DE29623747U1

DE29623747U1 - Medizinische Anlage

Info

Publication number: DE29623747U1
Application number: DE29623747U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2006-06-26
Also published as: JPH1071142A; DE19625409A1; US5878112A

Description

GR 96 G 3473

Beschreibung

Medizinische Anlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine medizinische Anlage mit verstellbaren Komponenten, enthaltend einen Lagertisch für den Patienten, insbesondere Röntgendiagnostikgerät, sowie mit einer Überwachungseinrichtung zur Feststellung der Stellung und zur Verhinderung von Kollisionen der Komponenten.

Bei derartigen medizinischen Geräten, speziell den angesprochenen Röntgendiagnosikgeräten, bei denen das Bilderzeugungssystem einen C-förmigen, längs seines Umfangs in einer Halterung verstellbaren Bogen trägt, der an seinen Enden den Röntgenstrahier und den Strahlenempfänger haltert, besteht die Gefahr, daß die verstellbaren Komponenten miteinander kollidieren. Diese Gefahr ist um so größer, als die Bedienungsperson (en) häufig mit der Beobachtung von Bildschirmen oder gar mit Operationen beschäftigt sind und sich deshalb nur nebenbei auf die Überwachung der in mehreren Freiheitsgraden verfahrbaren Komponenten konzentrieren können.

Zur Vermeidung von Kollisionen des C-Bogens einer Röntgeneinrichtung mit dem Tisch oder dem Patienten sind verschiedene Verfahren bekannt. Den berechnenden Verfahren liegt dabei ein Draht- oder Volumenmodell des Röntgensystems zugrunde, mit dessen Hilfe in.einem Rechner die Schnittflächen von sich berührenden Objekten berechnet werden können. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß eine Kollision erst erkannt wird, wenn sich wirklich Teile der Anlage berühren. Nachdem aber die Antriebe eine gewisse Strecke benötigen, um zum Stillstand zu kommen, ist der Zeitpunkt der Berührung meist bereits zu spät. Um dieses Problem zu lösen, werden üblicherweise die Modelle um einen bestimmten Prozentsatz vergrößert, 5 so daß beim virtuellen Moment bereits eine Berührung vor der

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eigentlichen Kollision festgestellt wird und damit ein' rechtzeitiges Bremsen möglich ist. In der Praxis wäre es allerdings wünschenswert, daß die Bewegungsgeschwindigkeit bereits bei einer Annäherung bzw. bei einer erkennbaren Kollisionsgefahr reduziert wird, um so ein schwingungsfreies Abbremsen des Systems zu ermöglichen. Ein weiteres Problem bei der Realisierung mittels Volumenmodellierung, beispielsweise gemäß der Patentschrift DE 3 6 04 955 C2, ist der enorme Rechenaufwand für die komplexen geometrischen Formen beispielsweise einer Röntgenanlage.

Eine ganz andere Möglichkeit der Kollisionsvermeidung ist in der DE 43 3 5 3 01 Cl beschrieben. Anstelle der Erfassung der Stellung der Komponenten durch Geber an den Komponenten bzw. den Verstellmotoren wie bei der DE 36 04 955 C2, sind hierbei zwei Kameras und ein dreidimensionales neuronales Netz vorgesehen, um die Bewegungen der Komponenten zu beobachten und bei Kollisionsgefahr entsprechend einzugreifen. Nachteilig bei dieser Methode ist, daß die Bildaufnahme sowohl durch das 0 im Raum heraumlaufende Personal als auch durch die Flächen der zu beobachtenden Objekte gestört sein kann. Dieser Nachteil wäre zwar durch Anbringen weiterer Kameras umgehbar, was auf der anderen Seite aber den Aufwand entsprechend in die Höhe treibt. Zur Berechnung der Bilddaten und der Rekonstruk-5 tion der Objekte im Rechner sind aufwendige Bildverarbeitungsalgorithmen sowie entsprechend schnelle Rechner notwendig, wodurch das System sehr teuer wird. Dies überkompensiert für die weitaus meisten Anwendungsfälle den zweifellos vorhandenen Vorteil dieser Überwachungsvorrichtung mit einem drei-0 dimensionalen neuronalen Netz, daß auch Kollisionen mit beweglichen Gegenständen oder Personen im Untersuchungsraum erkannt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine medizi-5 nische Anlage mit einer Kollisionsverhinderungseinrichtung

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der verstellbaren Komponenten so auszugestalten, daß mit einem erheblich verringerten Aufwand an apparativer Ausstattung und insbesondere an Rechnerleistung eine Verhinderung von
Kollisionen der verstellbaren Komponenten untereinander in
der Weise möglich ist, daß die Bewegung der Komponenten bei
einer Annäherung entsprechend verlangsamt wird und es gelingt,
sie bereits kurz vor der Berührung schwingungsfrei zum Stillstand zu bringen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer medizinischen Anlage der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen,
daß die Positionen, die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit der Komponenten in an sich bekannter Weise
direkt von den Antrieben und Sensoren der Komponenten abge-

nommen werden, und daß die Berechnungen zum Steuern der Komponenten über ein neuronales Netzwerk erfolgen, das in einer Lernphase entsprechend trainiert wurde.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit quasi eine Kombina-0 tion der bekannten bisherigen KoIlisionsverhinderungssysteme für medizinische Anlagen dar, indem einmal, etwa entsprechend der DE 3 6 04 955 C2, die Informationen über die Position und die aktuelle Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsgeschwindigkeit der System-Komponenten direkt von den Antrieben und Sensoren 5 der Komponenten gewonnen werden. Dadurch entfällt die gesamte Bildkette der Überwachungs- und Kollisionsverhinderungseinrichtung
nach der DE 43 3 5 3 01 Cl, was zu einer enormen Vereinfachung und Reduzierung der Kosten führt.

0 Die Berechnungen werden andererseits durch ein neuronales

Netzwerk durchgeführt, das in einer Lernphase entsprechend
trainiert wurde. Hierbei ist es zunächst unerheblich, ob nur ein oder mehrere Antriebe gleichzeitig aktiv sind, da ein
neuronales Netz zur Auswertung der Bewegung alle Eingangsgrößen parallel verarbeitet. Durch diese Kombination, bei der

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die Eingabe der Daten nicht über Kameras erfolgt, entfällt die Problematik der Verdeckung bzw. Abschattung durch Gegenstände und Personen. Da das neuronale Netz kontinuierliche Ausgangsdaten in Abhängigkeit der Eingangsgrößen liefert, können nicht nur Kollisionen festgestellt werden, sondern auch die Annäherung von Teilkörpern erkannt werden.

Die Auswertung der von den Sensoren erfaßten und abgeleiteten Informationen über die Position und die aktuelle Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsgeschwindigkeit der System-Komponenten vermeidet nicht nur die Notwendigkeit eines höchst komplexen Bildauswertungssystems, das dem neuronalen Netz vorgeschaltet werden muß, wie bei der DE 43 3 5 3 01 Cl, sondern es gestattet auch die Verwendung eines sehr viel einfacheren neuronalen Netzes. Daß dabei auf die direkte Einbeziehung des Patienten in die Kollisionsüberwachung verzichtet wird - es wird ja weder eine Hüllkurve für den Patienten vorgegeben noch werden die Umrisse des Patienten über ein Bildüberwachungssystem selbsttätig erkannt - ist dabei für die Praxis nur von rela-0 tiv geringer Bedeutung, da die Verhinderung der Kollision der Komponenten untereinander wesentlich wahrscheinlicher ist und eine erhebliche Beschädigungsgefahr mit sich bringt, während das Auffahren beispielsweise der Teile des Bilderfassungssystems eines Röntgendiagnostikgeräts auf den Patienten durch einfache Berührungstaster vor dem Bildkomponenten sicher und problemlos ausgeschaltet werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll dabei das neuronale Netzwerk ein einschichtiges Radiale Basisfunktionen-0 Netzwerk (RBF-Netzwerk) sein.

Im Input Layer eines derartigen einschichtigen RBF-Netzwerks werden die Daten derart aufbereitet, daß sie im Network Layer durch die Schicht der RBF-Neutronen verarbeitet werden kön-5 nen. Im Output Layer werden die so ermittelten Daten für die

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Weiterverarbeitung im System der medizinischen-Anlage aufbereitet .

Die Verwendung eines RBF-Netzwerks ermöglicht eine Interpolation von Ausgangsdaten zwischen Punkten, an denen keine Lernwerte vorliegen. Dies ist eine im Hinblick auf die vorliegende Erfindung besonders wichtige Eigenschaft eines RBF-Netzwerkes, da aufgrund der gestellten Sicherheitsanforderungen auch eine Kollisionsvermeidung an den Punkten erreicht werden muß, die in der Lernphase nicht explizit berücksichtigt wurden. Andere Netzwerktopologien weisen diese Eigenschaften nicht auf.

Im übrigen ist auch denkbar, daß das neuronale Netz während des Betriebs aus evtl. auftretenden Kollisionen lernt. Dies ist z.B. beim Ansprechen des vorstehend bereits erwähten Auffahrschutzes möglich. Hier ergibt sich ein weiterer Vorteil der Radialen Basisfunktionen: werden neue Lernschritte durchgeführt, so vergißt das Netzwerk die alten Lernergebnisse nicht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die als Beispiel einer medizinischen Anlage ein Röntgendiagnostikgerät schematisch erkennen läßt.

Wesentliche Komponenten des gezeigten Röntgendiagnostikgeräts sind der verstellbare Lagerungstisch 1 für den Patienten 2, 0 der C-Bogen 3 zur Halterung einmal des Röntgenstrahlers 5 und zum anderen des Strahlenempfängers 4, wobei das C-Bogengerät sowohl hinsichtlich der Angulation &agr;, der Orbital-Stellung &phgr;, der Position des Strahlenempfängers 4 und der Höhe des C-Bogens z' verstellbar ist, sowie das Stativ 6, das die An-

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triebe für die Verstellbewsegungen des C-Bogens 3 enthält. Alle diese Informationen werden direkt von den Verstellmotoren bzw. von an den Komponenten angebrachten Sensoren erfaßt und als Positionsdaten einem der Eingänge 7, 8 des RBF-Netzwerks 9 zugeführt. Dieses RBF-Netzwerk liefert nach der Lernphase an den Ausgängen 10, 11 Steuersignale für die Antriebe der Komponenten, wobei schematisch im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Antrieb 12 für das eigentliche Röntgengerät und ein Antrieb 13 für den Lagerungstisch für den Patienten dargestellt ist, obgleich in Wahrheit diese Antriebe natürlich in mehrere Antriebe aufgespalten zu denken sind, um beispielsweise die Höhe des C-Bogens oder seine Angulation oder Orbitalstellung unabhängig voneinander zu verstellen. Das RBF-Netzwerk kann über den Ausgang 14 auch ein Warnsignal abgeben, um eine akustische und/oder optische Warneinrichtung zu betätigen, sobald eine Kollision droht. Dies ist sinnvoll, da während der Untersuchung eines Patienten die Aufmerksamkeit des Bedieners nicht auf etwaige Kollisionspunkte gerichtet ist, sondern auf den Gegenstand der Untersuchung. Die Verringerung der Geschwindigkeit der Bewegung der Komponenten im Zusammenhang mit einer Warnanzeige 15 ist somit eine sinnvolle Hilfestellung für den Untersucher.

Grundsätzlich wird das neuronale Netz nicht die Bewegung gänzlich verhindern, sondern bei Annäherung entsprechend die Geschwindigkeit verringern. Hierbei wäre es denkbar, daß durch das neuronale Netz eine Region der wahrscheinlichen Kollisionen bestimmt wird, die dann mit einem konventionellen Verfahren noch genauer berechnet werden kann, beispielsweise 0 mit Hilfe des in der Zeichnung zusätzlich mit dargestellten Standardkollisionsrechners 16.

Claims

GR 96 G 3473 Schutzansprüche

1. Medizinische Anlage mit verstellbaren Komponenten, enthaltend einen Lagerungstisch für den Patienten, insbesondere Röntgendiagnostikgerät, sowie mit einer Überwachungseinrichtung zur Feststellung der Stellung und zur Verhinderung von Kollisionen der Komponenten, dadurch gekennzeichnet , daß die Positionen, die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit der Komponenten direkt von den Antrieben und Sensoren der Komponenten abgenommen werden, und daß die Berechnungen zum Steuern der Komponenten über ein neuronales Netzwerk erfolgen, das in einer Lernphase entsprechend trainiert wurde.

2. Medizinische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das neuronale Netzwerk ein einschichtiges Radiale Basisfunktionen Netzwerk ist.