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Technischer
Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Auswertung eines
Gleichgewichtstands des menschlichen Körpers, insbesondere eines Gleichgewichtstands
der Wirbelsäule.
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Die
Diagnose von Schmerzen der Wirbelsäure basiert im Allgemeinen
auf der Interpretation einer oder mehrerer Röntgenaufnahmen, welche mit
Hilfe einer Apparatur erhalten werden, die eine Röntgenstrahlenquelle,
Haltemittel für
die röntgenstrahlempfindliche
Zieltafel, Patientenlagerungsmittel für die Lagerung eines Patienten
in einer fixen Position zwischen der Röntgenstrahlenquelle und den
Haltemitteln für
die Zieltafel umfasst. Der Arzt muss die Röntgenaufnahmen interpretieren,
um daraus die wahrscheinlichen Gründe für die Rückenschmerzen des Patienten
abzuleiten.
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Die
Analyse von Röntgenaufnahmen
ist ein schwieriger Vorgang und, trotz der großen Erfahrung der Ärzte, erlaubt
eine derartige Analyse es nicht, auf ausreichend verlässliche
und vollständige
Weise die Ursachen für
das Auftreten von bestimmten Erkrankungen der Wirbelsäule festzustellen.
Und in einigen Fällen
führen
Röntgenaufnahmen
zu Fehlern bei der Diagnose.
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Um
eine vollständigere
Analyse des menschlichen Skeletts durchzuführen, mit dem Ziel, die Ursache für bestimmte
Rückenschmerzen
beim Patienten besser zu erkennen, wurde in den Dokumenten
NL 7 415 910 A und
EP 0 119 660 A ,
bereits vorgeschlagen, auf automatische Weise auf einem Röntgenbild
der Wirbelsäule die
vertikale Achse, die durch den Schwerpunkt des Patienten verläuft, zu
verfolgen. Eine in diesen Dokumenten beschriebene Einrichtung umfasst
dafür eine
Röntgenstrahlenquelle,
Haltemittel für
die röntgenstrahlempfindliche
Zieltafel, Patientenlagerungsmittel, die so ausgelegt sind, dass
sie einen Patienten in einer fixen Position zwischen der Röntgenstrahlenquelle
und den Haltemitteln der Zieltafel halten, und Mittel, die mit den
Patientenlagerungsmitteln verbunden sind, um die horizontale Position
der globalen Schwerkraftachse des Patienten beim Betrieb der Röntgenstrahlenquelle
festzustellen und um Positionssignale zu erzeugen. Die Positionssignale
steuern einen oberen Wagen, der seitlich bewegt werden kann und
einen vertikalen Bleifaden unterstützt, der zwischen dem Patienten
und der Halterung der röntgenstrahlempfindlichen
Zieltafel angebracht ist, und zielt dabei darauf ab, den Faden in
eine Linie mit der Röntgenstrahlenquelle
und der globalen Schwerkraftachse zu bringen. So kann die Lage der
globalen Schwerkraftachse des Patienten, welche das Gleichgewicht
des Patienten charakterisiert, auf den Röntgenaufnahmen sichtbar gemacht
werden.
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Eine
derartige Einrichtung weist jedoch einige Nachteile auf, was in
der Praxis ihre effektive Anwendung verhindert. Zunächst sind
die Präzision
und die Verlässlichkeit
der Lage des Röntgenbildes
der globalen Schwerkraftachse nicht zufrieden stellend. Und vor
allem stellt das mechanische System des mobilen Wagens und des vertikalen
Fadens aufgrund seiner Abmessung, der Gefahr eines Verhakens des
Fadens und wegen der Aufmerksamkeit, die notwendigerweise bei der
Bewegung des den Faden tragenden Wagens aufgebracht werden muss,
eine Quelle für
Behinderungen und Fehler dar.
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Ein
weiterer Nachteil resultiert im Allgemeinen aus der variablen und
unkontrollierten Lage des Patienten auf dem Patientenlagerungsmittel,
was der Lesbarkeit der Röntgenaufnahme
abträglich
ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue Einrichtung
zu entwickeln, welche es ermöglicht,
die Nachteile der bekannten Einrichtungen zu vermeiden, insbesondere
durch die Unterdrückung
jeglicher Quellen für
Behinderungen und Fehler, die aus einer Verwendung eines mobilen
vertikalen Fadens resultieren können,
und durch die vollständig
transparente Gestaltung des Transfers der Position der globalen
Schwerkraftachse des Patienten auf das Röntgenbild für den Anwender.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Präzision und
Verlässlichkeit
der so erhaltenen Röntgenbilder,
um so eine genaue Interpretation der relativen Lage der Schwerkraftachse
in Bezug auf das Skelett des Patienten zu ermöglichen.
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Um
diese sowie weitere Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung eine
Einrichtung zur Auswertung des Gleichgewichtstandes des menschlichen
Körpers,
umfassend eine Röntgenstrahlenquelle
und Haltemittel für die
röntgenstrahlempfindliche
Zieltafel, um auf der Zieltafel ein Röntgenbild des Patienten herzustellen,
sowie Patientenlagerungsmittel vor, die so ausgelegt sind, dass
sie einen Patienten in einer fixen Position zwischen der Röntgenstrahlenquelle
und den Haltemitteln der Zieltafel halten und Positionssignale erzeugen,
welche die horizontale Position der globalen Schwerkraftachse des
Patienten in Bezug zu der Röntgenstrahlenquelle
und der Zieltafel darstellen; die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst:
- – Mittel,
um das auf der Zieltafel hergestellte Röntgenbild des Patienten durch
Abtastung zu digitalisieren und um dadurch ein digitalisiertes Röntgenbild
zu erzeugen,
- – Mittel,
um in Abhängigkeit
von den genannten Positionssignalen ein digitalisiertes Bild des
Schattenwurfs der globalen Schwerkraftachse in der Ebene der Zieltafel
zu erzeugen,
- – Mittel,
um das genannte digitalisierte Röntgenbild
des Patienten mit dem digitalisierten Bild des Schattenwurfs der
globalen Schwerkraftachse zu kombinieren und um dadurch ein kombiniertes
digitalisiertes Bild zu erzeugen,
- – sowie
Mittel, um das genannte kombinierte digitalisierte Bild zu visualisieren.
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Das
Bild wird so mittels elektronischer Mittel realisiert, welche sich
vollständig
außerhalb
des vom Patienten besetzten Raums bei der Aufnahme des Röntgenbildes
befinden und gegenüber
den Risiken von Verschiebungen durch die Bewegungen des Patienten
vollkommen unempfindlich sind. Weiterhin wird die Genauigkeit des
so erhaltenen Bildes deutlich verbessert, da jeglicher Positionsfehler
des Fadens eliminiert wird.
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In
der erfindungsgemäßen Einrichtung
umfassen die Mittel zum Erzeugen eines digitalisierten Bildes des
Schattenwurfs der globalen Schwerkraftachse:
- – eine Rechnereinheit
und einen zugehörigen
Speicher,
- – geometrische
Daten, gespeichert in dem Speicher, die den relativen Positionen
der Röntgenstrahlenquelle,
der Ebene der empfindlichen Tafel und den Patientenlagerungsmitteln
in einem fixen Koordinatensystem entsprechen,
- – ein
Programm, das in einem Bereich des Programmspeichers des Speichers
gespeichert wird und das so angepasst ist, dass es die genannten
Positionssignale zum Zeitpunkt der Aufnahme des Röntgenbilds
speichert, und das so angepasst ist, dass es in Abhängigkeit
von den genannten Positionssignalen die Schnittgerade der Ebene
der empfindlichen Tafel und der vertikalen Ebene, die durch die
Röntgenstrahlenquelle und
durch die horizontale Position der globalen Schwerkraftachse hindurchführt, berechnet,
und das Ergebnis dieser Berechnung, welches das Bild der globalen
Schwerkraftachse darstellt, speichert.
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Vorzugsweise
ist die Einrichtung dergestalt, dass:
- – sie einen
Scanner umfasst, um das Röntgenbild,
das auf der röntgenstrahlempfindlichen
Zieltafel erzeugt wird, durch Abtastung zu scannen und um eine Abfolge
von digitalen Signalen zu erzeugen, die das digitalisierte Röntgenbild
darstellen,
- – das
Programm so angepasst ist, dass es den Empfang der digitalen Signale
sicherstellt und sie in dem Speicher speichert,
- – das
Programm so angepasst ist, dass es das digitalisierte gespeicherte
Röntgenbild ändert, indem
es das Bild der globalen Schwerkraftachse ersetzt und dadurch das
genannte kombinierte digitalisierte Bild erzeugt,
- – und
dass das Programm so angepasst ist, dass es das genannte kombinierte
digitalisierte Bild auf einem Monitor anzeigt oder es auf einen
Träger
ausdruckt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform,
welche die Genauigkeit noch weiter verbessert, umfasst das Programm
eine Kalibrierungssequenz, die so ausgelegt ist, dass sie das Röntgenbild
eines Kalibrierungsobjekts mit Röntgen
undurchlässigen
Markierungen scannt und anhand von bekannten Abmessungen und Positionen
der Röntgen
undurchlässigen
Markierungen des Kalibrierungsobjekts die geometrischen Daten berechnet
und sie in dem Speicher speichert. Diese Einrichtung ermöglicht es,
das Problem der Unsicherheit, welches mit der unbekannten Position
der Röntgenstrahlenquelle
verbunden ist, die im Allgemeinen im Inneren eines Emissionskopfes
angebracht ist, dessen Inneres nicht einsehbar ist. Indem auf geeignete
und markierte Weise das Kalibrierungsobjekt auf dem Patientenlagerungsmittel
positioniert wird und indem von dem so positionierten Kalibrierungsobjekt
eine Röntgenaufnahme
gemacht wird, werden mit einem Mal alle notwendigen geometrischen
Daten, das heißt
die relativen Positionen der Röntgenstrahlenquelle,
der Patientenlagerungsmittel und der Zieltafel, bestimmt, was anschließend eine
genaue Berechnung der relativen Positionen des Bildes der globalen
Schwerkraftachse in Bezug auf das Röntgenbild der Knochen des Patienten
ermöglicht.
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Einer
der Gründe
für einen
Mangel an Präzision
und Verlässlichkeit
der bekannten Einrichtungen, welche eine Kraftmessplatte umfassen,
welche die horizontale Position der globalen Schwerkraftachse des
Patienten detektiert, ist die mögliche
Abweichung der Eigenschaften der Sensoren der Kraftmessplatte. Aus
dieser Abweichung ergibt sich, dass die von jedem der Sensoren erzeugten
Signale mit der Zeit variieren können, was
zu einer fehlerhaften Bestimmung der Position der globalen Schwerkraftachse
führt.
Die Erfindung ermöglicht
die Lösung
dieses Problems, indem ein Kalibriergewicht und eine periodisch
auszuführende
Kalibrierungssequenz vorgesehen sind. Das abnehmbare und auf den
Patientenlagerungsmitteln positionierbare Kalibriergewicht weist
eine bestimmte Form auf, umfasst Positionsortungsmitteln, die mit
passenden Ortungsmitteln der Patientenlagerungsmittel in Übereinstimmung
gebracht werden müssen,
und umfasst einen Schwerpunkt, dessen relative Position in Bezug
zu den Positionsortungsmitteln bekannt ist. Die im gespeicherten
Programm vorgesehene Kalibrierungssequenz ist so ausgelegt, dass
sie die Korrekturparameter der Kraftsignale, die von dem jeweiligen
Sensor erzeugt werden, berechnet, so dass der berechnete Schwerpunkt
mit der bekannten geometrischen Position des tatsächlichen
Schwerpunkts des Kalibriergewichts in Übereinstimmung gebracht wird.
Die Korrekturparameter werden dann im Speicher gespeichert, um die
späteren
zuverlässigen Berechungen
der Position der globalen Schwerkraftachse der Patienten zu ermöglichen.
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Vorzugsweise
wird das fixe Koordinatensystem zur Verbesserung der Genauigkeit
auf der vertikalen Ebene zentriert, die durch die Röntgenstrahlenquelle
verläuft
und senkrecht auf den Haltemitteln für die röntgenstrahlempfindliche Zieltafel
steht.
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Vorzugsweise
umfassen die Patientenlagerungsmittel Armlehnen, auf welche der
Patient seine Arme in einer definierten vorderen Position aufstützen kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
sind die Patientenlagerungsmittel um eine vertikale Mittelachse rotierend
montiert, was die winkelige Ausrichtung des Patienten in Bezug auf
die Richtung zwischen der Röntgenstrahlenquelle
und den Haltemitteln der Zieltafel ermöglicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
sind die Armlehnen mit einer Drehplatte solidarisch, welche selbst
eine Kraftmessplatte für
Gleichgewichtsänderungen
trägt,
die durch eine Vielzahl von Kraftsensoren modifiziert wurde, die
entsprechend den in Bezug zu dem Koordinatensystem gesetzten Positionen
verteilt sind und Kraftsignale erzeugen, die von der Rechnereinheit
und dem Programm als Positionssignale verwendet werden. Vorzugsweise
umfasst die Einrichtung Mittel zur Indexierung, um die Winkelstellung
der Patientenlagerungsmittel mindestens alle 45 ° selektiv zu fixieren.
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Zusammenfassende Beschreibung
der Figuren
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Andere
Gegenstände,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen deutlich, die
in Verbindung mit den beigefügten
Figuren gegeben werden, in welchen:
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1 eine
schematische und perspektivische Darstellung einer Auswertungseinrichtung
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Vorderansicht eines diametralen Schnitts der Patientenlagerungsmittel
in der Auswertungseinrichtung der 1 ist;
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3 eine
Draufsicht der Auswertungseinrichtung von 1 ist;
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4 eine
perspektivische Ansicht ist, welche den Arbeitsschritt der Kalibrierung
mittels eines Kalibrierungsobjekts erläutert; und
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5 ein
vereinfachtes Blockschaltbild ist, welches die wesentlichen Elemente
von Material und Software darstellt, welche die Berechungen für die erfindungsgemäße Erzeugung
der Bilder ermöglicht.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Die
in den 1 und 3 gezeigte Ausführungsform
der Einrichtung umfasst eine Röntgenstrahlenquelle 1,
Haltemittel für
die Zieltafel 2, um die röntgenstrahlempfindliche Zieltafel
zu halten und vertikal in eine bestimmte horizontale Entfernung
der Röntgenstrahlenquelle 1 zu
orientieren, sowie Patientenlagerungsmittel 3, die so ausgelegt
sind, dass sie einen Patienten 4 in einer fixen Position
zwischen der Röntgenstrahlenquelle 1 und
den Haltemitteln der Zieltafel 2 halten. Die erfindungsgemäße Einrichtung
ist eine Einrichtung für
die Aufnahme von Röntgenbildern.
Anders gesagt können
die Röntgenstrahlenquelle 1 und
die Haltemittel für
die Zieltafel 2 einen solchen Aufbau haben, wie diese üblicherweise
bei medizinischen Röntgeneinrichtungen
verwendet werden.
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Erfindungsgemäß umfassen
die Patientenlagerungsmittel 3 Mittel zur Detektion der
horizontalen Position, das heißt
der Koordinaten in der horizontalen Ebene, der globalen Schwerkraftachse 5 des
Patienten oder der vertikalen Achse, welche durch den Schwerpunkt
G des Patienten 4 verläuft,
beim Betrieb der Röntgenstrahlenquelle 1.
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A
priori kann die Erfindung zur Analyse des Gleichgewichts von Patienten 4 in
unterschiedlichen Positionen, wie der aufrechten Position oder sitzenden
Position zum Beispiel, angewandt werden. Auf der 1 wurde
eine erfindungsgemäße Einrichtung
in einer Ausführungsform
dargestellt, in welcher die Patientenlagerungsmittel 3,
die Mittel der Röntgenstrahlenquelle 1 und
die Haltemittel der Zieltafel 2 so angepasst sind, dass eine
Röntgenaufnahme
und eine gleichzeitige Ortung der globalen Schwerkraftachse 5 eines
Patienten 4 in aufrechter Position ausgeführt wird.
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In
dieser aufrechten Position zur Analyse der Wirbelsäule ist
die Einrichtung so angeordnet, dass sie eine Röntgenaufnahme des Brustkorbbereichs,
des Lendenbereichs, des Beckenbereichs und des oberen Oberschenkelbereichs
des Patienten 4 erstellt.
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Bei
der Ausführungsform,
in welcher der Patient 4 sich in aufrechter Position befindet,
ist es wichtig, dass die Arme 6 und 7 des Patienten
eine definierte konstante Position einnehmen, denn ihre Position
beeinflusst die des Schwerpunkts G und die Qualität des erhaltenen
Röntgenbilds.
Zum Beispiel, wie auf der Figur dargestellt, umfassen die Patientenlagerungsmittel 3 Armlehnen
(8 und 9) wie vertikale Stangen, auf die der Patient 4 seine
Arme 6 und 7 in einer vorderen Position, zum Beispiel
in einer horizontalen Position, aufstützen kann, indem er die Stangen 8 und 9 mit
seinen Händen
ergreift.
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Vorzugsweise
sind die Patientenlagerungsmittel 3 um eine vertikale Mittelachse 10 drehbar
montiert, was eine winkelige Ausrichtung des Patienten 4 in
Bezug zu der Ausbreitungsrichtung der Strahlen zwischen der Röntgenstrahlenquelle 1 und
den Haltemitteln der Zieltafel 2 ermöglicht, gemäß mehrerer aufeinander folgender
winkeliger Positionen, in welchen mehrere Röntgenaufnahmen gemacht werden
können,
zum Beispiel von vorn und dann im Profil. Mittel zur Indexierung
ermöglichen
es, die winklige Position der Patientenlagerungsmittel 3 um
eine vertikale Mittelachse 10 gemäß mindestens acht Positionen,
die im Abstand von jeweils 45 ° verteilt
sind, selektiv zu fixieren.
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In
der vorteilhaften Ausführungsform,
die in den 2 und 3 gezeigt
ist, ruht der Patient 4 auf den Patientenlagerungsmittel 3,
welche eine Kraftmessplatte für
Gleichgewichtsänderungen 15 umfassen,
die mit einer Vielzahl von Kraftsensoren wie den Sensoren C1, C2
und C3 ausgestattet ist, die entsprechend den in Bezug zu dem Koordinatensystem
XbObYb markierten Positionen verteilt und mit Rechenmittel verbunden sind,
um die Position Og auf der horizontalen Ebene aus der Resultierenden
der Kräfte
in dem genannten Koordinatensystem XbObYb zu berechnen. Es kann
natürlich
eine Anzahl an Sensoren von mehr als drei vorgesehen werden.
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Das
Koordinatensystem XbObYb kann vorzugsweise in Ob auf der vertikalen
Ebene XOZ zentriert sein, welche durch die Röntgenstrahlenquelle 1 verläuft und
senkrecht auf den Haltemitteln für
die röntgenstrahlempfindliche
Zieltafel 2 steht. Zum Beispiel umfassen die Patientenlagerungsmittel 3,
wie es in der Aufsicht des Schnitts in 2 gezeigt
wird, eine fixe Platte 12, welche in den Boden eingelassen
werden kann und auf welcher eine Drehplatte 13 montiert
ist, die sich um einen oberen Zapfen 14 der festen Platte 12 dreht. Der
obere Zapfen 14 definiert so die Rotationsachse der Drehplatte 13,
welche auch die vertikale Mittelachse 10 der Patientenlagerungsmittel 3 darstellt.
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Die
Drehplatte 13 trägt
eine Kraftmessplatte für
Gleichgewichtsänderungen 15,
die als Stützfläche des Patienten
während
des Betriebs der erfindungsgemäßen Auswertungseinrichtung
verwendet wird. Zum Beispiel kann die Kraftmessplatte für die Gleichgewichtsänderungen 15 scheibenförmig sein,
wie auf 3 zu sehen ist.
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Die
aus der Kraftmessplatte für
die Gleichgewichtsänderungen 15 bestehenden
Platte ist über
die Vermittlung von mindestens drei Kraftsensoren C1, C3 und C3,
die für
eine Messung der vertikalen Stützkraft
zwischen der Kraftmessplatte für
die Gleichgewichtsänderungen 15 und
der Drehplatte 13 ausgerichtet sind, mit der Drehplatte 13 verbunden.
Zum Beispiel sind die Kraftsensoren C1, C2 und C3, wie in 3 gezeigt,
in einem Winkel von 120 ° voneinander
und in jeweils gleicher Entfernung vom Mittelpunkt Ob angebracht.
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Die
drei Sensoren C1, C2 und C3 werden von den vertikalen Kräften F1,
F2 und F3 angeregt.
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Der
Schwerpunkt der Standorte der Sensoren C1, C2 und C3, der durch
die Koeffizienten F1, F2 und F3 bewirkt wird, ist der Punkt Og,
wo die globale Schwerkraftachse 5 des Patienten die Stützebene
schneidet. Dieser Punkt Og wird durch eine grundlegende Berechnung
ausgehend von den bekannten Koordinaten der Positionen der Sensoren
C1, C2 und C3 und den gemessenen Kraftwerten F1, F2 und F3 bestimmt.
Diese Berechnung verwendet die Beziehung:
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Diese
Berechnung kann auch durch einen Mikrocontroller ausgeführt werden,
der in die Kraftmessplatte für
Gleichgewichtsänderungen 15 integriert
oder an einem anderen Standort untergebracht ist, und auf geeignete
Weise programmiert ist, welche dem Fachmann zugänglich ist.
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Vorzugsweise,
wie in 1 gezeigt, sind eine Rechnereinheit 21 und
ein zugehöriger
Speicher vorgesehen, zum Beispiel ein Mikrocomputer und seine üblichen
Peripheriegeräte
wie eine Tastatur 22 und ein Monitor 23. Die Rechnereinheit 21 wird
elektrisch mit dem Patientenlagerungsmittel 3 verbunden,
um die vom Patientenlagerungsmittel 3 erzeugten Positionssignale
zu empfangen und um die Berechung der Koordinaten von Punkt Og auszuführen. Erfindungsgemäß sind weiterhin
Mittel 20 vorgesehen, um das Röntgenbild des Patienten auf
dem Lagerungsmittel auf der Zieltafel 2 durch Abtastung
zu digitalisieren. Dafür
kann ein Scanner 20 verwendet werden, der so ausgerichtet
ist, dass das Röntgenbild,
das auf der röntgenstrahlempfindlichen
Zieltafel 2 erzeugt wird, durch Abtastung gescannt und
eine Abfolge von digitalen Signalen erzeugt wird, die das digitalisierte
Röntgenbild
darstellen. Erfindungsgemäß sind weiterhin
Mittel zur Berechnung und Bildbehandlung vorgesehen, um dem genannten
digitalisierten Röntgenbild
des Patienten das digitalisierte Bild Hg der globalen Schwerkraftachse 5 in
der vertikalen Ebene der röntgenstrahlempfindlichen
Platte zu überlagern.
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Vorzugsweise
sind die Mittel zur Berechnung mit Speichermitteln verbunden, um
die Speicherung der Koordinaten der Position Og der Resultierenden
der Kräfte
auf der Kraftmessplatte für
die Gleichgewichtsänderungen 15 zum
Zeitpunkt der Röntgenaufnahme
sicherzustellen. So entspricht die relative Position des Röntgenbildes
des Patienten und das Bild Hg der globalen Schwerkraftachse 5,
unter Berücksichtigung
der Vergrößerung aufgrund
des Prinzips des Röntgens
selbst, exakt der relativen Position zwischen dem Skelett des Patienten 4 und
der Position seiner globalen Schwerkraftachse 5 bei der
definierten Haltung der Röntgenaufnahme.
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Die 5 zeigt
detaillierter das schematische Diagramm der Elemente, welche die
Berechung und die Erzeugung der Bilder ermöglichen.
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Man
sieht die Rechnereinheit 21, wie z. B. eine zentrale Einheit
eines Mikrocomputers oder eines Mikroprozessors, verbunden mit deren
Peripheriegeräten
wie der Tastatur 22 und dem Monitor 23. Die durch
die Kraftsensoren C1, C2 und C3 erzeugten Positionssignale werden
zu der Rechnereinheit 21 über die Vermittlung eines Analog/Digital-Wandlers 30 geschickt.
Die Rechnereinheit 21 führt
die vorgenannte Berechnung aus, um die Koordinaten der globalen
Schwerkraftachse 5 im fixen horizontalen Koordinatensystem
XbObYb oder die Position des Punktes Og abzuleiten. Diese Koordinaten
werden in einem Bereich des Datenspeichers 25 des Speichers 24 gespeichert,
der selbst wiederum mit der Rechnereinheit 21 verbunden
ist.
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Der
Bereich des Datenspeichers 25 enthält weiterhin andere geometrische
Daten, die den relativen Positionen der Röntgenstrahlenquelle 1,
der Ebene der empfindlichen Tafel 2 und den Patientenlagerungsmitteln
(3) in einem Koordinatensystem XbObYb entsprechen.
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In
einem Programmspeicherbereich 26 des Speichers 24 wird
ein Programm gespeichert. Das Programm ist so angepasst, dass die
genannten Positionssignale im Augenblick der Aufnahme des Röntgenbildes gespeichert
werden, wobei dieser Augenblick der Rechnereinheit 21 durch
einen Eingang, der mit dem Röntgengerät verbunden
ist, mitgeteilt wird. Das Programm ist so angepasst, dass in Abhängigkeit
von den genannten Positionssignalen oder Koordinaten des Punktes
Og, die Schnittgerade Hg der Ebene der empfindlichen Platte 2 und
der vertikalen Ebene, welche durch die Röntgenstrahlenquelle 1 und
die horizontale Position Og der globalen Schwerkraftachse 5 verläuft, berechnet
wird. Das Ergebnis der Berechnung wird im Speicher 24 gespeichert
und das Ergebnis der Berechnung stellt das Bild der globalen Schwerkraftachse 5 dar.
Gleichzeitig oder zeitlich versetzt scannt der Scanner 20 durch
Abtastung das Röntgenbild,
das auf der röntgenstrahlempfindlichen
Zieltafel 2 erzeugt wurde, und erzeugt eine Abfolge von
digitalen Signalen, die das digitalisierte Röntgenbild darstellen. Das Programm
stellt den Empfang dieser digitalen Signale durch die Rechnereinheit 21 und ihre
Speicherung im Speicher 24 sicher.
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Das
Programm ist auch so angepasst, dass das im Speicher 24 gespeicherte
Röntgenbild
modifiziert wird, indem im digitalisierten Röntgenbild die Punkte, welche
dem Bild der globalen Schwerkraftachse Hg entsprechen, ersetzt werden,
um so ein kombiniertes digitalisiertes Bild zu erzeugen.
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Schließlich ist
das Programm so angepasst, dass es das kombinierte digitalisierte
Bild auf einem Monitor 23 anzeigt oder es auf einen Träger ausdruckt.
So haben wir auf dem Monitor 23 schematisch das kombinierte
digitalisierte Bild gezeigt, welches das digitalisierte Röntgenbild 23a und
das Bild der globalen Schwerkraftachse 23b umfasst.
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In
der Praxis ist es nicht selten, dass zwischen der Röntgenstrahlenquelle 1 und
dem Träger
der Zieltafel 2 gewisse Verschiebungen auftreten oder dass
man die genaue Position der Röntgenstrahlenquelle 1, welche
im Allgemeinen in einem Emissionskopf verborgen ist, nicht präzise kennt.
Dann ist es nicht möglich, eine
präzise
Berechnung der genauen Position des Bildes Hg der globalen Schwerkraftachse 5 durchzuführen.
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Um
dieses Problem zu lösen,
können
Kalibrierungsmittel vorgesehen werden, welche nachfolgend beschrieben
werden.
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Wie
in 4 gezeigt, wird die Kalibrierung im Verlauf der
Kalibrierungssequenz ausgeführt,
bei welcher ein Röntgenbild
eines Kalibrierungsobjekts 40 mit bekannten Abmessungen
und bestimmter Struktur ausgeführt
wird, wobei das Objekt in eine markierte und geeignete Position
auf den Patientenlagerungsmitteln 3 gelegt wird. Das Kalibrierungsobjekt 40 ist
vorteilhafterweise ein Parallelepiped aus Röntgen durchlässigem Kunststoffmaterial,
zum Beispiel mit den Abmessungen 180 mm × 180 mm × 300 mm, in welches in den
Ecken acht Röntgen
undurchlässige
Bleikugeln mit einem Durchmesser von 3 mm eingebaut sind. Das Kalibrierungsobjekt 40 trägt ein materialisiertes
Koordinatensystem auf seinem unteren Boden und dieses Koordinatensystem
wird mit dem entsprechenden Koordinatensystem der Patientenlagerungsmittel 3 in
perfekte Übereinstimmung
gebracht.
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Das
Kalibrierungsobjekt wird unter den gleichen Bedingungen wie der
Patient geröntgt,
wie in 4 gezeigt, indem eine Zieltafel 2 an
die gleiche Stelle wie für
die später
auszuführenden
Röntgenaufnahmen
gesetzt wird.
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Es
wird anschließend
mit Hilfe des Scanners 20 eine Digitalisierung des erhaltenen
Röntgenbildes durchgeführt und
das Programm umfasst eine Programmsequenz, die so angepasst ist,
dass die runden Formen, welche das Bild der Kugeln in dem Kalibrierungsobjekt 40 darstellen,
erkannt werden. Zum Beispiel erhält man
für ein
Parallelepiped mit den Kugeln in den acht Ecken A, B, C, D, E, F,
G und H ein Bild abcd für
die Vorderseite und ein kleineres Bild efgh für die Rückseite.
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Unbekannt
sind die drei Koordinaten der Röntgenstrahlenquelle 1 in
Bezug auf das fixe Koordinatensystem XbObYb, die drei Koordinaten
des Mittelpunkts des Kalibrierungsobjekts 40 in Bezug auf
das fixe Koordinatensystem und zwei Winkelparameter, welche die
möglichen
Neigungen des Kalibrierungsobjekts 40 in Bezug auf das
feste Koordinatensystem XbObYb darstellen. Diesen acht Unbekannten
entsprechen die sechzehn gemessenen Koordinaten der acht Bilder
abcd, efgh der Kugeln. Das Programm ist so angepasst, dass es auf
dem digitalisierten Bild die Koordinaten dieser Punkte abcdefgh
misst. Es wird eine den Fachleuten wohlbekannte digitale Technik
verwendet, um das System mit den sechzehn Gleichungen für acht Unbekannte aufzulösen. Die
Redundanz, die aus der größeren Zahl
der Gleichungen in Bezug auf die Unbekannten resultiert, wird verwendet,
um die Genauigkeit der Berechnungen zu verbessern. So leitet das
Programm daraus die geometrischen Daten ab, die dann im Bereich
des Datenspeichers 25 des Speichers 24 gespeichert
werden.
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In
der Praxis ist es nicht selten, dass die Kraftsensoren C1, C2 und
C3, welche elektronische Sensoren sind, die elektrische Signale
erzeugen, technische Eigenschaften aufweisen, welche mit der Zeit
abweichen und daher Kraftsignale erzeugen, deren Behandlung keine
genaue Erfassung der globalen Schwerkraftachse der Patienten mehr
ermöglichen.
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So
kann, wenn die Patientenlagerungsmittel eine patiententragende Kraftmessplatte
umfassen, die von einer Vielzahl von Kraftsensoren getragen wird,
vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass periodisch eine Neukalibrierung
der Einrichtung unter Verwendung eines Kalibriergewichts und einer
Kalibrierungssequenz ausgeführt
wird.
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Das
Kalibriergewicht ist ein abnehmbares und auf den Patientenlagerungsmitteln 3 positionierbares Gewicht.
Das Kalibriergewicht hat eine bestimmte Form, zum Beispiel die Form
eines Parallelepipeds wie das Kalibrierungsobjekt 40, oder
eine zylindrische Form, und es weist einen Schwerpunkt auf, dessen
geometrische Position im Volumen des Kalibriergewichts bekannt ist.
Das Kalibriergewicht umfasst Positionsortungsmittel, zum Beispiel
auf seiner unteren Seite, Ortungsmittel, die mit ergänzenden
Ortungsmitteln, die auf den Patientenlagerungsmitteln 3 vorgesehen
sind, in Übereinstimmung
gebracht werden. So ist die geometrische Position des Schwerpunkts
des Kalibriergewichts in Bezug auf die Patientenlagerungsmittel 3 bekannt,
und so auch in Bezug auf das fixe Koordinatensystem XbObYb.
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Das
im Speicher gespeicherte Programm umfasst eine Kalibrierungssequenz,
die so ausgelegt ist, dass sie die Korrekturparameter der Kraftsignale,
die von dem jeweiligen Sensor C1, C2 und C3 erzeugt werden, berechnet,
so dass der berechnete Schwerpunkt mit der bekannten geometrischen
Position des tatsächlichen
Schwerpunkts des Kalibriergewichts in Übereinstimmung gebracht wird.
Die Korrekturparameter werden dann im Speicher gespeichert, um die
späteren
zuverlässigen
Berechungen der Position der globalen Schwerkraftachse der Patienten
zu ermöglichen.
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Es
ist verständlich,
dass die erfindungsgemäße Einrichtung
ein besseres Verständnis
des Mechanismus des sagittalen Gleichgewichts ermöglicht.
Das Risiko von Fehlern wird minimiert, denn die Einrichtung ergibt
automatisch und genau die relative Position der globalen Schwerkraftachse 5 und
des menschlichen Skeletts.
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Bei
der Ausführungsform
für die
Aufnahme von Röntgenbildern
in aufrechter Position ermöglicht
die Erfindung die Berücksichtung
der unteren Gliedmaßen
und die bessere Interpretation von Fehlern bei der Krümmung der
Wirbelsäule.
Ausgehend vom vollständigen
Röntgenbild
des Bildes Hg der globalen Schwerkraftachse 5 kann der
Arzt den Abstand zwischen der globalen Schwerkraftachse 5 und
der Achse der Femoralköpfe
messen. Er kann auch die Mittelpunkte der Femoralköpfe bestimmen,
um den anteroposterioren Abstand zwischen der globalen Schwerkraftachse 5 und
den Femoralköpfen
zu bestimmen. Nach dem Markieren der spezifischen Bezugspunkte auf
der Röntgenaufnahme
durch einen Operator, kann die Einrichtung auch, mit Hilfe eines
auf geeignete Weise programmierten Computers, ein Modell der Wirbelsäule und
des Beckens rekonstruieren, was die beste Charakterisierung und
Auswertung der Krümmungen
der verschiedenen Teile der Wirbelsäule ermöglicht.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die
hier explizit beschrieben wurden, aber sie umfasst die verschiedenen
Varianten und Verallgemeinerungen davon, die im Bereich der nachfolgenden
Ansprüche
enthalten sind.