DE102005023121A1

DE102005023121A1 - Vorrichtung und Verfahren zur automatischen Applikation und/oder Stimulation in Magnetresonanztomographen (MRT)

Info

Publication number: DE102005023121A1
Application number: DE102005023121A
Authority: DE
Inventors: Christian Dresel; Christoph Rimpau; Tim Angerer; Andres O Ceballos-Baumann
Original assignee: Dresel Christian Drmed
Current assignee: Dresel Christian Drmed
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: DE102005023121B4

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur automatischen, wiederholbaren und zeitgesteuerten Applikation und/oder Stimulation in Magnetresonanztomographen (MRT), umfassend mindestens einen Aplikator, der mit Hilfe einer Positioniereinheit in einer beliebigen Position innerhalb des MRT positioniert und durch einen Antrieb mit Hilfe eines Mediators wiederholt bewegt wird, wobei sich der Antrieb außerhalb der Gantry des MRT befindet und von einer Steuereinheit gesteuert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen, wiederholbaren und zeitgesteuerten Applikation und/oder Stimulation in Magnetresonanztomographen (MRT), insbesondere in geschlossenen Magnetresonanztomographen mit einem durchgehenden Kanal (Gantry) für eine Untersuchungsliege. Die Magnetresonanztomographie ist ein nichtinvasives bildgebendes radiologisches Verfahren, bei dem Schnittbilder eines Untersuchungsobjektes erstellt werden. Das Untersuchungsobjekt liegt während der Magnetresonanztomographie auf einer Untersuchungsliege innerhalb des MRT. Üblicherweise erfolgt die Applikation eines Stoffes oder die Bewegung und/oder Positionierung eines medizinischen Gerätes, z.B. die Positionierung eines Biopsiewerkzeuges, zwischen den einzelnen MR-Messungen. Die Geschwindigkeit, mit der die Bewegung und/oder Positionierung eines medizinischen Gerätes, beispielsweise eines Biopsiewerkzeuges, erfolgt, ist in der Regel nicht relevant.

Bei einer besonderen Form der Magnetresonanztomographie, der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT), ist es erstrebenswert, eine Applikation und/oder Stimulation gleichzeitig während der MR-Messungen, d.h. während der Aufnahme der MR-Schnittbilder, durchzuführen. Um beispielsweise mit Hilfe der fMRT den Einfluss eines Stoffes, z.B. eines Medikamentes, oder eines äußeren Reizes, z.B. eines Schmerzreizes, auf die Aktivitätsmuster des Gehirns zu untersuchen, erfolgt die Applikation des Stoffes oder Reizes vorzugsweise wiederholt und nach einem vorher festgelegten Schema während der MR-Messung. Um bei der Auswertung die Phasen der Applikation und/oder Stimulation den entsprechenden MR-Schnittbildern zuordnen zu können, ist es erstrebenswert, dass die Applikation und/oder Stimulation in zeitlicher Abhängigkeit von den MR-Messungen durchgeführt wird. Eine Untersuchung kann beispielsweise erfordern, dass mehrere verschiedene Applikationen und/oder Stimulationen unabhängig voneinander an verschiedenen Regionen des Untersuchungsobjektes, insbesondere im Bereich der MRT-Kopfspule, oder innerhalb eines kleinen Zielvolumens durchgeführt werden. Bei derartigen Untersuchungen ist es erstrebenswert, dass die Applikation und/oder Stimulation mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz, vorzugsweise mit einer Frequenz von mindestens 10 Hz wiederholbar ist. Darüber hinaus ist es erstrebenswert, dass sich das Untersuchungsobjekt, z.B. ein Patient, während der fMRT in einer natürlichen Position und Haltung auf der Untersuchungsliege befindet. Die Bewegung und/oder Positionierung im Rahmen der Applikation und/oder Stimulation während der MR-Messungen darf das Untersuchungsobjekt nicht gefährden und die Aufnahme der MR-Schnittbilder und deren Bildqualität nicht negativ beeinflussen. Für einen effizienten und ökonomischen Einsatz der Magnetresonanztomographie und der fMRT in der Praxis sind standardisierte, flexible und universell einsetzbare technische Lösungen erstrebenswert.

In DE 199 05 239 A1 wird eine automatisch steuerbare Positioniereinrichtung für ein medizinisches Werkzeug im MRT beschrieben. Haupteinsatzgebiet dieser Vorrichtung ist die Durchführung MRT-gesteuerter Biopsien, d.h. die MR-Messungen und die Bewegung und/oder Positionierung des Biopsiewerkzeuges erfolgen zeitlich getrennt voneinander. Die Vorrichtung ist mit der Untersuchungsliege verbunden, besitzt eine Patientenauflage und wird in einer bestimmten Position im MRT befestigt. Eine Positionierung des Applikators in einer beliebigen Position innerhalb des MRT einschließlich des Bereiches der MRT-Kopfspule und in einer beliebigen Position in Bezug auf den Untersuchungsgegenstand ist mit der beschriebenen Vorrichtung nicht möglich. Stattdessen muss ein Untersuchungsgegenstand, in diesem Fall ein Patient, eine bestimmte Position auf der Patientenauflage einnehmen, was beispielsweise die Wahl der Applikations- und/oder Stimulationsorte einschränkt.

In DE 100 63 566 C1 wird ein Manipulator für MRT-gesteuerte Mamma-Biopsien in geschlossenen Magnetresonanztomographen beschrieben. Ähnlich wie in DE 199 05 239 A1 handelt es sich hierbei um eine Vorrichtung mit einer Auflage für einen Untersuchungsgegenstand und den oben beschriebenen Nachteilen. Der begrenzte Schwenkwinkel des Manipulators lässt keine beliebige Positionierung in Bezug auf den Untersuchungsgegenstand zu.

In DE 196 27 314 C1 wird eine Positioniervorrichtung für ein chirurgisches Instrument beschrieben. Die Positioniervorrichtung wird frei auf dem Körper des Patienten gelagert. Wegen einer mangelnden Befestigung ist die Lage der Positioniervorrichtung nicht über den Zeitraum einer kompletten MR-Untersuchung, die länger als eine Stunde dauern kann, konstant. Die Positionierung des chirurgischen Instruments erfolgt manuell. Eine automatische Bewegung des chirurgischen Instrumentes in zeitlicher Abhängigkeit von den MR-Messungen ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die sich für eine automatische, wiederholbare und zeitgesteuerte Applikation und/oder Stimulation während der Aufnahme der MR-Schnittbilder im Rahmen der Magnetresonanztomographie, insbesondere im Rahmen der funktionellen Magnetresonanztomographie eignet. Insbesondere ist es Ziel der Vorrichtung, eine Applikation und/oder Stimulation in einer beliebigen Position innerhalb des MRT einschließlich des Bereiches der MRT-Messspule und in einer beliebigen Position in Bezug auf den Untersuchungsgegenstand mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz wiederholbar in zeitlicher Abhängigkeit von den MR-Messungen automatisch und mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 20 ms durchzuführen. Des Weiteren wird ein Verfahren angegeben, das beschreibt, wie eine Applikation und/oder Stimulation in einer beliebigen Position innerhalb des MRT und in einer beliebigen Position in Bezug auf den Untersuchungsgegenstand mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz wiederholbar in zeitlicher Abhängigkeit von den MR-Messungen automatisch und mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 20 ms durchgeführt wird.

Die Aufgabe wird durch eine in Patentanspruch 1 beschriebene Vorrichtung und ein in Patentanspruch 20 beschriebenes Verfahren gelöst. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung an. Die Vorrichtung und das Verfahren sind vorzugsweise für die fMRT geeignet.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Applikator ohne Einschränkung in einer beliebigen Position innerhalb des MRT, beispielsweise im Bereich der maximalen Magnetfeldstärke oder der MRT-Messspule, positioniert werden. Eine beliebige Positionierung des Applikators im MRT wird vorzugsweise durch die Verwendung nichtmagnetischer Materialien innerhalb des MRT und die räumliche Trennung von Applikator und Antrieb durch einen Mediator erreicht, wobei sich der Antrieb vorzugsweise außerhalb der Gantry des MRT befindet. Durch die Verwendung nichtmagnetischer Materialien innerhalb des MRT und die räumliche Trennung von Applikator und Antrieb durch einen Mediator werden Bildstörungen durch einen Betrieb der Vorrichtung während der MR-Messungen vermieden und das Risiko einer Gefährdung des Untersuchungsgegenstandes minimiert. Da sich der Antrieb vorzugsweise außerhalb der Gantry des MRT befindet, sind die Laufgeräusche des Antriebs weit vom Untersuchungsgegenstand entfernt und stören die MR-Messungen nicht, was insbesondere bei der fMRT erstrebenswert ist.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Steuereinheit und der Steuerrechner des MRT miteinander verbunden und tauschen vorzugsweise elektrische oder optische Signale aus, welche den Zeitpunkt der MR-Messungen mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 10 ms definieren. Die Steuereinheit kann aufgrund der Verbindung zum Steuerrechner des MRT die Applikation und/oder Stimulation in zeitlicher Abhängigkeit von den MR-Messungen steuern.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung steuert die Steuereinheit mit Hilfe eines vorzugsweise elektrischen Signals ein Magnetventil. Das Magnetventil treibt einen vorzugsweise doppeltwirkenden pneumatischen Hubzylinder an, der mit einem Druckluftreservoir verbunden ist. Der doppeltwirkende pneumatische Hubzylinder positioniert und/oder bewegt mit Hilfe eines Mediators den Applikator und/oder die Positioniereinheit mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 10 ms. Durch die Verwendung eines Magnetventils und eines vorzugsweise doppeltwirkenden pneumatischen Hubzylinders kann die Applikation und/oder Stimulation mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz, beispielsweise mit einer Frequenz von 10 Hz, wiederholt werden.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Steuereinheit vor Beginn der MR-Messungen programmiert. Während der MR-Messungen bewegt und/oder positioniert die Steuereinheit den Applikator und/oder die Positioniereinheit mit einer beliebigen, vorher definierten und vorzugsweise veränderbaren Dauer, zeitlichen Abfolge und Frequenz. Die Steuereinheit kann somit Applikationen und/oder Stimulationen wiederholt und automatisch durchführen. Die Steuereinheit ermöglicht beispielsweise verschiedene zeitliche Abfolgen der Applikation und/oder Stimulation (z.B. Einzelapplikation und/oder Einzelstimulation beliebiger Dauer, Vibrationsstimulation mit 20 Hz).

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können durch die Verwendung mehrerer, unabhängig voneinander steuerbarer Applikatoren unterschiedliche oder gleiche Applikationen und/oder Stimulationen in verschiedenen Regionen des Untersuchungsgegenstandes oder innerhalb eines kleinen Zielvolumens während der MR-Messungen mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 20 ms durchgeführt werden.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können durch die Wahl geeigneter Applikatoren verschiedene Dinge oder Reize innerhalb des MRT automatisch und zeitgesteuert appliziert werden.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Steuereinheit außerhalb des Tomographenraums, einem Gehäuse 7 für die Antriebe außerhalb der Gantry des MRT 5 im Tomographenraum, einem Mediator 8 sowie einer Positioniereinheit 9 und einem Applikator 25 innerhalb des MRT 5. Beispielhaft wird ein geschlossenes MRT 5 mit einem Magnettunnel, in den die Untersuchungsliege 34 eingeschoben werden kann, gezeigt.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Antriebe, wobei die Antriebe mehrere Magnetventile 10 und mehrere doppeltwirkende pneumatische Hubzylinder 14 umfassen. Der rechte Teil der Abbildung zeigt ein Gehäuse 7, in dem sich die Antriebe befinden. Die Druckluftzufuhr der Magnetventile 10 und die Restluftabfuhr kann beispielsweise über einen gemeinsamen Ventilträger 11 erfolgen, der einen Druckluftanschluss 22 für ein Druckluftreservoir besitzen kann. Ein Magnetventil 10 kann beispielsweise zwei getrennte Druckluftverbindungen 15 zu einem doppeltwirkenden pneumatischen Hubzylinder 14 besitzen. Der linke Teil der Abbildung zeigt einen Querschnitt durch einen doppeltwirkenden pneumatischen Hubzylinder 14 mit zwei getrennten Druckluftanschlüssen 16 für den Vor- und Rücktrieb. Die Hubstange 13 eines doppeltwirkenden Hubzylinders 14 ist beispielsweise über eine Bowdenzugkupplung 17 lösbar mit der inneren Ader des Bowdenzugs 19 verbunden. Der Bowdenzugmantel 20 ist vorzugsweise über eine lösbare Befestigung 21 mit einer Befestigungsplatte 18 verbunden.
3 zeigt den Querschnitt einer Positioniereinheit 9 mit daran befestigtem Applikator 25 und beispielhafter Befestigung an der Untersuchungsliege 34 des MRT 5.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinheit wie in 1 dargestellt einen Steuerrechner 1, beispielsweise einen handelsüblichen Personal Computer (PC), und einen Signalwandler 2. Durch die bevorzugte Lage der Steuereinheit außerhalb des elektromagnetisch abgeschirmten Tomographenraums wird der Betrieb der Steuereinheit nicht durch die MR-Messungen gestört (und umgekehrt) und eine mögliche Gefährdung des Untersuchungsobjektes oder MR-Bildstörungen, sog. Artefakte, durch die elektronischen Schaltungen der Steuereinheit werden vermieden. Alternativ kann die Steuereinheit im Tomographenraum außerhalb des wirksamen homogenen Magnetfeldes des MRT 5 positioniert werden. Die Steuereinheit empfängt beispielsweise über ein Synchronisationskabel 3 vorzugsweise elektrische oder optische Signale des MR-Tomographen 5, um die Antriebe mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 10 ms abhängig von den MR-Messungen zu steuern. Der zeitliche Ablauf der Applikationen und/oder Stimulationen kann bereits vor Beginn der MR-Messungen programmiert und während der MR-Messungen automatisch von der Steuereinheit gesteuert werden. Die Steuereinheit ermöglicht eine Ansteuerung von mehreren unabhängigen Antrieben mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 20 ms. Mehrere unabhängige vorzugsweise elektrische Signale, z.B. TTL-Pulse mit definiertem Beginn und Länge, können über das Steuersignalkabel 6 vom Steuerrechner 1 an den Signalwandler 2 der Steuereinheit übermittelt und vom Signalwandler 2 verarbeitet werden. Durch die Steuereinheit kann die Applikation und/oder Stimulation kontrolliert und wiederholt mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz, vorzugsweise mit einer Frequenz von mindestens 10 Hz erfolgen. Derartige Frequenzen können mit einem erfindungsgemäßen Antrieb erreicht werden.
Der Signalwandler 2 transformiert die Steuersignale des Steuerrechners 1 in Schaltsignale, beispielsweise elektrische 24 V-Signale, die vorzugsweise über ein elektromagnetisch abgeschirmtes Antriebssteuerkabel 4 zu den Antrieben weitergeleitet werden. Die Antriebe befinden sich vorzugsweise in einem geerdeten und elektromagnetisch abgeschirmten Gehäuse 7 innerhalb des Tomographenraums. Das geerdete Gehäuse 7 der Antriebe aus vorzugsweise Aluminium wirkt als Faradayscher Käfig und schirmt die Einflüsse des MR-Tomographen 5 auf die Antriebe und umgekehrt ab. Das Gehäuse 7 der Antriebe ist vorzugsweise in einiger Distanz von der Gantry des MRT 5 an einer beliebigen Stelle im Tomographenraum aufgestellt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die Antriebe vorzugsweise Magnetventile 10 und vorzugsweise doppeltwirkende pneumatische Hubzylinder 14. Die Magnetventile 10 werden vorzugsweise von den Schaltsignalen der Steuereinheit mit einer zeitlichen Latenz von weniger als 10 ms geschaltet. Ein Magnetventil 10 steuert vorzugsweise einen doppeltwirkenden pneumatischen Hubzylinder 14, der mit einer zeitlichen Latenz von weniger als 10 ms eine Translationsbewegung ausführen kann. Die Steuereinheit kann mit Hilfe eines Magnetventils 10 und eines doppeltwirkenden Hubzylinder 14 einen Applikator 25 mit einer zeitlichen Latenz von weniger als 20 ms positionieren und/oder bewegen. Statt eines doppeltwirkenden pneumatischen Hubzylinders 14 kann beispielsweise auch ein einfachwirkender Hubzylinder mit Federspeicher verwendet werden. Es ist dabei wünschenswert, die bei einfachwirkenden Hubzylindern oftmals verwendete ferromagnetische Rückstellfeder, die im MRT zu Magnetfeld- und Bildstörungen führen kann, durch ein nichtmagnetisches Material zu ersetzen. Antriebe im Sinne der Erfindung können auch pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch betriebene Dreh-, Kolben-, Kurbel-, Pumpen-, Riemen-, Schneckenrad-, Spindel- oder Zahnstangenantriebe sowie Piezoantriebe sein. Ein bevorzugter Antrieb aus Magnetventil 10 und doppeltwirkendem pneumatischen Hubzylinder 14 kann Frequenzen von beispielsweise über 10 Hz erreichen. Hubzylinder 14 und Magnetventile 10 sind vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger montiert, der vorzugsweise akustisch entkoppelt und schwingungsgedämpft in einem Gehäuse 7 untergebracht ist und somit keine störenden Brummfrequenzen verursacht. Schalldämpfer 12 und akustische Dämmmaterialien können das Laufgeräusch der Hubzylinder 14 und Magnetventile 10 reduzieren. Leitfähige Bauteile sind typischerweise geerdet.
Die Translationsbewegung eines Hubzylinders 14 wird vorzugsweise über eine direkte mechanische Verbindung in Form eines Mediators 8 auf den Applikator 25 übertragen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein nichtmagnetischer Bowdenzug als Mediator 8 verwendet. Ein Bowdenzug benötigt keine zusätzlichen beweglichen mechanischen Elemente, die das mechanische Spiel und die zeitliche Latenz der Bewegung des Mediators 8 erhöhen. Die innere Ader des Bowdenzugs 19 überträgt die Kraft des Antriebs auf den Applikator 25. Mediator 8 im Sinne der Erfindung kann auch ein hydraulisches, elektrisches oder pneumatisches System, eine Hebelvorrichtung, ein Teleskoparm, eine Feder, eine Kardanwelle oder ein Seilzug sein.
Der Mediator 8 verläuft vorzugsweise innerhalb einer Positioniereinheit 9. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Positioniereinheit 9 wie in 3 abgebildet einen Schwanenhals 28 aus Kunststoff. Der Schwanenhals 28 umfasst mindestens zwei Schwanenhalselemente, die mit einer Kugelpresspassung (Kugelgelenk) miteinander verbunden sind und eine gute Verstellmöglichkeit bei gleichzeitiger mechanischer Steifigkeit bieten. Alternativ zum Schwanenhals 28 lassen sich beispielsweise mehrgelenkige Positionierarme verwenden. Am applikatornahen Ende des Schwanenhalses 28 ist beispielsweise eine Führungshülse 23 über einen Schwanenhalsanschluss 27 befestigt. In der Führungshülse 23 befindet sich beispielsweise ein beweglich gelagerter Kolben 24, der durch die innere Bowdenzugader 19 translatorisch angetrieben wird. Um eine Translationsbewegung zwischen Bowdenzugmantel 20 und innerer Bowdenzugader 19 zu ermöglichen, ist der Bowdenzugmantel 20 mit einer Befestigung 26 beispielsweise lösbar mit der Führungshülse 23 verbunden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Kolben 24 ein Gewinde, auf das der Applikator 25 aufgeschraubt wird und das auf diese Weise einen einfachen Wechsel des Applikators 25 ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Positioniereinheit 9 einen Haltearm 29. Der Schwanenhals 28 kann vorzugsweise lösbar am Haltearm 29 der Positioniereinheit 9 angeschraubt sein. Der Haltearm 29 kann für eine genaue Positionierung beispielsweise über eine reibschlüssige und vorzugsweise lösbare Verbindung auf einer Schiene 31 mit Hilfe einer Klemmschraube 30 und einer Klemmplatte 32 manuell fixiert werden. Die Schiene 31 ist beispielsweise mit Hilfe einer Unterschiene 33, die als Gegenlager dient, über eine Schraubverbindung an der Untersuchungsliege 34 des MR-Tomographen 5 lösbar befestigt. Der Haltearm 29 zeichnet sich durch eine hohe Steifigkeit und Dämpfung aus, um die exakte Position der Positioniereinheit 9 für den Zeitraum der MR-Messungen aufrechtzuerhalten. Aufgrund des modularen Aufbaus können sich die verschiedenen Funktionseinheiten der Vorrichtung, d.h. Applikator 25, Positioniereinheit 9, Mediator 8, Antrieb und Steuereinheit, getrennt voneinander oder gruppiert in bestimmten Funktionseinheiten an verschiedenen Stellen im MR-Tomographen 5 befinden. Aufgrund der vorzugsweise lösbaren Verbindungen lassen sich die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung getrennt voneinander austauschen oder demontieren. Die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich mit wenigen Handgriffen auf- und abbauen, was im klinischen Routinebetrieb von großem Vorteil ist.
Innerhalb des MRT 5 werden vorzugsweise nichtmagnetische Materialien verwendet, so dass der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Bildveränderungen durch ein geändertes Signal-Rausch-Verhalten oder Bildartefakte während der MR-Messungen hervorruft. Nichtmagnetische Materialien sind beispielsweise a) Kunststoffe wie z.B. PET, PTFE oder Plexiglas oder Faserverbundwerkstoffe wie z.B.
Glasfaserkunststoff b) Metalle oder Metalllegierungen mit niedriger magnetischer Suszeptibilität wie z.B. Aluminium, Titan, Gold, c) Gläser oder silikonhaltige Materialien d) keramische Werkstoffe wie z.B.
Aluminiumoxid oder e) Holz oder Holzverbundwerkstoffe. Mit Ausnahme der unter b) genannten Metalle und Metalllegierungen sind diese Materialien nicht elektrisch leitfähig und können in einer beliebigen Position im MRT 5 einschließlich des Bereiches der MRT-Messspule während der MR-Messungen eingesetzt werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein von Frey-Haar als Applikator 25 verwendet, das auf den beweglichen Kolben 24 aufgeschraubt werden kann. Von Frey-Haare sind Plexiglashaare unterschiedlicher Stärke, die eine normierte und punktuelle Berührungsstimulation erlauben. Alternativ können an dem Kolben 24 andere Applikatoren 25 befestigt werden. Die vorzugsweise lösbar ausgeführte Schraubverbindung ermöglicht einen schnellen Wechsel des Applikators 25. Applikatoren 25 im Sinne der Erfindung können medizinische Instrumente oder Vorrichtungen sein, die sich für das Einbringen fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe, beispielsweise von Nährstoffen, Wirklösungen, Kontrastmitteln, Medikamenten, Markern oder radioaktiven Substanzen, eignen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich zur automatischen, wiederholbaren und zeitgesteuerten Applikation verschiedener Stoffe, Materialien oder Stimuli verschiedener Art (Berührung, Schmerz, Temperatur, etc.) einsetzen.
Darüber hinaus erlaubt die Erfindung eine kompakte Anordnung mehrerer Applikatoren 25 und Positioniereinheiten 9 innerhalb des MRT 5. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nicht in einer Zeichnung dargestellt ist, können zwei oder mehrere Applikatoren 25 mit Hilfe von zwei oder mehreren Positioniereinheiten 9 auf das gleiche Zielvolumen von kleiner als 1 cm³ positioniert und unabhängig voneinander gesteuert werden.

1: Steuerrechner, PC
2: Signalwandler
3: Synchronisationskabel
4: Antriebssteuerkabel
5: Magnetresonanztomograph (MRT)
6: Steuersignalkabel
7: Gehäuse mit Antrieben
8: Mediator
9: Positioniereinheit
10: Magnetventil
11: Ventilträger
12: Schalldämpfer
13: Hubstange
14: Doppeltwirkender pneumatischer Hubzylinder
15: Druckluftverbindungen
16: Druckluftanschlüsse des Hubzylinders
17: Bowdenzugkupplung
18: Befestigungsplatte
19: Innere Bowdenzugader
20: Bowdenzugmantel
21: Proximale Befestigung des Bowdenzugmantels
22: Druckluftanschluss des Ventilträgers
23: Führungshülse
24: Kolben
25: Applikator
26: Distale Befestigung des Bowdenzugmantels
27: Schwanenhalsanschluss
28: Schwanenhals
29: Haltearm
30: Klemmschraube
31: Schiene
32: Klemmplatte
33: Unterschiene
34: Untersuchungsliege des MRT

Claims

Vorrichtung zur automatischen Applikation und/oder Stimulation in Magnetresonanztomographen (MRT), umfassend mindestens einen Applikator, mindestens eine Positioniereinheit, mindestens einen Mediator, mindestens einen Antrieb und mindestens eine Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Applikator mit Hilfe der Positioniereinheit in einer beliebigen Position innerhalb des MRT und in einer beliebigen Position in Bezug auf einen sich im MRT befindlichen Untersuchungsgegenstand positionierbar ist, b. der Antrieb sich außerhalb des Einschubes für die Untersuchungsliege (Gantry) des MRT befindet und durch den Mediator auf den Applikator und/oder die Positioniereinheit einwirkt, c. die Steuereinheit mit Hilfe elektrischer Signale den Antrieb steuert und mit dem Steuerrechner des MRT verbunden ist, so dass die Steuereinheit die zeitliche Abfolge der Positionierung und/oder Bewegung des Applikators und/oder der Positioniereinheit abhängig vom Zeitpunkt der MR-Messungen steuert und die Positionierung und/oder Bewegung des Applikators und/oder der Positioniereinheit während der MR-Messungen automatisch erfolgt und d. die Positionierung und/oder Bewegung des Applikators und/oder der Positioniereinheit mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz, vorzugsweise mit einer Frequenz von mindestens 10 Hz wiederholbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator und/oder die Positioniereinheit und/oder der Mediator und/oder Bauteile, die diese Elemente verbinden, aus nichtmagnetischen Materialien bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator und/oder die Positioniereinheit und/oder der Mediator und/oder Bauteile, die diese Elemente verbinden, aus nichtmagnetischen und nicht elektrisch leitfähigen Materialien bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Positionierung und/oder Bewegung des Applikators und/oder der Positioniereinheit mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 20 ms steuert.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb mindestens einen doppeltwirkenden Hubzylinder umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb mindestens ein Magnetventil umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb mindestens ein Magnetventil und mindestens einen doppeltwirkenden Hubzylinder umfasst, die das elektrische Signal der Steuereinheit mit einer zeitlichen Latenz von weniger als 10 ms in eine Translationsbewegung transformieren.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb statt des doppeltwirkenden Hubzylinders einen einfach wirkenden Hubzylinder mit Federspeicher umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb statt des doppeltwirkenden Hubzylinders einen pneumatisch, elektrisch und/oder hydraulisch betriebenen kolbengestützten Antrieb umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei Applikatoren und/oder mindestens zwei Positioniereinheiten umfasst, die mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 20 ms unabhängig voneinander steuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei Applikatoren umfasst, die auf das gleiche Zielvolumen von kleiner als 1 cm³ an einer beliebigen Stelle innerhalb des MRT positionierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator ein Instrument oder ein Werkzeug oder ein Teil eines Instruments oder Werkzeugs ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator eine Vorrichtung zum Auslösen von Reizen ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator mindestens einen Stempel, Hebel oder Kolben umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator eine Vorrichtung zur Applikation von Schmerz, Vibration, Berührung, Druck und/oder Temperatur ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator ein von Frey-Haar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinheit mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei gegeneinander bewegliche Glieder umfasst, wobei die Glieder Kugelgelenke bilden.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinheit ein Schwanenhals ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mediator ein Bowdenzug aus nichtmagnetischem Kunststoff ist.
Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur automatischen Applikation und/oder Stimulation in Magnetresonanztomographen (MRT), wobei die Vorrichtung einen Applikator, eine Positioniereinheit, einen Mediator, einen Antrieb und eine Steuereinheit wie in den vorstehenden Ansprüchen definiert umfasst und das Verfahren folgende Schritte aufweist: a. Positionieren des Applikators mit Hilfe der Positioniereinheit in einer beliebigen Position innerhalb des MRT und in einer beliebigen Position in Bezug auf einen sich im MRT befindlichen Untersuchungsgegenstand, b. Bewegen des Applikators und/oder der Positioniereinheit mit Hilfe des Antriebs und des Mediators, c. Steuern des Antriebs während der MR-Messungen und abhängig vom Zeitpunkt der MR-Messungen mit Hilfe der Steuereinheit und d. Wiederholen der Positionierung und/oder Bewegung des Applikators und/oder der Positioniereinheit mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz, vorzugsweise mit einer Frequenz von mindestens 10 Hz.
Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch das Bewegen des Applikators und/oder der Positioniereinheit mit einer beliebigen Dauer und/oder Abfolge und mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 20 ms.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch das Bewegen des Applikators und/oder der Positioniereinheit mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 10 ms mit Hilfe des Magnetventils und des doppeltwirkenden Hubzylinders.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 20–22, gekennzeichnet durch das Steuern von mindestens zwei Applikatoren und/oder mindestens zwei Positioniereinheiten mit einer zeitlichen Ungenauigkeit von weniger als 20 ms unabhängig voneinander.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 20–23, gekennzeichnet durch das Positionieren von mindestens zwei Applikatoren in einem Zielvolumen von kleiner als 1 cm³ an einer beliebigen Stelle innerhalb des MRT.