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DE19743500A1 - Medizinische Einrichtung mit einer Vorrichtung zum Erfassen der Position zumindest eines sich in einem Raum befindenden Objektes - Google Patents

Medizinische Einrichtung mit einer Vorrichtung zum Erfassen der Position zumindest eines sich in einem Raum befindenden Objektes

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DE19743500A1
DE19743500A1 DE19743500A DE19743500A DE19743500A1 DE 19743500 A1 DE19743500 A1 DE 19743500A1 DE 19743500 A DE19743500 A DE 19743500A DE 19743500 A DE19743500 A DE 19743500A DE 19743500 A1 DE19743500 A1 DE 19743500A1
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DE
Germany
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camera
light
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fan
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DE19743500A
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Mircea Dipl Ing Alexandrescu
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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Description

Bei medizinischen Einrichtungen, beispielsweise einem Rönt­ gendiagnostikeinrichtung mit verstellbaren Komponenten, kann das Bilderzeugungssystem als eine Komponente einen C-förmi­ gen, längs seines Umfanges an einer Halterung verstellbaren Bogen umfassen, der an seinen Enden einen Röntgenstrahler und einen Strahlenempfänger trägt. Das Bilderzeugungssystem ist somit zur Durchstrahlung eines Untersuchungsobjektes unter verschiedenen Richtungen optimal einstellbar. Hierzu kann auch beispielsweise der Lagerungstisch für das Untersuchungs­ objekt als weitere Komponente noch in seiner Höhe und in ei­ ner Ebene verstellbar sein.
Bei einem Röntgendiagnostikgerät dieser Art besteht die Ge­ fahr, daß die verstellbaren Komponenten dem Untersuchungsob­ jekt zu nahe kommen, es unter Umständen sogar berühren und dadurch gefährden. Zur Vermeidung einer solchen Gefährdung können an den verstellbaren Komponenten Endschalter vorgese­ hen sein, die bei dem Anstoß einer solchen Komponente an ein Hindernis eine Stillsetzung beispielsweise des Verstellmotors der Komponente bewirken.
Zur Vermeidung dieser Gefährdung ist es aus der DE 36 04 955 C2 bereits bekannt, die verstellbaren Komponenten mit Gebern zu versehen, die die jeweilige Stellung der Komponenten einem Rechner melden. Der Rechner vergleicht diese Stellung mit ei­ ner über der Lagerungsvorrichtung aufgespannten Hüllfläche und signalisiert, wenn eine der verstellbaren Komponenten die Hüllfläche berührt. Dadurch ist eine Kollisionsvermeidung möglich.
Bei einer aus der DE 43 35 301 C1 bekannten medizinischen An­ lage soll eine Kollision ohne aufwendige mathematische Mo­ dellbildung und unter Berücksichtigung beweglicher Hindernis­ se, z. B. der Patientenüberwachung, vermieden werden. Hierzu werden Fernsehkameras zum Überwachen des Raumes der medizini­ schen Anlage vorgesehen, wobei eine Elektronik die Koordina­ ten der Konturen der Komponenten und der Hindernisse zu einem mehrdimensionalen Vektor zusammenfaßt und an ein dreidimen­ sionales neuronales Netzwerk weiterleitet, das Bewegungen, die zu Kollisionen führen, blockiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine medizinische Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß insbesondere Kollisionen von Komponenten der medizinischen Einrichtungen untereinander sowie Kollisionen mit unbekannten, im Raum frei verstellbaren Objekten, beispielsweise auch mit Personen ver­ mieden werden können und daß der hierzu erforderliche Aufwand hinsichtlich der konstruktiven Ausführung gering ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.
Vorteil der Erfindung ist, daß die medizinische Einrichtung eine Vorrichtung zum Erfassen der Position zumindest eines sich in einem Raum befindenden Objektes umfaßt und daß die Vorrichtung einen Lichtsender zum Senden eines schmalen Lichtfächers sowie eine Kamera zum Erfassen des zumindest einen Objektes umfaßt, und daß die Signale der Kamera einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, die aufgrund dieser Signale 3D-Daten entsprechend des zumindest einen Objektes erzeugt, die zur Vermeidung von Kollisionen des Objektes her­ angezogen werden. Es kann somit auf Sensoren an den Komponen­ ten verzichtet werden und die medizinische Einrichtung ist kompakt und einfach im Aufbau.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteeinrichtung die Signale der Kamera hinsichtlich der aktiven oder passiven triangularen 3D-Technik auswertet, wodurch Daten entsprechend der räumlichen Anordnung des zumindest einen Objektes erhal­ ten werden.
Von weiterem Vorteil ist es, wenn der Lichtsender einen zwei­ dimensionalen Lichtfächer erzeugt mit dem insbesondere der Raum, in dem die medizinische Einrichtung angeordnet ist, op­ tisch abgetastet werden kann. Die Abtastung des Raumes ist somit besonders gut und es können von der Kamera viele Daten innerhalb kurzer Zeit erhalten werden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Lichtsender eine In­ frarot-Lichtquelle aufweist, da das Infrarot-Licht nicht von einem Bediener oder dem Untersuchungsobjekt wahrgenommen wer­ den kann, so daß es nicht stört.
Durch das Vorschalten eines vorzugsweise schmalbandigen In­ frarot-Filters vor die Kamera können Umwelteinflüsse, die vom Umgebungslicht ausgehen, bei der Signalerzeugung ausgeschlos­ sen werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen in Verbindung mit den Unteransprüchen.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer medizinischen Ein­ richtung nach der Erfindung mit einer Vorrichtung zum Erfassen eines Objektes,
Fig. 2 die Vorrichtung nach der Fig. 1,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsenders der Vor­ richtung nach Fig. 2,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lichtsenders der Vorrichtung nach Fig. 2,
Fig. 5 eine an einem Geräteteil angeordnete Vorrichtung und
Fig. 6 eine medizinische Einrichtung nach der Fig. 1 mit mehreren Vorrichtungen zum Erfassen eines Objektes.
Die in der Fig. 1 als Ausführungsbeispiel gezeigte medizini­ sche Einrichtung ist als Röntgendiagnostikgerät ausgeführt, das einen C-Bogen 1 aufweist, an dem endseitig, einander ge­ genüberliegend ein Strahlenempfänger 2 und ein Strahlensender 3 angeordnet sind. Der C-Bogen 1 ist vorzugsweise entlang seines Umfanges sowie um eine horizontale Achse 4 an einer Säule 5 verstellbar, so daß ein Untersuchungsobjekt 6 aus un­ terschiedlichen Richtungen durchstrahlt werden kann. Die Sig­ nale des Strahlenempfängers 2 werden einer nicht gezeigten Auswerte- und Steuereinrichtung zugeführt, so daß aufgrund dieser Signale ein Bild des untersuchten Bereiches des Unter­ suchungsobjektes 6 auf einem Monitor 7 darstellbar ist. Aus der Fig. 1 geht hervor, daß das Untersuchungsobjekt 6 auf ei­ ner Lagerungsplatte 8 angeordnet ist, die an einem Sockel 9 beispielsweise in ihrer Höhe und/oder entlang ihrer Längs- und Querachse verstellbar und ggf. auch noch verschwenkbar gelagert ist. Über eine am Sockel 9 angeordnete Bedieneinheit 10 kann beispielsweise der Arzt oder der Bediener der medizi­ nischen Einrichtung die Steuerung und die Verstellung der Komponenten bewirken.
Um zu vermeiden, daß die Komponenten der medizinischen Ein­ richtung, beispielsweise der Strahlenempfänger 2, der Strah­ lensender 3 und/oder die Lagerungsplatte 8, bei einer Ver­ stellung miteinander oder mit dem Untersuchungsobjekt 6, dem Bediener, oder den Monitoren 7 oder mit anderen sich im Raum befindenden Objekten kollidieren, ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung 11 zum Erfassen der Position zumindest eines sich in dem Raum der medizinischen Einrichtung befindenden Objek­ tes vorgesehen. Aus der Fig. 2 ergibt sich, daß die Vorrich­ tung 11 einen Lichtsender 12 und eine Kamera 13, sowie eine der Kamera 13 nachgeschaltete Auswerteeinrichtung 14 auf­ weist, die auf die Steuereinrichtung der medizinischen Ein­ richtung einwirkt. Aus der Fig. 1 ergibt sich, daß die Vor­ richtung 11 an der Decke eines Raumes angeordnet ist. Im Rah­ men der Erfindung können weitere Vorrichtungen 11 zur Überwa­ chung des Raumes vorgesehen sein, auch ist es möglich, die Vorrichtung 11 beispielsweise an einer Seitenwand des Raumes und/oder gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 5 an ei­ nem Geräteteil, beispielsweise an dem C-Bogen 1, anzuordnen. Wesentlich ist eine Anordnung derart, daß mit dem vom Licht­ sender 12 vorzugsweise ausgehenden Lichtfächer 15 und der Ka­ mera 13 zumindest der Verstellbereich der Komponenten der me­ dizinischen Einrichtung erfaßt und abgetastet werden kann.
Zur Erläuterung der Vorrichtung 11 wird nachfolgend auf die Fig. 2 verwiesen, wobei bereits in der Fig. 1 erläuterte Ele­ mente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Ei­ ne der Möglichkeiten, alle die genannten Objekte und deren Anordnung im Raum zu erfassen ist der Einsatz der aus der Li­ teratur bekannten aktiven triangularen 3D-Technik. Mit einer von dem Lichtsender 12 ausgehenden zweidimensionalen Beleuch­ tung, beispielsweise mit einem Lichtvorhang bzw. mit einem Lichtfächer 15 und einer zweidimensionalen Abtastung des Rau­ mes mit der Kamera 13, die beispielsweise als CCD-Kamera aus­ geführt sein kann, lassen sich bei bekannter optischer Basis 16 zwischen dem Lichtsender 12 und der Kamera 13 und bei be­ kanntem Beleuchtungswinkel 17 sehr genaue 3D-Daten hinsicht­ lich der Position der Objekte im Raum gewinnen. Diese 3D-Daten werden dann, wie bereits erläutert, zur Steuerung, ins­ besondere hinsichtlich der Vermeidung von Kollisionen der Komponenten der medizinischen Einrichtung, herangezogen.
Zur Erzeugung eines zweidimensionalen Lichtfächers 15 kann, wie aus der Fig. 3 hervorgeht, eine Lichtquelle 18, ein schma­ les Lichtbündel -senden, das über einen ersten Spiegel 19 oder eine Zylinderlinse in einer ersten Ebene, beispielsweise in einer vertikalen Richtung und über einen zweiten Spiegel 20 in einer zweiten, zur ersten zumindest annähernd senkrecht ausgerichteten Ebene, beispielsweise in der Horizontalen ab­ gelenkt wird. Es kann somit ein Lichtfächer 15 zur Abtastung zumindest eines Teilbereiches des Raumes erzeugt werden. Vor­ zugsweise wird die Verstellung des ersten Spiegels 19 derart mit dem Erzeugen von Signalen eines ersten Halbbildes der Ka­ mera 13 synchronisiert, daß jedes Halbbild beispielsweise auf einer Abtastung in der ersten, beispielsweise der vertikalen Ebene beruht. Die Signale der Kamera 13 werden dann der Aus­ werteeinrichtung 14 zugeführt, die eine Recheneinheit sowie einen Speicher aufweist, in dem die von der Recheneinheit be­ rechneten Daten entsprechend der momentanen Anordnung der Ob­ jekte gespeichert und somit für die weitere Verarbeitung zu­ gänglich gemacht werden. Beispielsweise können die Oberflä­ chen des Strahlenempfängers 2 mit den Oberflächen des Unter­ suchungsobjektes 6 hinsichtlich des Abstandes verglichen und ein Steuersignal erzeugt werden, wenn sich der Strahlenemp­ fänger 2 und das Untersuchungsobjekt 6 unzulässig nähern. Aufgrund des Signales wird dann die weitere Verstellung des Strahlenempfängers 2 und des Untersuchungsobjektes 6 in einer Richtung zueinander unterbunden.
Im Rahmen der Erfindung kann die Lichtquelle 18 auch gemäß der Fig. 4 einen mittels beispielsweise einer Zylinderlinse oder Ausblendung erzeugten Lichtfächer in einer ersten Ebene aussenden, der über einen Spiegel 20 in einer zweiten Ebene abgelenkt wird.
Besonders bevorzugt ist der Lichtsender 18 ein Infrarot- Lichtsender, der beispielsweise als Infrarot-Laser oder als Infrarot-Halbleiter ausgeführt ist. Das Infrarot-Licht kann somit vom Bediener oder vom Untersuchungsobjekt 6 nicht wahr­ genommen werden und stört daher bei der Untersuchung nicht. Ist vor der Kamera 13 ein insbesondere schmalbandiges Infra­ rot-Filter 21 vorgesehen, das nur das Licht der Infrarot- Lichtquelle 18 durchläßt, so können vom Umgebungslicht ausge­ hende Reflexionen und Störeinflüsse bei der Erzeugung der Si­ gnale durch die Kamera 13 weitestgehend ausgeschlossen wer­ den.
Wie bereits erläutert, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Vorrichtung 11 an der Decke des Raumes angeordnet ist, da sie somit nicht stört und ein guter "Überblick" ge­ währleistet ist. Zur Vermeidung von eventuell auftretenden Abschattungen bei der Abtastung der Objekte mittels des Lichtfächers 15 kann auch eine bilaterale Beleuchtung erfol­ gen, wozu beispielsweise eine zweite Vorrichtung gemäß der Fig. 6 vorgesehen wird, die den Raum aus einer weiteren Rich­ tung abtastet. Die Recheneinheit korreliert hierbei die je­ weils erhaltenen Signale der Kameras 13, 24 so daß ein voll­ ständiges 3D-Bild, zumindest aber Daten von allen Objekten im Raum erzeugt werden können.
Hierzu können einer ersten Kamera 13 jeweils ein erster und ein zweiter Lichtsender 22, 23 zugeordnet sein. Unter Ein­ schaltung des ersten Lichtsenders 22 werden erste Bildsignale von der Kamera 13 abgeleitet und der Auswerteeinrichtung 14 zugeführt. Dann wird der erste Lichtsender 22 abgeschaltet und der zweite Lichtsender 23 eingeschaltet und zwei von der Kamera 13 ausgehende Bildsignale ebenfalls der Auswerteein­ richtung 14 zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 14 verknüpft die ersten und zweiten Bildsignale zu Bildsignale entspre­ chend einer perspektivischen oder räumlichen Darstellung der Objekte. Aus diesen Bildsignalen werden dann Steuersignale in Abhängigkeit vom Abstand der Objekte zueinander erzeugt. Zur weiteren Vervollständigung und Beobachtung des Raumes bzw. des Abstandes der Objekte zueinander kann ebenfalls, wie aus der Fig. 6 hervorgeht, eine weitere Kamera 24 mit einem weite­ ren zugeordneten ersten und/oder zweiten Lichtsender 25, 26 vorgesehen sein, mit der der Raum bzw. die Objekte aus einer weiteren Perspektive "betrachtet" werden können. Auch hierbei können der weitere erste und zweite Lichtsender 25, 26 abwech­ selnd zum Erzeugen von weiteren ersten und zweiten Bildsigna­ len angesteuert werden und die von der weiteren Kamera 24 ab­ leitbaren weiteren ersten und zweiten Bildsignale der Auswer­ teeinrichtung 14 zum Erzeugen von Steuersignalen zugeführt werden. Es ergibt sich somit eine weitere Verbesserung hin­ sichtlich der Überwachung und des Ausschlusses einer Kollisi­ on.

Claims (13)

1. Medizinische Einrichtung mit einer Vorrichtung (11) zum Erfassen der Position zumindest eines sich in einem Raum befindenden Objektes, wobei die Vorrichtung (11) einen Lichtsender (12) zum Senden eines Lichtfächers (15) sowie eine Kamera (13) zum Erfassen des zumindest einen Objektes (1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10) aufweist und wobei die Signale der Kamera (13) einer Auswerteeinrichtung (14) zugeführt werden, die aufgrund dieser Signale 3D-Daten entsprechend des zumindest einen Objektes (1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10) erzeugt, die zur Vermeidung von Kollisionen des Objektes (1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10) herangezogen werden.
2. Medizinische Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinrichtung (14) die Signale der Kamera (13) hinsichtlich der aktiven oder passiven triangularen 3D-Technik auswertet.
3. Medizinische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtsender (12, 18) einen zweidimensionalen Licht­ fächer (15) erzeugt.
4. Medizinische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lichtsender (12, 18) ein Lichtbündel sendet, das über einen ersten Spiegel (19) in einer ersten Ebene und über einen zweiten Spiegel (20) in einer zweiten, zur ersten zu­ mindest annähernd senkrecht ausgerichteten Ebene abgelenkt wird.
5. Medizinische Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Verstellung des ersten Spiegels (19) mit dem Erzeu­ gen von Signalen eines ersten Halbbildes der Kamera (13) der­ art synchronisiert ist, daß jedes Halbbild auf einer Abta­ stung der ersten Ebene beruht.
6. Medizinische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei von einer Lichtquelle (18) des Lichtsenders (12) ein fächerförmiges Lichtbündel ausgeht, dessen Fächer in einer ersten Ebene liegt, wobei das fächerförmige Lichtbündel über einen verstellbaren Spiegel (19, 20) in einer zweiten zur ersten zumindest an­ nähernd senkrecht ausgerichteten Ebene verstellbar ist und wobei die Verstellung des Spiegels (19, 20) mit dem Erzeugen von Signalen eines Halbbildes der Kamera (12, 13) derart synchronisiert ist, daß jedes Halbbild auf einer Abtastung der zweiten Ebene beruht.
7. Medizinische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Lichtsender (12) eine Infrarot-Lichtquelle (18) aufweist.
8. Medizinische Einrichtung nach Anspruch 7, wobei der Kamera (13) ein Infrarot-Filter (21) vorgeschaltet ist, das im wesentlichen nur das Licht der Infrarot-Licht­ quelle (18) durchläßt.
9. Medizinische Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Infrarot-Lichtquelle (18) ein Infrarot-Laser ist.
10. Medizinische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kamera (13) als CCD-Kamera ausgeführt ist.
11. Medizinische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung (11) an der Decke des Raumes angeordnet ist.
12. Medizinische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest eine weitere Vorrichtung (11) im Raum ange­ ordnet ist, wobei die jeweiligen 3D-Daten derart miteinander korreliert werden, daß Daten entsprechend eines vollständigen 3D-Bildes des zumindest einen Objektes (1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10) erzeugt und zur Vermeidung von Kollisionen herangezogen werden.
13. Medizinische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Objekt (1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10) eine Komponente der medi­ zinischen Einrichtung und/oder eine Person ist.
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