CN102805639B - 控制医学设备的方法和具有医学设备的设施 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对设施(1，14，21，31)的医学设备(1，31)进行控制的方法，该设施具有安装在患者(P)胸部处的固定装置(20)，后者具有至少一个机电传感器(21)；具有信号分析装置(14)，向其输送利用至少一个机电传感器产生的测量信号来进行分析；以及具有与所该信号分析装置相连接的医学设备，其中，在患者的胸部处安装的固定装置利用至少一个机电传感器接收有关患者心脏活动的测量信号，利用信号分析装置基于测量信号产生有关患者心动周期的触发信号，并且其中基于触发信号来控制医学设备的运行。本发明还涉及一种设施，其具有医学设备和用于实施所述方法的计算装置。

Description

控制医学设备的方法和具有医学设备的设施

技术领域

本发明涉及一种用于对设施的医学设备进行控制的方法，尤其用于尽可能无运动伪影地产生由于患者心脏活动而运动的患者组织的图像和/或用于由于患者心脏活动而运动的患者组织的放射治疗。本发明还涉及一种设施，其具有医学设备并且具有用于实施该方法的计算装置。

背景技术

在使用成像设备(例如使用X射线计算机断层造影设备)来检查患者组织时，大多在组织或者患者相对于X射线计算机断层造影设备的X射线拍摄系统进给时从组织的不同投影方向拍摄多个二维X射线投影。检查的目的是，基于二维X射线投影产生相对高质量和更有效力的组织图像，该图像通常构成医学诊断的基础。

如果对患者上身区域内的组织进行检查，则在产生组织图像时也应当考虑由于患者心脏活动而引起的组织运动，以便能够获得高质量的无运动伪影的组织图像。

由此，例如在心脏自身作为待检查组织进行成像时总是力求：在对层图像和基于所拍摄的心脏二维X射线投影实现的三维图像进行重建时，仅使用这样的二维X射线投影，其在患者心动周期的如下心脏阶段(Herzphase)中被拍摄：在该心脏阶段中心脏实际上没有进行运动，从而避免了所提到的在重建的心脏的层图像和三维图像中的运动伪影。为了确定患者心脏的心动周期，在此通常记录下患者心脏的心电图(EKG)。

为了产生心脏的层图像和三维图像，通常在多个心动周期内在并行记录心电图的情况下拍摄心脏的二维X射线投影，并且随后基于心电图仅选出适合于重建的二维X射线投影，为此也称为回溯(retrospektiven)方法。

在替换的方法中，同样地在多个心动周期内获得心脏的二维X射线投影，然而，是基于并行记录的心电图仅仅在心脏处于一个心脏实际上没有进行运动的心脏阶段时。该方法的优点是，患者被置于较小剂量的X射线辐射。

如果患者具有低的并且规律的心跳或规律的心动周期，例如低于60bpm(beats per minute，每分钟跳动数)，则可以通过分析在EKG中的RR间隔来识别出相对短的、在RR间隔的大约60％位置周围的时间范围，其中例如在每个心动周期拍摄二维X射线投影。在此还规定称为所谓的“Pulsing-Windows，脉动窗”，也就是其中应用了X射线辐射的时间窗。在此，心脏的静止阶段多半是具有最大概率的。如果该假设是正确的，则给患者施加低剂量的X射线辐射以用于从不同的投影方向获得二维X射线投影，该低剂量对于心脏图像的重建是必需的。同时达到高的图像质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供开头所述类型的一种方法、一种设施以及一种数据载体，使得能够以替换的方式控制医学设备的运行。

根据本发明，上述技术问题通过用于对设施的医学设备进行控制的方法来解决，所述设施具有用于安装在患者胸部的固定装置(其具有至少一个机电传感器)、信号分析装置(向其传输由至少一个机电传感器产生的测量信号以用于进行分析)、以及与信号分析装置相连接的医学设备，其中在患者胸部安装的固定装置中利用至少一个机电传感器来接收有关患者心脏活动的测量信号，利用信号分析装置基于测量信号产生有关患者心动周期的触发信号，并且其中基于触发信号来控制医学设备的运行。

本发明基于如下的考虑，即使用EKG电极通常是麻烦的并且对于患者来说是不舒服的。由此至少对于男性患者来说必须通过部分去除毛发后才准备在胸部区域安装EKG电极。为了将EKG电极安装在皮肤上，大多需要使用胶黏剂。此外，在使用EKG电极的情况下出现EKG信号关于患者皮肤各自阻抗的一定的依赖关系。

因此建议：舍弃EKG电极，并且取而代之在固定装置上安装或者在其中集成至少一个机电传感器，该固定装置可以以简单的方式安装在患者胸部处。利用固定装置的机电传感器，由于挤压(Druckübung)机电传感器可以记录由于心脏活动而引起的患者胸腔运动并且能够产生相应的测量信号，该测量信号涉及、表征或指示患者心脏活动。最后，利用从测量信号中导出的触发信号能够控制或者影响医学设备的运行。

根据本发明的变形，由信号分析装置借助傅里叶分析和/或小波分析对至少一个机电传感器的测量信号进行分析，从而产生有关患者心动周期的触发信号。特别地，识别包括其信号能量的测量信号或测量信号的信号分量，该信号的频率位于与人的心脏相适应的频率带宽(大约每分钟60至140次跳动)之内。目标是高质量地采集包括QRS复合体(QRS-Komplex)的患者心动周期，从而能够导出合适的触发信号来控制医学设备。

在本发明的一种实施方式中，医学设备是成像医学设备，其中基于触发信号利用成像医学设备接收患者的尤其在胸部区域的图像信息，特别是患者心脏的图像信息。

根据本发明的另一种实施方式，医学设备是放射治疗设备，其中基于触发信号来控制对患者组织的放射治疗。

本发明要解决的技术问题也通过一种设施来解决，所述设施具有用于安装在患者胸部处且具有至少一个机电传感器的固定装置、可以向其传输利用至少一个机电传感器产生的测量信号以用于分析的信号分析装置、与信号分析装置相连接的医学设备以及包含了实现上面描述的方法的计算程序的计算装置。

根据本发明的一种变形，固定装置被实施为安装在患者胸部处的带。这样的带通常是弹性的，以便确保机电传感器与患者身体表面的良好接触。

根据本发明的另一种变形，固定装置的至少一个机电传感器是压电传感器或者是EMFi传感器(Elektromechanischer Film-Sensor，机电薄膜传感器)。

医学设备可以是计算机断层造影设备、C形臂X射线设备、PET设备、SPECT设备、磁共振设备或者放射治疗设备。

此外，本发明要解决的技术问题通过一种数据载体来解决，该数据载体具有实现上面描述的方法的计算程序。

附图说明

在所附的示意图中描述了本发明的实施例。附图中：

图1示出了具有计算机断层造影设备形式的医学设备，并且

图2示出了具有放射治疗设备形式的医学设备。

在附图中相同的或者功能相同的部件全部用相同的附图标记来。附图中的描述是示意性的并且不是强制成比例的。在本实施例的情况下，医学设备是计算机断层造影设备和放射治疗设备，其在以下并且不失一般性地仅作为理解本发明所必需的来讨论。

具体实施方式

在图1中示出的计算机断层造影设备1包含机架2，该机架具有静止部分3和示意性示出的、可围绕系统轴5旋转的部分4，该可旋转部分4借助在图1中没有示出的支架相对于静止部分3可旋转地安置。可旋转部分4在本发明的实施例的情况下具有X射线系统，该X射线系统包含X射线源6和X射线探测器7，它们被彼此相对地布置在可旋转部分4上。在计算机断层造影设备1运行时，X射线辐射8从X射线源6出发在X射线探测器7的方向上射出，穿过测量目标并且以探测器测量数据或者探测器测量信号的形式由X射线探测器7采集。

此外，计算机断层造影设备1具有用于放置待检查患者的患者卧榻9。患者卧榻9包含卧榻基座10，在其上布置了为真正放置患者P而设置的患者支撑板11。患者支撑板11相对于卧榻基座10在系统轴5的方向上可这样电机驱动地调整，即，患者支撑板11与患者P一起驶入机架2的开口12内以便用于对患者P(例如按照螺旋扫描)拍摄二维X射线投影。

基于二维X射线投影的探测器测量数据或探测器测量信号，利用计算机断层造影设备1的示意性示出的图像计算机13对利用X射线系统拍摄的二维X射线投影进行计算分析，或者对层图像、三维图像或三维数据组进行重建。

此外，计算机断层造影设备1具有计算装置14，借助该计算装置14可以执行用于操作和控制计算机断层造影设备1的计算程序。在此，计算装置14不必被构造为单独的计算装置14，而是也可以被集成在计算机断层造影设备1中。

在本发明的实施例的情况下，在计算装置14中加载了计算程序15，该计算程序实现根据发明的用于控制计算机断层造影设备1的方法。计算程序15描述了计算机断层造影设备1的特别的运行模式，并且能够从便携式数据载体(例如从CD16或者从存储棒)或者也通过网络18从服务器17(其可以是公共网络或者诊所的或医院的内部网络)加载到计算装置14中。

置于患者支撑板11上的患者P在本发明的实施例的情况下具有带20形式的固定装置，将该带在患者胸部处施加给患者P。带20具有当前以压电传感器21形式的机电传感器20，该压电传感器被集成在带20内。替换的，机电传感器也可以是EMFi传感器。在将带20施加到胸部时需要注意：压电传感器21位于患者P心脏的上方。带20由弹性材料构成，这就确保了带良好地位于患者P的身体表面上并且由此确保了压电传感器21良好地耦合到患者P的身体表面上。由患者P的心脏活动所引起的患者胸腔的运动能够相应地在压电传感器21上施加动态的压力，由此患者P心脏的心脏活动由该压电传感器产生表征或有关的测量信号。

由压电传感器21产生的测量信号被传输到信号分析装置或者计算装置。在本发明的实施例的情况下，计算装置14构成信号分析装置。

计算装置14对由压电传感器21获得的测量信号进行分析，其中，该计算装置14对测量信号进行傅里叶分析和/或小波分析，从而识别这样的测量信号或者测量信号的信号分量，即，它们具有对心脏活动来说典型的信号能量和位于与人体心脏相适应(每分钟大约60至140次跳动)的频率带宽内的频率。

基于对压电传感器21的测量信号或者测量信号的信号分量进行的分析确定患者心脏活动。理想地，患者的心动周期被确定，从而能够基于所确定的心动周期产生用于确定开头提到的“脉动窗(Pulsing-Windows)”的触发脉冲。通过这种方式能对例如患者P的胸部区域(尤其是心脏)的X射线投影的拍摄进行控制，也就是说仅在由触发脉冲确定的“脉动窗(Pulsing-Windows”)期间对X射线投影进行拍摄，其中患者P的心脏实际上没有运动。

分别所确定的或规定的触发信号，在考虑计算机断层造影设备1的情况下既可以应用于已经描述的预料中的图像产生方法，其中仅在患者P的躯干尽可能地没有进行由心脏活动引起的运动时对X射线投影进行拍摄；又可以应用于回溯的图像产生方法，其中在拍摄X射线投影之后基于触发信号选取这样的X射线投影用于图像重建，即，其在尽可能不存在由心脏活动引起的患者P躯干运动的阶段被拍摄。

此外，成像医学设备也可以是C形臂X射线设备、PET设备、SPECT设备或磁共振设备。

在此，计算机断层造影设备1不仅被用于成像，还被用于规划手术或用于规划放射治疗，以便将患者的待治疗组织的运动例如与患者P的心脏阶段相关联。

此外，医学设备也可以是放射治疗设备。图2极其示意性地示出了这样的放射治疗设备31，该放射治疗设备包含具有静止部分33和具有示意性表示的可围绕系统轴35旋转的部分34的机架32，该可旋转部分34借助在图2中未示出的支架相对于静止部分33可以被旋转地支撑。可旋转部分34具有治疗用的X射线源36以及与之相对布置的用于MeV成像的X射线探测器37。放射治疗设备31的其他组件(比如患者卧榻9等)基本上对应于计算机断层造影设备1的组件，因此它们具有相同的附图标记。治疗用的X射线源36用于以治疗用的X射线辐射施加到患者P的待治疗组织，该X射线辐射具有在MeV范围内的光子能量。

在放射治疗设备的情况下，使用基于带20的压电传感器21的测量信号而产生的触发信号，以便仅在尽可能不存在由患者P心脏活动引起的待治疗组织的运动时和/或在待治疗组织位于特定的治疗位置时才以治疗用的X射线辐射施加到患者P的待治疗组织，从而使得尽可能地不以X射线辐射施加非待治疗组织。

不同于所描述的本发明的实施例，带也可以具有多个机电传感器，如描述的那样分析其信号，以便采集患者心脏活动。

Claims (8)

1.一种用于对医学设施(1，14，21，31)的医学设备(1，31)进行控制的方法，所述医学设施具有：用于安装在患者(P)胸部处的固定装置(20)，该固定装置具有至少一个机电传感器(21)；信号分析装置(14)，向该信号分析装置输送利用所述至少一个机电传感器(21)所产生的测量信号以用于进行分析；以及医学设备(1，31)，该医学设备与所述信号分析装置(14)相连接，其中，

-在患者(P)的胸部处安装的固定装置(20)中，利用所述至少一个机电传感器(21)接收有关该患者(P)心脏活动的测量信号，

-利用所述信号分析装置(14)，基于所述测量信号确定该患者(P)的心动周期，从而基于该所确定的心动周期产生用于确定其中该患者(P)的心脏实际上没有运动的“脉动窗”的触发信号，以及

-其中，基于所述触发信号来控制所述医学设备(1，31)的运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述信号分析装置(14)借助傅里叶分析和/或小波分析对所述测量信号进行分析，从而产生关于所述患者(P)的心动周期的触发信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述医学设备是成像医学设备(1)，其中，基于所述触发信号利用所述成像医学设备(1)接收所述患者(P)的图像信息。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述医学设备是放射治疗设备(31)，其中，基于所述触发信号对所述患者(P)的组织的放射治疗进行控制。

5.一种医学设施，其具有：用于安装在患者(P)胸部处的固定装置(20)，该固定装置具有至少一个机电传感器(21)；信号分析装置(14)，可以向该信号分析装置输送由至少一个机电传感器(21)所产生的测量信号以用于进行分析；与所述信号分析装置(14)相连接的医学设备(1，31)；以及计算装置(14)，其能够实现根据权利要求1至4中任一项所述的方法。

6.根据权利要求5所述的医学设施，其中，所述固定装置是安装在胸部处的带(20)。

7.根据权利要求5或6所述的医学设施，其中，所述至少一个机电传感器是压电传感器(21)或者EMFi传感器。

8.根据权利要求5或6所述的医学设施，其中，所述医学设备是计算机断层造影设备(1)、C形臂X射线设备、PET设备、SPECT设备、磁共振设备或者放射治疗设备(31)。