DE102011005439A1

DE102011005439A1 - Positioniervorrichtung

Info

Publication number: DE102011005439A1
Application number: DE102011005439A
Authority: DE
Inventors: Volker Heer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2031-03-12
Also published as: DE102011005439B4

Abstract

Bei dieser Vorrichtung werden mit mindestens einer Bildaufnahmeeinheit Zellen mit jeweils zugeordneten Angaben von Koordinaten aufgenommen und in einer nachfolgenden Mustererkennungsprozedur die Koordinaten extrahiert und für nachgeordnet Navigationsmittel Steuerimpulse in Abhängigkeit von Zielvorgaben initiiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Positionieren von Geräteeinheiten.
Geräteeinheiten, insbesondere medizinische Geräte wie z. B. mobile C-Bögen, werden für eine Röntgenbildaufnahme manuell an einen Bestimmungsort, wie z. B. an einen Operationstisch oder eine Patientenliege geschoben bzw. gefahren. Nach einer Sequenz von Röntgenaufnahmen oder einer einzelnen Röntgenaufnahme wird der mobile C-Bogen vom Einsatzort in eine Parkposition innerhalb oder an einer zum Behandlungsraum angrenzenden Örtlichkeit bewegt. Oft muss während einer Behandlung oder einem operativen Eingriff der mobile C-Bogen wieder in seine Ausgangsposition an einem Einsatzort gebracht werden um Behandlungsfortschritte bzw. Operationsverläufe zu beurteilen oder Lösungen für weitere chirurgische Fragestellungen zu finden. Für die weiteren Röntgenaufnahmen bedarf es oft einer exakten Repositionierung des mobilen C-Bogens an seinem ursprünglichen Einsatzort. Zusätzlich muss ein mit dem mobilen C-Bogen in Verbindung stehender Monitorwagen ebenso an oder von seinem Einsatzort gefahren werden.
Ein wiederholter Einsatz des C-Bogens mit und ohne Monitorwagen bringt das Problem mit sich, dass einmal eingenommene Positionen und Ausrichtungen, insbesondere des mobilen C-Bogens nur intuitiv von dem Bedienpersonal wieder angefahren werden können. Eine Ausrichtung und fortlaufende Positionierung des C-Bogens bereitet für das Bedienpersonal zusätzliche Schwierigkeiten wenn der C-Bogen beispielsweise für Röntgenpanoramabilder vom ursprünglichen Einsatzort entlang einer Linie verschoben werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Geräteinheit, insbesondere eine medizinische Geräteeinheit, und einen Behandlungsraum derart auszugestalten, dass Raumpositionen mit der Geräteeinheit reproduzierbar einnehmbar sind.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass ein medizinisches Gerät reproduzierbar an einen vorbestimmbaren Ort im Raum positionierbar ist.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die mobile C-Bogeneinheit parallel zum Operationstisch verfahrbar ist.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Zusammensetzung von Röntgenbildern aufgrund von Markierungen auf der Bodenfläche des Behandlungsraumes durchführbar ist.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Bodenfläche aufgrund von Markierungen in befahrbare und nicht befahrbare Bereiche unterteilbar ist.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass der einem medizinischem Gerät zugeordnete Monitorwagen mit diesem im Verbund verfahrbar ausgestaltbar ist.
Nachfolgend wird mittels des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein mobiles C-Bogensystem und
2 eine Flächenaufteilung.
Bei dieser Vorrichtung werden mit mindestens einer Bildaufnahmeeinheit VKn die z. B. einer Bodenoberfläche zugeordneten Raumkoordinaten aufgenommen. In einer nachfolgenden Mustererkennungsprozedur werden die Koordinaten aus den Bilddaten extrahiert und für Stellmittel, wie beispielsweise Antriebssysteme, Steuerimpulse in Abhängigkeit von Zielvorgaben initiiert.
In 1 ist schematisch stellvertretend für mobile Einheiten ein mobiler C-Bogen MC mit einem mobilen Monitorwagen MW abgebildet. Die beiden Geräteeinheiten, mobiler C-Bogen MC und mobiler Monitorwagen MW können unabhängig voneinander oder über Koppelelemente miteinander verfahren werden. Die mobilen Einheiten sind derart ausgebildet, dass sämtliche Positionen innerhalb eines Raumes mittels elektronisch steuerbarer Schrittmotoren in den Fahrgestellen des mobilen C-Bogens MC und des mobilen Monitorwagens MW angefahren werden können. Mittels beweglicher Räder in den Fahrgestellen kann das medizinische Gerät in alle Fahrtrichtungen FR gefahren und ausgerichtet werden. Der mobile C-Bogen MC weist im Fahrgestellbereich mindestens eine erste Bildaufnahmeeinheit, beispielsweise eine Videokamera VK1, auf. Die Bildaufnahmeeinheiten VKn können sowohl im Wellenlängenbereich des sichtbaren Licht wie im Infrarotbereich arbeiten. Entsprechend der Technologie der Bildaufnahmeeinheiten sind die Markierungen auf den Oberflächen beispielsweise des Bodens OPB ausgebildet. Die Videokameras VKn können mit einer CCD-Technologie ausgerüstet sein. In einer Ausgestaltung werden Bereiche des Bodens OPB, wie in 1 und 2 gezeigt, in beispielsweise rechteckige Raster R(n,m) und diese in Zellen Z(n,m) unterteilt. In der 1 sind zur Erfassung der Bodenoberfläche 3 Bildaufnahmeeinheiten, eine erste Videokamera VK1, eine zweite Videokamera VK2 und eine dritte Videokamera VKN, in den Boden des Fahrgestells des mobilen C-Bogens CW integriert. Die Raster R(n,m) können mit einer unterschiedlichen Zellendichte Z(n,m) belegt werden. Der in 1 dargestellte mobile Monitorwagen MW kann ebenso mit Bildaufnahmeeinheiten im Fahrgestell im Fußbodenbereich ausgestattet sein. Diese Bildaufnahmeeinheiten können jeweils über die Unterseite des Fahrgestells des mobilen C-Bogens MC und des Monitorwagens MW derart verteilt sein, dass jeweils die Bilddaten von einer zusammenhängenden größeren Bodenoberfläche OPB einer nachgeordneten Recheneinheit RE mit einem Mustererkennungsmodul MM in einer Bildverarbeitungseinheit BV zur Auswertung und ein Navigationsmodul NM zur Ansteuerung zur Verfügung gestellt werden. Die Bilddaten jeder Bildaufnahmeeinheit können ebenso unabhängig voneinander einer Bildverarbeitungsprozedur unterzogen und eine Standortkoordinate für den mobilen C-Bogen ermittelt werden. Aufgrund dieser kann mittels eines Navigationsmoduls NM in der Recheneinheit RE des mobilen C-Bogens dieser mittels ansteuerbarer Schrittmotoren im Fahrgestell auf vorgebbare Koordinaten ausgerichtet und dorthin verfahren werden. Ebenso ist ein Zielführungssystem möglich. So könnte mittels einer direkten Eingabe eines Zielortes an einem Eingabefeld, beispielsweise auf einem Bildschirm, der Zielort mit dem augenblicklichen Aufenthaltsort durch Navigationsmodul und/oder Recheneinheit verglichen und Bewegungsrichtungen angezeigt werden. Ist-Position und Koordinaten des Zielortes könnten auf einem Bildschirm abgebildet und über Piktogrammanzeigen dem Benutzer angezeigt werden in welche Richtung der mobile C-Bogen zu verschieben bzw. zu verfahren ist. Die Richtung in der der mobile C-Bogen bewegt bzw. verschoben werden muss, könnte auch auf einer Visualisierungseinheit des mobilen Monitorwagens angezeigt werden. Geleitet durch eine richtungsabhängige Anzeige und/oder durch akustische Signale wird der mobile C-Bogen und/oder der mobile Monitorwagen händisch oder/und unterstützt durch einen motorischen Antrieb zu seinen Zielort geschoben bzw. gefahren. Entsprechend der Aussichtung des mobilen C-Bogens MC werden die Röntgenquelle RQ und/oder die Detektoreinheit D auf einen einem Patienten zugeordneten Sollpunkt ausgerichtet. Die von den Bildaufnahmeeinheiten VK1, VK2, ..., VKn kontinuierlich aufgenommene Oberfläche des Fußbodens wird durch nachgeordnete Bildverarbeitungsprogramme in einem Mustererkennungsmodul MM in der dem C-Bogen zugeordneten Recheneinheit RE analysiert. Eine Ausrüstung des mobilen Monitorwagens MW mit einer eigenen Recheneinheit hätte zur Folge, dass dieser auch eigenständig an einen gewünschten Platz nahe des mobilen C-Bogens MC in den Einsatzbereich verfahrbar ist. Eine Datenschnittstelle zwischen dem mobilen C-Bogen MC und dem mobilen Monitorwagen MW könnte mittels einer Funkverbindung hergestellt werden. Eine lösbare Kabelverbindung wäre ebenso denkbar. In 1 sind Markierungen in Form von rechteckigen Unterteilungen auf dem Fußboden schematisch eingezeichnet. Diese Markierungen R(n,m)/Z(n,m) sind derart ausgeprägt, dass aus diesen jeweils die augenblickliche Position des jeweiligen medizinischen Gerätes nach einer Bildverarbeitungsprozedur ermittelbar ist. Zur Bestätigung einer augenblicklichen Position können eine oder mehrere Aufnahmen weiterer Bildaufnahmeeinheiten VKn analysiert und zur Berechnung der augenblicklichen Position mit weiteren Bilddaten verrechnet werden. Ausgangspunkte und/oder markante Positionen können vorbestimmt oder in Speichereinheiten der Recheneinheit RE für einen späteren Zugriff hinterlegt werden. In dieser Ausgestaltungsform sind die Markierungen auf dem Boden OPB des Behandlungsraumes rechteckförmig eingeprägt. In den einzelnen Rechtecken bzw. Rastern Rn,m sind wie in 2 gezeigt eine Vielzahl von Zellen Zn,m angeordnet. Die Anzahl der Zellen Zn,m kann je nach Positioniergenauigkeit des mobilen C-Bogens MC kleiner oder größer gehalten werden. Die Koordinaten einer Zelle Zn,m sind innerhalb eines Raumes über eine Zellennummer eindeutig bestimmbar. Mit der Zellennummer ist jeweils, bezogen auf ein dem jeweiligen Raum zugeordnetes Koordinatensystem, eine X-/Y-Koordinate verbunden. Die kodierten Koordinaten können direkt ein oder mehrmals in der Zelle Z(n,m) vermerkt sein. Zu diesen kodierten Koordinaten können jeweils noch zusätzlich mit einem Markierungspunkt MP vorgesehen sein. Mittels der Bildaufnahmeeinheiten VKn werden die z. B. kodierten Koordinaten mit den Markierungspunkten MP erfasst und in den der Bildaufnahmeeinheit Vkn nachgeordneten Verarbeitungseinheiten mittels Mustererkennungsprogrammen extrahiert und dekodiert. Durch die feste Relation der Bildaufnahmeeinheiten VKn im Fahrgestell der mobilen C-Bogeneinheit MC wird über Koordinatentransformationen der C-Bogen der mobilen C-Bogeneinheit MC punktgenau bestimmt. Ebenso können abgespeicherte Positionen im Raum punktgenau wiederholt angesteuert werden.
Der in 1 gezeigte Teil des abgebildeten schematisch aneinander gelegten rechteckförmigen Rasters R(n,m) kann je nach gewünschter örtlicher Auflösung mittels Zellen Z(n,m) unterteilt werden. Im Extremfall könnte eine Zelle Z(n,m) einem Raster R(n,m) entsprechen. Die innerhalb des Rasters R(n,m) angeordneten Zellen Z(n,m) können eine variierbare Zellenbreite ZB und Zellenlänge ZL von einigen Zentimetern bis wenige Millimeter aufweisen. Mittels der Mustererkennung können über die Zellennummer ZN, den Markierungen MP und/oder die X-/Y-Koordinaten die Örtlichkeit der Zelle Z(n,m) ermittelt werden. Ebenso kann mittels der Mustererkennung eine genaue Ausrichtung des mobilen C-Bogens zu den Raster- oder Zellenlinien erfolgen. In bestimmten Abschnitten auf der Bodenfläche des Raumes in denen der C-Bogen besonders genau und häufig zu positionieren ist, wird eine höhere Zellenzahl auf die Bodenoberfläche eingeprägt. Über die Vielzahl der Videokameras VK1, ..., VKN wird sichergestellt, dass mindestens eine Zelle Z(n,m) mit Markierungen MP und zugehörigen x, y Koordinaten und/oder Zellennummer ZN während einer Mustererkennungsprozedur selektiert und ausgewertet wird. Durch die Vielzahl der Aufnahmen von der Bodenoberfläche OPB wird mittels einer Plausibilitätsprüfung sichergestellt, dass dem mobilen C-Bogen eine eindeutige Position zugeordnet wird. In einer weiteren Ausgestaltung werden die Markierungen aus Zellen mit und ohne Ortskoordinaten, mittels eines Strichcodes kodiert und in die Zellen auf der Bodenoberfläche OPB eingebracht und von der Mustererkennung erkannt und in Koordinatendaten umgesetzt. Die Markierungen bzw. Strichcode auf dem Boden des Behandlungs- oder Operationsraumes können beispielsweise mit Hilfe von Folien RF auf diesen aufgebracht werden. Die Folie kann zum Schutz vor flächenmäßiger oder punktueller Abnützung mit einer Schutzfolie versehen werden. Die Markierungen auf den Folien oder unterhalb durchsichtiger Folien könnten ganz oder bis auf einen Teil für das menschliche Auge nicht sichtbar sein. Bei dem sichtbaren Teil könnte es sich um markante Navigationspunkte oder bevorzugte Abschnitte von Transportbahnen handeln. In einer weiteren Ausgestaltung könnten Markierungen in Form von Straßen und Wegen in der Art erfolgen, wobei die mobilen Einheiten auf diesen frei verfahrbar sind. In einer Ausgestaltungsform der Erfindung könnten Eckpunkte von Bewegungsbahnen, Parkpositionen als auch Position am Operationstisch in Speichereinheiten der Recheneinheit RE des mobilen C-Bogens MC hinterlegt bzw. eingebbar sein. Je nach Verwendung kann die mobile C-Bogeneinheit MC zwischen ausgewählten Positionen beliebig oft selbstständig verfahren werden. In einer weiteren Ausgestaltung könnten Bildaufnahmeeinheiten VKn zusätzlich seitlich und oberhalb der C-Bogeneinheit MC angeordnet werden, sodass die auf Folien aufgebrachten Markierungen an der Decke und an den Wänden aufgenommen und ausgewertet werden können. Das in 2 gezeigte einzelne rechteckförmige Feld R(n,m) ist in dieser Ausgestaltung mit einer Vielzahl von matrixartig angeordneten Zellen Zn,m gezeigt. Einer Zelle Z(n,m) mit einer vorgebbaren Zellenbreite ZB und einer Zellenlänge ZL ist jeweils eine Zellennummer ZN zugeordnet. Die Nummer dieser Zellen gibt gleichzeitig die X, Y Koordinate einer Fläche des betreffenden Raumes sowie die Eingliederung oder Orientierung in einer bestimmbaren Arbeitsebene, z. B. ein Stockwerk, wieder. Zusätzlich sind Markierungspunkte MP, beispielsweise an den Kreuzungspunkten der Zellenmarkierungen eingeprägt um die Zellnummern und/oder x, y Koordinaten einer Örtlichkeit zuzuordnen und die IST-Position des medizinischen Gerätes zu ermitteln.
Bezugszeichenliste

MC

Mobiler C-Bogen

RQ

Röntgenquelle

D

Detektoreinheit

MW

Mobiler Monitorwagen

Z(n,m)

Zelle

ZB

Zellenbreite

ZL

Zellenlänge

ZN

Zellennummer

MP

Markierungspunkt

FR

Fahrtrichtung

RF

Folie, Rasterfolie

OPB

Oberfläche

R(n,m)

rechteckförmiges Feld, Raster

VK1

erste Bildaufnahmeeinheit/Videokamera

VK2

zweite Bildaufnahmeeinheit/Videokamera

VKn

Bildaufnahmeeinheit/Videokamera

B

Bildschirm

RE

Recheneinheit

BC

Bildverarbeitungsmodul

NM

Navigationsmodul

MM

Mustererkennungsmodul

Claims

Positioniervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine Bildaufnahmeeinheit (VKn) aufweist, wobei mit dieser eine Oberfläche (OPB) aufgenommen und die der Oberfläche (OPB) zugeordneten Markierungen (ZN, MP, Koordinate) mittels einer Bildverarbeitungseinheit (BV) extrahiert und daraus deren Örtlichkeit ermittelt werden.
Positioniervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (OPB) in Zellen (Z(n,m)) unterteilte Raster (R(n,m)) aufweist und den Zellen (Z(n,m)) Markierungen (ZN, MP, Koordinate) zugeordnet sind.
Positioniervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (BV) in einer medizinischen Geräteeinheit (MC, MW) integriert ist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Zellen (Z(n,m)) unterteilten Raster (R(n,m)) Markierungen aufweisen und auf Folien abgebildet im Raum anordenbar sind.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Recheneinheit (RE) eine Bildverarbeitungseinheit (BV) mit einem Mustererkennungsmodul (MM) vorgesehen ist, wobei mittels einer in Mustererkennungsmodul (MM) durchgeführte Mustererkennungsprozedur mindestens eine einer Zelle (Z(n,m)) zugeordnete Markierung (ZN, MP, Koordinate) ermittelbar ist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Bildaufnahmeeinheiten (VKn) vorgesehen sind, wobei von den Bildaufnahmeeinheiten (VKn) jeweils die Raumkoordinaten aus den Bilddaten von der Oberfläche des aufgenommenen Untergrundes ausgewertet und die IST-Position der medizinischen Geräteeinheit (MC, MW) werden.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (RE) ein Navigationsmodul (NM) aufweist, wobei in Abhängigkeit von Zielvorgaben Steuerimpulse für die in der Fahreinheit der medizinischen Geräteeinheit (MC, MW) integrierten Schrittmotoren initiiert werden.