用于醫(yī)學(xué)使用的雷達系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及雷達系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)診斷或治療設(shè)備以及用于運行雷達系統(tǒng)的方法。根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)設(shè)計為用于醫(yī)學(xué)使用。其包括平面地構(gòu)建的天線裝置，該天線裝置具有用于發(fā)送雷達信號的單個可控的發(fā)送單元(21)以及用于接收雷達信號的單個可讀出的接收單元(22)。發(fā)送單元(21)以及接收單元(22)分別包括至少一個天線。通過發(fā)送單元(21)是單個可控的和接收單元(22)是單個可讀出的，信息含量提高，尤其是在無需強地空間對齊雷達輻射情況下也可以獲得的空間信息含量提高。根據(jù)本發(fā)明，雷達系統(tǒng)設(shè)計為將由接收單元(22)接收的雷達信號與發(fā)送了所接收的雷達信號的發(fā)送單元(21)對應(yīng)。所接收的雷達信號與發(fā)送單元(21)的直接對應(yīng)還相應(yīng)于所接收的雷達信號的空間對應(yīng)。
【專利說明】用于醫(yī)學(xué)使用的雷達系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)診斷或治療設(shè)備以及用于運行雷達系統(tǒng)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]對于大量醫(yī)學(xué)檢查和治療有利的是采集患者的運動例如心跳或呼吸運動。尤其在借助諸如計算機斷層成像或磁共振斷層成像的成像模態(tài)進行檢查或治療中重要的是采集患者的運動。此外，患者運動的采集對于借助輻射治療設(shè)備進行的醫(yī)療治療也是重要的。所采集的運動可以用于所獲得的圖像數(shù)據(jù)的運動校正或者用于觸發(fā)。通常，運動數(shù)據(jù)提供關(guān)于諸如心率或呼吸頻率的生理參數(shù)的信息。為了確定這種運動或生理參數(shù)，例如已知使用EKG來確定心率以及使用呼吸帶來確定呼吸頻率。然而在此所需的、電極或呼吸帶的放置需要一定的時間，這延長了檢查。此外，患者通常感覺這些措施是不舒服的。
[0003]雷達技術(shù)是一種通過發(fā)出電磁信號和接收所反射的信號來無接觸地探測對象、其距離和其運動的已知技術(shù)。從DE 10 2009 021 232 Al中已知一種用于成像的醫(yī)學(xué)設(shè)備的患者臥榻，其帶有具有至少一個雷達天線的患者安置板。借助該至少一個雷達天線，向患者發(fā)出電磁波形式的初級信號。而如果患者安置板具有多個雷達天線，則每個雷達天線向患者發(fā)出初級信號。在患者處和在患者內(nèi)的器官處，這些初級信號被反射并且產(chǎn)生次級信號。相應(yīng)地，這些次級信號可以被一個或多個雷達天線接收并且饋送給控制和評估單元。此外公開了一種雷達天線的陣列，其中可以考慮多個天線的信號的關(guān)聯(lián)以用于獲得信息，尤其以便獲得與患者的呼吸和心跳有關(guān)的息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)是提供一種雷達系統(tǒng)以及一種用于運行用于醫(yī)學(xué)使用的雷達系統(tǒng)的方法，尤其以便確定患者的檢查區(qū)域的運動。
[0005]該任務(wù)通過按照本發(fā)明的雷達系統(tǒng)、通過按照本發(fā)明的醫(yī)學(xué)診斷或治療設(shè)備、以及通過按照本發(fā)明的方法解決。
[0006]下面關(guān)于要求保護的系統(tǒng)以及關(guān)于要求保護的方法來描述該任務(wù)的根據(jù)本發(fā)明的解決方案。在此所提及的特征、優(yōu)點或替選的實施形式同樣可以轉(zhuǎn)用于其它所要求保護的對象，并且反之亦然。換言之，例如針對系統(tǒng)的具體權(quán)利要求也可以以結(jié)合方法描述或要求保護的特征來改進。該方法的相應(yīng)的功能特征在此通過相應(yīng)的具體模塊來構(gòu)建。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)涉及用于醫(yī)學(xué)使用。其包括平面地構(gòu)建的天線裝置，該天線裝置具有用于發(fā)送雷達信號的、單個可控的發(fā)送單元，以及具有用于接收雷達信號的、單個可讀出的接收單元。發(fā)送單元以及接收單元分別包括至少一個天線。通過發(fā)送單元是單個可控的或者接收單元是單個可讀取的，信息含量提高，尤其是也可以在無需強地空間對齊雷達輻射情況下獲得的空間信息含量提高。根據(jù)本發(fā)明，雷達系統(tǒng)設(shè)計為將由接收單元接收的雷達信號與發(fā)送了所接收的雷達信號的發(fā)送單元對應(yīng)。所接收的雷達信號與發(fā)送單元的直接對應(yīng)也相應(yīng)于所接收的雷達信號的空間對應(yīng)，并且由此允許獲得關(guān)于患者的多個相關(guān)信息。本發(fā)明尤其允許精確地以及無接觸地，快速可靠地確定患者的運動。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，發(fā)送單元可以借助控制信號來控制，其中與所接收的雷達信號相應(yīng)的接收信號是可讀出的，其中，雷達信號設(shè)計為通過將控制信號與接收信號關(guān)聯(lián)來進行所述對應(yīng)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，雷達系統(tǒng)包括確定單元，其設(shè)計為借助所關(guān)聯(lián)的接收信號確定患者的檢查區(qū)域的運動。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，雷達系統(tǒng)設(shè)計為用于帶有確定的時間錯移地發(fā)送雷達信號。這種時間錯移可以在技術(shù)上簡單地實現(xiàn)并且能夠?qū)崿F(xiàn)所接收的雷達信號的時間上和空間上的精確對應(yīng)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，雷達系統(tǒng)設(shè)計為用于以確定的掃描率按照發(fā)送單元的確定順序發(fā)送雷達信號。根據(jù)掃描率的選擇，由此可以采集不同頻率的運動。相應(yīng)高的掃描率例如允許確定心臟頻率。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，雷達系統(tǒng)設(shè)計為用于以對于確定的發(fā)送單元固定的發(fā)送頻率在連續(xù)波模式中運行以及用于借助發(fā)送頻率來進行對應(yīng)。替選地，雷達系統(tǒng)構(gòu)造為用于在按照對于確定的發(fā)送單元固定的頻率調(diào)制以頻率調(diào)制過的連續(xù)波模式運行。通過在連續(xù)波模式中運行各個發(fā)送單元，可以進一步提高掃描率和由此提高時間分辨率。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，發(fā)送單元以及接收單元的天線分別以貼片天線的形式構(gòu)建。因為貼片天線可以簡單并且廉價地制造并且此外特別平地構(gòu)建，由此其允許特別平和緊湊地構(gòu)建天線裝置。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，發(fā)送單元以及接收單元被不導(dǎo)電的襯底圍繞，其中，襯底構(gòu)成連貫的墊或板。由此特別緊湊地構(gòu)建天線裝置，并且可以將其特別簡單地放置在所安置的患者下或上。由此，天線裝置的操作也簡化了。
[0015]本發(fā)明還可以以醫(yī)學(xué)診斷或者治療設(shè)備的形式構(gòu)建，該醫(yī)學(xué)診斷或者治療設(shè)備包括根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)，其設(shè)計為將由雷達系統(tǒng)確定的運動用于控制醫(yī)學(xué)診斷或治療單元和/或用于后處理通過醫(yī)學(xué)診斷或者治療單元獲得的數(shù)據(jù)。這樣的使用提高診斷或治療的質(zhì)量，例如通過校正已經(jīng)采集的圖像數(shù)據(jù)或者觸發(fā)照射設(shè)備。
[0016]此外，本發(fā)明可以構(gòu)建為用于運行雷達系統(tǒng)的方法，包括向患者的檢查區(qū)域發(fā)送雷達信號，接收雷達信號，讀出與所接收的雷達信號相應(yīng)的接收信號，通過將接收信號與控制信號關(guān)聯(lián)來將所接收的雷達信號與發(fā)送了該所接收的雷達信號的發(fā)送單元對應(yīng)，以及確定患者的檢查區(qū)域的運動。該方法允許特別精確地確定患者的檢查區(qū)域的運動。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，雷達信號的發(fā)送和接收以至少1Hz的掃描率進行，從而天線裝置設(shè)計為采集患者的肺部的運動。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，雷達信號的接收和發(fā)送以至少500Hz的掃描率進行，從而天線裝置設(shè)計為采集患者的心臟的運動。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面借助附圖中示出的實施例詳細描述和解釋本發(fā)明。其中，
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)的俯視圖，
[0021]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的側(cè)視圖，
[0022]圖3示出了對于根據(jù)本發(fā)明的反射層的輸入反射系數(shù)的變化曲線，
[0023]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的天線，
[0024]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)的根據(jù)第一實施形式的電路圖，
[0025]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)的根據(jù)第二實施形式的電路圖，
[0026]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的計算機斷層成像設(shè)備，以及
[0027]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0028]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)的俯視圖。該雷達系統(tǒng)包括平面地構(gòu)建的天線裝置20，該天線裝置具有用于發(fā)送S雷達信號的、單個可控的發(fā)送單元21和用于接收E雷達信號的、單個可讀出的接收單元22。此處示出的示例中，發(fā)送單元21是白色的并且接收單元22有陰影地示出。發(fā)送單元21以及接收單元22的天線分別按貼片天線的形式構(gòu)建。貼片天線是平面地構(gòu)建的、通常為矩形的天線，其邊長尤其可以具有值λ/2，其中λ是天線用作諧振器時的波長。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)可以構(gòu)建為使得發(fā)送單元21和接收單元22都設(shè)計為用于發(fā)送S和接收E雷達信號。換言之，在本發(fā)明的一定實施形式中發(fā)送單元21可以起接收單元22的作用(反之亦然)。然而根據(jù)本發(fā)明的天線裝置20也可以構(gòu)建為使得發(fā)送單元21僅用于發(fā)送S雷達信號并且接收單元22僅用于接收E雷達信號。如果是后者情況，則發(fā)送單元21和接收單元22如在此示出那樣可以按照棋盤狀圖案來布置；然而其也可以形成其他圖案，只要這在技術(shù)上是有意義的。
[0030]典型地，貼片天線的有效層(aktive Schicht) 25具有金屬。通常，金屬的有效層25的層厚位于金屬的、與所使用的運行頻率有關(guān)的表皮深度的量級中。例如對于金屬的有效層25使用2 μ m至20 μ m的層厚。然而根據(jù)本發(fā)明的天線裝置20的有效層25可以具有非金屬的、導(dǎo)電的材料。例如，用于天線的有效層25可以具有碳纖維或石墨，因為碳與金屬相比通常較不強地吸收和散射X射線17。當(dāng)具有由碳纖維或石墨制成的有效層25的天線在X射線拍攝中需要被放置在X射線輻射17的光路中時，其反作用于圖像偽影的形成。
[0031]在俯視圖中，在圖1中示出的發(fā)送單元20和接收單元22的示例中僅分別可見天線。天線在此處示出的示例中相同地構(gòu)建。然而發(fā)送單元21以及接收單元22的天線也可以不同地成形或者以其他方式不同地構(gòu)建，以便改善發(fā)送特性和接收特性。在此示出的天線可以具有不同的邊長，其典型地位于數(shù)厘米的范圍中。尤其，在915MHz，868MHz及433MHz處的諧振是所希望的，這對應(yīng)于貼片天線中大約16.4cm, 17.3cm及34.6cm的邊長。圖1中可見的天線裝置20于是典型地具有大約0.5m至1.5m寬和Im至2m長的尺度。單個天線及整個天線裝置20都可以具有與在此提及的實施形式不同的尺度和形狀，只要這是技術(shù)上有意義的。
[0032]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的側(cè)視圖。在此處示出的示例中繪出了發(fā)送單元21以及接收單元22。然而在其它未示出的實施形式中，發(fā)送單元21以及接收單元22也可以不繪出并且完全集成到襯底15中。反射層14在本發(fā)明的該實施例的情況下具有導(dǎo)電的、金屬的覆層。金屬覆層例如可以是由銅制成的覆層，其具有在2μπι與20μπι之間的厚度。替選地，反射層14也可以具有碳纖維層，因為碳纖維與金屬相比通常較不強地吸收和散射X射線17。反射層14用作屏蔽部或反射器；由此實現(xiàn)對準作用或?qū)侍匦裕瑥亩走_信號的傳播基本上限制在反射層14的、患者3位于其上的那側(cè)上。
[0033]在此處示出的示例中，天線裝置20的發(fā)送單元21以及接收單元22被不導(dǎo)電的襯底15圍繞，其中襯底15以連貫的墊或板的形式構(gòu)建。根據(jù)襯底15以及發(fā)送單元21和接收單元22的類型和加工，天線裝置20于是構(gòu)建為柔性的墊或剛性的板。柔性的墊特別良好地適于將其放置在尤其在患者臥榻6上的患者3上或下。構(gòu)建為固定的板的天線裝置20可以構(gòu)建為患者臥榻6的部分和尤其集成到其中。構(gòu)建為固定的板的天線裝置在此完全不必平坦地構(gòu)建，其也可以是彎曲的，例如以便適配于患者3的輪廓。如果襯底以板的形式構(gòu)建，則其例如具有高份額的FR4材料或特氟綸。而如果襯底以柔性墊的形式構(gòu)建，則其例如具有高份額的多孔塑料或者聚酰亞胺。因為多孔塑料或者聚酰亞胺是輕質(zhì)的并且僅微量吸收X射線輻射。在天線裝置20的天線和反射層14之間也可以有空氣層。墊或板形式的整個天線裝置20的厚度典型地在數(shù)毫米至幾個厘米的范圍中。
[0034]圖3示出了用于根據(jù)本發(fā)明的、由銅或碳纖維制成的反射層的輸入反射系數(shù)的變化曲線。虛線示出了用于由碳纖維制成的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射層14的輸入反射系數(shù)，實線示出了用于由銅制成的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射層14的輸入反射系數(shù)。在此，將在雷達天線之間的Sll耦合以分貝[dB]為單位的(在圖3中稱作“信號”)的反射系數(shù)相對于雷達信號的頻率繪出。圖3示出了通過使用由碳纖維制成的反射層14提高有效可用的雷達信號的帶寬。由石墨制成的反射層14具有與由碳纖維制成的反射層相似的有利特性。
[0035]如果天線裝置20在實施本發(fā)明的方法時緊靠患者3，則由患者3的檢查區(qū)域主要反射和接收所發(fā)送的雷達信號的近場。此外，天線通過患者3的緊靠而“失諧”，因為在襯底15和患者3內(nèi)部之間的介電比例強烈變化。因此，對于用于醫(yī)學(xué)使用的雷達系統(tǒng)，大的帶寬是所希望的。如果天線僅具有小的帶寬，則發(fā)送頻率位于天線的有效的、通過患者3偏移的諧振外部的風(fēng)險提高。如果發(fā)送頻率位于天線的有效諧振外部，則這造成接收信號較小的幅值以及低的相位偏移。
[0036]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的天線。在此示出的天線是貼片天線，其中，陰影區(qū)域示出了例如由金屬、尤其銅，或者碳纖維或石墨制成的有效層25。有陰影地示出的、發(fā)揮天線的實際功能的有效層25位于白色示出的支承體層26上，該支承體層典型地由多孔塑料制成并且在示出的示例中比有效層25厚得多地構(gòu)建。支承體層的厚度和介電常數(shù)決定性地確定天線的特性?；旧陷^大的厚度和/或較大的介電常數(shù)提高天線的帶寬。有效層25的“U”形留空提高天線的發(fā)送功率或接收功率。在圖4的下端示出了端子，通過其可以將控制信號傳輸給天線，或者通過其可以讀出天線的接收信號。在此示出的天線尤其適于發(fā)送或接收在10MHz和5GHz之間的頻率范圍中的雷達信號。相應(yīng)地，在此示出的天線可以作為根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)或者根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)學(xué)診斷或治療設(shè)備的部分來使用。
[0037]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)的電路圖。本地振蕩器12產(chǎn)生典型地在10MHz與5GHz之間的范圍中的信號頻率。由本地振蕩器產(chǎn)生的信號通過示出為三角的功率放大器放大至所希望的發(fā)送功率。信號在此處示出的示例中通過開關(guān)24依次傳輸給發(fā)送單元21，其中每個發(fā)送單元21分別具有用于以信號頻率發(fā)送S雷達信號的天線。由發(fā)送單元21發(fā)送的雷達信號可以由接收單元22接收，其中在此處示出的示例中每個接收單元22包括天線。接收信號由I/Q解調(diào)器13解調(diào)并且分別轉(zhuǎn)換為I分量(1_1至1_5)以及分別轉(zhuǎn)換為Q分量(9_1至9_5)。在此，接收信號被劃分為使得一部分以原始相位被解調(diào)并且形成I分量，并且其中第二部分以90°相位偏移地被解調(diào)并且形成Q分量。
[0038]在此處示出的示例中，I/Q解調(diào)器13以與發(fā)送單元21相同的信號頻率來運行。在另一在此未示出的實施形式中，I/Q解調(diào)器13以中間頻率來運行，其稍微地、典型地在數(shù)kHz的范圍中不同于信號頻率。此外，所使用的發(fā)送單元21和接收單元22的數(shù)目當(dāng)然可以變化，尤其根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)中的發(fā)送單元21以及接收單元22的數(shù)目可以不同。此夕卜，可以使用諸如混合器、濾波器、放大器等的電子部件，以便產(chǎn)生所希望的控制信號或解調(diào)和進一步處理接收信號，尤其以便實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的對應(yīng)Z。在另一實施形式中，數(shù)字地進行解調(diào)。
[0039]在此處示出的實施形式中，發(fā)送單元21并不同時發(fā)送其各自的雷達信號。替代地，發(fā)送單元21發(fā)送雷達信號的時間系列，其中，發(fā)送單元21位于不同的空間位置上。由此，發(fā)送單元21發(fā)送時間系列，其允許通過發(fā)送(或接收)的時刻推斷出發(fā)送了相應(yīng)的雷達信號的發(fā)送單元21的空間位置。然而，由于在患者3處反射雷達信號時非常小的時間延遲，并不將發(fā)送S雷達信號的絕對時刻與雷達信號的接收E相比較。更確切而言，對于發(fā)送了所接收的雷達信號的發(fā)送單元21的空間位置的推斷通過將相應(yīng)于所發(fā)送的雷達信號的控制信號與相應(yīng)于所接收的雷達信號的接收信號相關(guān)聯(lián)來進行。
[0040]更確切而言，從雷達【技術(shù)領(lǐng)域】基本上已知，通過控制信號以及接收信號的關(guān)聯(lián)，尤其借助I/Q解調(diào)器推斷出對象的運動和/或位置。然而未知的是，通過控制信號與接收信號的關(guān)聯(lián)提高借助用于醫(yī)學(xué)使用的雷達系統(tǒng)獲得的信息含量。這尤其是適用的，因為I/Q解調(diào)不僅可以對于固定對應(yīng)的天線對執(zhí)行，而且可以基本上對于每個發(fā)送單元21與每個接收單元22的組合執(zhí)行。因為在此處示出的實施形式中，所有發(fā)送單元22可以同時接收由一個發(fā)送單元21發(fā)送的雷達信號。
[0041]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)的替選電路圖。在此處示出的實施形式中運行分別具有通過不同的本地振蕩器12產(chǎn)生的、不同的信號頻率fl至f5的5個發(fā)送單元21。由本地振蕩器產(chǎn)生的信號由示出為三角的功率放大器放大至希望的發(fā)送功率。在此處示出的實施形式中，一個接收單元分別22對應(yīng)于5個I/Q解調(diào)器13。未詳細示出的是，另外4個接收單元22也分別對應(yīng)于5個I/Q解調(diào)器13。每個接收單元22的分別的5個I/Q解調(diào)器13借助信號頻率Π至K來運行。對于每個接收信號，基于頻率Π至K，于是存在一個本身的I/Q解調(diào)器13。對于所有接收單元22，這在此處示出的示例中總共是25個I/Q解調(diào)器13。其產(chǎn)生總共25個I分量1_11至1_55和25個Q分量Q_ll至Q_55。在此示出的實施形式尤其適于連續(xù)波運行。于是，信號頻率fl至f5可以分別具有固定的、然而彼此不同的值。在此有利的是，信號頻率fl至f5的差保留得小至使得不必不同地適配天線，例如頻率可以分別以IkHz至10kHz相區(qū)別。信號頻率fl至f5也可以隨時間改變而引起不同的頻率調(diào)制。根據(jù)本發(fā)明在兩種情況下都可以將由接收單元22接收的雷達信號與發(fā)送了所接收的雷達信號的發(fā)送單元21對應(yīng)。在其它實施形式中，信號頻率可以區(qū)別大至使得發(fā)送單元21的天線具有不同的尺寸，由此天線在分別分配給其的信號頻率下能夠?qū)崿F(xiàn)諧振。
[0042]在在連續(xù)波模式中使用的雷達系統(tǒng)的情況下，可以對于發(fā)送單元21以及接收單元22的每個所評估的對，確定以接收信號相對于所發(fā)送的雷達信號的(實數(shù)的)I和Q分量形式的、復(fù)數(shù)的時間相關(guān)的傳輸系數(shù)，并且更確切而言作為時間t的函數(shù):I (t, j)，Q(t，j)其中j = 1..N，并且N是所評估的天線對的數(shù)目。對于其它雷達模式，必要時形成另一類型的信號，然而通常每個天線對的信號可以描述為矢量U(t，j)其中j = 1..N。變量t可以是時間連續(xù)的或也可以是時間離散的。在簡單的連續(xù)波雷達的情況下，U是帶有組成部分I和Q的二分量矢量。在多頻率連續(xù)波雷達的情況下，U包含用于每個信號頻率的I和Q分量，于是在M個信號頻率情況下是2xM個分量的。在超寬帶雷達情況下，U的元素對應(yīng)于在所發(fā)送的雷達信號與所接收的雷達信號之間的不同延遲(和由此間隔)。U的值于是描述在相應(yīng)延遲下在所發(fā)送的雷達信號與所接收的雷達信號之間的關(guān)聯(lián)。
[0043]電路的復(fù)雜度可以在替選的實施形式中減小，方式是對于每個發(fā)送單元21 (或每個信號頻率)的每個接收單元22并非都對應(yīng)于自己的I/Q解調(diào)器13。這可以是有意義的，因為更遠的天線提供更少關(guān)于待確定的運動的信息。在另一示例中可以分別使用中間頻率，以便運行I/Q解調(diào)器13。在另一實施形式中解調(diào)數(shù)字地進行，其在如下方面是有利的，即對于每個接收單元22用于將所接收的接收信號數(shù)字化的電子裝置僅需存在一次，并且每個接收單元22的多個解調(diào)器可以完全以軟件實現(xiàn)。
[0044]在此示出的實施形式的組合也是可能的，其中不僅在不同的發(fā)送單元21之間轉(zhuǎn)換，而且同時以不同的信號頻率運行一定數(shù)目的發(fā)送單元21。換言之，一些發(fā)送單元可以脈沖地運行，而其它發(fā)送單元以連續(xù)波模式運行。此外，基本上可以將在此提及的不同實施形式彼此組合。
[0045]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的計算機斷層成像設(shè)備。計算機斷層成像設(shè)備是醫(yī)學(xué)診斷和治療設(shè)備的示例實施形式。在此示出的計算機斷層成像設(shè)備具有拍攝單元，其包括X射線源8以及X射線探測器9。拍攝單元在拍攝斷層成像圖像期間圍繞縱軸線5旋轉(zhuǎn)，并且X射線源8在螺旋拍攝期間發(fā)射X射線17。在拍攝圖像時，患者3躺臥在患者臥榻6上。患者臥榻6與臥榻底座4連接為使得該臥榻底座支承患者臥榻6及患者3?；颊吲P榻6設(shè)計為使患者3沿著拍攝方向運動穿過計算機斷層成像設(shè)備的機架16的開口 10。在此處示出的示例中，將根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)的天線裝置20集成到患者臥榻6中。
[0046]在該實施例中，本發(fā)明包括控制和評估單元19，其集成到臥榻底座4中并且因此始終位于X射線17的光路外部?？刂坪驮u估單元19可以附加地以未示出的方式，例如借助由鉛制成的板或殼體相對于X射線散射輻射進行屏蔽?？刂坪驮u估單元19此外與計算機18連接用于數(shù)據(jù)交換?？刂坪驮u估單元19尤其包括一個或多個本地振蕩器12以及一個或多個I/Q解調(diào)器13。尤其，當(dāng)天線裝置20構(gòu)建為可以放置在患者3上柔性墊時，控制和評估單元19也可以安裝在患者臥榻6或臥榻底座4外部的單獨殼體中。在任何情況下有利的是，控制和評估單元19通過相應(yīng)的包覆物而相對于X射線輻射受保護。
[0047]控制和評估單元19的功能是借助控制信號控制天線裝置20和由此控制各個發(fā)送單元21，及從各個接收單元22讀出接收信號。控制信號尤其可以通過至少一個本地振蕩器12和必要時通過諸如混合器、放大器或濾波器的其它電子部件來產(chǎn)生。在此示出的控制和評估單元19設(shè)計為通過控制信號與接收信號的關(guān)聯(lián)將由接收單元22接收的雷達信號與發(fā)送了所接收的雷達信號的發(fā)送單元21相對應(yīng)Z?？刂坪驮u估單元19還設(shè)計為從計算機18接收信號或?qū)⑿盘杺鬏斀o計算機18。
[0048]在此處示出的示例中，計算機斷層成像設(shè)備形式的醫(yī)學(xué)診斷或治療單元通過以在計算機18上可執(zhí)行地存儲的計算機程序形式的確定單元23而設(shè)計為用于確定患者3的檢查區(qū)域的運動。通常適用的是，確定單元23不僅可以以硬件而且可以以軟件形式來構(gòu)建。例如，確定單元23可以構(gòu)建為所謂的FPGA (英語的“Field Programmable Gate Array (現(xiàn)場可編程門控陣列)”的縮寫)，或者包括算術(shù)的邏輯單元。與此處所示出的不同，確定單元23也可以緊靠控制和評估單元19或者與其一起構(gòu)建為緊湊的單元。尤其，確定單元23也可以集成到臥榻底座4中。
[0049]此外，在此處示出的示例中，醫(yī)學(xué)診斷或治療單元構(gòu)建為將由根據(jù)本發(fā)明的雷達系統(tǒng)確定的運動用于控制St醫(yī)學(xué)診斷或治療單元和/或用于后處理Nb通過醫(yī)學(xué)診斷或治療單元獲得的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)例如可以是圖像數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)診斷或治療單元可以設(shè)計為尤其通過在計算機18上可調(diào)用地存儲的計算機程序進行控制St以及后處理Nb。控制St包括根據(jù)醫(yī)學(xué)診斷或治療單元的形式例如以電磁輻射、電子或粒子來照射患者3。于是，照射例如可以僅在患者3的心臟的靜止階段或者在患者3的胸腔的與呼吸運動有關(guān)的確定位置中發(fā)生。也可以通過控制St來調(diào)節(jié)照射強度或照射角度?？刂芐t在另一實施形式中包括通過患者臥榻6的行駛定位患者3。后處理Nb例如涉及基于運動的檢查區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)分割或配準圖像的時間系列。
[0050]計算機18與輸出單元11以及輸入單元7連接。輸出單元11例如是一個(或多個)LCD、等離子或OLED屏幕。輸出單元11上的輸出2例如包括用于控制計算機斷層成像設(shè)備以及控制和評估單元19的各個單元的圖形用戶界面。此外，在輸出單元7上可以示出所采集的數(shù)據(jù)的不同的視圖。輸入單元7例如是鍵盤、鼠標、所謂的觸屏或者是用于語音輸入的麥克風(fēng)。
[0051]在其它的、此處未示出的實施例中，醫(yī)學(xué)診斷或治療設(shè)備可以是與計算機斷層成像設(shè)備不同的成像設(shè)備，例如是磁共振斷層成像設(shè)備或C型臂X射線設(shè)備。醫(yī)學(xué)診斷或治療設(shè)備還可以設(shè)計為用于正電子發(fā)射斷層成像。此外，醫(yī)學(xué)診斷或治療設(shè)備可以是這樣的設(shè)備，該設(shè)備設(shè)計為用于發(fā)射電磁輻射和/或電子和/或例如離子的粒子，并且由此適于在放射治療或粒子治療中使用。
[0052]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的用于運行雷達系統(tǒng)的方法的流程圖。根據(jù)本發(fā)明的方法包括向患者3的檢查區(qū)域發(fā)送S雷達信號，接收E雷達信號，以及讀出Au與所接收的雷達信號相應(yīng)的接收信號。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法包括將由接收單元22接收的雷達信號與分別發(fā)送了所接收的雷達信號的發(fā)送單元21對應(yīng)Z。對應(yīng)Z可以通過將接收信號與控制信號關(guān)聯(lián)來進行。所接收的雷達信號與發(fā)送單元21的直接對應(yīng)Z也相應(yīng)于所接收的雷達信號的空間對應(yīng)。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的方法還包括確定B患者3的檢查區(qū)域的運動。因為借助根據(jù)本發(fā)明的方法可以借助多普雷效應(yīng)從由發(fā)送單元21發(fā)送的、由檢查區(qū)域反射和接下來由接收單元22接收的雷達信號中確定檢查區(qū)域的運動的速度和方向。該確定B例如借助確定單元23來進行。于是可以對于借助多普勒效應(yīng)進行的直接評估附加地或替選地將由I/Q解調(diào)器13獲得的I和Q分量的數(shù)字化值的時間系列適配于與檢查區(qū)域的已知運動相應(yīng)的、I和Q分量的可調(diào)用地存儲的時間系列。本發(fā)明于是允許精確地以及無接觸地、快速且可靠地確定患者3的運動。
[0054]在本發(fā)明的另一實施形式中，以至少1Hz的掃描率發(fā)送S和接收E雷達信號，從而可以采集患者3的肺部的運動。在本發(fā)明的另一實施形式中，以至少500Hz的掃描率發(fā)送S和接收E雷達信號，從而可以采集患者3的心臟的運動。在這兩個實施形式中，由不同的發(fā)送單元21發(fā)送的雷達信號當(dāng)然必須相區(qū)別，例如通過不同的頻率、不同的頻率調(diào)制或者不同的發(fā)送時刻。如果根據(jù)本發(fā)明的天線裝置20包括帶有各I個天線的10個發(fā)送單元21，并且如果力求1Hz (或500Hz)的掃描率，則10個天線中的每個每秒發(fā)送10個雷達信號(或500個雷達信號)。掃描率在本申請的意義下于是與發(fā)送單元21的數(shù)目基本無關(guān)。
[0055]例如，所有發(fā)送單元21可以同時以分別不同的頻率發(fā)送雷達信號以實現(xiàn)相應(yīng)的掃描率。于是在連續(xù)波模式中的運行是可能的，從而掃描率可以非常高。替選地，發(fā)送單元21可能以相同的頻率相繼發(fā)射雷達信號。于是，運行以脈沖模式進行。尤其，發(fā)送單元21可以在每個周期即其中每個天線在脈沖式運行中發(fā)送恰好一個雷達信號、并且在掃描率為1Hz時持續(xù)1/10秒的時段中按規(guī)定的順序發(fā)送雷達信號。在另一實施形式中，根據(jù)本發(fā)明的方法按超寬帶模式實施。
[0056]在另一實施形式中，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括控制St醫(yī)學(xué)診斷或治療單元和/或后處理Nb通過醫(yī)學(xué)診斷或治療單元獲得的數(shù)據(jù)，并且更確切而言分別借助患者3的檢查區(qū)域的確定運動來進行。這樣構(gòu)建的根據(jù)本發(fā)明的方法例如通過校正已經(jīng)采集的圖像數(shù)據(jù)或者觸發(fā)照射設(shè)備來提高診斷和醫(yī)治的質(zhì)量。
[0057]雖然通過優(yōu)選實施例詳細示出和描述的本發(fā)明的細節(jié)，但是本發(fā)明并不通過所公開的示例受限并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從中導(dǎo)出其它變型方案，而不偏離本發(fā)明的保護范圍。尤其可以按照與所說明的順序不同的順序來執(zhí)行方法步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種用于醫(yī)學(xué)使用的雷達系統(tǒng)，其包括平面地構(gòu)建的天線裝置(20)，其中，該天線裝置(20)包括: -單個可控的發(fā)送單元(21)，用于發(fā)送(S)雷達信號， -單個可讀出的接收單元(22)，用于接收(E)雷達信號， 其中，發(fā)送單元(21)和接收單元(22)分別包括至少一個天線，其中，雷達系統(tǒng)設(shè)計為將所接收的雷達信號對應(yīng)(Z)于發(fā)送了所接收的雷達信號的發(fā)送單元(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達系統(tǒng)，其中，發(fā)送單元(21)能夠借助控制信號來控制，其中，與所接收的雷達信號相應(yīng)的接收信號是能夠讀出的，其中，雷達系統(tǒng)設(shè)計為用于通過將接收信號與控制信號關(guān)聯(lián)來進行所述對應(yīng)(Z)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達系統(tǒng)，還包括確定單元(3)，其設(shè)計為用于借助所關(guān)聯(lián)的接收信號確定(B)患者(3)的檢查區(qū)域的運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的雷達系統(tǒng)，其中，雷達系統(tǒng)設(shè)計為帶有確定的時間錯移地發(fā)送(S)雷達信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雷達系統(tǒng)，其中，雷達系統(tǒng)設(shè)計為用于以確定的掃描率按照發(fā)送單元(21)的確定的順序發(fā)送(S)雷達信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的雷達系統(tǒng)，其中，雷達系統(tǒng)設(shè)計為按照對于確定的發(fā)送單元(21)固定的發(fā)送頻率以連續(xù)波模式運行，并且設(shè)計為借助該發(fā)送頻率進行對應(yīng)⑵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的雷達系統(tǒng)，其中，雷達系統(tǒng)設(shè)計為按照對于確定的發(fā)送單元(21)固定的頻率調(diào)制以頻率調(diào)制過的連續(xù)波模式運行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的雷達系統(tǒng)，其中，發(fā)送單元(21)和接收單元(22)的天線分別按貼片天線的形式構(gòu)建。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的雷達系統(tǒng)，其中，發(fā)送單元(21)和接收單元(22)被不導(dǎo)電的襯底(15)圍繞，其中，該襯底構(gòu)建為連貫的墊或板。
10.一種醫(yī)學(xué)診斷或者治療設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求3所述的雷達系統(tǒng)，其中，該醫(yī)學(xué)診斷或者治療設(shè)備設(shè)計為將由雷達系統(tǒng)確定的運動用于控制(St)醫(yī)學(xué)診斷或者治療單元和/或用于后處理(Nb)通過該醫(yī)學(xué)診斷或者治療單元獲得的數(shù)據(jù)。
11.一種用于運行根據(jù)權(quán)利要求3所述的雷達系統(tǒng)的方法，包括如下步驟: -向患者⑶的檢查區(qū)域發(fā)射⑶雷達信號， -接收(E)通過檢查區(qū)域反射的雷達信號， -讀出(Au)與所接收的雷達信號對應(yīng)的接收信號， -通過將接收信號與控制信號關(guān)聯(lián)來將所接收的雷達信號與發(fā)送了所接收的雷達信號的發(fā)送單元(21)對應(yīng)(Z)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括如下步驟: -借助所關(guān)聯(lián)的接收信號確定(B)患者(3)的檢查區(qū)域的運動。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，發(fā)送(S)和接收(E)雷達信號以至少1Hz的掃描率進行，從而天線裝置(20)設(shè)計為用于采集患者(3)的肺部的運動。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，雷達信號的發(fā)送(S)和接收(E)以至少500Hz的掃描率進行，從而天線裝置(20)設(shè)計為用于采集患者(3)的心臟的運動。
【文檔編號】A61B5/11GK104274184SQ201410308894
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月1日
【發(fā)明者】T.阿爾曼丁格, T.漢尼曼, A.亨寧, J.佩納 申請人:西門子公司