DE10246934A1

DE10246934A1 - Benutzereingabevorrichtung zur Steuerung der Bewegung einer medizinischen Abbildungseinrichtung

Info

Publication number: DE10246934A1
Application number: DE10246934A
Authority: DE
Inventors: Mark A Johnson; Luc Mauvarin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2003-04-17
Also published as: US20030069653A1; JP4384843B2; JP2003175024A; US20050004688A1; US6785578B2; US7035698B2

Abstract

Erfindungsgemäß ist ein System (10) mit einer Benutzereingabevorrichtung zur Steuerung der Position einer medizinischen Einrichtung beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Benutzereingabevorrichtung zur Verbindung mit der medizinischen Einrichtung konfiguriert und spricht auf eine Bedienereingabe an, die eine gewünschte Bewegung der Einrichtung darstellt. Eine Verarbeitungseinrichtung bestimmt eine Richtung, beruhend auf einer Vorrichtungsausgabe, in die sich die Einrichtung auf Wunsch des Bedieners bewegen soll.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine medizinische Abbildung und insbesondere auf die Positionierung von Abbildungskomponenten um einen Patienten.

Die diagnostische medizinische Abbildung erfordert eine genaue Positionierung der Abbildungseinrichtung um einen Patienten. In Abhängigkeit von der Größe und der Komplexität der Einrichtung kann die Einrichtung manuell (beispielsweise beim Zahnröntgen) oder über eine Motorisierung der Einrichtung positioniert werden. Bei der manuellen Positionierung hat der Bediener die vollständige Steuerung über die Einrichtung, die positioniert wird, und ist lediglich durch die Bewegungsreichweite der Einrichtung eingeschränkt. Desweiteren ist die manuelle Bewegung der Einrichtung intuitiv, da man die Einrichtung lediglich an den gewünschten Ort drückt und zieht.

Manche Abbildungseinrichtung ist motorisiert, um dem Bediener beim Bewegen einer schwereren Einrichtung zu helfen, oder fortgeschrittene Prozeduren zu erleichtern, bei denen die Einrichtung während einer Abbildungsprozedur präzise positioniert oder bewegt werden muss. Die Benutzervorrichtung zur Steuerung einer größeren motorisierten Einrichtung ist typischerweise ein Joystick oder eine Kraftübertragungseingabevorrichtung (beispielsweise ein mit einer Feder vorgespannter Griff mit ein bis drei Freiheitsgraden, die die dem Griff zugeführte Kraft misst). Der Joystick oder die Krafteingabevorrichtungen befinden sich oft entfernt von der Einrichtung (beispielsweise auf einem Benutzersteuerfeld) und haben keine besondere Beziehung zur Geometrie der Maschine. Beispielsweise kann eine Links- Rechtsbewegung des Joysticks in etwas anderem als einer Links- Rechtsbewegung der Maschine resultieren.

Krafteingabevorrichtungen sind manchmal direkt an der gesteuerten Einrichtung angebracht, und eine der Eingabevorrichtung zugeführte Kraft resultiert in einer Maschinenbewegung in der gleichen Richtung wie die angelegte Kraft und einer Größe von gleichem Umfang wie die angelegte Kraft.

Bei Screening-Applikationen (beispielsweise einer Mammographie) ist der Durchsatz der Patienten pro Tag hoch. Die Minimierung der für eine bestimmte Untersuchung erforderlichen Zeit und somit die Maximierung der Einrichtungs- und Bedienerproduktivität ist stark erwünscht. Bei eingreifenden Applikationen (beispielsweise Gefäßröntgen) liegt das Augenmerk auf dem Patienten und dem medizinischen Ablauf, und die Steuerung der Abbildungseinrichtung sollte so intuitiv, mühelos und effizient wie möglich sein.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein System zur Steuerung der Position einer medizinischen Einrichtung vorgesehen. Das System umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest einen Sensor, der mit der medizinischen Einrichtung gekoppelt werden kann und auf eine Bedienereingabe anspricht, die eine erwünschte Bewegung der Einrichtung darstellt, und eine Verarbeitungseinrichtung, die mit dem Sensor verbunden ist, um eine Richtung, in die der Bediener eine Bewegung der Einrichtung wünscht, beruhend auf einer Sensorausgabe zu bestimmen.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist ein Sensor vorgesehen, der einen Kern mit einer äußeren Oberfläche und einer Vielzahl von Erfassungsbereichen auf der äußeren Oberfläche aufweist. Jeder Erfassungsbereich spricht auf eine Bedienereingabe zur Erzeugung eines Signals an, das die Bedienereingabe darstellt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein medizinisches Abbildungssystem ausgebildet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das System eine Quelle zum Senden von Signalen zu einem Patienten, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Signalen, die durch den Patienten gesendet wurden, eine bewegliche Einheit, an der die Quelle und/oder die Erfassungseinrichtung befestigt ist, und eine Benutzereingabevorrichtung zur Steuerung einer Position der beweglichen Einheiten. Die Benutzereingabevorrichtung umfasst eine Vielzahl von Sensoren, die mit den beweglichen Einheiten gekoppelt sind und auf eine Bedienereingabe ansprechen, die eine gewünschte Bewegung der Einrichtung darstellt. Das System umfasst ferner eine mit der Benutzereingabevorrichtung verbundene Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung einer Richtung beruhend auf Sensorausgangssignalen, in die der Bediener die Einheit bewegen möchte.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Röntgenabbildungssystems,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Handbewegung und einer Vorrichtungsbewegung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Handbewegung und einer beabsichtigten Vorrichtungsbewegung mit einem Hindernis,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Handbewegung und einer kompensierten Vorrichtungsbewegung mit einem Hindernis,
Fig. 5 eine Vektordarstellung einer Bewegung,
Fig. 6 ein Beispielsegment in einer 8-Segmentsensoranordnung,
Fig. 7 eine graphische Darstellung einer nominalen finiten Elementanalyse für die 8-Segmentsensoranordnung,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer 8- Segementsensoranordnungssteuerschaltung,
Fig. 9 einen Kapazitanz-basierten Matrix-Berührschalter,
Fig. 10 ein Abtastmustersegment des in Fig. 9 gezeigten Schalters,
Fig. 11 eine Darstellung eines Segments des in Fig. 10 gezeigten Schalters in aufgelösten Einzelheiten und
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer 32- Segmentsensoranordnungssteuerschaltung.
Die nachstehend beschriebenen Systeme und Verfahren sind auf eine Bedienersteuerung der Position einer medizinischen Abbildungseinrichtung gerichtet. Im allgemeinen befindet sich eine Vielzahl von Abstandsmeldern an der zu steuernden Maschine. Die Aufgaben der Melder bzw. Sensoren werden unter Verwendung eines vektoriellen Additionsverfahrens zur Bestimmung verarbeitet, wie sich die Maschine als Antwort auf eine Bedienereingabe bewegen sollte. Zusätzlich zur Erfassung und Verarbeitung von Bedienereingaben wird die Nähe fremder Objekte (beispielsweise einer Hilfseinrichtung, des Patienten) erfasst. Daher kann die Einrichtung derart bewegt werden, dass versucht wird, die Bedienereingabe zu erfüllen, sowie Kollisionen mit umgebenden Objekten zu vermeiden.
Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren beruhen auf Kapazitanzsensoren. Andere kontaktlose Abstandsmelder, wie Infrarot- oder Ultraschallsensoren können verwendet werden. Kapazitanzsensoren haben allerdings einen einfachen Aufbau und eine einfache Ausgabe, sind nicht kostspielig, und erleichtern einen einfachen Zuschnitt von Erfassungszonen auf den Kunden, indem lediglich leitende Oberflächen (beispielsweise ein leitfähiges Material wie eine Kupferfolie) zur Definition der Zonen positioniert werden. Des weiteren können die Systeme und Verfahren auch bei auf Kontakt beruhenden Applikationen angewendet werden.
Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können in Verbindung mit vielen verschiedenen Typen medizinischer Abbildungssysteme verwendet werden. Beispielsweise wird nachstehend ein Typ eines Röntgenabbildungssystems 10 beschrieben, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Wiederum ist das System 10 nur ein Beispiel, und die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können in Verbindung mit vielen verschiedenen Typen medizinischer Abbildungssysteme verwendet werden, beispielsweise mit Röntgensystemen, Computertomographiesystemen, Magnetresonanzsystemen, Positronenemissionstomographiesystemen und Ultraschallsystemen.
In Fig. 1 ist das Abbildungssystem 10 gezeigt, das eine Basis 14 und einen Positionierungsarm 16 enthält. Die Basis 14 erstreckt sich von einer tragbaren Plattform 18 mit einer Vielzahl von Rädern 20, so dass die Basis 14 relativ zu einem Objekt oder einem Patienten 50, der abzubilden ist, beweglich ist. Anstelle von Rädern 20 können andere Positionsänderungseinrichtungen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Schwenkarm vorgesehen werden, um ein Neigen und Rotieren des Arms 16 der Abbildungseinrichtung zu ermöglichen.
Der Arm 16 umfasst einen ersten Endabschnitt 22 und einen zweiten Endabschnitt 24. Insbesondere rotiert der Arm 16 relativ zur Basis 14 um eine Rotationsachse und bewegt sich relativ zur Basis 14 zur Änderung der jeweiligen Entfernungen zwischen dem ersten Endabschnitt 22 des Arms und der Basis 14 und dem zweiten Endabschnitt 24 des Arms und der Basis 14.
Eine Röntgenquellenanordnung 26 ist beweglich mit dem ersten Endabschnitt 22 des Arms verbunden. Die Röntgenquellenanordnung 26 enthält eine Röntgenquelle 28 zur Emission von Röntgenstrahlen. Eine Erfassungsanordnung 30 ist mit dem zweiten Endabschnitt 24 des Arms beweglich verbunden. Die Erfassungsanordnung 30 enthält eine Erfassungseinrichtung 32 zum Empfangen der Röntgenstrahlen von der Quelle 28 zur Erzeugung eines Bildes des Objekts. Die Erfassungseinrichtung 22 kann unter Verwendung einer motorisierten Steuerung nach oben und unten bewegt werden.
Durch die Bewegung des Arms 16 relativ zur Basis 14 kann die Position der Quellenanordnung 26 derart geändert werden, dass die Quellenanordnung 26 zu der Basis 14 hin oder weg von ihr bewegt wird. Eine Änderung der Position der Quellenanordnung 26 ändert die Position der Erfassungsanordnung 30 relativ zur Basis 14 in entgegengesetzter Richtung. Die Orientierung der Anordnung 26 und der Anordnung 30 zu dem Patienten wirkt sich auf das erzeugte Bild aus.
Die Erfassungseinrichtung 32 wird bei einem Ausführungsbeispiel durch eine Vielzahl von Erfassungselementen 34 gebildet, die zusammen projizierte Röntgenstrahlen erfassen, die durch ein Objekt fallen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinrichtung 32 ein Flachfeld, ein Bildverstärker oder ein Film. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinrichtung 32 eine Festkörpererfassungseinrichtung oder eine Strahlungsbildaufnahmeeinrichtung mit einer großen Flachfeldabbildungseinrichtung, die eine Vielzahl von Bildelementen 34 aufweist, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren sind nicht auf die Verwendung mit einer Erfassungseinrichtung eines bestimmten Typs beschränkt.
Das System 10 enthält auch einen Tisch 46 zum Tragen eines Patienten 50. Zur Erzeugung eines Bildes des Patienten 50 wird der Arm 16 so gedreht, dass die Quellenanordnung 26 und die Erfassungsanordnung 30 sich um den Patienten 50 drehen. Insbesondere ist der Arm 16 mit der Basis 14 drehbar verbunden, so dass sich die Erfassungseinrichtung 32 und die Quelle 28 um das Objekt 50 drehen.
Die Bewegung des Arms 16 und der Betrieb der Röntgenquellenanordnung 26 und der Erfassungsanordnung 30 werden durch eine Steuereinrichtung 52 des Systems 10 gesteuert. Die Steuereinrichtung 52 enthält eine Röntgensteuereinrichtung 54, die die Röntgenquelle 28 mit Energie und Zeitsignalen versorgt, und eine Motorsteuereinrichtung 56, die die Position des Arms 16, der Quellenanordnung 26 und der Erfassungsanordnung 30 steuert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel tastet ein Datenerfassungssystem (DAS) 58 in der Steuereinrichtung 52 Daten von der Erfassungseinrichtung 32 zur nachfolgenden Verarbeitung ab. Eine Bildverarbeitungs-/Rekonstruktionseinrichtung 60 (der Ausdruck der Rekonstruktionseinrichtung beinhaltet bekannte Rekonstruktionseinrichtungen auf dem Gebiet der Computertomographie sowie Verarbeitungseinrichtungen zur Verarbeitung von bei einer Abtastung gesammelten Daten (das heißt, es besteht keine Einschränkung auf Bildrekonstruktionseinrichtungen bei der Computertomographie)) empfängt abgetastete Röntgendaten vom DAS 58 und führt eine Bildverarbeitung/Rekonstruktion mit hoher Geschwindigkeit durch. Das resultierende Bild wird einem Computer 62 als Eingabe zugeführt, der das Bild in einer Massenspeichereinrichtung 63 speichert.
Der Computer 62 empfängt auch Befehle und Abtastparameter von einem Bediener über eine Konsole 64, die eine Tastatur aufweist. Eine oder mehrere verbundene Anzeigeeinrichtungen 66 ermöglichen dem Bediener die Betrachtung des resultierenden Bildes und anderer Daten vom Computer 62. Die vom Bediener zugeführten Befehle und Parameter werden vom Computer 62 zur Ausbildung von Steuersignalen und Informationen für das DAS 58, die Röntgensteuereinrichtung 54 und die Motorsteuereinrichtung 56 verwendet. Der Computer 62 bedient eine Tischmotorsteuereinrichtung 68, die die Position des motorisierten Tisches 46 relativ zum System 10 steuert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Benutzereingabevorrichtung eine Vielzahl von Kapazitanzsensoren, die sich an der Basis 14, der Quellenanordnung 26, der Erfassungseinrichtung 32, dem Positionierungsarm 16 und dem Tisch 46 befinden. Jeder Sensor liefert Informationen über die Nähe des Bedieners (beispielsweise der Bedienerhand) und anderer Objekte (beispielsweise des Patientenkörpers) relativ zu dem Sensor. Die Informationen von jedem Sensor werden (beispielsweise durch den Computer 62) unter Verwendung eines Vektoradditionsalgorithmus wie nachstehend beschrieben verarbeitet.
Das allgemeine Prinzip des Vektoradditionsalgorithmus ist nachstehend anhand der Fig. 2, 3 und 4 beschrieben. In Fig. 2 sind keine externen Hindernisse gezeigt, und es soll eine Vorrichtung 80 bewegt werden, wenn eine Bedienerhand 82 sich der Vorrichtung 80 nähert. Die Vorrichtung 80 bewegt sich direkt weg von der Bedienerhand 82. Je näher die Hand 82 der Vorrichtung 80 ist, desto schneller bewegt sich die Vorrichtung 80 weg von der Hand 82. Der Vorgang wird etwas komplizierter, wenn externe Objekte oder die Steuerung einer Vielzahl von Bedienern möglich werden. Diese komplizierteren Fälle sind in den Fig. 3 und 4 gezeigt.
In Fig. 3 fordert der Bediener, dass sich die Vorrichtung 80 weg von der Hand 82 bewegt, noch dazu direkt in ein Hindernis 84. Das System sollte durch eine Bewegung weg von der Hand 82 und dann durch Verlangsamen antworten, wenn die Vorrichtung 80 das Hindernis 84 erreicht. Schließlich sollte die Vorrichtung 80 eine Gleichgewichtsposition zwischen der Hand 82 und dem Hindernis 84 finden, ohne entweder die Hand 82 oder das Hindernis 84 direkt zu berühren.
Fig. 4 zeigt einen Fall, in dem eine Trajektorie gegeben ist, entlang der die Vorrichtung 80 sich bewegen kann, während sie die Bedieneranforderung zur "Bewegung nach links" bei gleichzeitiger Vermeidung des Hindernisses 84 erfüllt. Zur Bewirkung der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Funktionalität sollten sowohl der Ort als auch die Nähe verschiedener Objekte entlang der Vorrichtungsperipherie bekannt sein.
Obwohl die Darstellungen in den Fig. 2, 3 und 4 zweidimensional erscheinen, kann das Prinzip leicht auf dreidimensionale Applikationen in Abhängigkeit von der Funktionalität des zu steuernden Systems verallgemeinert werden.
Fig. 5 zeigt eine Vektordarstellung zum Bewirken der in Fig. 4 gezeigten Bewegung. Die Ausgabe jedes Abstandssensors wird zur Berechnung der Geschwindigkeit und Richtung einer Bewegung bei gegebener Nähe der Objekte verwendet. Die Richtung der Bewegung für einen bestimmten Sensor beruht auf der Orientierung dieses Sensors und es wird angenommen, dass die Sensorausgabe eine Skalargröße (beispielsweise eine Spannung oder eine einfache ganze Zahl) ist. Mehrere Sensoren sind an der Vorrichtung angebracht, um die gewünschte Ortsauflösung und Abdeckung der Vorrichtung bereitzustellen. Die Ausgabe aus jedem Sensor, die aus einer Signalstärke (was die Geschwindigkeit darstellt) und einer Richtung beruhend auf der Orientierung jedes Sensors besteht, wird dann vektoriell zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bewegungsvektors addiert. Dieser zusammengesetzte Bewegungsvektor berücksichtigt umgebende Objekte. Eine derartige Vektoraddition ist als Software, Firmware oder dedizierte Hardware implementiert. Die Vorrichtung wird dann zur Bewegung mit der Geschwindigkeit und Richtung dieses zusammengesetzten Bewegungsvektors angewiesen. Beispielsweise werden die Vektoren, die die Bewegung der bestimmten Vorrichtung steuern, derart gesteuert, dass die Bewegung mit dem zusammengesetzten Bewegungsvektor konsistent ist.
Es folgt die Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele von Kapazitanzsensoranordnungen, die auch als Benutzereingabevorrichtungen bezeichnet werden. Ein Ausführungsbeispiel wird als "8-Segment"-Sensoranordnung bezeichnet, und das andere Ausführungsbeispiel als "32- Segment"-Sensoranordnung. Beide Ausführungsbeispiele sind zweidimensional und erfassen eine Objektnähe bzw. einen Objektabstand in einer einzelnen Ebene. Insbesondere erfasst die 8-Segment-Sensoranordnung eine Objektnähe, während die 32- Segmentsensoranordnung eine Berührung erfasst. Während demnach die 8-Segment-Sensoranordnung den vorstehend beschriebenen Vektoradditionsalgorithmus verwendet, nimmt die 32-Segment- Sensoranordnung an, dass Vektoren eine Länge von entweder 0 oder 1 in Abhängigkeit davon haben, ob ein bestimmter Sensor berührt (1) oder nicht berührt (0) wird. Die Sensoren sind zur Kopplung mit der medizinischen Einrichtung konfiguriert. In diesem Zusammenhang bedeutet "zur Kopplung konfiguriert" direkt oder indirekt befestigt.
In Fig. 6 ist gemäß einer 8-Segment-Sensoranordnung 100 ein Abschnitt eines Kerns gezeigt, der einen kreisförmigen Kunststoff-(beispielsweise einen ABS-Kunststoff-)Ring 102 mit einem nominellen Außendurchmesser von 32 cm umfasst. Alternativ dazu könnte der Kern rechteckig sein. Die kreisförmige Form hat die gleiche Größe wie das Äußere des 20 cm Röntgenbildverstärkers, der bei Gefäß- Röntgenabbildungsprodukten verwendet wird, die im Handel von GE Medical Systems, Milwaukee, Wisconsin, von der General Electric Company erhältlich sind. Acht Sensorelemente 100 sind an einer äußeren Oberfläche 106 des Rings 102 befestigt, wobei jeder Sensor 104 ein Segment von nominellen 45° abdeckt. Jedes 45°- Segment ist in einen Primärerfassungsbereich 108 eingeteilt, und eine Außenfläche 110 jedes Segments ist mit einer Grundfläche bedeckt. Die Grundfläche minimiert die Empfindlichkeit zwischen den Segmenten und ein elektrisches Übersprechen zwischen den Segmenten. Die Grundfläche lokalisiert auch den Erfassungsbereich, so dass Objekte außerhalb des gewünschten Erfassungsbereichs nicht erfasst werden. Daa in Fig. 6 gezeigte Material ist eine dünne Kupferfolie, die an den Ring gebondet ist. Beispieldimensionen sind: A = 5,13 Inch (13,3 cm), B = 2,6 Inch (6,76 cm), C = 0,36 Inch (0,94 cm) und D = 0,125 Inch (0,325 cm).
Bei dem Ausführungsbeispiel wurden die Größen jedes Segments und der Grundflächen beruhend auf einer nominellen finiten Elementanalyse gemäß Fig. 7 ausgewählt. Der Sensor hat einen Empfindlichkeitsbereich zwischen 3 und 5 cm weg von der äußeren Oberfläche.
Jeder Erfassungsbereich ist mit einer kapazitiven Sensorelektronik wie in Fig. 8 gezeigt verbunden. Die Sensoranordnungen beinhalten kapazitive Einheiten 112, die bei einem Ausführungsbeispiel Sensoreinheiten vom Model QT9701B-S sind, die im Handel von der Quantum Research Group, Großbritannien erhältlich sind. Jede Sensoreinheit 112 ist über eine serielle 8-Kanalschnittstelle 114 mit einer RS232- Kommunikationsverbindung mit einer Verarbeitungseinrichtung verbunden, die als Personalcomputer (PC) 116 dargestellt ist. Natürlich können andere Kommunikationsverbindungen verwendet werden. Die Verarbeitungseinrichtung muss kein PC sein, sondern kann eine beliebige Einrichtung sein, die die nachstehend beschriebenen Verarbeitungsfunktionen ausführen kann. Die QT0701B-S-Sensoreinheit enthält auch ungefähr 20 konfigurierbare Parameter, die über die serielle Kommunikationsverbindung konfiguriert werden können. Die Softwarekonfigurationsschnittstelle stellt sicher, dass alle acht QT9701B-S-Sensoreinheiten identisch konfiguriert sind, so dass die Sensorempfindlichkeit um die Sensoraußenfläche gleichförmig ist. Bei manchen Applikationen kann eine ungleichförmige Empfindlichkeit erwünscht sein, und die Sensoreinheiten 112 können entweder unterschiedlich konfiguriert werden, oder das Signal von jeder Sensoreinheit 112 kann an der Verarbeitungseinrichtung 116 unterschiedlich interpretiert werden.
In Fig. 8 ist eine Softwareschnittstelle 118 zur Anzeige von Konfigurationsinformationen auf dem Personalcomputer 116 gezeigt. Anstelle einer tatsächlichen Verbindung des 8-Segment- Sensors 100 mit der Abbildungseinrichtung werden die Informationen bezüglich der Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung unter Verwendung des Vektoradditionsalgorithmus berechnet. Ein auf einer PC-Anzeigeeinrichtung 120 angezeigter Pfeil zeigt: dann die Richtung der berechneten Bewegung an. Die Geschwindigkeit der berechneten Bewegung wird durch die Größe des Pfeils dargestellt, wobei ein größerer Pfeil eine höhere Geschwindigkeit darstellt. Somit werden Informationen sowohl über die Richtung als auch über die Geschwindigkeit, in die sich die Abbildungseinrichtung im Ansprechen auf Leute und Objekte bewegen würde, angezeigt, während kein vollständiges Abbildungssystem erforderlich ist.
Die Sensoreinheiten 112 arbeiten autonom ohne Synchronisation zwischen dem Sensorerregen/-auslesen. Natürlich würde für eine synchronisierte Implementation eine integrierte Elektronik die Synchronisation zwischen der Erregung und Messung jedes Sensorsegments erleichtern, und daher eine Interferenz und Empfindlichkeit zwischen den Kanälen weiter verringern.
Bei der 32-Segment-Sensoranordnung wird wie bei dem vorstehend beschriebenen 8-Segment-Ausführungsbeispiel ein Ring mit einem nominellen Außendurchmesser von 32 cm verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die verwendeten kapazitiven Sensoreinheiten Sensoreinheiten vom Modell QT60320, das im Handel von der Quantum Research Group, Großbritannien erhältlich sind. Diese Sensoreinheiten sind allgemein als kapazitanzbasierte Matrix-Berührschalter bekannt.
Die QT60320-Sensoreinheit erfasst die kapazitive Kopplung elektromagnetischer Felder. Der Matrixschalter kann als vier Reihen und acht Spalten von "Leitungen" betrachtet werden. Die Schnittstelle einer bestimmten Reihe mit einer bestimmten Spalte ist ein "Schalter", obwohl es hier elektrisch keinen wirklichen Schnittpunkt der Reihen mit den Spalten gibt. Jede dieser Leitungen wird durch die Elektronik erregt und erzeugt ein elektromagnetisches Feld. Wird ein Finger, eine Hand oder ein anderes Objekt in nächster Nähe eines Schnittpunkts plaziert, werden das elektromagnetische Feld der entsprechenden Reihe und der entsprechenden Spalte gekoppelt, und dieser bestimmte "Schalter" wird eingeschaltet. Die Ausgabe des Sensors zu einer beliebigen gegebenen Zeit ist der Zustand aller 32 Schalter, die durch die Überschneidung der vier Reihen und acht Spalten gebildet werden. Anders als manche "Berührungsschalter" muss bei dem QT60320-Sensor kein "Verlust"-Strom durch das zu erfassende Objekt geleitet werden. Somit kann die leitende Draht- oder Folienmatrix vollständig hinter Glas, Kunststoff oder einem anderen Material eingeschlossen werden, das nicht elektrisch leitend ist. Eine wirkliche "Berührung", das heißt, ein direkter Kontakt mit den leitenden Komponenten ist nicht erforderlich. Der Schalter ist als Berührungsschalter bekannt, da eine unmittelbare Nähe erforderlich ist, und für praktische Zwecke kann dies von einer Berührung ununterscheidbar sein, obwohl dieses kontaktlose Verfahren elektrisch Sicherheits-(beispielsweise das Fehlen von elektrischen Verlustströmen) und Zuverlässigkeitsvorteile (beispielsweise Immunität gegenüber einer elektrostatischen Entladung) hat.
Gemäß Fig. 9 enthält ein Sensor 200 eine leitfähige Matrix 202, die um die Außenfläche eines Kerns mit dem Durchmesser von 32 cm angeordnet ist, der als Kunststoffring 204 gezeigt ist. Die vier "Reihen" entsprechen vier kreisförmigen Segmenten, die jeweils einen Kreisbogen von nominellen 90° abdecken und mit "X" bezeichnet sind, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, das ein "X"-Segment (deckt 90° ab) darstellt. Beispieldimensionen sind: E = 27,52 cm, F = 5 mm, G = 8 cm, H = 2 mm, I = 3, 3 cm, J = 5 mm und K = 0,5 mm.
Gemäß Fig. 11 gibt es in jedem 90°-Bogen acht kleinere Segmente, die jeweils einen Kreisbogen von nominellen 11,25° abdecken und mit "Y" bezeichnet sind. Beispieldimensionen sind: L = 3, 3 cm,, M = 2 mm, N = 3 mm, O = 1,5 mm, P = 1 mm, Q = 5 mm, R = 1 mm, S = 2, 5 mm, T = 2, 5 mm, U = 1 mm, V = 5 mm und W = 1,5 mm.
Jedes "Y"-Segment weist eine Serpentinenform auf, die unter "Fingern" von dem "X"-Segment verschlungen ist. Kommt ein Objekt wie eine Hand oder ein Finger (das in Fig. 11 mit Finger bezeichnet ist) in die nächste Nähe der Sensoroberfläche, deckt das Objekt typischerweise mehrere der X "Finger" ab, und koppelt somit die elektromagnetischen Felder der entsprechenden "X"- und "Y"-Segmente. Diese Kopplung der elektromagnetischen Felder schließt den mit dem Schnittpunkt der entsprechenden "X"- und "Y"-Segmente assoziierten Schalter bzw. schaltet diesen ein.
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Erfassungsschaltungsanordnung für den 32-Segmentsensor 200. Der Sensor 200 ist mit einem Matrixschalter 206 gekoppelt, der bei diesem Ausführungsbeispiel der QT60320-Schalter ist, der im Handel von der Quantum Research Group, Großbritannien erhältlich ist. Der Schalter 206 ist mit einer Verarbeitungseinrichtung, die als Personalcomputer (PC) 208 gezeigt ist, über eine serielle (RS232) Schnittstellenplatine 210 verbunden. Natürlich können andere Kommunikationsverbindungen verwendet werden. Die Verarbeitungseinrichtung muss kein PC sein, sondern kann eine beliebige Einrichtung sein, die die hier in Verbindung mit dem PC beschriebenen Verarbeitungsfunktionen durchführen kann. Der Personalcomputer 208 konfiguriert und kalibriert die Schalter 206. Nominell ist jeder Schalter identisch konfiguriert, um eine gleichmäßige Empfindlichkeit bereitzustellen. Allerdings können verschiedene Schalter unterschiedlich in Abhängigkeit von den Besonderheiten der Applikation oder zur Berücksichtigung der Veränderlichkeit in den verschiedenen "Schaltern" konfiguriert werden, wenn die Geometrie der "Schalter" verschieden ist. Die Ausgabe des Sensors 200 ist der diskrete Zustand (das heißt Ein oder Aus) jedes der 32 Schalter. Diese Informationen werden ungefähr alle 50 ms gelesen und durch den Personalcomputer 208 verarbeitet. Die Ein/Aus-Informationen von jedem Schalter werden im Personalcomputer unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Vektoradditionsalgorithmus verarbeitet. Der Schalterzustand wird auf einer Anzeigeeinrichtung 212 des Computers 208 angezeigt.
Anders als der Acht-Segment-Prototyp liefert die 32-Segment- Anordnung keine Entfernungsinformationen über umgebende Objekte. Somit beinhaltet der Vektoradditionsalgorithmus das Hinzufügen der Winkel solcher "Schalter", die eingeschaltet sind, und die Berechnung der Richtung der Bewegung beruhend auf diesen Winkelinformationen. Die Geschwindigkeit der Bewegung ist ein nomineller Wert, der für die gesteuerte Einrichtung geeignet gewählt wird.
In Fig. 12 ist eine Anzeige 212 der Bewegungsrichtung gezeigt, wie sie durch den Vektoradditionsalgorithmus berechnet ist. Diese Anzeige 212 muss natürlich nicht vorhanden sein. Die Richtung der Bewegung wäre die durch den Pfeil angezeigte Richtung.
Obwohl die Erfindung bezüglich verschiedener bestimmter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, dass die Erfindung mit Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der Patentansprüche ausgeübt werden kann.
Vorstehend ist ein System mit einer Benutzereingabevorrichtung zur Steuerung der Position einer medizinischen Einrichtung beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Benutzereingabevorrichtung zur Verbindung mit der medizinischen Einrichtung konfiguriert und spricht auf eine Bedienereingabe an, die eine gewünschte Bewegung der Einrichtung darstellt. Eine Verarbeitungseinrichtung bestimmt eine Richtung beruhend auf einer Vorrichtungsausgabe, in die sich die Einrichtung auf Wunsch des Bedieners bewegen soll.

Claims

1. System (10) zur Steuerung einer Position einer medizinischen Einrichtung, mit
zumindest einem Sensor (104), der zur Verbindung mit der medizinischen Einrichtung und zum Ansprechen auf eine Bedienereingabe eingerichtet ist, die eine erwünschte Bewegung der Einrichtung darstellt, und
einer Verarbeitungseinrichtung (116), die mit dem Sensor verbunden ist, zur Bestimmung einer Richtung und/oder einer Geschwindigkeit beruhend auf einer Sensorausgabe, in die bzw. mit der sich die Einrichtung nach Wunsch des Bedieners bewegen soll.

2. System nach Anspruch 1, wobei der Sensor (104) einen Kapazitanzsensor (112) und/oder einen Infrarotsensor und/oder einen Ultraschallsensor umfasst.

3. System nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Sensoren (104) mit der Einrichtung verbunden ist und Ausgaben aus diesen Sensoren durch die Verarbeitungseinrichtung (116) zur Bestimmung einer Geschwindigkeit und einer Richtung verarbeitet werden, in die sich die Einrichtung bewegen soll.

4. System nach Anspruch 3, wobei die Verarbeitungseinrichtung (116) zur Erzeugung zusammengesetzter Bewegungsvektorwerte durch vekto rielle Addition der Sensorausgaben programmiert ist.

5. System nach Anspruch 1, wobei der Sensor (104) einen Kapazitanzsensor (112) umfasst, wobei der Sensor ein Abstandssensor oder ein berührungsbasierter Sensor ist.

6. System nach Anspruch 1, wobei die medizinische Einrichtung ein Röntgengerät und/oder ein Computertomographiegerät und/oder ein Positronenemissionstomographiegerät und/oder ein Magnetresonanzgerät und/oder ein Ultraschallgerät umfasst.

7. Sensor (104) mit einem Kern (102) mit einer äußeren Oberfläche (106), einer Vielzahl von Erfassungsbereichen (108) an der äußeren Oberfläche, wobei jeder Erfassungsbereich auf eine Bedienereingabe zur Erzeugung eines Signals anspricht, das die Bedienereingabe darstellt.

8. Sensor nach Anspruch 7, wobei der Kern (102) Kunststoff umfasst, und wobei jeder Erfassungsbereich (108) eine leitende Folie umfasst, die an den Kunststoff gebondet ist.

9. Sensor nach Anspruch 7, wobei der Kern (102) eine kreisförmige oder eine rechteckige Querschnittsform hat.

10. Sensor nach Anspruch 7, wobei sich eine Grundfläche an einer Außenfläche (110) jedes Erfassungsbereichs (108) befindet.

11. Sensor nach Anspruch 7, wobei die Bedienereingabe auf der Position einer Bedienerhand (82) beruht.

12. Sensor nach Anspruch 7, ferner mit acht Erfassungsbereichen (108), die jeweils eine leitende Folie aufweisen, und mit Grundflächen an einer Außenfläche (110) jedes Erfassungsbereichs.

13. Sensor nach Anspruch 7, ferner mit 32 Erfassungsbereichen (108), die jeweils mit einem Matrixschalter (206) verbunden sind.

14. Medizinisches Abbildungssystem (10) mit
einer Quelle (26) zum Senden von Signalen zu einem Patienten (50),
einer Erfassungseinrichtung (32) zur Erfassung von Signalen, die durch den Patienten gesendet wurden,
einer beweglichen Einheit (16), an der die Quelle und/oder die Erfassungseinrichtung befestigt sind,
einer Benutzereingabevorrichtung (80) mit einer Vielzahl von Sensoren (104), die mit der beweglichen Einheit verbunden sind und auf eine Bedienereingabe ansprechen, die eine gewünschte Bewegung der Einrichtung darstellt, und
einer Verarbeitungseinrichtung (116), die mit der Benutzereingabevorrichtung verbunden ist, zur Bestimmung einer Richtung und/oder Geschwindigkeit beruhend auf Sensorausgaben, in die bzw. mit der sich die Einheit nach Wunsch des Bedieners bewegen soll.

15. System nach Anspruch 14, wobei die Sensoren (104) einen Kapazitanzsensor (112) und/oder einen Infrarotsensor und/oder einen Ultraschallsensor umfassen.

16. System nach Anspruch 14, wobei die Verarbeitungseinrichtung (116) sowohl eine Geschwindigkeit als auch eine Richtung bestimmt, in die sich die Einrichtung bewegen soll.

17. System nach Anspruch 16, wobei die Verarbeitungseinrichtung (116) zur Erzeugung zusammengesetzter Bewegungsvektorwerte durch vektorielle Addition der Sensorausgaben programmiert ist.

18. System nach Anspruch 14, wobei zumindest manche der Sensoren (104) Kapazitanzsensoren (112) umfassen, die jeweils, ein Abstandssensor oder ein berührungsbasierter Sensor sind.

19. System nach Anspruch 15, wobei die Quelle (26) eine Röntgenquelle (28) und/oder eine Magnetresonanzquelle und/oder eine Positronenemissionstomographiequelle und/oder eine Ultraschallquelle umfasst.