SE536948C2 - Mobilt medicinskt avbildningssystem - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser ett mobilt avbildningssystem (10) innefattande ett chassi (1 la)som har en främre ände och en bakre ände, där den främre änden är konfigureradatt vara införbar under en bädd på vilken en patient är belägen, en detektor (14a)med en kollimator (15) anbringad på chassit så att den kan placeras över patienteni bädden, konfigurerad att registrera bilder på ett objekt, såsom en patients hjärta,styrelektronik (12'), och en display (13). Det finns också en detektorpositions-justeringsenhet (17), monterad på chassit på dess främre ände, innefattande ettövre och ett nedre glidblock (20, 19) vart och ett innefattande en övre (20”, 19") ochen nedre del (20', 19') kopplade till varandra via ett lågfriktionsgränssnitt.Systemet innefattar vidare ett vridlagerarrangemang (21) monterat mellan det nedreglidblockets (19) övre del (19”) och det övre glidblockets (20) nedre del (20'),varigenom det övre och det nedre glidblocket sammankopplas så att de är vridbarai förhållande till varandra. Det finns även anordnat en aktuator (10) kopplad tilljusteringsenheten (17) och konfigurerad att tillhandahålla en lyftverkan för att lyftachassits (1 la) främre del till en på förhand bestämt höjd över marken, varigenomden främre änden kommer att vila endast på justeringsenheten (17). (Pig. 1)

Description

25 30 35 40 45 50 536 948 detektorpositionsjustering, monterad på chassit vid dess främre ände, innefattande ett övre och ett nedre glidblock 20, 19 vardera innefattande en övre 20”, 19” och en nedre del 202 19' kopplade till varandra via ett lågfrildionsgränssriitt; en vridlagerarrangemang 21 monterat mellan den övre delen 19” tillhörig det nedre glidblocket 19 och den nedre delen 20' av det övre glidblocket 20, varigenom det övre och det nedre glidblocket kopplas samman så att de är vridbara i förhållande till varandra. Systemet innefattar vidare en aktuator 10 kopplad till justeringsenhetenl? och konfigurerad att tillhandahålla en lyftverkan till chassits 1 la främre ände till en på förhand bestämd höjd över marken, varvid den främre änden kommer att vila endast på justeringsenheten 17.

En viktig aspekt av systemet är att det är försett med ett positioneringssystem som gör det mycket lätt att snabbt positionera apparaten korrekt för att kunna erhålla bra bilder.

Positioneringssystemet innefattar flera särdrag som gör det fördelaktigt och dessa särdrag är föremål lör beroende krav.

Ytterligare tillämpbarhet av föreliggande uppfinning kommer att framgå i den detaljerade beskrivningen som ges nedan och de bifogade ritníngarna som endast ges i illustrationssyíte och skall således inte betraktas som begränsande på uppfinningen, och i vilka Fig. 1 visar ett mobilt avbildningssystem; Fig. 2 är en vy av den mekaniska positioneringsanordningen; Fig. 3a visar positioneringsanordningen i et inoperativt tillstånd; Fig. 3b visar positioneringsanordningen i et operativt tillstånd; Fig. 4a-e illustrera en metod att bestämma den nödvändiga justeringen av detektorn; Fig. 5 illustrerar organ för att driva systemets hjul; Fig. 6 är ett exempel på en kollimator med snedställda hål; och Fig. 7 illustrerar schematiskt en metod i en uppställning med en patient.

Detaljerad beskrivning av föredragna utfóríngsforrner För att en optimal avbildning skall kunna erhållas krävs det att hjärtat (eller annat avbildat objekt) är beläget inom systemets synfält. Emellertid är det svårt att positionera detektorn vid ett exakt och korrekt läge och omjustering av apparaten något litet avstånd såsom en eller några få millimeter är oftast nödvändigt.

Ett huvudsyfte med föreliggande uppfinning är därför att tillhandahålla noggrann positionering av avbildningsapparaten genom att fintrimma/ -justera 10 15 20 25 30 35 40 45 536 948 detektorns position för att optimera avbildningsproceduren. För uppnå detta syfte tillhandahålles nya särdrag som var och en separat eller tillsammans är användbara för att optimera positioneringen.

Et annat särdrag är ett visuellt gränssnitt som innefattar åtminstone två projektioner av hjärtat tagna vid olika vinklar, och en styrenhet/beräkningsenhet som möjliggör bestämning av den optimala detektorpositionen och efterföljande noggrann positionering av detektorn.

Ytterligare ett särdrag, som är valfritt, är tillhandahållandet av en automatisk positionering av detektorn när den optimala positionen har bestämts av styrenheten.

Fig. 1 visar schematiskt en utföringsform av ett komplett mobilt avbildningssystem, allmänt betecknat 10. Det innefattar ett chassi 11a och en väsentligen vertikalt arrangerad ram llb, ett huvudskåp 12 som inrymmer styrelektronik 122 en display 13, en detektor 14a, lämpligtvis en så kallad gammakamera (eller scintillationskamera också betecknad Augerkamera) monterad på en väsentligen horisontell balk 14b monterad på ramen 1 lb, en vridbar kollimator 15, en höjdjusteringsenhet 16 och en mekanisk positioneringsenhet 17 för fintrimning av detektorpositionen. Systemet har också ett främre hjulpar FW och ett bakre hjulpar RW.

Detektorn i Fig. 6 innefattar en processor P, en förstärkare AMP, fotomultiplikator PM, en scintillationskristall SC, en kollimator med snedställda hål SHC tillverkad av bly, och schematiskt visas ett organ i vilket en substans som emitterar gammastrålning har införts.

För syftet med denna ansökan avser ”Y -riktning” systemets längdriktning och ”X-riktning” år en tvärriktning i förhållande till systemet, medan ”Z-riktning” är en vertikal riktning.

Systemet används generellt enligt följande. Eftersom det är försett med hjul det vill säga är mobilt och inte så stort är det lätt och snabbt flyttbart till en plats där en patient befinner sig, istället för att flytta patienten. När det mobila systemet anländer till patienten körs chassits främre ände 11 in under bädden på vilken patienten ligger. Detektorn placeras vid en nominell höjd så att den alltid går fri från patienten i detta moment. När den har positionerats ungefär korrekt aktiveras positionsjusteringssystemet. Detektorn 14 positioneras därvid korrekt inom endast några få minuter varefter bilder kan tas upp.

Nu kommer den mekaniska positioneringsenheten 17 att beskrivas i detalj med hänvisning till de schematiska illustrationerna i Figurerna 2 och 3a-b.

Som framgår av Fig. 1 är den mekaniska positioneringsenheten 17 företrädesvis belägen på chassit 1 la vid dess undersida, i närheten av hela apparatens främre del, det vill säga vid en position väsentligen vertikalt under detektorn 14a och kollimatorn 15. I drift aktiveras den mekaniska positioneringsenheten 10 15 20 25 30 35 40 45 536 948 17, som fungerar som en domkraft, så att ett stödelement kommer att sänkas med användning av till exempel hydraulik så att det bringas i kontakt med marken eller golvet. Fortsatt aktivering kommer att ge en uppåtriktad kraft varigenom systemets främre del lyfts. Således kommer de främre hjulen inte längre att vila mot golvet. Detta illustreras i Figurerna Sa och 3b.

I Fig. 2 visas detaljerna i positioneringssystemet 17.

Positioneringsenheten 17 är i allt väsentligt ett ”X / Y”-bord, vilket är en i sig väl känd mekanism.

Här innefattar enheten ett par element häri betecknade glidblock, ett nedre glidblock 19 och ett övre glidblock 20. Varje glidblock innefattar två delar. Det nedre glidblocket 19 har en nedre del 19' som vilar på golvet i operativt läge, det vill säga när enheten 17 har sänkts för att lyfta chassit ll, och en övre del 19” som är glidbart kopplad till den nedre delen. På samma sätt innefattar det övre glidblocket 20 en nedre del 20' och en övre del 20” som är glidbart kopplade till varandra. I en utföringsform är kopplingen en rälsliknande struktur. Emellertid kan vilket arrangemang som helst användas så länge det ger glidbarhet.

Därigenom uppvisar de respektive övre och nedre delarna i varje glidblock en mycket låg friktion sinsemellan, vilket gör dem lätt flyttbara utan att nämnvärd kraft behöver användas.

Mellan den övre delen 19” av det nedre glidblocket 19 och den nedre delen 20' av det övre glidblocket 20 finns anordnat ett lagerarrangemang 21 (vridlager) som gör det möjligt att vrida de bägge glidblocken i förhållande till varandra. Det lagerarrangemang är nödvändigt för funktionen eftersom det kommer att ta upp vinkelförskjutningen hos de två glidblocken när detektorn flyttas lateralt (X- riktning). På detta sätt medges enkel X-Y-rörelse hos hela systemet så att noggrann positionering av detektom och kollimatorenheten l4a, 15 möjliggörs.

När en korrekt position har uppnåtts låses systemet i denna position under bildregistrering.

I operativt läge är det övre glidblockets 20 övre del 20” stelt förbunden med chassit 1 1. Det nedre glidblockets 19 nedre del 19' vilar mot marken eller golvet och är således stationär under positionsjustering.

Företrädesvis är glidblocken 19 respektive 20 arrangerade vinkelrätt mot varandra om de har en icke-kvadratisk geometri.

När således justeringsanordningen 17 beñnner sig i operativt läge, så som visas i Fig. 3b, kommer vridlagerarrangemanget 21 med låg friktion att möjliggöra små rörelser med mycket liten kraftåtgång och förskjutningen av hela systemet i förhållande till marken kommer att upptas av den glidbara kopplingen mellan delarna i varje glidblock 19, 20.

Det finns också anordnat en mekanism för att sänka ner justeríngsenheten 17.

Denna mekanism innefattar i en utföringsform en linjär aktuator 23, som kan 10 15 20 25 30 35 40 45 536 948 innefatta en hydraulisk, pneumatisk eller elektrisk aktuator kopplad till en aktueringsstång 24 som också är kopplad till det övre glidblockets 20 övre del 20”. Det övre glidblockets 20 övre del 20” är också kopplad till chassit ll via länkenheter 25 i form av ok som är vridbart kopplade till den övre delen 20” och till chassit ll, som tydligt framgår av Figurerna Sa och 3b.

I icke-operativt läge (Fig. 3a) är hela positionsjusteringsenheten 17 tillbakadragen så att den går fri från marken eller golvet när det mobila avbildningssystemet transporteras. När linjäraktuatorn 23 sätts igång kommer den att dra i det övre glidblockets 20 övre del 20”, varvid hela enheten 17 kommer att svänga nedåt tack vare att kopplingsoken 25 är vridbart kopplade så som visas.

N är det nedre glidblockets 19 nedre del 19” går emot marken kommer den fortsatta dragningsverkan som utövas av linjäraktuatorn 23 att få fronten av hela det mobila avbildningssystemet att resa sig så att hjulen går fria från marken med ungefär 5 mm (Fig. 3b), tämligen likt funktionen hos en vanlig domkraft.

Som redan nämnts är det i den upplyfta positionen mycket lätt att justera detektorn med mycket ringa kraftanvändning.

För att möjliggöra en slutlig noggrann positionsjustering av detektorn i förhållande till hjärtat, tillhandahålles en metod och anordning vilka baserat på åtminstone tvä, företrädesvis tre, olika projektioner av hjärtat, upptagna vid olika rotationsvinklar för kollimatorn, möjliggör mycket fin justering av detektorns position till ett korrekt läge. Detta betecknas här ett ”siktsystem” och kommer att beskrivas med hänvisning till Figurerna 4a-e.

Genom att använda endast tvä eller tre projektioner av en komplett bild, kan avbildningen under positioneringsjusteringen utföras mycket snabbare än upptagning av en komplett bild vilket således förenklar och snabbar upp detektorns upplinjering.

För korrekt bildupptagning är det viktigt att objektet som skall avbildas ligger inom systemets synfält. I tomografi med begränsat synfält (”limited view tomography”) är synfältet en kon, en stympad kon, en dubbel kon eller en stympad dubbelkon med sin axel sammanfallande med kollirnatorns rotationsaxel.

Läget av ett objekt i förhållande till detektorn bestäms unikt av dess lägen i två olika proj ektioner upptagna vid olika kollimatorvridvinklar. Om objektet är synligt och ingår i tre projektioner upptagna vid tre olika kollimatorvridvinklar kommer det, på grund av synfältets symmetri, att föreligga inom systemets synfält.

Den föredragna utföringsformen av siktsystemet presenterar tre projektioner av objektet i fråga, häri exemplifierat av hjärtmuskeln, upptagna vid tre olika 10 15 20 25 30 35 40 536 948 kollimatorvridvinklar al, c12 and a3, typiskt 0, 120 and 240 grader, på en monitorskärm. Det som visas på monitorn för en sekvens av moment visas i Figurerna 4a-e.

Vidare presenteras tre markörer, här representerade av ringar 41, 42, 43, vilket är en föredragen utföringsfonn, på monitorskårrnen. Dessa ringar kan flyttas likt en markör på monitorskärrnen med användning av en inmatningsanordning såsom en datormus.

Speciellt kan de flyttas så att de centreras över projektionen av hjärtmuskeln som visas på monitom. Det är inte st1ikt nödvändigt att använda ringar, vilken markör som helst som kan placeras så att den centreras över objekteti fråga, till exempel ett hjärta, skulle fungera.

Således hör varje ring samman med en av hjärtprojektionerna, vilka projektioner betecknas Pl, P2 respektive P3 i det följande. I Fig. 4a visas en projektion 44. Även tyngdpunkten 45 för den triangel 46 som bildas av de tre ringarna visas, varvid en bisektrís 47 visas. Bildens gräns 48 visas också.

Operatören centrerar två av ringarna över projektionerna av det avbildade objektet med hjälp av en mus eller någon annan anordning. Två av de tre ringarna kan placeras på detta sätt. Med användning av koordinaterna för de två ringarna som positionerats manuellt beräknar systemet en tredje position i en symmetrisk triangel, och således placeras den tredje ringen automatiskt på den tredje projektionen. Ringarnas diameter kan justeras så att de passar objektet i fråga eller alternativt kan de åtminstone vara så stora att de helt och hållet kan innesluta projektionerna av det objekt som skall avbildas.

N är kameran har positionerats korrekt och projektioner har erhållits kommer varje ring att centreras över varje motsvarande projektion av objektet och varje ring kommer att lokaliseras i centrum av projektionen och inrymmas inom motsvarande projektion.

Når kollimatorn vrids för att ta upp en sekvens av projektioner skulle ringarnas position automatiskt kunna uppdateras. Det bör noteras att i ovanstående beskrivning förutses tre projektioner, det är emellertid tillräckligt med två. Den tredje projektionen, som kan uteslutas, används för ökad operatörkonfidens och bekvämlighet.

Med P1 som har koordinaterna (xl, yl) och P2 som har koordinaterna (X2, y2), 0 kollimatorhålens vinkel och R detektorns radie kommer det avbildade objektets position (x,y,z) i förhållande till detektorn att vara (skalan antas här för enkelhetsskull vara 1:l): fl - 'yfi - tgfíš ljlàtl ïgfifš tgfiflš 2} - tgflš. i) X: :gi-fi Zjyi - :gíecflyâ + :gås Q-:giki ïjl-gxâ -- X2; tg§jm2l} - :gig i) 10 15 20 25 30 35 536 948 Dessa X-, y-värden representerar positionen i ett plan, medan, såsom antytts tidigare, även höjden ovanför patienten kan behöva justeras. Denna höjd representeras av Z-värdet: z= (xl - Vidare kommer centrumkoordinaterna för P3 att vara: _ a ä I iéï= xt- cosífiïšš . f å ïšifi: es jg-'B = siiišfl :g-åf f: l De nödvändiga justeringarna av detektorns läge kommer att vara: cšx= -z åre-Y _ :R- šf l 432: ggfi' - z I? -f Dessa värden på X-, Y- och Z-rörelserna hos detektorn kommer att visas på monitorn. Därigenom är det enkelt att justera positionen.

Förskjutningen i X- och Y-riktningarna kan utföras manuellt eller med hjälp av motorer kopplade till de bakre hjulen. Förskjutningen i Z-riktningen utförs lämpligtvis genom att förflytta den horisontella balken 14b, antingen manuellt men företrädesvis med användning av en motor. Även om det är bekvämt av många skäl att ha operatörkontroll såsom har beskrivits ovan, ligger det också inom uppfinningstanken att denna process utförs automatiskt. Detta kan åstadkommas genom att använda bildigenkänningsmjukvara för att identifiera läget för tyngdpunkten av projektionen av det avbildade objektet. I ett sådant fall finns det inget behov av operatörsintervention och egentligen behövs inte någon monitorskärm för att visa projektionerna. För kontrollsyften är det emellertid icke desto mindre ett föredraget särdrag att visa projektionen för visuell verifiering av lägets korrekthet.

Sekvensen av moment då man utför metoden med operatörsintervention är som följer.

Fig. 4b visar displayen på monitorn i ett initialt läge för justering. Endast en ring 42 föreligger i korrekt läge i förhållande till hjärtat. Nu flyttas en av de andra ringarna 43 manuellt på monitorskärmen så att den täcker hjärtat, se Fig. 4c.

Tyngdpunkten 45 för den triangel som bildas av de tre ringarna förflyttas automatiskt till ett nytt läge. Därefter flyttas en tredje ring 44 automatiskt så att 10 15 20 25 30 35 40 45 536 948 den täcker en tredje projektion av hjärtat, Fig. 4d. Ånyo förändras tyngdpunkten 45 och nu kommer avvikelser mellan rådande och optimalt läge att beräknas. Denna avvikelse visas på monitorn och justeringar kan enkelt utföras antingen manuellt eller automatiskt såsom beskrivs nedan, och displayen kommer då att se ut som i Fig. 4e.

Efter justeringen kan valfritt en ny uppsättning projektioner tas upp för att verifiera lågets korrekthet.

I en automatiserad mod skulle styrelektroniken som lämpligtvis kör en bildigenkänningsmjukvara behandla data för varje bild och tillhandahålla identifieringen av tyngdpunkten för objektet i varje projektion, och beräkna den triangel som sålunda bildas, dvs som spänns upp av tyngdpunkterna. Därefter beräknas avvikelse mellan rådande och optimalt läge, såsom ovan, och justering utförs som tidigare.

Företrädesvis åstadkommes justeringen av detektorpositionen i enlighet med den beräknade erforderliga förskjutningen automatiskt. Detta kan implementeras, såsom visas i Fig. 5, genom tillhandahållande av elektriska motorer 51, 52 vilka är anordnade att driva de bakre hjulen RW av den mobila apparaten. När sålunda det är önskvärt att förflytta detektorn i Y-riktning kommer motorerna att driva varje hjul i samma riktning, medan om en rörelse i X-riktningen erfordras kommer motorerna att driva hjulen i motsatta riktningar.

För att registrera den faktiska förskjutningen under justeringsmomentet finns i en utföringsform anordnat ett organ för att detektera positionen i förhållande till marken eller golvet. Informationen avseende positionen synkroniseras med data från den mekaniska positioneringsjusteringsenheten 17, och detta möjliggör en bestämning av när detektorn har nått en optimal position.

Positionsdetektionen kan implementeras med hjälp av den teknologi på vilken en s.k. optisk mus baseras, se Fig. 3a. En bildregistreringsanordning (kamera) C registrerar kontinuerligt marken eller golvet och med hjälp av digital bildbearbetning registreras förändringar i bilden genom att sekventiellt jämföra de registrerade bilderna, och såldes kan hastigheten och riktningen för förskjutningen bestämmas. Företrâdesvis anordnas en ljuskälla såsom en LED för att förstärka bilden.

Naturligtvis skulle vilken annan typ av positionsdetektering som helst kunna användas sålänge som hastighet och riktning i förskjutningen kan registreras och återkopplas till systemet.

Metoden illustreras i någon ytterligare detalj i Fig. 7. Den innefattar registrering av på varandra följande projektioner av t.ex. ett hjärta vid olika, företrädesvis, tre olika vinklar med användning av detektorn 60. Signalerna från detektorn 60 som representerar varje projektion lagras i ett minne 62 såsom pixlar som representerar bilder som kan visas på en displayskärm eller monitor 64. 10 15 20 536 948 I en utföringsform år styrelektroniken 66 programmerade att köra en bildigenkänningsmjukvara. Således hämtas data, bildpixlar, från minnet, och styrelektroniken, genom att exekvera bildigenkänningsmjukvaran, identifiera de avbildade objekten och deras respektive tyngdpunkter och såldes koordinaterna för nämnda tyngdpunkter.

Tyngdpunkten för var och en av projektionerna som har registrerats vid olika vinklar med hjälp av detektorn representerar var och en ett hörn av en liksidig triangel, som i sin tur har en tyngdpunkt som ges direkt av koordinaterna för tyngdpunkterna i projektionerna genom enkla geometriska beaktanden.

Eftersom systemets synfält således är känt i termer av koordinater i referensramen för apparaten själv, beräknas avvikelsen i tyngdpunkter för den geometriska figur som spänns upp av dessa projektioner med hjälp av styrelektroniken, och avvikelsen presenteras som en erforderlig förskjutning av detektorn i X-, Y- och valfritt Z-riktningarna, för att detektorn skall kunna positioneras korrekt för undersökningen.

I en utföringsform matas data som representerar förskjutningarna såsom styrsignaler till ett par motorer 68 som individuellt driver de bakre hjulen 69, varvid en automatisk justering av detektorn är möjlig.

Claims (9)

536 948 PATENTKRAV:

1. Ett mobilt avbildningssystem (10) innefattande ett chassi (1 la) som har en främre ände och en bakre ände, där den främre änden är konfigurerad att vara införbar under en bädd på vilken en patient är belägen, en detektor (14a) med en kollimator (15) anbringad på chassit så att den kan placeras över patienten i bädden, konfigurerad att registrera bilder på ett objekt, såsom en patients hjärta, styrelektronik (12'), en display (13): kännetecknat av en detektorpositionsjusteringsenhet (17), monterad på chassit på dess främre ände, innefattande - ett övre och ett nedre glidblock (20, 19) vart och ett innefattande en övre (20”, 19") och en nedre del (20*, 19') kopplade till varandra via ett lågfriktionsgränssnitt; - ett vridlagerarrangemang (21) monterat mellan det nedre glidblockets (19) övre del (19”) och det övre glidblockets (20) nedre del (20'), varigenom det övre och det nedre glidblocket sammankopplas så att de är vridbara i förhållande till varandra; och ytterligare innefattande en aktuator (23) kopplad till justeringsenheten (17) och konfigurerad att tillhandahålla en lyftverkan för att lyfta chassits (1 la) främre del till en på förhand bestämt höjd över marken, varigenom den främre änden kommer att vila endast på justeringsenheten (17).

2. Systemet enligt krav 1, där delarna (19', 19", 20', 20") tillhöriga varje glidblock (19, 20) är sammankopplade medelst glidskenor med låg friktion, så att de endast är linjärt rörliga i förhållande till varandra.

3. Systemet enligt krav 1 eller 2, där det finns ytterligare anordnat en väsentligen vertikalt arrangerad ram (1 lb) anbringad på chassit (1 la), och där detektorn är monterad på en väsentligen horisontell balk (l4b) monterad på ramen (1 lb).

4. Systemet enligt krav 1, 2 eller 3, ytterligare innefattande en detektorhöj djusteringsenhet (16).

5. Systemet enligt något av föregående krav, där detektorn är en gammakamera.

6. Systemet enligt något av föregående krav, ytterligare innefattande organ för att förflytta detektorn den önskade förskjutníngen.

7. Systemet enligt krav 6, där organet för att förflytta detektorn innefattar elektriska motorer kopplade till ett bakre hjul vardera, styrt med hjälp av styrelektroniken att vrida bakhjulen i enlighet med den erforderliga förskjutningen, så att för förflyttning i en längdriktning (X) drivs bägge bakhjulen i samma riktning, och för förflyttning i en tvärriktning W) drivs bakhjulen i motsatta riktningar.

8. Systemet enligt något av föregående krav, där chassit (1 la) har ett par främre hjul (FW) och ett par bakre hjul (RW). 10 536 948

9. Systemet enligt krav 8, innefattande drivorgan (51, 52) konfigurerade att driva varje bakhjul separat, i bägge riktningarna, i gensvar på de beräknade förskjutningarna i X- och Y-riktningarna. 11