-
Die
Erfindung betrifft eine Anlage zur Untersuchung von Objekten mittels
magnetischer Resonanz mit einem Magnetsystem zur Erzeugung eines homogenen
Magnetfelds in einem Untersuchungsvolumen.
-
-
Forschungsarbeiten
in Zusammenhang mit hochinfektiösen,
durch Aerosol übertragbaren
Viren zur Entwicklung von Impfstoffen und Therapien, sowie die Forschung
mit genetisch manipulierten und biologisch, chemisch oder radioaktiv
verseuchte Objekte und giftigen Kampfstoffen (ABC-Waffen) erfordern
ein hohes Maß an
Sicherheitsvorherkehrungen. Derartige Objekte müssen daher in einem Sicherheitsraum
untersucht werden, von dem kein Gasaustausch mit der Umgebung stattfinden
darf. Zur Erforschung oben genannter Objekte sind unter anderem Messungen
mittels magnetischer Resonanz interessant. Da innerhalb des Sicherheitsraums
angeordnete Apparaturen jedoch ebenfalls kontaminiert werden, können diese
zur Untersuchung nicht kontaminierter Objekte nicht mehr verwendet
werden. Für
die Untersuchung kontaminierter und nicht kontaminierter Objekte
sind daher im Allgemeinen separate Apparaturen notwendig. Die Anschaffung
mehrerer Apparaturen zur Messung magnetischer Resonanzen ist jedoch
mit einem nicht unerheblichen Kostenaufwand verbunden.
-
Ein
weiteres Problem stellt die Wartung von in kontaminierten Räumen angeordneten
Apparaturen dar, da sich das Wartungspersonal während der Wartung, zum Beispiel
zum Auffüllen
von flüssigem Helium
für die
supraleitenden Spulen der Apparatur, im Sicherheitsraum aufhalten
muss. Dies erfordert einen zusätzlichen
Aufwand an Sicherheitsmaßnahmen
zum Schutz des Personals (Schutzanzüge, Entsorgung der Schutzkleidung,
Gesundheitsüberwachung
des Personals usw.) und birgt beträchtliche Risiken für das technische
Personal, zumal die mit der Kontamination verbundenen Risiken insbesondere vom
technischen Personal oft unterschätzt werden. Ein Großteil der
Wartungsarbeiten wird daher in der Regel von wissenschaftlich geschultem
Personal durchgeführt,
wodurch die Wartungskosten unnötig erhöht werden.
-
Es
ist daher wünschenswert,
bei der Messung kontaminierter Objekte sowohl die Kosten für die Anschaffung
der entsprechenden Messapparatur zu verringern als auch die Kosten
der Wartung und das Risiko für
das Personal zu minimieren.
-
Speziell
für die
Untersuchung von beispielsweise genmanipulierten Tieren sind verschärfte Sicherheitsbedingungen
notwendig, um ein Entkommen der Tiere zu verhindern. Die Tiere werden
zwar im Allgemeinen narkotisiert untersucht, im Falle eines frühzeitigen
Erwachens der Tiere muss jedoch verhindert werden, dass die genmanipulierten
Tiere in die Freiheit entkommen.
-
In
der
US 6,567,683 B1 ist
eine Vorrichtung zum Durchführen
von Kernresonanzmessungen an einem Körperteil eines Großtiers beschrieben.
Die Vorrichtung umfasst ein an die Gestalt des Großtiers angepasstes
Gehäuse.
Dieses Gehäuse
weist einen Vorsprung zur Aufnahme des Körperteils auf, der in die Magnetanordnung
einbringbar ist. Die Hochfrequenzanordnung ist an diesem Vorsprung
anbringbar. Dies ermöglicht
zwar die Untersuchung von Tieren, wobei auch ohne Sedierung ein
Entkommen des Tiers verhindert wird, eine Untersuchung von hochkontaminierten
Objekten ist mit der bekannten Anordnung jedoch nicht möglich.
-
Aus
WO 03/102616 A1 ist
ein Behälter
zur Verwendung mit einer MR-Apparatur bekannt. Das zu untersuchende
Gewebe wird in einem Magnetraum außerhalb des Behälters während einer Operation
entnommen und dann in diesen für
eine Untersuchung gelegt, wobei sich der Behälter bei der Untersuchung vorzugsweise
im selben Magnetfeld befindet wie der Patient. Anschließend kann
der Behälter
mit dem Gewebe (ggf. verschlossen) weitergeschickt und entsorgt
werden.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Anlage zur Untersuchung kontaminierter Objekte mittels magnetischer
Resonanz vorzuschlagen, bei der die Messapparatur nicht kontaminiert
wird, wobei eine einfache Wartung des Systems ohne Kontaminationsgefahr
für das
Wartungspersonal sowie eine einfache Positionierung des Untersuchungsobjekts
ermöglicht
wird.
-
Diese
Aufgabe wird auf überraschend
einfache, aber wirkungsvolle Weise durch eine Anlage mit den eingangs
beschriebenen Merkmalen gelöst,
bei der das Magnetsystem in einen Magnetraum und das Untersuchungsvolumen
in einem ersten Betriebszustand der Anlage in einem vom Magnetraum
gasdicht abgekoppelten Sicherheitsraum angeordnet sind.
-
Die
erfindungsgemäße Anlage
erlaubt eine topologische Trennung des Untersuchungsvolumens von
der Magnetanordnung, ohne dass dabei die Messung beeinträchtigt wird.
Die technische Betreuung und Wartung des Magnetsystems kann daher
durch Techniker erfolgen, ohne dass diese den Sicherheitsbereich
betreten müssen.
Im Notfall kann das gesamte Magnetsystem ohne Beschädigung der
Umwandung des Sicherheitsbereiches entfernt und gegen ein anderes
Magnetsystem ausgetauscht werden. Eine unnötige Gefährdung des technischen Personals
wird durch die erfindungsgemäße Anlage
vermieden. Zudem bewirkt die Anlage eine verbesserte Sicherung der
zu untersuchenden Objekte gegenüber
der Außenwelt,
da das Risiko des Austritts einer Kontamination und/oder des Objekts
selbst dadurch reduziert wird, dass der Sicherheitsraum nur zur
Vorbereitung und eventuell zur Positionierung des Messobjekts betreten
werden muss.
-
Der
Sicherheitsraum der erfindungsgemäßen Anlage ist durch zumindest
eine Schleuse zugänglich.
Aufgrund des im Allgemeinen kleinen Volumens der Schleuse können giftige
Gase oder Aerosole relativ schnell aus dem Schleusenraum abgepumpt
werden. Dies ist insbesondere zum Wechseln und Entsorgen kontaminierter
Schutzkleidung vorteilhaft.
-
Darüber hinaus
ist der Sicherheitsraum mit einem Luftfilterungssystem ausgestattet
oder an ein solches angeschlossen. Mit giftigen Stoffen bzw. mit Viren
verseuchte Luft kann durch das Luftfilterungssystem aus dem Raum
abgepumpt, gefiltert und gereinigt werden. Mit Hilfe eines kontrollierten
Luftaustausches wird das Betreten des Sicherheitsraums, beispielsweise
zur Entnahme des Objekts, erheblich erleichtert.
-
Besonders
wirksam treten die Vorteile der Erfindung bei einer Ausführungsform
zu Tage, bei der das zu untersuchende Objekt kontaminiert und der Sicherheitsraum
so ausgestaltet ist, dass keine Kontamination aus dem Sicherheitsraum
nach außen dringen
kann. Somit ist es erstmals möglich,
hochkontaminierte Objekte mittels magnetischer Resonanz zu untersuchen,
ohne die Messapparatur und/oder die Umgebung zu kontaminieren.
-
Vorzugsweise
herrscht im Sicherheitsraum gegenüber der Außenatmosphäre Unterdruck. Hierdurch ist
gewährleistet,
dass bei einem eventuellen Auftreten einer Leckage der Anlage ein
Gastransfer von außen
in den Sicherheitsraum hinein erfolgt und nicht umgekehrt.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist das zu untersuchende Objekt während der Untersuchung in einem
geschlossenen Behälter angeordnet.
Insbesondere kleine Objekte können
auf diese Weise einfach gehandhabt werden.
-
Vorzugsweise
ist der geschlossene Behälter während der
Untersuchung innerhalb des Sicherheitsraums angeordnet. Ein Entkommen
beispielsweise eines zu untersuchenden Tieres aus dem Labor wird
dadurch erschwert.
-
In
einer speziellen Weiterbildung dieser Ausführungsform ist der Behälter mit
dem Sicherheitsraum identisch. Er kann nach der Messung aus dem Bereich
des Magnetsystems komplett entfernt werden.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anlage
umschließt
das Magnetsystem im ersten Betriebszustand der Anlage das Untersuchungsvolumen
im Wesentlichen, und der Sicherheitsraum ragt in diesem ersten Betriebszustand
mit einer Ausbuchtung in das Magnetsystem hinein. Mit Hilfe der
Ausbuchtung des Sicherheitsraums lässt sich das Objekt auf einfache Weise
im homogenen Feldbereich des Magnetsystems positionieren und ist
aber gleichzeitig gasdicht vom Magnetsystem getrennt.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Ausbuchtung des Sicherheitsraums flexibel
und beweglich, insbesondere als Balg, Teleskopsystem und/oder reißfeste Folie
gestaltet ist. Die Ausbuchtung kann dann der jeweiligen Anwendung
entsprechend optimal angepasst werden, indem sie in das Untersuchungsvolumen
einführbar
oder bei Bedarf aus dem Untersuchungsvolumen entfernbar ist.
-
Für die Handhabung
ist es äußerst vorteilhaft,
wenn das Magnetsystem relativ zum Sicherheitsraum oder zu Teilen
des Sicherheitsraums bewegbar ist und/oder umgekehrt.
-
Vorzugsweise
kann bzw. können
das Magnetsystem und/oder Teile der das Magnetsystem umgebenden
Seitenwände
so bewegt werden, dass das Magnetsystem zumindest in einem Nicht-Betriebszustand
von allen Seiten frei zugänglich
ist. Auf diese Weise kann die Anlage gewartet werden, ohne dass der
Sicherheitsbereich betreten werden muss.
-
Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Untersuchungsvolumen zur Magnetresonanzmessung an
nicht kontaminierten Objekten in einem zweiten Betriebszustand im
Magnetraum angeordnet ist. Dies kann insbesondere durch das Wegbewegen
von Teilen des Sicherheitsraums, insbesondere der oben beschriebenen
Einbuchtung realisiert werden. Das innerhalb des Magnetsystems angeordnete
Untersuchungsvolumen befindet sich dann im Magnetraum und kann zur
Untersuchung nicht-kontaminierter Proben verwendet werden. Die Anlage
kann somit multifunktional und vor allem kontinuierlich betrieben
werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das Untersuchungsvolumen von einer im Magnetraum
angeordneten HF-(=Hochfrequenz)-Mess- und/oder Sende-Antenne umgeben, und
die Wand zwischen dem Magnetraum und dem Sicherheitsraum im Bereich
der HF-Antenne ist für HF-Strahlung
transparent. Die HF-Strahlung kann somit vom Magnetraum in das Untersuchungsvolumen
eingestrahlt werden und die vom Objekt emittierte Strahlung kann
im Magnetraum empfangen werden. Eine für HF-Strahlung transparente
Wand zwischen Magnetraum und Sicherheitsraum ist bei MRI-Messungen
auch wegen der üblicherweise
verwendeten gepulsten Gradientenfelder notwendig. Die HF-Mess- und/oder Sende-Antenne
kann demnach im Magnetraum angeordnet sein und wird mit Hilfe der
erfindungsgemäßen Anordnung
nicht aufgrund von Kontamination im Sicherheitsraum beeinträchtigt.
-
Zumindest
ein Teil der Wand zwischen dem Magnetraum und dem Sicherheitsraum
ist bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform aus
Polytetrafluoräthylen(=Teflon®)
aufgebaut. Dieses Material eignet sich aufgrund seiner dielektrischen
Eigenschaften gut für
die genannten Zwecke. Prinzipiell kann aber auch ein beliebiges
Dielektrikum verwendet werden, solange es unter HF-Bestrahlung kein
Magnetresonanzsignal (in der Regel ein Protonensignal) abgibt.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anlage
ist das Untersuchungsvolumen von einer im Sicherheitsraum angeordneten HF-Mess- und/oder Sende-Antenne
umgeben. Auf diese Weise kann die HF-Antenne besonders nahe am zu
untersuchenden Objekt bzw. im Objekt (z. B. in einer Körperhöhle) angebracht
werden.
-
Vorteilhafterweise
ist zumindest das Untersuchungsvolumen sowie ein HF-System in einem
Faraday-Käfig
angeordnet, so dass der Bereich, in dem HF-Signale eingestrahlt
und emittiert werden, von äußeren Störungen abgeschirmt
wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass der gesamte Sicherheitsraum und
evtl. auch der Magnetraum in einem Faraday-Käfig angeordnet sind.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Anlage sind zwischen Sicherheitsraum und Magnetraum gasdichte
elektrische Durchführungen vorgesehen.
Dies ermöglicht
beispielsweise die Signalübertragung
von einer im Sicherheitsraum angeordneten HF-Antenne in den Magnetraum,
in dem die Daten der Messung erfasst werden. Selbstverständlich können auch
derartige Durchführungen
in weitere Räume
vorgesehen sein.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind drahtlose, insbesondere optische Signalübertragungsmittel,
beispielsweise Fenster oder Glasfaserkabel, zur Übertragung von Signalen zwischen
Sicherheitsraum und Magnetraum vorgesehen. Die Anzahl der gasdichten elektrischen
Durchführungen
vom Sicherheitsraum in den Magnetraum kann somit verringert werden.
-
Des
weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn im Sicherheitsraum Einmal-HF-Antennen vorgesehen
sind, die nach Benutzung entsorgt werden, so dass eine Übertragung
der Kontamination über
eine bereits verwendete HF-Antenne auf ein anderes Objekt vermieden
wird.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der
Bezeichnung. Ebenso können
die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale
je für
sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die
gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen
sind nicht als abschließende
Aufzählung
zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung
der Erfindung.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
erfindungsgemäße Anlage
zur Untersuchung von Objekten mittels magnetischer Resonanz in einem
ersten Betriebszustand mit einem Faraday-Käfig außerhalb der Magnetanordnung;
-
2 eine
erfindungsgemäße Anlage
zur Untersuchung von Objekten mittels magnetischer Resonanz in einem
ersten Betriebszustand mit einem Faraday-Käfig innerhalb der Magnetanordnung; und
-
3 eine
erfindungsgemäße Anlage
zur Untersuchung von Objekten mittels magnetischer Resonanz in einem
zweiten Betriebszustand.
-
1 zeigt
eine Anlage zur Untersuchung von Objekten mittels magnetischer Resonanz,
die einen Sicherheitsraum 1 und einen Magnetraum 2 umfasst.
Der Sicherheitsraum 1 kann durch eine Schleuse 3 betreten
werden, die vom angrenzenden Sicherheitsraum 1 durch eine
gasdichte und druckfeste Tür 4 getrennt
ist. Der Sicherheitsraum 1 ist in einen Messbereich 5 und
einen Objektvorbereitungsbereich 6 aufgeteilt, welche ebenfalls
durch eine HF-dichte Tür 7 voneinander
getrennt sind. Im Sicherheitsraum 1 befinden sich sämtliche
für die
Experimente notwendigen Mess- und Narkoseeinrichtungen. Das Messobjekt
kann auf einer verfahrbaren Objektliege 8 für die Messung
vorbereitet werden.
-
Im
Magnetraum 2 ist ein Magnetsystem 9 angeordnet,
welches einen Magneten 10, Gradientenspulen 11 und
einen Resonator 12 umfasst. Das Untersuchungsvolumen 13,
in dem die Messungen mittels magnetischer Resonanzen vorgenommen
werden, liegt innerhalb des Resonators 12 und wird dementsprechend
vom Magnetsystem 9 umschlossen.
-
Der
Sicherheitsraum 1 ist in einem Bereich mit einer Ausbuchtung 14 versehen,
die in einem ersten Betriebszustand in das Untersuchungsvolumen 13 hineinragen
kann, so dass das Untersuchungsvolumen 13 im Sicherheitsraum
liegt. Mittels der verfahrbaren Objektliege 8 kann ein
vorbereitetes Objekt in das Untersuchungsvolumen 13 transferiert werden,
ohne den Sicherheitsraum 1 zu verlassen. Das Magnetsystem 9 wird
daher auch während
der Messung nicht kontaminiert. Die Messkonsole der Apparatur ist
vorzugsweise in einem weiteren Raum 20 untergebracht, der
nicht den Sicherheitsansprüchen
des Sicherheitsraums 1 unterliegt und somit frei zugänglich ist.
-
Während der
Messung von magnetischen Resonanzen werden Hochfrequenzpulse von
einer HF-Antenne ausgesandt und empfangen. Die Sende- bzw. Empfangsantenne
kann dabei im Magnetraum 2 angeordnet sein, so dass eine Transmission
der eingestrahlten bzw. vom Objekt emittierten HF-Strahlung durch
den für
HF-Strahlung transparenten Bereich der Wand 15 zwischen
Magnetraum und Sicherheitsraum erfolgen muss. Zur Durchführung von
Magnetresonanzmessungen muss demnach ein Teil der Wand 15 zwischen
Magnetraum 2 und Sicherheitsraum 1, und zwar zumindest
der Bereich, der sich im Untersuchungsvolumen 13 befindet,
HF-durchlässig
ausgebildet sein. Dies kann durch die Verwendung von geeigneten
Materialien, wie z. B. Teflon® oder Plexiglas, realisiert
werden.
-
Für manche
Untersuchungen ist es notwendig, die HF-Empfangsantennen sehr nahe
an oder sogar in Kontakt mit dem zu untersuchenden Objekt zu bringen.
Die Erfindung sieht daher vor, neben dem Resonator 12 im
Magnetraum 2 für
solche Anwendungen zusätzliche
HF-Mess- und/oder Sende-Antennen 16 im Sicherheitsraum
bereitzustellen. Dabei kann es sich auch um Einmal-Spulen handeln,
die nach der Untersuchung des Objekts entsorgt werden können, um
eine Kontamination der nachfolgend zu untersuchenden Objekte durch
die kontaminierten HF-Empfangsantennen zu vermeiden. Die von der HF-Mess- und/oder Sende-Antenne 16 empfangenen
Messsignale werden dann vom Sicherheitsraum 1 zum Magnetraum 2 mittels
elektrischer Leitungen 17, die durch gasdichte Durchführungen 18 geführt sind,
oder mittels drahtloser, insbesondere optischer Signalübertragungsmittel, übertragen.
-
In 1 sind
der Sicherheitsraum 1 (gestrichelt) und der Magnetraum 2 zur
HF-Abschirmung von
einem Faraday-Käfig 19 umgeben.
Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, dass der Faraday-Käfig 19 das
Magnetsystem 9 umschließt. Wie in 2 gezeigt,
kann der Faraday-Käfig 19 auch
innerhalb des Magnetsystems 9 angeordnet sein, so dass
der Faraday-Käfig 19 (gepunktet)
im Wesentlichen die in das Untersuchungsvolumen 13 hineinragende
Ausbuchtung 14, den Resonator 12 und den Messbereich 16 des
Sicherheitsraums 1 einschließt.
-
Die
Ausbuchtung 14 ist gasdicht und vorzugsweise flexibel ausgestaltet.
Die Ausbuchtung 14 kann so bei Bedarf aus dem Untersuchungsvolumen 13 hinausbewegt
werden damit die Anlage in einem zweiten Betriebszustand betrieben
werden kann. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung
in einer entsprechenden zweiten Betriebsposition, bei der die Ausbuchtung 14 umgestülpt ist,
und sich das Untersuchungsvolumen 13 nunmehr im Magnetraum 2 befindet.
Dies kann beispielsweise durch die Verwendung flexibler Materialien,
wie z. B. einem Balg-System aus reißfester Folie, realisiert werden.
Es ist auch denkbar, eine starre Ausbuchtung 14 durch eine entsprechende
mechanische Ausgestaltung bewegbar aufzubauen, z. B. in Form eines
Teleskop-Systems. Die Ausbuchtung 14 kann somit bei Bedarf
eingefahren oder umgestülpt
werden. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Ausbuchtung 14 aus
einem transparenten Material gefertigt ist, so dass man vom Magnetraum 2 aus
in die im Untersuchungsvolumen 13 befindliche Ausbuchtung 14 sehen
kann.
-
Durch
das Entfernen der Ausbuchtung 14 aus dem Untersuchungsvolumen 13 kann
das Magnetsystem 9 für
Messungen „konventioneller" nicht kontaminierter
Objekte im Magnetraum genutzt werden. Auf diese Weise kann das Magnetsystem 9 optimal
ausgenutzt und ein Stillstehen der Apparatur vermieden werden. Zusätzlich kann
auch das Magnetsystem 9 selbst verfahren werden, wodurch
einerseits die Ausbuchtung 14 aus dem Untersuchungsvolumen 13 entfernt
werden kann und andererseits das Magnetsystem 9 nach dem
Verschieben von allen Seiten frei zugänglich ist. Dies ist insbesondere für die Wartung
des Magnetsystems 9 vorteilhaft, die erfindungsgemäß ohne ein
Betreten des Sicherheitsraums 1 erfolgen kann.
-
Es
sei noch erwähnt,
dass es sich bei dem Sicherheitsraum nicht zwingend um einen feststehenden
Raum handeln muss. Es ist auch denkbar einen mobilen „Sicherheitsbehälter", der den Anforderungen
eines Sicherheitsraums entspricht, für eine erfindungsgemäße Anlage
zu verwenden, wodurch eine weitere Flexibilität der Anlage und verbesserte Kapselung
der kontaminierten Objekte möglich
ist.
-
Die
erfindungsgemäße Anlage
ist nicht nur zur Verwendung in Zusammenhang mit bildgebenden magnetischen
Resonanzmessungen (MRI) beschränkt,
sondern ist auch interessant zur Durchführung von z. B. ESR- oder NMR-Spektroskopie,
insbesondere zur Untersuchung von ABC-Kampfstoffen. Hierzu ist beispielsweise
denkbar ein Magnetsystem mit vertikaler Bohrung zu verwenden, das
ein Stockwerk unter dem Sicherheitsraum angeordnet ist. Der Sicherheitsraum 1 hat
dann eine Ausbuchtung 14 im Boden, die in den Resonator
des vertikalen Magnetsystems hineinragt. Allgemein ist der beschriebene Aufbau
der erfindungsgemäßen Anlage
interessant für
sämtliche
kontaktfreie Analyseverfahren, insbesondere für solche, bei denen die Messapparatur
das Untersuchungsvolumen umschließt (z. B. CT). Dies schließt jedoch
nicht aus, die erfindungsgemäße Anlage
auch mit offenen Systemen zu betreiben.
-
Insgesamt
ergibt sich eine Anordnung zur Messung magnetischer Resonanzen mit
deren Hilfe hochkontaminierte Objekte, die mit einem besonderen
Risiko für
die menschliche Gesundheit und/oder die Umwelt verbunden sind, wobei
die erfindungsgemäße Anlage
eine einfache und risikoarme Wartung erlaubt. Das Wartungspersonal
wird daher keiner unnötigen
Gefahr ausgesetzt, so dass die Wartung der Apparatur von einem technischen
Personal durchgeführt
werden kann. Darüber
hinaus wird durch die erfindungsgemäße Anlage eine optimale Ausnutzung der
Apparatur gewährleistet.