FI79458B - Foerfarande och anordning foer styrning av en behandlingsanordning. - Google Patents

Description

1 79458

Menetelmä ja laitteisto hoitolaitteen ohjaamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto hoitolaitteen ohjaamiseksi, tarkemmin sanottuna keksintö kos-5 kee menetelmää ja laitteistoa potilaan liikkeen, esimerkiksi hengitysliikkeen aiheuttaman virheen eliminoimiseksi hoitotilanteessa. Menetelmässä muodostetaan potilaan hoitoalueelle merkki, ja seurataan merkin hetkellistä sijaintia määrittämällä jatkuvasti merkin sijaintikoordinaa-10 tit.

Sädehoidossa potilaan tahattomat liikkeet häiritsevät hoidon osuvuutta, toisin sanoen potilaan liikkeet aiheuttavat sen, ettei hoito osu tarkalleen haluttuun kohteeseen, esimerkiksi kasvaimeen. Tällaisia tahattomia 15 liikkeitä on pyritty estämään erilaisilla fiksaatiojärjestelmillä, kuten esim. kipsi- tai polyuretaanlmuoteilla, joilla potilaan asento pyritään pitämään vakaana. Järjestelyistä huolimatta potilaan kaikkia liikkeitä, mm. hen-gitysliikettä ei voida poistaa. Ulkoisen liikkeen lisäksi 20 hengitykseen liittyy rintakehän ja pallean alueella sisäelinten liikettä. Tästä johtuen vaihtelee sen väliaineen määrä ja laatu, jonka kautta hoitosäde kulkee kohteeseensa (esim. kasvaimeen), jolloin siis sädeannoksen määrä ko. alueella vaihtelee. Kohteen liikkeestä johtuen tuhotaan 25 myös tarpeettomasti tervettä kudosta sen ympäriltä.

Edellä mainitut ongelmat eivät liity ainoastaan sädehoitoon, vaan liike aiheuttaa virhettä myös esimerkiksi isotooppi- ja magneettikuvauksessa (NMR). Isotooppikuvauk-sessa liikkuvat säteilylähteinä toimivat sisäelimet, jol-30 loin kuviin tulee epätarkkuutta. Magneettikuvauksessa (NMR) aiheuttaa liike vastaavalla tavalla kuviin liike-epätarkkuutta .

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin päästä eroon edellä mainituista potilaan liikkeen mukanaan tuo-35 mistä haitoista ja aikaansaada menetelmä ja laitteisto, 2 79458 jossa erityisesti hengitysliikkeen aiheuttamat virheet hoitoon tai kuvaukseen voidaan eliminoida. Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä siten, että hoito-laittelle annetaan portitussignaali sen käyttämistämisek-5 si, kun sijaintikoordinaatit vastaavat annettujen rajojen puitteissa ennaltamäärättyjä vertailukoordinaatteja. Keksinnön mukaiselle laitteistolle puolestaan ovat tunnusomaisia patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa kuvatut piirteet. Kun tässä yhteydessä siis puhutaan hoitolait-10 teestä, ei sillä tarkoiteta ainoastaan esim. sädehoitolai-tetta, vaan myös kuvauslaitetta tai muuta vastaavaa laitetta, Jonka käytön yhteydessä potilaan liike aiheuttaa virhettä, ja jota pystytään liipaisemaan riittävän nopeasti esim. hengityssyklin kestoon nähden.

15 Keksinnön mukaisena perusajatuksena on siten, "py säyttää" liike, esim. hengitysliike, vapina jne., niin, että hoito tai kuvaus toteutetaan jaksottain aina samassa vaiheessa liikettä, jolloin esim. sädehoidon tapauksessa voidaan etukäteen määrittää hoitokohteen sijainti tässä 20 liikkeen vaiheessa.

Keksinnön mukaisesti voidaan laitteistoa käyttää myös potilaan identifioimiseen merkin muodon avulla.

Keksinnön mukaisella järjestelyllä saavutetaan ennen kaikkea tarkempi osuvuus ja parempi annostarkkuus 25 sädehoidossa. Isotooppi- ja magneettikuvauksessa voidaan kuvan tarkkuutta parantaa, koska hengitysliikkeen aiheuttamat epätarkkuudet poistuvat.

Potilaan hoitoalueelle muodostettava merkki on esimerkiksi valolähteellä, kuten esim. laserilla aikaansaata-30 va valoviiva, jonka hetkellistä sijaintia seurataan kuvan-tunnistuslaitteen, esim. videokameran avulla. Tällaisella järjestelyllä saavutetaan useita lisäetuja. Valoviivan avulla voidaan helposti todeta hengitysliikkeen kulloinenkin vaihe ja tunnistaa potilas sen avulla, koska valovii-35 van kulloinenkin sijainti ja sen muoto on riippuvainen 3 79458 potilaasta, esimerkiksi potilaan hengitystavasta. Käyttämällä edellä mainittua kuvantunnistuslaitteen ja valolähteen yhdistelmää saadaan valoviivan kulloisetkin koordinaatit yksinkertaisesti selville, jolloin niitä voidaan 5 käyttää hyväksi jatkokäsittelyssä. Videokameran videosignaali voidaan suoraan syöttää TV-monitoriin ja seurata siitä valoviivan sijaintia. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti valoviivan x-koordinaatit määritetään videosignaalin joka toisen puolikuvan jokaisella juo-10 valla, jolloin juovan järjestysnumero kyseisessä puoliku-vassa vastaa y-koordinaattia.

Keksinnön muita etuja selvitetään vielä seuraavas-sa yksityiskohtaisemmassa kuvauksessa, jossa keksintöä selitetään viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerk-15 kiin, jossa kuvio 1 esittää osittain perspektiivikuvantona ja osittain lohkokaaviomuodossa keksinnön mukaisen laitteiston kokoonpanoa, kuvio 2 esittää tarkemmin kuvion 1 mukaista digi-20 tointiyksikköä, ja kuvio 3 esittää havainnollisesti keskusyksikön suorittamia loogisia operaatioita, joiden perusteella porti-tussignaali annetaan hoitolaitteelle.

Kuviossa 1 makaa potilas 1 hoitopöydällä 2, jonka 25 vieressä on kaaviomaisesti esitetty hoitolaite 3, joka voi edellä mainittuun tapaan olla esimerkiksi sädehoito- tai kuvauslaite. HeNe-laseri11a 4 aikaansaadaan potilaan rintakehän ja pallean alueelle valoviiva 5. Tasomaisen säteen aikaansaamiseksi on laserissa sylinterilinssi 6. Valovii-30 van tyypillinen pituus on noin 25 cm. Valoviivaa 5 seurataan videokameran 7 avulla, joka on määrätyssä kulmassa a laseriin 5 nähden. Kamerassa on suodatin 8, joka päästää ainoastaan laserin aallonpituuden omaavan säteilyn lävitseen, jolloin kameraan yhdistetyllä monitorilla 8 näkyy 35 ainoastaan valoviiva 5. Kamerana 7 käytetään esim.

4 79458 newvidicon-tyyppistä kameraa. Kuviossa 1 ei selvyyden vuoksi ole esitetty laserin 4 ja kameran 7 kiinnitystä. Tämä voidaan luonnollisestikin tehdä usealla tavalla. Kameralta johdetaan videosignaali paitsi monitoriin 8 myös 5 varsinaiseen signaalinkäsittely-yksikköön, jossa ensimmäisenä asteena on digitointiyksikkö 9. Digitointiyksikössä lasketaan valoviivan 5 kulloinenkin sijainti, toisin sanoen määrätään sen paikka ja muoto. Digitointiyksikkö on kytketty keskusyksikköön 10, joka sisältää ohjelmamuistin 10 (ROM) 10a. Keskusyksikkö 10 voi olla esim. Z 80-tyypin prosessori.

Keskusyksikkö 10 vertailee kulloistakin digitoin-tiyksikön määrittämää valoviivan 5 paikkaa ja muotoa etukäteen määritettyyn referenssikäyrään, ja antaa ulostu-15 loonsa portituspulssin GP, joka käynnistää hoitolaitteen silloin, kun potilaan sijainti on pysynyt muuttumattomana tai potilas on takaisin ennalta määrätyssä valheessa, toisin sanoen silloin, kun valoviivan ja referenssikäyrän paikka ja muoto vastaavat toisiaan ennalta määrätyissä ra-20 joissa. Referenssikäyrä on yksi mittaustulos, joka on etukäteen tehty kullekin potilaalle. Kuvauksella on etukäteen määritelty sisäelinten paikat mittauskäyrän suhteen. Hoitolaitteen 3 nousuaika on kolme kertaluokkaa pienempi kuin esimerkiksi hengitysjakson aika, joten keskusyksikön 10 25 suorittama liipaisu on riittävän nopea.

Keskusyksikköön 10 on kytketty näppäimistö- ja näyttöyksikkö 11. Tältä yksiköltä hoidetaan keskusyksikön ohjelmointi ja laitteiston toimintatavan asettelu. Toiminta tapa voi olla edellä kuvattu toimintatapa, jossa hoito-30 laitetta portitetaan suoritettujen mittausten ja vertailujen perusteella, tai se voi olla vain osa tästä esim. sellainen, jossa ainoastaan mitataan valoviivan 5 paikkaa, mutta ei portiteta hoitolaitetta 3. Tätä toimintatapaa voidaan myöhemmin esitettävällä tavalla käyttää potilaan 35 sijainnin kontrolloimiseen. Toimintatapana voi olla myös 5 79458 referenssikäyrän luku keskusyksikön muistiin. Näppäimistöstä syötetään sisään myös toleranssit, joita käytetään vertailussa. Toleranssit määritetään kullekin potilaalle erikseen, ja ne riippuvat esimerkiksi hengitysllikkeen 5 laajuudesta. Ns. normaalihengittäjillä on hengitysliikkeen suuruus luokkaa 1 cm, palleahengittäjillä puolestaan 2-3 cm.

Keskusyksikköön 10 on kytketty lisäksi mikrotietokone 12, jota käytetään mittaustietojen dokumentointiin. 10 Kuviossa 2 esitetään tarkemmin digitointiyksikön 9 rakennetta. Kameralta 7 tuodaan videosignaali VS liittimeen 13, joka on kytketty komparaattorin 14 toiseen si-säänmenoon. Toiseen sisäänmenoon on kytketty potentiometri 15, jolla asetetaan komparaattorille 14 vertailujänni-15 te Vref, johon videosignaalin VS amplitudia verrataan. Komparaattorin 14 ulostulo on kytketty kolmiasentoiselle kytkimelle 16, jota ohjataan komparaattorin ulostulon perusteella. Kytkimen 16 ulostulo on kytketty laskurin 17 sisäänmenoon 18, jolloin kytkin 16 kytkee laskurin sisään-20 menon 18 joko oskillaattorin 19 tai jakajan 20 ulostuloon tai maahan. Näitä asentoja on merkitty vastaavasti numeroilla I, II ja III. Laskurin 17 nollaussisäänmenoon 21 on kytketty liittimen 22 kautta videosignaalin juovatah-distuspulssit LSYNC, jotka on kytketty myös toisen lasku-25 rin 23 sisäänmenoon 24. Laskurin 23 nollaussisäänmenoon 25 on puolestaan kytketty liittimen 26 kautta kenttätah-tipulsseja vastaavat pulssit RES H, jotka nollaavat laskurin 23 aina puolikuvan 312 juovan jälkeen. Laskuri 17 on kytketty kytkimelle 27 ja laskuri 23 kytkimelle 28. 30 Kytkimet 27 ja 28 ovat kaksiasentoisia siten, että kumpikin laskuri 17 ja 23 on kytkettävissä joko muistille 29 tai muisti 29 on kytkettävissä väyläpiirin 30 ja väylän 31 kautta keskusyksikölle 10. Laskuri 17 on kytkimen 27 kautta kytketty muistin 29 datasisäänmenoon 32 ja laskuri 35 23 on vastaavasti kytketty kytkimen 28 kautta muistin 29 osoitesisäänmenoon 33.

6 79458

Seuraavassa selitetään tarkemmin digitointiyksikön 9 toimintaa. Videosignaalin VS jokaisen juovan alussa on kytkin 16 asennossa I, jolloin laskuri 17 alkaa jokaisen juovan alussa laskea oskillaattorista 19 tulevia pulsseja.

5 Oskillaattorin taajuus on 12 MHZ. Kun videosignaalin taso ylittää potentiometrillä 15 asetetun referenssijännitteen Vr.f , toisin sanoen silloin, kun valoviiva 5 alkaa näkyä kyseisellä juovalla, siirtyy kytkin 16 asentoon II, jolloin laskurin 17 sisäänmeno 18 on kytketty jakajan 20 10 ulostuloon. Jakaja 20 jakaa oskillaattorin 19 taajuuden kahdella. Laskuri 17 laskee jakajasta 20 tulevia pulsseja niin kauan kuin videosignaalin taso ylittää referenssita-son Vref, toisin sanoen niin kauan kuin valoviiva 5 näkyy kyseisellä juovalla. Kun valoviiva 5 lakkaa näkymästä juo-15 valla, siirtyy kytkin 16 asentoon III, jossa laskurin 17 sisäänmeno 18 on maadoitettu. Laskurin 17 saavuttama lukema vastaa nyt valoviivan 5 keskipisteen sijaintia kyseisellä juovalla. Toisin sanoen, suoraan oskillaattorista 19 saatujen pulssien lukumäärä vastaa valoviivan etureunan 20 paikkaa juovalla, ja kun siihen lisätään valoviivan kes-toaikana jakajasta 20 saadut pulssit, vastaa lukema valo-viivan 5 keskipisteen sijaintia kyseisellä juovalla. Tämä lukema toimii siis valoviivan x-koordinaattina, ja y-koor-dinaatti on suoraan kyseisen juovan järjestysnumero. Kun 25 kytkin 16 on kytkeytynyt asentoon III, talletetaan x-koor-dinaatti muistiin 29 muistipaikkaan, jonka osoite vastaa laskurin 23 laskemaa juovan järjestysnumeroa. Seuraavan juovan alussa nollaa liittimestä 22 tuleva juovatahdistus-pulssi LSYNC laskurin 17 ja kasvattaa samalla laskurin 23 30 lukemaa yhdellä. Samalla siirtyy kytkin 16 asentoon I, ja seuraavan juovan x-koordinaatti lasketaan samalla tavalla kuin edellä, jonka jälkeen taas tämä koordinaattipari talletetaan muistiin. Kun puolikuvan kaikki 312 juovaa on käyty läpi, on muistiin 29 talletettu 312 pisteen koordi-35 naatit siten, että kunkin pisteen y-koordinaatti on suo- 7 79458 raan juovan järjestysnumero (1-312) ja x-koordinaatti vastaa kullakin juovalla saatua laskurin 17 lukemaa. Puoli-kuvan lopussa nollataan laskin 23 liittimen 26 kautta syötetyllä pulssilla RES H. Seuraavan puolikuvan aikana ei 5 mittausta tehdä, vaan koordinaatit määritetään ainoastaan joka toisella puolikuvalla.

Keskusyksikkö 10 vertailee kunkin puolikuvan mittaustuloksia referenssikäyrään, joka on aikaisemmin talletettu keskusyksikön muistiin 10a. Referenssikäyrältä 10 valitaan haluttu lukumäärä vertailupisteitä, ja kunkin vertailupisteen kohdalla määritetään erikseen, ovatko va-loviivan 5 koordinaatit määrätyn toleranssin sisällä vertailupisteen koordinaateista. Seuraavassa tätä selitetään esimerkinomaisesti olettaen, että referenssikäyrältä on 15 valittu suunnilleen tasavälein kahdeksan vertailupistettä siten, että ne ovat juovia 15, 55, 95, 135, 175, 215, 255 ja 295 vastaavat referenssikäyrän pisteet. Keskusyksikkö 10 hakee väylän 31, väyläpiirin 30 ja kytkimien 28 ja 27 kautta muistin 29 kyseisiä järjestysnumerolta vastaavista 20 kahdeksasta muistipaikasta kunkin juovan x-koordinaatin ja vertaa tätä referenssikäyrän vastaavan juovan x-koor-dlnaattlin. Kukin vertailu saa tulokseksi binääriarvon 1, jos kyseisen juovan x-koordinaatti on annetun toleranssin sisällä referenssikäyrän vastaavan juovan x-koordinaatis-25 ta, ja muuten arvon 0. Näin saaduilla kahdeksalla binääri-arvolla suoritetaan loogisia operaatioita, joiden tuloksesta riippuu, annetaanko hoitolaitteelle portitussignaali vai ei.

Kuviossa 3 on havainnollistettu loogisia operaa-30 tloita esimerkillä, jossa kahdeksaa pistettä vastaavat vertailutulokset on jaettu neljäksi pariksi, jotka kukin syötetään TAI-portin sisäänmenoihin. Juovia 15 ja 55 vastaavien vertailujen binääriset tulokset syötetään siten TAI-portin 32a sisäänmenoihin, juovia 95 ja 135 vastaavien 35 vertailujen tulokset TAI-portin 32b sisäänmenoihin, jne.

8 79458

Jokaisen TAI-portin ulostulo on kytketty JA-portin 33 vastaavaan; sisäänmenoon. JA-portin ulostulo vastaa siten portitussignaalia GP, toisin sanoen hoitolaite 3 Hipaistaan, mikäli; JA-portin 33 ulostulossa on looginen arvo 5 "1". Loogisella arvolla ”0" ei liipaisua suoriteta. Lii paisu suoritetaan siis ainoastaan silloin, kun jokaisessa pisteparissa ainakin toinen on toleranssin sisällä.

Kuviossa 3 on loogisia operaatioita esitetty lan-goitetun logiikan avulla ainoastaan asian havainnollista-10 miseksi. Käytännössä nämä toimenpiteet suoritetaan ohjelmallisesti keskusyksikössä 10, ja kriteereitä, joiden perusteella liipaisusta päätetään, voidaan muuttaa potilaskohtaisesti riippuen hoitoalueen liikeominaisuuksista.

Keksinnön mukaista laitteistoa on mahdollista käyt-15 tää sellaisenaan myös potilaan paikalleen asetteluun. Koska sädehoitoa annetaan toistuvasti, on tärkeätä, että potilas on jokaisella hoitokerralla oikealla kohdalla tutkimuspöydällä 2. Käyttämällä keksinnön mukaista laitteistoa siten, ettei hoitolaitetta ole vielä kytketty päälle, 20 voidaan portitussignaalin avulla asetella potilas jokaisella hoitokerralla oikealle kohdalleen. Lisäksi laitteella voidaan varmistaa, että potilas pysyy paikallaan myös sen ajan, joka hoitajalta kuluu hoitohuoneesta poistumiseen ja hoitolaitteen käynnistämiseen.

25 Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten ja alan asiantuntijalle ilmeisen tietämyksen puitteissa. Niinpä voi lait-30 teisto sisältää kaksikin kameraa, jotka eri kulmista tark-kailevat samaa valoviivaa siten, että niiden näkemät alueet menevät osittain päällekkäin. Näin varmistetaan se, ettei potilas siirry sellaisessa kulmassa, jota kamera ei havaitsisi. Samoin, vaikka edellä olevassa esimerkissä 35 vertailu suoritettiin vertailemalla ainoastaan x-koordi- 9 79458 naatteja, voitaisiin vertailu yhtä hyvin tehdä kuminankin koordinaatin suunnassa.

Normaalin kuvaputkella varustetun videokameran sijasta voidaan myös käyttää CCD-kennolla varustettua ns.

5 matriisikameraa, jolloin digitointi tapahtuu normaaliin, edellä kuvattuun tapaan. Edellä mainitut kamerat voidaan myös korvata digitaalikameralla, jolloin kameran ulostulona on x,y-koordinaatit suoraan ja valoisuus z. Tällöin kuva luetaan tietokoneen muistiin ja tunnistaminen tapah-10 tuu ohjelmallisesti. Edelleen kamerat voidaan korvata viivaelementtikamerasarjalla, jolloin yksi kamera vastaa kiinteää x:n arvoa ja y-koordinaatti saadaan digitointi-yksikössä edelläkuvatulla tavalla laskureiden avulla.

Claims (7)

10 79458

1. Menetelmä potilaan (1) liikkeen aiheuttaman virheen eliminoimiseksi hoitotilanteessa, jossa menetelmässä: 5. muodostetaan potilaan (1) hoitoalueelle merkki (5), ja - seurataan merkin (5) hetkellistä sijaintia määrittämällä jatkuvasti merkin (5) sijaintikoordinaatit, tunnettu siitä, että 10. hoitolaitteelle (3) annetaan portitussignaali (GP) sen käynnistämiseksi, kun sijaintikoordinaatit vastaavat annettujen rajojen puitteissa ennaltamäärättyjä vertailukoordinaatteja.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa 15 merkkinä (5) käytetään valoviivaa, tunnettu siitä, että valoviivan (5) x-koordinaatit määritetään videosignaalin joka toisen puolikuvan jokaisella juovalla, jolloin juovan järjestysnumero kyseisessä puolikuvassa vastaa y-koordinaattia.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritettyjen sijaintikoordi-naattien ja ennaltamäärättyjen vertailukoordinaattien vertailemiseksi valitaan referenssikäyrältä haluttu lukumää-*: rä vertailupisteitä, ja kunkin vertailupisteen kohdalla *: 25 määritetään, ovatko valoviivan (5) koordinaatit tietyn to leranssin sisällä kyseisen vertailupisteen vertailukoordi-naateista.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kunkin vertailupisteen koh-30 dalla määrityksen tulosta edustavilla binääriarvoilla suoritetaan operaatioita, joiden tuloksesta riippuu, annetaanko portitussignaali (GP) hoitolaitteen (3) käynnistämiseksi. ►' 5. Laitteisto potilaan (1) liikkeen aiheuttaman 35 virheen eliminoimiseksi hoitotilanteessa, joka laitteisto 11 79458 käsittää - elimet (4, 6) merkin (5) muodostamiseksi potilaan hoitoalueelle, ja - elimet (7, 8, 9) merkin hetkellisen sijainnin 5 määrittämiseksi jatkuvasti, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi elimet (10) hoitolaitteen (3) käynnistämiseksi, kun merkin (5) sijainti annettujen rajojen puitteissa vastaa ennaltamäärättyä vertailuasemaa.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, 10 tunnettu siitä, että elimet hoitolaitteen (3) käynnistämiseksi käsittävät digitointiyksikölle (9) kytketyn keskusyksikön (10), joka digitointiyksikön laskemia koordinaatteja vertailemalla määrää hoitolaitteen (3) käynnistyshetken.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukaisen laitteis ton käyttö potilaan identifioimiseen merkin (5) muodon avulla. i2 79458