DE102016213050A1

DE102016213050A1 - Bewegungssteuerung eines Röntgengerätes

Info

Publication number: DE102016213050A1
Application number: DE102016213050.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Gemmel; Gerhard Kleinszig; Wei Wei; Markus Weiten
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungssteuerung eines Röntgengerätes (2). Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine medizinische Vorrichtung (1) mit einem Röntgengerät (2) sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens. Um eine verbesserte Bewegungssteuerung für ein Röntgengerät (2) bereitzustellen, wird ein Verfahren mit folgenden Schritten vorgeschlagen: eine Lageänderung (30) eines Zeigeelements (16) wird erfasst, diese Lageänderung (30) des Zeigeelements (16) wird als Geste erkannt, anhand der erkannten Geste wird eine Bewegung (25, 34, ...) des Röntgengerätes (2) gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungssteuerung eines Röntgengerätes. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine medizinische Vorrichtung mit einem Röntgengerät sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.
In der Medizin werden zur Diagnostik und Therapie oftmals Röntgenprojektionsbilder von bestimmten Bereichen des Körpers, also einer ausgewählten Körperregion, eines Patienten angefertigt. Dabei soll eine Röntgenaufnahme nicht nur den ausgewählten Bereich zeigen, sondern diesen unter einem bestimmten Blickwinkel, also aus einer bestimmten bzw. gewünschten Richtung, darstellen, damit die Körperregion in gewünschter Art und Weise erscheint. Um dies zu erreichen, muss das Röntgengerät korrekt positioniert werden und zwar so, dass der Zentralstrahl des Röntgengeräts aus einer gewünschten Richtung und an einer gewünschten Position auf den Patienten trifft.
Um die Positionierung des Röntgengerätes zu vereinfachen und um vor der eigentlichen Untersuchung unnötige Röntgenaufnahmen zur Positionierung des Röntgengeräts zu vermeiden, wird in US 9,039,283 ein Verfahren beschrieben, bei dem die gewünschte Lage des Zentralstrahls, mit der das Röntgenprojektionsbild einer ausgewählten Körperregion eines Patienten erzeugt wird, zunächst mit einem eine Zeigegerade anzeigenden Zeigeelement angezeigt und die Lage der Zeigegeraden anschließend von einer Erfassungseinheit erfasst wird. Eine Steuer- und Auswerteeinheit ermittelt aus der gegenwärtigen Lage des Zentralstrahls und der Lage der Zeigegeraden, also der gewünschten Lage des Zentralstrahls, ein Maß für die Abweichung und stellt dieses zum Einstellen der gewünschten Lage des Zentralstahls bzw. der gewünschten Position und Orientierung des Röntgengeräts bereit.
Gemäß diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt ein Zeigeelement, welches die Lage einer Zeigegeraden anzeigt, derart in Relativposition zum Patienten gebracht, dass die Lage der Zeigegeraden mit der gewünschten Lage des Zentralstrahls zusammenfällt. Mit anderen Worten wird durch die Lage des Zeigeelements bzw. der Zeigegeraden der gewünschte Eintrittspunkt des Zentralstrahls in den Patienten sowie die gewünschte Richtung des Zentralstrahls vorgegeben. Das Zeigeelement kann hierbei frei wählbar an jeder beliebigen Stelle und in beliebigem Abstand, z.B. auch direkt am Patienten aufgesetzt, in Bezug zum Patienten platziert werden, was eine flexible Festlegung der gewünschten Lage des Zentralstrahls ermöglicht.
In einem zweiten Schritt werden die Lage der Zeigegeraden und die Lage des am Röntgengerät aktuell eingestellten Zentralstrahls mit Hilfe einer Erfassungseinheit erfasst. Mit anderen Worten werden die gegenwärtige Position und Orientierung des Zentralstrahls und somit auch des Röntgengeräts sowie der durch die Zeigegerade festgelegte gewünschte Eintrittspunkt und die Zeigerichtung erfasst.
In einem letzten Schritt wird ein Maß für die Abweichung zwischen der Lage der Zeigegeraden und der aktuell eingestellten Lage des Zentralstrahls ermittelt. Hierfür ist z.B. eine Steuer- und Auswerteeinheit mit geeigneter implementierter Software vorhanden, die aus der von der Erfassungseinheit erfassten Lage der Zeigegeraden und der Lage des aktuell eingestellten Zentralstrahls eine Lagedifferenz ermittelt und zur Weiterverarbeitung bereitstellt. Mit anderen Worten berechnet die Steuer- und Auswerteeinheit einen räumlichen Differenzwert zwischen aktuell eingestelltem und gewünschtem Zentralstrahl und gibt diesen in Form einer Lagebeziehung und/oder geeigneter Koordinaten aus.
Das Maß für die Abweichung kann anschließend zum Einstellen der gewünschten Lage des Zentralstrahls herangezogen. Mit anderen Worten kann das Röntgengerät anhand der Lagedifferenz so positioniert werden, dass Position und Orientierung des Zentralstrahls mit der Lage der Zeigegeraden zusammenfällt und keine Abweichung zwischen beiden mehr existiert.
Durch dieses Verfahren wird erreicht, dass das Röntgengerät korrekt an der gewünschten Position in einer gewünschten Orientierung platziert werden kann, ohne dass vorhergehende Röntgenprojektionsbilder zum Einstellen der gewünschten Lage des Zentralstrahls aufgenommen werden müssen. Dadurch wird die Strahlenbelastung für den Patienten und das medizinische Personal reduziert und der erforderliche Zeitaufwand gesenkt. Das Anzeigen der gewünschten Lage des Zentralstrahls durch das Zeigeelement vereinfacht zudem Anweisungen und die nötige Kommunikation zwischen Chirurg und medizinischem Fachpersonal bei der Positionierung des Röntgengeräts, sodass eine problemlose und benutzerfreundliche Positionierung des Röntgengerätes ermöglicht wird.
Die zur Ausführung dieses Verfahrens in US 9,039,283 beschriebene medizinische Vorrichtung sieht vor, dass das Zeigeelement in Form eines Stifts ausgebildet sein kann, so dass die Zeigegerade mit einer Längsachse des Stifts zusammenfällt. Vorzugsweise sind an dem Zeigeelement optische Marker angebracht, die von Videokameras als Erfassungseinheit detektiert werden können. Daraus lässt sich dann die Lage des Zeigeelements bestimmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Bewegungssteuerung für ein Röntgengerät bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine medizinische Vorrichtung nach Anspruch 5 bzw. durch ein Computerprogramm nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Computerprogramm und umgekehrt.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Bewegungssteuerung eines Röntgengerätes und umfasst die folgenden Schritte: eine Lageänderung eines Zeigeelements wird erfasst, diese Lageänderung des Zeigeelements wird als Geste erkannt, anhand der erkannten Geste wird eine Bewegung des Röntgengerätes gesteuert. Bei dem Röntgengerät handelt es sich vorzugsweise um ein Röntgengerät, das zur Erzeugung eines Röntgenbildes einer Körperregion eines Patienten ausgebildet ist, insbesondere mittels Röntgenprojektionsbildern. Unter einer Lageänderung wird eine Änderung von Position und/oder Orientierung des Zeigeelements gegenüber einer Ausgangslage verstanden.
Die erfindungsgemäße medizinische Vorrichtung umfasst ein Röntgengerät, ein Zeigeelement, eine Erfassungseinheit zur Erfassung der Lageänderung des Zeigeelements und eine Steuer- und Auswerteeinheit zur Erkennung der Lageänderung als Geste und zur Steuerung einer Bewegung des Röntgengerätes anhand der erkannten Geste.
Eine Kernidee der Erfindung ist es, das aus US 9,039,283 bekannte Zeigeelement nicht nur zum Einstellen des Zentralstrahls des Röntgengerätes einzusetzen, sondern zum Ausführen bzw. Zeigen einer Geste zu verwenden und damit als weiterentwickeltes Eingabemittel für die Steuer- und Auswerteeinheit. Anders ausgedrückt wird die Funktionalität des Zeigeelements um die Steuerung der Bewegung des Röntgengeräts durch das Zeigen definierter Gesten erweitert. Anstelle der sonst üblichen Steuerungen über Hand- oder Armgesten wird also die Verwendung eines Hilfsmittels vorgeschlagen, bei dem es sich vorzugsweise um ein Zeigeelement handelt, wie es bereits aus US 9,039,283 bekannt ist.
Es ist besonders vorteilhaft für eine verbesserte Steuerung des Röntgengerätes, wenn die erfindungsgemäße Verwendung des Zeigeelements mit der in US 9,039,283 beschriebenen Verwendung zur Einstellung des Zentralstrahls kombiniert wird. Eine solche Kombination ist besonders deshalb von Vorteil, weil der Benutzer, insbesondere ein Chirurg, der ohnehin bereits an die Verwendung von Instrumenten als die natürliche Arbeitsweise gewöhnt ist, das Zeigeelement bereits zur Einstellung des Zentralstrahls in der Hand hält und unmittelbar im Anschluss daran die erfindungsgemäße Bewegungssteuerung vornehmen kann bzw. unmittelbar im Anschluss an die Bewegungssteuerung eine Einstellung des Zentralstrahls vornehmen kann. Eine solche kombinierte Verwendung ist jedoch nicht zwingend notwendig. Auch eine Verwendung allein zur Bewegungssteuerung im erfindungsgemäßen Sinn ist denkbar.
Im einfachsten Fall kann das aus US 9,039,283 bekannte Zeigeelement, insbesondere in der Ausführung mit optischen Markern, für die Realisierung der vorliegenden Erfindung ebenso verwendet werden, wie das dort beschriebene Erfassungssystem, insbesondere wenn das Erfassungssystem Kameras zur Erfassung der Lage des Zeigeelements anhand der Marker umfasst.
Im Unterschied zu der dort beschriebenen Technik, bei der eine Erfassung und Auswertung der Lage (d.h. der Position und der Orientierung) des Zeigeelements vorgenommen wird, also eine eher statische Betrachtung der Situation erfolgt und die hieraus erhaltenen Steuerinformationen folgerichtig auf die Ausrichtung des Zentralstrahls beschränkt sind, wird mit der vorliegenden Erfindung die Erfassung und Auswertung einer Lageänderung vorgeschlagen. Es erfolgt also eine eher dynamische Betrachtung der Situation, bei der es dem Benutzer mit Hilfe des Zeigeelements möglich ist, Gesten anzuzeigen. Eine Lageänderung bzw. Bewegung des Zeigeelements wird, beispielsweise unter Verwendung statistischer Verfahren und durch Vergleichen mit Referenzmustern, als vordefinierte Geste erkannt. Die hieraus erhaltenen Informationen werden als Steuersignale oder zur Erzeugung von Steuersignalen für eine Steuerung des Röntgengerätes verwendet, insbesondere und vorzugsweise für eine Bewegungssteuerung des Röntgengerätes. Darunter wird, vorzugsweise ausschließlich, die Steuerung der motorischen Antriebe des Röntgengerätes verstanden, die für die Bewegung des Röntgengerätes und/oder die Bewegung von Röntgengeräteteilen verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird demnach die Bewegung des Röntgengerätes gesteuert, indem ein der Geste zugeordnetes Steuersignal an einen motorischen Antrieb des Röntgengeräts ausgegeben wird.
Die mit Hilfe von erfindungsgemäß erzeugten Steuersignalen durchgeführte Bewegungssteuerung des Röntgengerätes umfasst insbesondere die Steuerung von Verfahrbewegungen des Röntgengerätes. Handelt es sich bei dem Röntgengerät um ein C-Bogen-Röntgengerät, dann betrifft diese Bewegungssteuerung insbesondere die motorisch angetriebene Bewegung des C-Bogens in der C-Bogen-Halterung, also die Änderung des Angulations- und/oder Orbitalwinkels, sowie das vertikale Verfahren des C-Bogens durch motorisch angetriebenes Anheben bzw. Absenken der Hubsäule bzw. das horizontale Verfahren des mit motorisch angetriebenen Rädern versehenen Gerätewagens. Ganz besonders vorteilhaft einsetzbar ist die vorliegende Erfindung also bei vollständig motorisierten Röntgengeräten. Mit Hilfe der Erfindung kann ein solches Röntgengerät auf besonders einfache Weise bewegt und im Bezug auf den Patienten geeignet positioniert werden.
Unter einer Geste wird dabei nicht nur ein bestimmter Bewegungsablauf, mit anderen Worten eine einer bestimmten Bewegungsbahn folgende Lageänderung des Zeigeelements im Sinne eines Orts- und/oder Positionswechsels, verstanden. Vorzugsweise umfasst eine Geste im Sinne der Erfindung darüber hinaus auch die Art und Weise der Ausführung der Bewegung, beispielsweise die Geschwindigkeit (schnell/langsam), mit der eine bestimmte Lageänderung vorgenommen, die Bewegungsbahn durchlaufen wird, bzw. der Geschwindigkeitsverlauf (beschleunigen/verzögern). Bei dem Erfassen einer Lageänderung bzw. dem Erkennen einer Geste werden vorzugsweise beide Aspekte berücksichtigt, so dass auch bei der Bewegungssteuerung des Röntgengerätes auf der Grundlage der erkannten Geste beide Aspekte eine Rolle spielen können.
Da das Erfassen und Erkennen der Gesten berührungslos erfolgt, wird mit der Erfindung zugleich ein hinsichtlich der Bewegungssteuerung berührungslos gesteuertes medizinisches Röntgengerät bereitgestellt. Berührt wird lediglich das Zeigeelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dieses ist jedoch problemlos steril bereitstellbar und kann von dem Benutzer, beispielsweise einem Chirurgen, ohne weiteres auch im Operationsraum unter sterilen Bedingungen verwendet werden. Die Erfindung stellt somit auch eine einfache und preiswerte Möglichkeit einer sterilen Bedienung eines Röntgengerätes zur Verfügung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Zeigeelement vor der Erfassung der Lageänderung in eine Relativposition zu dem Patienten gebracht. Das bedeutet, dass das Zeigeelement vorzugsweise nicht nur als eine an einem beliebigen Ort benutzbare „Fernbedienung“ für die Bewegungssteuerung des Röntgengerätes verwendet wird, sondern als ein am Patienten, insbesondere in unmittelbarer Nähe zu dem Patienten, benutzbares Hilfsmittel. Durch die Nähe zu dem Patienten ist es dem Benutzer, beispielsweise dem Chirurgen, vergleichsweise einfach möglich, ein korrekte Bewegungssteuerung des Röntgengerätes in Bezug auf den Patienten vorzunehmen, insbesondere in solchen Anwendungsfällen, in denen die mit Hilfe des Zeigeelements gezeigte Geste Richtungsinformationen umfasst, beispielsweise solche, die sich auf die Lage des Röntgengerätes und/oder die Lage des Patienten beziehen.
Es hat sich in diesem Zusammenhang als ganz besonders vorteilhaft für eine intuitive Erfassung der Lage des Zeigeelements durch den Benutzer sowie eine intuitive Steuerung der Bewegung des Röntgengeräts erwiesen, wenn das Zeigeelement vor der Erfassung der Lageänderung auf den Patienten aufgesetzt wird. Das Aufsetzen erfolgt dabei vorzugsweise auf denjenigen Körperbereich des Patienten, von dem die Röntgenaufnahmen erzeugt werden sollen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der medizinischen Vorrichtung ist das Zeigeelement in Form eines Stifts ausgebildet, so dass die zum Einstellen des Zentralstrahls verwendete Zeigegerade mit einer Längsachse des Stifts zusammenfällt. Die Stiftform ist auch deswegen besonders vorteilhaft, weil hierdurch das Zeigeelement besonders sicher von der Hand des Benutzers gehalten werden kann und das Zeigen von Gesten auf diese Weise besonders einfach und intuitiv ausgeführt werden kann. Bei Verwendung eines Zeigeelements in Form eines Stifts erfolgt das Aufsetzen auf den Patienten vorzugsweise mit dem unteren Ende des Stiftes, das zu diesem Zweck vorteilhafterweise mit einer Spitze zum besonders präzisen und sicheren Aufsetzen versehen ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird demnach das Zeigeelement mit der Hand gehalten und bewegt. Dadurch ist eine sehr einfache Platzierung des Zeigeelements möglich, die keinen zusätzlichen gerätetechnischen Aufwand oder aufwendige Positionierung des Zeigeelements selbst erfordert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden für eine schnelle und zuverlässige Erfassung von Lage und Lageänderung des Zeigeelements am Zeigeelement angeordnete Marker verwendet. Bei Verwendung eines Zeigeelements in Form eines Stifts sind die Marker vorteilhafterweise an dem der Spitze gegenüberliegenden oberen Ende des Zeigeelements angeordnet, weil in diesem Fall die Wahrscheinlichkeit am größten ist, dass dieses Ende bei einem Halten des Zeigeelements mit der Hand von allen Seiten frei sichtbar und nicht von der Hand verdeckt ist.
Bei den Markern handelt es sich vorzugsweise um optische Marker, insbesondere solche, die im Bereich des sichtbaren Lichts erfasst werden können. In diesem Fall ist es vorzugsweise vorgesehen, das Zeigeelement mit einer Anzahl optischer Kameras als Erfassungseinheit zu detektieren. Diese Videokameras können dabei sowohl detektor- als auch röhrenseitig angebracht sein. Bei den optischen Markern handelt es sich beispielsweise um längs und/oder quer zu der Längsachse des Zeigeelements angebrachte farbige Striche, die von den Videokameras detektiert werden können. Alternative Markerformen und -typen sind möglich. So hat sich beispielsweise eine Ausführung als besonders geeignet erwiesen, bei der an dem Zeigeelement mehrere auf definierte Art und Weise zueinander angeordnete Flächen mit definierter geometrischer Form zur Aufnahme von optischen Marken vorgesehen sind. Daraus lässt sich dann die Lageänderung des Zeigeelements bestimmen.
Vorzugsweise wird eine optisch arbeitende Erfassungseinheit verwendet, so dass die Lageänderung des Zeigeelements optisch, vorwiegend im Bereich des sichtbaren Lichts oder im Infrarot-Bereich, erfasst wird. Die optische Erfassung kann sowohl mit einer einzelnen Kamera, als auch mit einer Stereokamera erfolgen, wobei die jeweiligen Kamerapositionen kalibriert sind.
Die Erfassungseinheit ist vorzugsweise direkt am Röntgengerät angebracht. So wird die Registrierung der Koordinatensysteme von Erfassungseinheit und Röntgengerät zueinander auf einen Minimalaufwand beschränkt und eine möglichst große Überschneidung des Erfassungsbereichs mit dem Projektionsbereich des Röntgengeräts erreicht. Die Erfassungseinheit ist jedoch in jedem Fall kalibriert, so dass die Transformation zwischen dem Zentralstrahl und der Hauptachse des Erfassungsbereichs für die jeweilige Position der Erfassungseinheit bekannt ist.
Vorzugsweise weist die Erfassungseinheit einen Erfassungsbereich auf, der den Projektionsbereich des Röntgengeräts umfasst, d.h. nach Möglichkeit größer als dieser ist. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Erfassungseinheit mehrere Teileinheiten, deren Erfassungsbereiche sich zumindest teilweise überdecken. Dadurch wird die Genauigkeit bei der Erfassung der Lageänderung des Zeigeelements erhöht. Es versteht sich von selbst, dass das Zeigeelement zur Durchführung des Verfahrens im Kamerafeld, also im Erfassungsbereich der Kameras, positioniert wird, da anderenfalls eine Erfassung nicht möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Zeigeelement vor der Erfassung der Lageänderung senkrecht ausgerichtet. Darunter wird insbesondere eine Ausrichtung verstanden, bei der die Längsachse des Zeigeelements im Wesentlichen senkrecht im Raum steht. Dies hat sich einerseits als vorteilhaft für eine besonders sichere Gestenerkennung erwiesen, sowie andererseits als besonders vorteilhaft für ein besseres räumliches Verständnis sowie eine leichtere Zuordnung der Bewegung des Zeigeelements zum Patienten durch den Benutzer. Auch diese Vorteile sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Geste Richtungsinformationen umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Zeigeelement zur Lageänderung um seine Längsachse gedreht und/oder in beliebiger Richtung geneigt oder gekippt. In allen Fällen ist es für eine sichere Ausführung der Bewegung und eine zuverlässige Gestenerkennung von Vorteil, wenn das Zeigeelement zuvor auf den Patienten aufgesetzt worden ist. Andere Lageänderungen des Zeigeelements sind ebenfalls möglich, insbesondere in Verbindung mit einer anderen Ausgangslage, insbesondere in Verbindung mit einer nicht-senkrechten, vorzugsweise waagerechten Ausgangslage, wie sie vor allem bei einer freihändigen Platzierung des Zeigeelements zur Anwendung kommen kann.
Vorzugsweise bei auf dem Patienten aufgesetztem Zeigeelement, grundsätzlich aber auch in solchen Fällen, in denen das Zeigeelement nicht aufgesetzt ist, sondern von dem Benutzer frei gehalten wird, erfolgt bei Verwendung eines Zeigeelements in Form eines Stifts eine erste bevorzugte Bewegung derart, dass das Zeigeelement um seine Längsachse gedreht wird, und eine zweite bevorzugte Bewegung derart, dass das eine, vorzugsweise untere Ende des Zeigeelements feststeht bzw. festgehalten wird, während das andere, obere Ende des Zeigeelements eine Bewegung in einem Bewegungsraum vollführt, der die Form eines umgedrehten Kegels hat, dessen Kegelspitze durch das untere, vorzugsweise aufgesetzte Ende des Zeigeelements bestimmt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann rechnergestützt durchgeführt werden. Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung lässt sich im Wesentlichen durch die Bereitstellung eines geeigneten Computerprogramms realisieren. Eine kostenaufwändige Änderung der Hardware ist dazu nicht unbedingt erforderlich. Bei der Recheneinheit zur Ausführung des Computerprogramms handelt es sich vorzugsweise um die Steuer- und Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen medizinischen Vorrichtung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Computer umfaßt und zumindest eines der folgenden Mittel als Computerprogramm ausgeführt ist:
die Mittel zum Erfassen einer Lageänderung des Zeigeelements, die Mittel zum Erkennen einer Lageänderung des Zeigeelements als Geste, die Mittel zum Steuern eine Bewegung des Röntgengerätes anhand der erkannten Geste.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße medizinische Vorrichtung mit einem C-Bogen-Röntgengerät,
2 ein beispielhaftes Zeigeelement. Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt eine erfindungsgemäße medizinische Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 umfasst neben einer Erfassungseinheit 22 und einer Steuer- und Auswerteeinheit 26 ein vollständig motorisch verstellbares Röntgengerät 2 mit einer Röntgenquelle 4 und einem Röntgendetektor 6, die beide wiederum an den Enden eines Trägers in Form eines C-Bogens 8 angebracht sind. Zwischen der Röntgenquelle 4 und dem Röntgendetektor 6 befindet sich ein hier schematisch dargestellter Patient 10 auf einer Liege 12. Das Röntgengerät 2 nimmt Röntgenprojektionsbilder entlang eines von der Röntgenquelle 4 zum Röntgendetektor 6 verlaufenden Zentralstrahls 14 auf.
Die medizinische Vorrichtung 1 umfasst weiter ein Zeigeelement 16, welches in diesem Beispiel stiftförmig ausgebildet ist. Das Zeigeelement 16 wird mit dem unteren spitzen Ende 15 seines Schaftes 7 direkt am Patienten 10 platziert. Außerdem wird es senkrecht ausgerichtet, so dass die Längsachse 11 des Zeigeelements 16 senkrecht steht. In dem hier illustrierten Beispiel ist dies exakt am Eintrittspunkt 20 des Zentralstrahls 14, so wie bei der Verwendung des Zeigeelements 16 bei der Einstellung des Zentralstrahls 14. An dem oberen Ende 17 des Zeigeelements 16 ist am Schaft 7 eine Art Polyeder mit neun in verschiedene Richtungen weisende Flächen 18 vorgesehen, auf denen optische Marker 19 angebracht sind. Die quadratischen Flächen 18 sind dabei derart zueinander angeordnet, dass sie an ihren Verbindungskanten miteinander einen Außenwinkel von 120° bilden. Die Marker 19 sind derart ausgebildet, dass sie von einer Anzahl Videokameras 22a–d erfasst werden können, welche die Erfassungseinheit 22 bilden. Dem Fachmann sind hierzu zahlreiche Möglichkeiten bekannt, beispielsweise die Verwendung farbiger oder reflektierender Oberflächen als Marker. Das Zeigeelement 16, einschließlich seiner Marker, ist vorzugsweise als ein rein passives Instrument ausgeführt und enthält keine elektrischen Komponenten. Es kann daher dem Benutzer, hier einem Chirurgen, auf einfache Weise steril zur Verfügung gestellt werden. Der Chirurg kann das Zeigeelement 16 einhändig und direkt am OP-Feld verwenden. Das Zeigeelement 16 ist unabhängig von dem Röntgengerät 2 handhabbar. Es ist nicht mit dem Röntgengerät 2 verbunden, weder körperlich noch auf andere Weise.
Im nächsten Schritt erfasst die Erfassungseinheit 22 die Ausgangslage 31 des Zeigeelements 16. Die Erfassungseinheit 22 weist hierfür mehrere Teileinheiten 22a bis 22d auf, deren Erfassungsbereiche 24 sich zumindest teilweise überdecken. Die Teileinheiten 22a–d sind in diesem Ausführungsbeispiel direkt am Röntgengerät 2 angebracht, jeweils zwei Teileinheiten 22a, b auf der Seite der Röntgenquelle 4 und zwei Teileinheiten 22c, d auf der Seite des Röntgendetektors 6. Die Erfassungseinheit 22 ist kalibriert, d.h. die Lage der Erfassungseinheit 22 und deren Erfassungsbereich 24 zum Röntgengerät 2 und dem Zentralstrahl 14 sind bekannt.
Erfolgt nun, ausgehend von der Ausgangslage 31, eine Lageänderung 30 des Zeigeelements 16, vollführt also der Chirurg, der das Zeigeelement 16 in seiner Hand hält, eine Bewegung aus der Ausgangslage 31 heraus, dann erfasst die Erfassungseinheit 22 in einem nächsten Schritt diese Lageänderung des Zeigeelements 16. Eine beispielhafte Lageänderung ist in 1 mit Pfeil 30 bezeichnet. Die Ausgangslage 31 ist vorzugsweise eine bewegungslose Lage des Zeigeelements 16, beispielsweise die senkrecht ausgerichtete Lage an dem Patienten 10. Die Ausgangslage 31 kann aber auch eine Lage sein, die das Zeigeelement 16 während einer beabsichtigten oder unbeabsichtigten Bewegung des Zeigeelements 16 zu einem beliebigen Zeitpunkt aufweist.
Anschließend führt die Steuer- und Auswerteeinheit 26, die in dem hier skizzierten Beispiel als Teil des Röntgengeräts 2 implementiert ist, eine Gestenerkennung durch, indem es die Lageänderung 30 auswertet und mit gespeicherten Mustern vergleicht. Mit Hilfe einer entsprechend ausgebildeten Steuer- und Auswerteeinheit 26 können auch Gesten erkannt werden, die „aus der Bewegung heraus“ vorgenommen werden, also nicht von einer definierten Ausgangslage ausgehen. Diese Gestenerkennung verhindert, dass beliebige erfasste Lageänderungen automatisch in ein Steuersignal umgewandelt und zur Bewegung des Röntgengerätes 2 verwendet werden. Dies ist ausschließlich solchen Lageänderungen vorbehalten, die als Geste erkannt werden.
Wird eine bestimmte Geste erkannt, gibt die Steuer- und Auswerteeinheit 26 ein entsprechendes Steuersignal an den betreffenden motorischen Antrieb (nicht dargestellt) des Röntgengeräts 2 aus und es erfolgt automatisch eine dem Steuersignal entsprechende Bewegung des Röntgengerätes 2. Die Bewegung wird anhand der erkannten Geste gesteuert. Das Steuersignal kann dabei ein der Geste oder einer Gestenabfolge unmittelbar zugeordnetes Signal sein oder aber es kann sich um ein Signal handeln, das sich aus der erkannten Geste oder einer erkannten Gestenabfolge auf der Grundlage einer weiterführenden Berechnung, beispielsweise einer Bahnkurvenberechnung, ergibt.
Bei der gesteuerten Bewegung des Röntgengerätes 2 handelt es sich vorzugsweise um eine Verfahrbewegung des Röntgengerätes 2, insbesondere die motorisch angetriebene Bewegung des C-Bogens 8 in der C-Bogen-Halterung 9, also die Änderung des Angulationswinkels, angedeutet mit Pfeil 27, oder des Orbitalwinkels, angedeutet mit Pfeil 28, und/oder das vertikale Verfahren des C-Bogens 8 durch ein motorisch angetriebenes Anheben bzw. Absenken der Hubsäule 29, angedeutet durch Pfeil 25, und/oder das horizontale Verfahren des mit motorisch angetriebenen Rädern 32 versehenen Gerätewagens 33, angedeutet durch Pfeil 34. Vorzugsweise wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 26 anhand der erkannten Geste eine neue Soll-Pose des C-Bogens 8 berechnet und es werden, unter Verwendung von Informationen zu der aktuellen Ist-Pose des C-Bogens 8, diejenigen Steuersignale erzeugt, die dafür benötigt werden, diese neue Pose anzufahren.
In einem Beispiel, wie in 1 dargestellt, erfolgt hierdurch die Steuerung einer Translationsbewegung des Röntgengerätes 2. Das Zeigeelement 16 wird als eine Art Joystick zur Feinpositionierung des Röntgengerätes 2 mit Hilfe des motorisierten Gerätewagens 33 verwendet. Hierzu wird das im Kamerafeld 24 senkrecht ausgerichtete Zeigeelement 16 wie ein Joystick in die gewünschte Fahrrichtung 21 gekippt und diese Lageänderung 30 wird erfasst. Die Erfassungseinheit 22 erfasst einerseits die Richtung und andererseits den Kippwinkel oder aber die Geschwindigkeit, mit der das Zeigeelement 16, ausgehen von einer zuvor erfassten Ausgangsposition 31, gekippt wurde. Die durch diese Lageänderungsinformationen definierte Geste wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 26 erkannt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 26 errechnet daraus die Bewegungsrichtung und/oder Bewegungsgeschwindigkeit und steuert die entsprechenden Antriebe (nicht abgebildet) der Räder 32 auf geeignete Weise an. Die Bewegungsfreigabe und -durchführung kann dabei über einen separaten Fußschalter (nicht abgebildet) des Röntgengerätes 2 erfolgen.
In einem anderen Beispiel erfolgt die Steuerung einer Rotationsbewegung des Röntgengerätes 2. Dabei wird das Zeigeelement 16 senkrecht ausgerichtet und um seine Längsachse 11 gedreht. Die Erfassung der Lageänderung, die Gestenerkennung und Ansteuerung erfolgt entsprechend der bei der Translation beschriebenen Vorgehensweise. Im Ergebnis wird beispielsweise der C-Bogen 8 des Röntgengerätes 2 um das aktuelle Drehzentrum gedreht, solange das Zeigeelement 16 um seine Längsachse 11 gedreht wird.
In einem anderen Beispiel erfolgt eine Steuerung einer Automatikfahrt des Röntgengerätes 2 in eine gewünschte Richtung. Der Chirurg zeigt mit dem Zeigeelement 16 eine bestimmte Fahrtrichtung an. Danach wird diese Richtung in einer Automatikfahrt angefahren, z.B. bei einer Panoramabildgebung, bei der, beispielsweise durch seitliches Verfahren des Röntgengerätes 2, eine Bildfolge erzeugt und später zu einer Panoramaaufnahme zusammengesetzt wird.
In einem anderen Beispiel erfolgt eine Steuerung einer sonstigen vordefinierten Fahrt des Röntgengerätes 2. Hierzu wird für jede vordefinierte Fahrt, beispielsweise die Fahrt des Röntgengerätes 2 in eine Parkposition, eine eindeutige Geste definiert. Führt der Chirurg die Geste mit dem Zeigeelement 16 aus, wird die entsprechende vordefinierte Fahrt durchgeführt. Das Durchführen der Fahrt kann hier, wie auch in allen anderen Fällen, dem Chirurgen vorher mitgeteilt werden, beispielsweise in Form einer Visualisierung.
Weitere applikationsspezifische Gesten sind möglich, beispielsweise das Anzeigen von Start- und Endposition einer Panoramafahrt bei der Panoramabildgebung. Ebenfalls möglich sind spezielle Start- und/oder Stopp-Gesten, welche den Beginn bzw. das Ende der Gestenerkennung und der gestengesteuerten Bewegungssteuerung des Röntgengeräts 2 angeben. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Zeigeelement 16 nicht nur als Hilfsmittel zur Gestensteuerung, sondern zugleich, beispielsweise unmittelbar vor oder nach der Bewegungssteuerung, auch zum Einstellen des Zentralstrahls 14 verwendet wird. Eine solche kombinierte Verwendung des Zeigeelements 16 als dediziertes medizinisches Hilfsinstrument ist ebenfalls ein schutzwürdiger Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassend beschreibt das Ausführungsbeispiel, wie ein aus US 9,039,283 zur einfachen Einstellung des Zentralstrahls eines Röntgengerätes bereits bekanntes passives Zeigeelement 16 mit optischen Markern 19 für einen weiteren Anwendungszweck genutzt werden kann, nämlich als Hilfsmittel zum Anzeigen von beliebigen Gesten, auf deren Grundlage anschließend eine Bewegungssteuerung des motorisierten Röntgengerätes 2 erfolgt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: medizinische Vorrichtung
2: Röntgengerät
4: Röntgenquelle
6: Röntgendetektor
7: Schaft
8: C-Bogen
9: C-Bogen-Halterung
10: Patient
11: Längsachse
12: Liege
14: Zentralstrahl
15: unteres Ende
16: Zeigeelement
17: oberes Ende
18: Fläche
19: Marker
20: Eintrittspunkt
21: Fahrtrichtung
22: Erfassungseinheit
22a–d: Videokamera
24: Erfassungsbereich
25: Vertikalbewegung
26: Steuer- und Auswerteeinheit
27: Angulationswinkel
28: Orbitalwinkel
29: Hubsäule
30: Lageänderung
31: Ausgangslage
32: Rad
33: Gerätewagen
34: Horizontalbewegung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9039283 [0003, 0009, 0014, 0014, 0015, 0016, 0049]

Claims

Verfahren zur Bewegungssteuerung eines Röntgengerätes (2), mit folgenden Schritten: – eine Lageänderung (30) eines Zeigeelements (16) wird erfasst, – diese Lageänderung (30) des Zeigeelements (16) wird als Geste erkannt, – anhand der erkannten Geste wird eine Bewegung (25, 34, ...) des Röntgengerätes (2) gesteuert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Röntgengerät (2) motorisch verstellbar ist und die Bewegung des Röntgengerätes (2) gesteuert wird, indem ein der Geste zugeordnetes Steuersignal an einen motorischen Antrieb des Röntgengeräts (2) ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Zeigeelement (16) mit der Hand gehalten und bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lageänderung (30) des Zeigeelements (16) optisch erfasst wird.
Medizinische Vorrichtung (1) mit einem Röntgengerät (2), einem Zeigeelement (16), einer Erfassungseinheit (22) zur Erfassung der Lageänderung (30) des Zeigeelements (16) und einer Steuer- und Auswerteeinheit (26) zur Erkennung der Lageänderung (30) als Geste und zur Steuerung einer Bewegung des Röntgengerätes (2) anhand der erkannten Geste.
Medizinische Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, bei der bei der das Röntgengerät (2) ein C-Bogen-Röntgengerät ist.
Medizinische Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, bei der das Zeigeelement (16) stiftförmig ausgebildet ist.
Medizinische Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der das Zeigeelement (16) optische Marker (19) aufweist und die Erfassungseinheit (22) eine Kamera umfasst.
Computerprogramm mit Computerprogrammanweisungen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit ausgeführt wird.