblocks weist nur eine einzelne Referenzposition/ein reflektierendes Element auf seiner Oberfläche auf. Diese Ausführungsform des Markerblocks wird an Stelle von einem rück-reflektierenden Marker 406 verwendet, um bestimmte Positionen auf einem Patientenkörper mit einer optischen Abbildungsvorrichtung zu detektieren.
In einer vorangegangenen Spezifikation wurde die Erfindung unter Bezug auf spezifische Ausführungsformen davon beschrieben. Jedoch ist es offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen daran durchgeführt werden können, ohne sich von dem Umfang der Erfindung zu entfernen, wie er in den anhängenden Ansprüchen definiert ist. Z.B. können, eher als unter Verwendung von reflektierenden oder rück-reflektierenden Markern, die Koordinaten für verschiedene Körperpositionen auf einem Patienten durch Erzeugen von Bildern von bestimmten charakteristischen Punkten auf einem Patientenkörper erhalten werden. Entsprechend sind die Spezifikation und die Zeichnungen eher in einem illustrativen als in einem restriktiven Sinn zu sehen.

Claims

System zum Positionieren eines Patienten, aufweisend: eine Mehrzahl von Markern (406), die an unterschiedlichen Stellen des Patienten angeordnet sind, eine oder mehrere Marker-Detektionsvorrichtungen (408), wobei jede der einen oder mehreren Marker-Detektionsvorrichtungen (408) so konfiguriert ist, dass sie die Stellen der Mehrzahl von Markern (406) indizierende Informationen ausgibt, eine Patienten-Tragestruktur, über welche der Patient abgestützt wird, wobei die Patienten-Tragestruktur bewegbar konfiguriert ist, um den Patienten über Anweisungen zum Manövrieren des Patienten zu positionieren, und eine Steuerungsvorrichtung (410), um die ausgegebenen Informationen von jeder der einen oder mehreren Marker-Detektionsvorrichtungen (408) zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (410) einen Prozessor aufweist, der konfiguriert ist, um: die Stellen der Mehrzahl von Markern (406) zu ermitteln, eine Mehrzahl von Referenzpositionen für die jeweiligen Körperteile zu ermitteln, eine erste relative Abweichung zwischen den Stellen von der Mehrzahl von Markern zu berechnen, eine zweite relative Abweichung zwischen der Mehrzahl von Referenzpositionen zu berechnen, eine Anweisung zum Ändern eines Körperteils von dem Patienten relativ zu einem anderen Körperteil des Patienten bereitzustellen, sodass die erste relative Abweichung zur zweiten relativen Abweichung korrespondiert, und eine Anweisung zum Manövrieren des Patienten als eine einzige Einheit bereitzustellen, sodass die absolute Positionierung der Mehrzahl von Markern zu der jeweiligen absoluten Positionierung der Mehrzahl von Referenzpositionen korrespondiert.
System nach Anspruch 1, in welchem die Mehrzahl von Markern (406) rück-reflektierende Marker ausweist.
System nach Anspruch 1, in welchem die Mehrzahl von Markern (406) Markerblöcke (900) aufweist, wobei jeder der Markerblöcke (900) ein oder mehrere rück-reflektierende Elemente (902) aufweist.
System nach Anspruch 1, in welchem die eine oder die mehreren Marker-Detektionsvorrichtungen (408) eine oder mehrere Kameras (408) aufweisen.
System nach Anspruch 4, in welchem die eine oder die mehreren Kameras (408) CCD-Kameras aufweisen.
System nach Anspruch 4, in welchem jede der einen oder der mehreren Kameras (408) zusammen mit einer Lichtquelle angeordnet ist.
System nach Anspruch 6, in welchem die Lichtquelle eine Infrarot-Lichtquelle aufweist.
System nach Anspruch 4, in welchem ein Videobild des Patienten auf einer Video-Abbildungsvorrichtung (412) abgebildet ist.
System nach Anspruch 8, in welchem das Videobild Bilder von der Mehrzahl von Markern (406) aufweist.
System nach Anspruch 8, in welchem das Videobild Echtzeit-Bilder von der Mehrzahl von Markern (406) aufweist.
System nach Anspruch 8, in welchem das Videobild Bilder von Referenzpositionen für die Mehrzahl von Markern (406) aufweist.
System nach Anspruch 8, in welchem das Videobild ein Echtzeit-Bild des Patienten aufweist.
System nach Anspruch 8, in welchem das Videobild ein Bild von einer Referenzposition für den Patienten aufweist.
System nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von rück-reflektierenden Markern (406) aufweist: eine erhöhte reflektierende Fläche (702), und eine flache Fläche (704), die an der Basis der erhöhten reflektierenden Fläche angeordnet ist.
System nach Anspruch 14, wobei die erhöhte reflektierende Fläche (702) eine hemisphärische Form aufweist.
System nach Anspruch 3, wobei jeder Markerblock (900) aufweist: einen Oberflächenbereich, eine erste Referenzstelle auf dem Oberflächenbereich, eine zweite Referenzstelle auf dem Oberflächenbereich, wobei die erste Referenzstelle und die zweite Referenzstelle auf dem Oberflächenbereich so positioniert sind, dass beide Referenzstellen gleichzeitig durch die Marker-Detektionsvorrichtungen (408) detektierbar sind.
System nach Anspruch 16, in welchem die erste und die zweite Referenzstelle die rück-reflektierenden Elemente (902) aufweisen.
System nach Anspruch 16, in welchem die Markerblock (900) eine Form aufweist, die einer Patienten-Körperstelle entspricht.
System nach Anspruch 16, in welchem der Markerblock (900) so positioniert ist, dass er Licht von dem einen oder den mehreren rück-reflektierenden Elementen (902) zu den Marker-Detektionsvorrichtungen (408) reflektiert.