DE102016223930B4

DE102016223930B4 - Verfahren, Anordnung, Computerprogrammprodukt und computerlesbares Medium zur automatischen Ermittlung des Patientengewichts mit einer Patientenlagerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016223930B4
Application number: DE102016223930.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Krämer; Matthias Müller; Josef Zeidler
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2023-01-26
Anticipated expiration: 2036-12-02
Also published as: US20180153484A1; US10806410B2; CN108132083A; DE102016223930A1; CN108132083B

Abstract

Verfahren zur automatischen Ermittlung eines Patientengewichts eines auf einer der Tischplatte (2) einer Patientenlagerungsvorrichtung (1) liegenden Patienten (10), dadurch gekennzeichnet, dass durch eine elektromotorische Bewegung der Tischplatte (2) entlang mindestens einer vorgebbaren Achse (3) mittels eines elastisch wirkenden Antriebsstrangelements (4) die Tischplatte (2) in eine Schwingung versetzt wird und dass aus einer ermittelten Frequenz der Schwingung das Patientengewicht ermittelt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anordnung, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium zur automatischen Ermittlung eines Patientengewichts eines auf der Tischplatte einer Patientenlagerungsvorrichtung liegenden Patienten. Dafür wird die Schwingung der Tischplatte bei Bewegung analysiert.
Hintergrund der Erfindung
Für die Dosierung von Medikamenten oder die Dosierung von Kontrastmitteln bei der medizinischen Bildgebung muss häufig das Gewicht des Patienten bekannt sein. Patienten, die in der Lage sind zu stehen, können mit Hilfe einer Personenwaage gewogen werden. Bei Patienten, die nicht stehen können oder gar bewusstlos sind, kann das Gewicht durch den Arzt nur geschätzt werden. Wird der Patient elektromotorisch gehoben, wie beispielsweise mit einem Hubantrieb in einer Patientenliege, kann anhand der Leistungsaufnahme des Hubantriebs das Gewicht des Patienten ebenfalls grob geschätzt werden.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2012 201 783 A1 gibt ein weiteres Verfahren zur Bestimmung des Gewichts eines Patienten auf einer Patientenlagerungsvorrichtung an. Die Patientenlagerungsvorrichtung weist einen Tischfuß und eine auf diesem verschiebbar geführte Tischplatte zur Lagerung des Patienten auf. An dem Tischfuß ist zur Bestimmung des Gewichts mindestens ein Kraftsensor angebracht.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2013 223 537 A1 zeigt eine Patientenlagerungsvorrichtung, bei der eine Tischplatte, auch als Liegenbrett bezeichnet, mittels eines Zahnriemens und einer elektromotorischen Antriebseinheit horizontal verschiebbar ist.
Die Offenlegungsschrift DE 39 10731 A1 und die Patentschrift US 3 354 698 A offenbaren Vorrichtungen und Verfahren, mit denen das Gewicht einer Masee aus einer Schwingungsfrequenz ermittelt werden kann.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2011 078 567 A1 offenbart die Bestimmung eines Patientengewichts mittels Piezosensoren an einer Patientenlagerungsvorrichtung.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, eine Anordnung, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium zur Ermittlung des Patientengewichts mit einer Patientenlagerungsvorrichtung anzugeben, die eine genaue Bestimmung des Patientengewichts bei liegenden Patienten ermöglichen und eine Alternative zum Stand der Technik darstellen.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem Verfahren, der Anordnung, dem Computerprogrammprodukt und dem computerlesbaren Medium zur Ermittlung des Patientengewichts mit einer Patientenlagerungsvorrichtung der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß befindet sich im Antriebsstrang einer Achse der Patientenlagerungsvorrichtung (z.B. zu einer Patientenlängsverschiebung) ein elastisches Bauelement (z.B. ein Zahnriemen), wodurch ein schwingungsfähiges Masse-Feder-System entsteht, wobei die Patientenmasse ein Teil der schwingungsfähigen Masse und die Elastizität des Zahnriemens die Federsteifigkeit darstellen. Die Frequenz dieses Masse-FederSystems ist indirekt proportional zur schwingenden Masse. Der Antriebsregler muss für eine saubere Bewegung die Schwingungsneigung des Systems kompensieren, so dass die Schwingung in den Stellgrößen des Antriebsreglers, v.a. im Motorstrom, sichtbar wird. Durch eine dynamische Erfassung des Motorstroms und einer Bestimmung der Schwingfrequenz des Motorstroms kann das Patientengewicht ermittelt werden.
Durch Analyse der Motorregelgrößen (insbesondere des Motorstroms) hinsichtlich Amplitude und Frequenz können physikalische Kenngrößen ermittelt werden, die direkt mit dem Patientengewicht korrelieren. Ein explizites Wiegen des Patienten mit einer Personenwaage - falls überhaupt möglich - kann entfallen und durch die direkte Korrelation ist die Genauigkeit besser als bei bekannten Verfahren.
Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zur automatischen Ermittlung eines Patientengewichts eines auf der Tischplatte einer Patientenlagerungsvorrichtung liegenden Patienten, wobei durch eine elektromotorische Bewegung der Tischplatte entlang mindestens einer vorgebbaren Achse mittels eines elastisch wirkenden Antriebsstrangelements die Tischplatte in eine Schwingung versetzt wird und dass aus der ermittelten Frequenz der Schwingung das Patientengewicht ermittelt wird. Patient, Tischplatte und Antriebsstrang bilden ein Masse-Feder-System, das in Schwingung geraten kann, deren Frequenz umgekehrt proportional zur Patientenmasse ist.
Die Erfindung bietet den Vorteil, auf einfache Weise das Gewicht eines auf einer Patientenlagerungsvorrichtung liegenden Patienten zu bestimmen.
In einer Weiterbildung kann das Patientengewicht durch einen Vergleich mit vorab empirisch ermittelten Werten der Frequenz ermittelt werden. Dazu werden beispielsweise das Gewicht des Patienten simulierende Gewichte auf die Tischplatte gelegt.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Schwingung der Tischplatte mittels einer Motorregelung reduziert werden, wobei aus der Frequenz der Schwingung mindestens eines Regelungsparameters der Motorregelung das Patientengewicht ermittelt wird. Die Motorregelung ist so ausgelegt, dass eine Schwingung der Tischplatte ausgeglichen wird, wobei der Regelungsparameter die gleiche Frequenz zeigt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Regelungsparameter der Motorstrom. Dessen Schwing-Frequenz kann einfach bestimmt werden.
In einer weiteren Ausprägung kann ein Mittelwert des Patientengewichts aus der Bewegung der Tischplatte entlang mehrerer Achsen gebildet werden. Dadurch wird die Ermittlung des Patientengewichts genauer.
In einer Weiterbildung kann in einem vorgebbaren Zeitintervall die Motorregelung mit hoher Schwingungsneigung durchgeführt werden. Dazu werden die Regelungsparameter der Motorregelung entsprechend eingestellt.
Außerdem kann vor der Ermittlung des Patientengewichts die Bewegung der Tischplatte ohne Patienten durchgeführt werden, wobei die Abweichung der ermittelten Frequenz zu einem ermittelten Ausgangswert der Frequenz zur Kompensation und/oder zur Kalibrierung verwendet wird. Dadurch können beispielsweise Verschleißeinflüsse des Antriebsstrangelements ausgeglichen werden.
Die Erfindung beansprucht auch eine Anordnung zur automatischen Ermittlung des Patientengewichts, aufweisend:

- eine Patientenlagerungsvorrichtung,
- eine entlang mindestens einer Achse verschiebbaren Tischplatte der Patientenlagerungsvorrichtung zur Lagerung eines Patienten,
- ein elastische wirkendes Antriebsstrangelement, das ausgebildet ist, die Tischplatte entlang der Achse zu verschieben,
- eine auf das Antriebsstrangelement wirkende elektromotorische Antriebseinheit, die ausgebildet ist, mittels des Antriebsstrangelements die Tischplatte in eine Schwingung entlang der Achse zu versetzen, und
- eine Schwingungsmesseinheit, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Frequenz der Schwingung der Tischplatte und daraus das Patientengewicht zu ermitteln.

In einer Weiterbildung der Anordnung kann das Antriebsstrangelement einen Zahnriemen aufweisen. Dieser wirkt elastisch.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Schwingungsmesseinheit eingerichtet sein, das Patientengewicht durch einen Vergleich mit vorab empirisch ermittelten Werten der Frequenz zu ermitteln.
In einer Weiterbildung weist die Anordnung auf:

- eine Motorregeleinheit der elektromotorischen Antriebseinheit, die ausgebildet ist, die Schwingung der Tischplatte zu reduzieren,
- wobei die Schwingungsmesseinheit eingerichtet ist, aus der Frequenz der Schwingung mindestens eines Regelungsparameters der Motorregeleinheit das Patientengewicht zu ermitteln.

In einer weiteren Ausgestaltung kann der Regelungsparameter der Motorstrom der elektromotorischen Antriebseinheit sein.
Außerdem beansprucht die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, umfassend ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm in eine Speichereinrichtung einer Schwingungsmesseinheit ladbar ist, wobei mit dem Computerprogramm die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm in der Schwingungsmesseinheit ausgeführt wird.
Schließlich beansprucht die Erfindung ein computerlesbares Medium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, wobei das Computerprogramm in eine Speichereinrichtung einer Schwingungsmesseinheit ladbar ist, wobei mit dem Computerprogramm die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm auf der Schwingungsmesseinheit ausgeführt wird.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:

1: eine Patientenlagerungsvorrichtung,
2: ein Schaubild des Motorstroms in Abhängigkeit des Patientengewichts und der Zeit,
3: ein Schaubild des Motorstroms in Abhängigkeit der Zeit und der Bewegungsphasen (Beschleunigung, konstante Geschwindigkeit) und
4: ein Blockschaltbild zur Ermittlung des Patientengewichts mit Hilfe einer Patientenlagerungsvorrichtung.

Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Patientenlagerungsvorrichtung 1 in einer Seitenansicht, wobei die Patientenlagerungsvorrichtung 1 eine entlang der Achse 3 horizontal verschiebbare Tischplatte 2 aufweist, die auf einem höhenverstellbaren Tischfuß 9 gelagert ist. Auf der Tischplatte 2 befindet sich ein Patient 10, dessen Patientengewicht bestimmt werden soll.
Die Tischplatte 2 ist durch eine elektromotorische Antriebseinheit 6, beispielsweise durch einen Wechselstrommotor, die auf einen Zahnriemen 5 einer Antriebsstrangeinheit 4 wirkt, entlang der Achse 3 bewegbar. Der Zahnriemen 5 wirkt in geringen Umfang elastisch, wodurch die Tischplatte 2 in eine unerwünschte Schwingung versetzt wird, die mittels einer Motorregelung kompensiert wird.
In 2 sind für unterschiedliche Patientengewichte von 120 kg bis 180 kg der Motorstrom I der Motorregelung in Ampere über der Zeit t in Sekunden in einem Schaubild dargestellt. Deutlich zu erkennen ist der umgekehrt proportionale Zusammenhang zwischen der Frequenz des Motorstroms I und dem Patientengewicht zu erkennen. Werden die Frequenzen für unterschiedliche Patientengewichte vorab empirisch ermittelt und gespeichert, kann durch eine Ermittlung der Frequenz des Motorstroms I das aktuelle Patientengewicht durch Vergleich mit und Interpolation der gespeicherten Werte einfach bestimmt werden. Wie dies beispielsweise im Betrieb erfolgen kann, zeigt das Schaubild in 3.
3 zeigt ein Schaubild der Drehzahl n in Umdrehungen/Minute und den Motorstrom I in Ampere einer elektromotorischen Antriebseinheit 6 in Abhängigkeit der Zeit t in Sekunden Der Motorstrom I ist mittels einer Motorregelung schwingungskompensiert. Die Anregung der Schwingung der Tischplatte 2 erfolgt bei jeder Änderung der Beschleunigung. Also beim Start (Bereich A) und beim Stopp (Bereich B) der Bewegung der Tischplatte 2 und bei dem Übergang in die Bewegungsphase mit konstanter Geschwindigkeit (also zwischen den Bereichen A und B). Aus jeder Phase kann mit dem beschriebenen Verfahren die Frequenz und damit das Patientengewicht ermittelt werden. Durch Mittelwertbildung aus den drei ermittelten Einzelgewichten kann die Gesamtgenauigkeit gesteigert werden.
4 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Ermittlung des Patientengewichts mit einer Patientenlagerungsvorrichtung 1. Die Tischplatte 2 wird mittels des elastisch wirkenden Antriebsstrangelements 4 durch eine elektromotorische Antriebseinheit 6 in Bewegung gesetzt. Die Motorregeleinheit 8 kompensiert durch eine Regelung des Motorstroms I die Schwingung der Tischplatte 2. Die Frequenz des Motorstroms I ist ein Maß für die Schwingung der Tischplatte 2 und kann mittels der Schwingungsmesseinheit 7 ermittelt werden. Durch Vergleich mit vorab bestimmten Frequenzen mit unterschiedlichen Patientengewichten kann auf das aktuelle Patientengewicht geschlossen werden. Die Schwingungsmesseinheit 7 kann auch als Steuereinheit ausgelegt sein, die den gesamten Gewichtsbestimmungsprozess steuert.
Sind mehrere Achsen der Tischplatte 2 motorisiert (z.B. CT-Tisch mit typisch bis zu 3 Achsen), so kann das Verfahren auf jede Achse angewendet werden, so dass das Patientengewicht mehrfach ermittelt wird. Durch Mittelwertbildung aus diesen Werten kann dann die Genauigkeit nochmal gesteigert werden.
Die Einstellung der Regelparameter der Motorregeleinheit 8 ist normalerweise so gewählt, dass die Schwingungsneigung der Tischplatte 2 reduziert wird. Für die Gewichtsermittlung nach diesem Verfahren ist eine Schwingung gewünscht, so dass mit verschiedenen Parametersätzen gearbeitet werden kann: ein erster Parametersatz für eine sogenannte „Gewichtsmessfahrt“ mit hoher Schwingungsneigung und ein anderer zweiter Parametersatz für den Normalbetrieb mit minimierter Schwingung.
Durch Streuungen im Antriebsstrangelement 4 (z.B. in der Zahnriemenspannung, durch Verschleiß der Patientenlagerungsvorrichtung 1, durch Temperatureinflüsse) ist die Genauigkeit des beschriebenen Verfahrens begrenzt. Eine Ermittlung dieser Streueinflüsse und eine anschließende Kompensation dieser ist durch eine Leerfahrt ohne Patient 10 möglich (= „Kalibrierfahrt“).
Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Patientenlagerungsvorrichtung
2: Tischplatte
3: Achse
4: Antriebsstrangelement
5: Zahnriemen
6: elektromotorische Antriebseinheit
7: Schwingungsmesseinheit
8: Motorregeleinheit
9: Tischfuß
10: Patient
A, B: Bereich
I: Motorstrom
n: Motordrehzahl
t: Zeit

Claims

Verfahren zur automatischen Ermittlung eines Patientengewichts eines auf einer der Tischplatte (2) einer Patientenlagerungsvorrichtung (1) liegenden Patienten (10), dadurch gekennzeichnet, dass durch eine elektromotorische Bewegung der Tischplatte (2) entlang mindestens einer vorgebbaren Achse (3) mittels eines elastisch wirkenden Antriebsstrangelements (4) die Tischplatte (2) in eine Schwingung versetzt wird und dass aus einer ermittelten Frequenz der Schwingung das Patientengewicht ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Patientengewicht durch einen Vergleich mit vorab empirisch ermittelten Werten der Frequenz ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung der Tischplatte (2) mittels einer Motorregelung reduziert wird, wobei aus der Frequenz der Schwingung mindestens eines Regelungsparameters der Motorregelung das Patientengewicht ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelungsparameter der Motorstrom (I) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelwert des Patientengewichts aus der Bewegung der Tischplatte (2) entlang mehrerer Achsen (3) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorgebbaren Zeitintervall die Motorregelung mit hoher Schwingungsneigung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ermittlung des Patientengewichts die Bewegung der Tischplatte (6) ohne Patienten (10) durchgeführt wird, wobei die Abweichung der ermittelten Frequenz zu einem ermittelten Ausgangswert zur Kompensation und/oder zur Kalibrierung verwendet wird.
Anordnung zur automatischen Ermittlung des Patientengewichts, aufweisend: - eine Patientenlagerungsvorrichtung (1), - eine entlang mindestens einer Achse (3) verschiebbare Tischplatte (2) der Patientenlagerungsvorrichtung (1) zur Lagerung eines Patienten (10), - ein elastisch wirkendes Antriebsstrangelement (4), das ausgebildet ist, die Tischplatte (2) entlang der Achse (3) zu verschieben, und - eine auf das Antriebsstrangelement (4) wirkende elektromotorische Antriebseinheit (6), die ausgebildet ist, mittels des Antriebsstrangelements (4) die Tischplatte (2) in eine Schwingung entlang der Achse (3) zu versetzen, gekennzeichnet durch: - eine Schwingungsmesseinheit (7), die ausgebildet und eingerichtet ist, eine Frequenz der Schwingung der Tischplatte (2) und daraus das Patientengewicht zu ermitteln.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsstrangelement (4) einen Zahnriemen (5) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsmesseinheit (7) eingerichtet ist, das Patientengewicht durch einen Vergleich mit vorab empirisch ermittelten Werten der Frequenz zu ermitteln.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch: - eine Motorregeleinheit (8) der elektromotorischen Antriebseinheit (6), die ausgebildet ist, die Schwingung der Tischplatte (2) zu reduzieren, - wobei die Schwingungsmesseinheit (7) eingerichtet ist, aus der Frequenz der Schwingung mindestens eines Regelungsparameters der Motorregeleinheit (8) das Patientengewicht zu ermitteln.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelungsparameter der Motorstrom (I) der elektromotorischen Antriebseinheit (6) ist.
Computerprogrammprodukt, umfassend ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm in eine Speichereinrichtung einer Schwingungsmesseinheit (7) ladbar ist, wobei mit dem Computerprogramm die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm in der Schwingungsmesseinheit (7) ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, wobei das Computerprogramm in eine Speichereinrichtung einer Schwingungsmesseinheit (7) ladbar ist, wobei mit dem Computerprogramm die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm auf der Schwingungsmesseinheit (7) ausgeführt wird.