DE102006060036A1 - Tomograph i.e. magnetic resonance tomograph, for representation of structure inside e.g. human body, has sensor arrangement including power supply device for magnetic field and temperature sensors, and with photovoltaic power supply element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet von Tomographen, insbesondere Magnetresonanztomographen.The The invention relates to the field of tomographs, in particular magnetic resonance tomographs.
Die Magnetresonanztomographie (MR, MRI oder MRT, auch als Kernspintomographie bezeichnet) wird zur Darstellung von Strukturen im Inneren des Körpers verwendet. Mit einem MRT kann man beispielsweise Schnittbilder des menschlichen oder tierischen Körpers erzeugen, die eine genaue Beurteilung von Organen und Organveränderungen erlauben. Die Magnetresonanztomographie nutzt dabei im Gegensatz zur Röntgentomographie magnetische Felder.The Magnetic resonance imaging (MR, MRI or MRI, also known as magnetic resonance imaging is used to represent structures inside the body. With an MRI you can, for example, sectional images of the human or animal body generate an accurate assessment of organs and organ changes allow. Magnetic resonance imaging uses this in contrast for X-ray tomography magnetic fields.
In modernen Magnetresonanztomographen kommen zunehmend Sensoren zum Einsatz, die im Zuge der Durchführung der Magnetresonanztomographie weitere Daten aufnehmen. Solche Daten können beispielsweise die Temperatur oder das Magnetfeld am Patienten im Messbereich des Tomographen sein. Ein weiteres Beispiel ist ein Mikrofon als Sensor, beispielsweise zur Kommunikation mit einem im Tomographen befindlichen Patienten.In Modern magnetic resonance tomographs are increasingly being used for sensors Use in the course of carrying the magnetic resonance tomography record more data. Such data may be, for example the temperature or the magnetic field on the patient in the measuring range of the Be tomographs. Another example is a microphone as a sensor, for example, for communication with a tomograph located Patients.
Zweierlei Arten der Energieversorgung dieser Sensoren sind bekannt:
- – Einmal kann die Energieversorgung durch elektrische Zuleitungen sichergestellt werden. Nachteilig ist hierbei, dass die hochfrequenten Wechselmagnetfelder, die der Magnetresonanztomograph verwendet, zu einer Induktion von Strömen in den Zuleitungen führen. Diese Ströme führen zu unerwünschten Magnetfeldinhomogenitäten und sowie zu einer Erwärmung der Zuleitungen, die dadurch wiederum eine thermische Isolation benötigen.
- – Weiterhin können zur Energieversorgung der Sensoren Batterien verwendet werden. Diese müssen in unregelmäßigen Zeitab ständen erneuert werden, was einen erhöhten Wartungsaufwand für den Magnetresonanztomographen bedeutet.
- - Once the power supply can be ensured by electrical leads. The disadvantage here is that the high-frequency alternating magnetic fields used by the magnetic resonance tomograph lead to an induction of currents in the supply lines. These currents lead to unwanted magnetic field inhomogeneities and to a heating of the leads, which in turn require thermal insulation.
- - Furthermore, batteries can be used to power the sensors. These must be renewed at irregular Zeitab states, which means an increased maintenance of the magnetic resonance tomograph.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tomographen mit zusätzlichen Sensoren zu schaffen, der die oben genannten Nachteile vermeidet, d.h. der Zuleitungen vermeidet, ohne dabei einen erhöhten Wartungsaufwand zu erfordern.Of the Invention is based on the object, a tomograph with additional To provide sensors which avoids the above-mentioned disadvantages i.e. avoids the leads, without increased maintenance to require.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.
Der erfindungsgemäße Tomograph weist wenigstens eine Sensoranordnung auf, wobei die Sensoranordnung im Bereich einer Innenbeleuchtung des Tomographen angeordnet ist und wenigstens ein Sensorelement sowie wenigstens eine Energieversorgungseinrichtung für das Sensorelement aufweist, wobei die Energieversorgungseinrichtung wenigstens ein photovoltaisches Energieversorgungselement aufweist. Das Energieversorgungselement ist dabei bevorzugt als Solarzelle realisiert.Of the Tomograph according to the invention has at least one sensor arrangement, wherein the sensor arrangement is arranged in the region of an interior lighting of the tomograph and at least one sensor element and at least one power supply device for the Sensor element, wherein the power supply device at least having a photovoltaic power supply element. The energy supply element is preferably realized as a solar cell.
Die Erfindung vermeidet dadurch die oben genannten Nachteile. Zuleitungen zur Energieversorgung entfallen und Wartungen zur Erneuerung von Batterien entfallen ebenfalls. Die Erfindung nutzt dabei in besonders vorteilhafter Weise eine Energiequelle aus, die bei Tomographen besteht. Tomographen werden beim Betrieb mittels der Innenbeleuchtung im Bereich der Magnetfeldröhre äußerst hell ausgeleuchtet, um die Magnetfeldröhre für den Patienten im Tomographen, d.h. in der Magnetfeldröhre, weniger eng und unangenehm erscheinen zu lassen. Das somit beim Betrieb des Tomographen vorhandene Licht wird über das photovoltaische Energieversorgungselement ausgenutzt, um die Sensoranordnung mit Energie zu versorgen. Die Eigenschaften eines Tomographen werden somit in besonders vorteilhafter Weise genutzt, um eben die im Tomographen besonders nachteiligen Zuleitungen zu vermeiden.The This invention avoids the above-mentioned disadvantages. leads for energy supply and maintenance for the replacement of batteries also omitted. The invention uses in a particularly advantageous Make an energy source that consists of tomographs. tomography be in operation by means of the interior lighting in the area Magnetic field tube extremely bright illuminated, around the magnetic field tube for the Patients in the tomograph, i. in the magnetic field tube, less to appear narrow and uncomfortable. This is the operation the tomograph light is transmitted through the photovoltaic power supply element exploited to power the sensor assembly. The Characteristics of a tomograph thus become particularly advantageous Used way to just those in the tomograph particularly disadvantageous To avoid supply lines.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist die Energieversorgungseinrichtung wenigstens eine Energiespeichereinrichtung zur Zwischenspeicherung der vom photovoltaischen Energieversor gungselement gelieferten Energie auf. Eine solche Energiespeichereinrichtung kann beispielsweise aus einem oder mehreren Akkus oder zumindest einem Kondensator großer Kapazität, beispielsweise einem sog. elektrochemischen Doppelschicht-Kondensator, bestehen.In advantageous embodiment, the power supply device at least one energy storage device for temporary storage the energy supplied by the photovoltaic energy supply element on. Such an energy storage device can, for example from one or more batteries or at least one capacitor of large capacity, for example a so-called electrochemical double-layer capacitor.
Die Energiespeichereinrichtung ermöglicht vorteilhaft, dass die Sensoranordnung temporär mehr elektrische Leistung verbrauchen kann als die Energieversorgungseinrichtung normalerweise zur Verfügung stellt. Dies gilt zumindest solange, wie der durchschnittliche Energieverbrauch der Sensoranordnung während des Betriebs des Tomographen unterhalb der durchschnittlichen Leistungsabgabe des Energieversorgungselements im selben Zeitraum liegt.The Energy storage device allows advantageous that the sensor arrangement temporarily more Electrical power can consume as the power supply device normally available provides. This applies at least as long as the average energy consumption the sensor assembly during the operation of the scanner below the average power output of the power supply element in the same period.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung weist die Sensoranordnung wenigstens eine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation auf. Beispiele für eine solche drahtlose Kommunikation sind ZigBee, Bluetooth und/oder UWB. Dadurch wird erreicht, dass der Sensor keine Signalleitungen für seine Messergebnisse benötigt, die wiederum die einleitend erwähnten Nachteile in einem Tomographen aufweisen. Bevorzugt ist die Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung der Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation ausgestaltet, wodurch Zuleitungen zur elektrischen Versorgung auch für die Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation entfallen.In a further advantageous embodiment and development of Invention, the sensor arrangement comprises at least one device for wireless communication. Examples of such wireless communication are ZigBee, Bluetooth and / or UWB. This ensures that the sensor does not need signal lines for its measurement results, the again the introductory mentioned Disadvantages in a tomograph have. The energy supply device is preferred configured to power the wireless communication device, whereby supply lines for electrical supply also for the device to wireless communication accounts.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation zur optischen Datenübertragung ausgestaltet. Beispielsweise kann hierzu zumindest eine Leuchtdiode verwendet werden. Messergebnisse, die drahtlos zu übertragen sind, werden als Intensitätsvariation auf das Licht der Leuchtdiode aufmoduliert und beispielsweise von einer Photodiode, vorteilhaft in Verbindung mit einem schmalbandigen optischen Filter, empfangen werden. Durch die Verwendung der optischen Datenübertragung werden mögliche Interferenzen mit anderen HF-Feldern vermieden.In a further advantageous embodiment and development of Invention is the device for wireless communication to the optical data transfer designed. For example, this can be at least one light emitting diode be used. Measurement results wirelessly transmitted are, are called intensity variation modulated on the light of the LED and example of a photodiode, advantageously in conjunction with a narrowband optical filter, to be received. By using the optical data transmission become possible Avoid interference with other RF fields.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sensoranordnung wenigstens eine Anzeigeeinrichtung. Eine solche Anzeigeeinrichtung ist beispielsweise ein LCD-Display. Vorteilhaft ist die Anzeigeeinrichtung als elektrochromes Element ausgestaltet. Ein elektrochromes Element benötigt im Wesentlichen nur zum Ändern seiner Anzeige Energie und wirkt sich somit energiesparend aus. Hierdurch wird es möglich, eine direkte visuelle Rückmeldung der Messergebnisse, beispielsweise nach innen, also an den Patienten, und/oder nach außen hin zu geben.In A further embodiment of the invention comprises the sensor arrangement at least one display device. Such a display device is For example, an LCD display. The display device is advantageous designed as an electrochromic element. An electrochromic element needed essentially just to change its display energy and thus has an energy-saving effect. This will make it possible a direct visual feedback the measurement results, for example, inwards, ie to the patient, and / or outward to give.
Bevorzugt umfasst das Sensorelement wenigstens einen Magnetfeldsensor, Temperatursensor, eine Kamera, ein Mikrofon und/oder einen Sensor zur Erstellung eines Elektrokardiogramms.Prefers the sensor element comprises at least one magnetic field sensor, temperature sensor, a Camera, a microphone and / or a sensor for creating a Electrocardiogram.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Tomograph derart ausgestaltet, dass die Sensoranordnung außerhalb einer Betriebszeit des Tomographen in einem Ruhezustand ist, wobei im Ruhezustand im Wesentlichen keine Energie von der Sensoranordnung verbraucht wird.In In another embodiment of the invention, the tomograph is such designed so that the sensor assembly outside an operating time the tomograph is in a resting state, being at rest in the Essentially no energy is consumed by the sensor array.
Hierdurch wird erreicht, dass außerhalb der Betriebszeit des Tomographen, d.h. wenn die Innenbeleuchtung des Tomographen nicht aktiv ist, keine unnötige Energie von der Sensoranordnung verbraucht wird. Ist eine Energiespeichereinrichtung vorhanden, wird vorteilhaft deren unnötige Entladung vermieden. Weiterhin kann in dieser Zeit die Energiespeichereinrichtung verstärkt geladen werden.hereby will reach that outside the operating time of the scanner, i. if the interior lighting the tomograph is not active, no unnecessary energy from the sensor array is consumed. Is there an energy storage device, will be beneficial to their unnecessary Discharge avoided. Furthermore, in this time the energy storage device reinforced getting charged.
Bevorzugt ist der Tomograph ein Magnetresonanztomograph.Prefers the tomograph is a magnetic resonance tomograph.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen:Further Details and advantages of the invention will be apparent from a explained in the drawing illustrated embodiment. there demonstrate:
Der Magnetresonanztomograph, in dem die erste Sensoranordnung SA1 angebracht ist, ist bekannt und daher in den Figuren nicht dargestellt.Of the Magnetic resonance tomograph in which the first sensor arrangement SA1 is mounted is is known and therefore not shown in the figures.
Bei dem Kondensator C handelt es sich um einen sog. elektrochemischen Doppelschicht-Kondensator, d.h. einen Kondensator mit sehr hoher Kapazität, der sich zur Speicherung von elektrischer Energie eignet. Bei dem Temperatursensor TS handelt es sich um ein Platin-Thermoelement, dessen Temperatur anhand des elektrischen Widerstands bestimmt wird.at the capacitor C is a so-called. Electrochemical Double-layer capacitor, i. a capacitor with very high Capacity, which is suitable for storing electrical energy. In which Temperature sensor TS is a platinum thermocouple, whose temperature is determined by the electrical resistance.
Die Antenne A dient zur drahtlosen Kommunikation, wobei in diesem Beispiel ZigBee als Kommunikationsprotokoll verwendet wird. Als Mikroprozessor P kommt ein bekannter Mikroprozessor zum Einsatz, der in der Lage ist, den Magnetfeldsensor MS und Temperatursensor TS anzusteuern und die gemessenen Daten über das ZigBee-Protokoll mittels der Antenne zu versenden.The Antenna A is for wireless communication, in this example ZigBee is used as the communication protocol. As a microprocessor P is a well-known microprocessor used in the situation is to control the magnetic field sensor MS and temperature sensor TS and the measured data over to send the ZigBee protocol via the antenna.
Die Solarzelle wandelt das im Magnetresonanztomographen vorhandene Licht in elektrische Energie um. Mit dieser Energie wird der Kondensator C beständig geladen. Der Prozessor P, der Magnetfeldsensor MS, der Temperatur TS und die Antenne A wiederum entnehmen die jeweils zum Betrieb benötigte Energie dem Kondensator C.The Solar cell converts the light present in the magnetic resonance tomograph into electrical energy. With this energy, the capacitor C resistant loaded. The processor P, the magnetic field sensor MS, the temperature TS and the antenna A in turn remove each for operation needed Energy the capacitor C.
In diesem Ausführungsbeispiel hat die Solarzelle eine Fläche von 10 cm2 (Quadratzentimeter) und einen Wirkungsgrad von 20%. Im Inneren des Magnetresonanztomographen ist bei Betrieb die Beleuchtungsstärke 800 lux. Unter diesen Bedingungen erzeugt die Solarzelle etwa 0,5 mW elektrische Leistung.In this embodiment, the solar cell has an area of 10 cm 2 (square centimeter) and an efficiency of 20%. Inside the MRI scanner the illuminance is 800 lux during operation. Under these conditions, the solar cell generates about 0.5 mW of electrical power.
Beträgt die Betriebsdauer des Magnetresonanztomographen eine halbe Stunde, so steht innerhalb dieser Zeit eine Gesamtenergie von 0,5 mW × 0,5 h = 0,25 mWh zum Betrieb der Elemente der Sensoranordnung zur Verfügung. Außerhalb der Betriebszeit des Magnetresonanztomographen, wenn also dessen Beleuchtung ausgeschaltet ist, kann die Solarzelle entsprechend der sonstigen vorhandenen Beleuchtung nur sehr wenig Strom erzeugen. Daher wird die zur Verfügung stehende Energie in diesem Beispiel nur während der Betriebszeit gewonnen. Es ist zweckmäßig, wenn der Mikroprozessor P der ersten Sensoranordnung SA1 außerhalb der Betriebszeit des MRT in einen Ruhezustand geht, um den Kondensator C nicht unnötig zu entladen.If the operating time of the magnetic resonance tomograph is half an hour, a total energy of 0.5 mW × 0.5 h = 0.25 mWh is available for operating the elements of the sensor arrangement within this time. Outside the operating time of the magnetic resonance tomograph, that is to say when the illumination thereof is switched off, the solar cell can correspond to the other existing ones Lighting produces very little electricity. Therefore, the available energy in this example is obtained only during the operating time. It is expedient if the microprocessor P of the first sensor arrangement SA1 goes into an idle state outside the operating time of the MRT in order not to unnecessarily discharge the capacitor C.
Da die Energie im Kondensator C gespeichert wird, kann die Leistungsaufnahme der Elemente auch über 0,5 mW liegen, solange die Gesamtenergieaufnahme innerhalb der halben Stunde Betriebszeit des Magnetresonanztomographen nicht die von der Solarzelle SZ bereitgestellten 0,25 mWh überschreitet. So wird in diesem Beispiel der Temperatursensor TS und der Magnetfeldsensor MS lediglich einmal jede Sekunde abgefragt, wobei für 0,05 s eine Leistung von 2 mW benötigt wird.There the energy stored in the capacitor C, the power consumption the elements too 0.5 mW, as long as the total energy intake within half Hour of operation of the magnetic resonance tomograph not that of the solar cell SZ provided exceeds 0.25 mWh. So in this Example of the temperature sensor TS and the magnetic field sensor MS only queried every second, with a power of 0.05 s 2 mW needed becomes.
Der Prozessor speichert die Messergebnisse der Sensoren zwischen und versendet sie drahtlos über die Antenne A.Of the Processor saves the measurement results of the sensors between and send them over wirelessly the antenna A.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Solarzelle eine andere Fläche und einen anderen Wirkungsgrad aufwei sen. Auch die Lichtstärke im Inneren des Magnetresonanztomographen kann beispielsweise aus baulichen Gründen oder aufgrund des Ortes der Solarzelle im Magnetresonanztomographen anders ausfallen.In other embodiments According to the invention, the solar cell can have a different area and a different efficiency exhibit. Also the light intensity inside the magnetic resonance scanner, for example structural reasons or due to the location of the solar cell in the magnetic resonance tomograph different fail.
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung gemäß der nicht
maßstabsgetreuen
Die Solarzelle SZ speist in diesem Fall ohne Zwischenschaltung eines Kondensators C die Leuchtdiode LD, den Temperatursensor TS und das Display D. Die Fläche der Solarzelle SZ beträgt in diesem Fall 20 cm2. Sie kann daher eine Leistung von etwa 1 mW erzeugen.In this case, the solar cell SZ feeds the light-emitting diode LD, the temperature sensor TS and the display D without the interposition of a capacitor C. The area of the solar cell SZ is 20 cm 2 in this case. It can therefore produce a power of about 1 mW.
Das
Messergebnis des Temperatursensors TS wird an das Display D zur
Anzeige übertragen. Weiterhin
wird das Messergebnis an die Leuchtdiode LD übermittelt. Eine in
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