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Gebiet der
Erfindung
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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.
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Stand der
Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung schafft ein System zum Positionieren eines Patienten gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
1.
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Vorteilhafte
weitere Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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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.
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1 ist
ein Prozess-Flussdiagramm, das Aktionen auf hoher Ebene zeigt, die
in einer Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt
werden.
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2 zeigt
eine Vielzahl von Referenz-Körperpositionen,
die auf einem Patientenkörper
angeordnet sind.
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Die 3a bis 3e illustrieren
die Anwendung einer Ausführungsform
der Erfindung, um eine relative und eine absolute Position eines
Patienten zu korrigieren.
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4 zeigt
ein System zum Messen und Korrigieren einer Patientenposition gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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5 illustriert
eine Video-Anzeigevorrichtung und ein Beispiel eines Videobildes.
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6a ist
eine Seitenansicht einer Kamera, die mit der Erfindung eingesetzt
werden kann.
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6b ist
ein Frontansicht der Kamera aus 6a.
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7a ist
eine Schnittansicht eines rück-reflektierenden
Markers, der in der Erfindung verwendet werden kann.
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7b ist
eine perspektivische Ansicht des rück-reflektierenden Markers aus 7a.
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8 zeigt
eine Vorrichtung, die eingesetzt werden kann, um den rück-reflektierenden
Marker aus den 7a und 7b herzustellen.
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9 zeigt
eine Ausführungsform
eines Markerblocks.
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10 zeigt
einen alternativen Markerblock.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsformen
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Prozess-Überblick
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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System der
Erfindung
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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.
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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.
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Tabelle
1 stellt Beispiele von Referenzkoordinaten bereit, die für die Körperpositionen 206, 208, 210 und 212 gemessen
sein können:
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wie
dargestellt, stellt der Anweisungspfeil 213 eine spezifische
Führung
für die
Richtung der Korrektur sowie für
die erforderliche Größe der Korrektur
bereit.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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-PentiumTM-basierten Prozessor
auf, auf dem Microsoft Windows NTTM 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.