DE102008034578A1 - Combination magnet resonance system has magnet unit and four axles with robotic arm, where magnet unit is connected to end of robotic arm with nuclear medical detector in freely movable manner - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kombinations-Magnetresonanz-Anlage gemäß dem Patentanspruch 1.The The invention relates to a combination magnetic resonance system according to Claim 1.
Ein bildgebendes Verfahren zur medizinischen Strukturaufklärung, das insbesondere für seine gute Darstellung von Weichteilen bekannt ist, ist die Magnetresonanztomographie (MRI = Magnetic Resonance Imaging). Bei diesem Verfahren werden die magnetischen Momente (Kernspins) der Atomkerne des untersuchten Gewebes in einem äußeren Magnetfeld mit einer Feldstärke von bis zu 7 T ausgerichtet und durch eingestrahlte Radiowellen zu einer Kreiselbewegung (Präzession) angeregt. Dabei wird in Folge von Relaxationsvorgängen in einer zugeordneten Empfangsspule eine Wechselspannung induziert, die die Grundlage für die Bildberechnung darstellt. Üblicherweise ist die Magneteinheit, aufweisend die magnetfelderzeugenden Elemente sowie die Sende- und Empfangsspulen, in einer eine zylindrische Durchtrittsöffnung aufweisenden MRI-Untersuchungsröhre angeordnet. Durch diese wird der auf einer Patientenliege fixierte Patient im Rahmen einer Ganzkörperuntersuchung hindurchgeschoben oder gefahren. Zusätzlich sind auch offene oder aus mehr als einem Ring bestehende MRI-Untersuchungsröhren bekannt.One imaging procedure for medical structure elucidation, especially for his good presentation of soft tissues is known, magnetic resonance imaging (MRI = Magnetic Resonance Imaging). In this method, the magnetic moments (nuclear spins) the atomic nuclei of the examined tissue in an external magnetic field aligned with a field strength of up to 7 T and through irradiated radio waves to a gyroscope movement (precession) stimulated. This is due to relaxation processes induces an alternating voltage in an assigned receiving coil, which is the basis for the image calculation. Usually is the magnet unit comprising the magnetic field generating elements as well as the transmitting and receiving coils, in a cylindrical Passage-opening MRI examination tube arranged. This fixes the patient on a patient bed Patient pushed through as part of a whole body examination or driven. Additionally, there are also open or more than a ring existing MRI examination tubes known.
Die Magnetresonanztomographie ist insbesondere auch geeignet, ergänzend zu nuklearmedizinischen bildgebenden Verfahren wie der Positronenemissionstomographie (PET) oder der Single-Photon-Emissions-Computertomographie (SPECT), die eine Erkennung von Stoffwechselanomalien, insbesondere malignem Gewebe mit Tumorbefall, bewirken, aber keine guten anatomischen Bilder liefern, ohne weitere Strahlenbelastung zusätzliche komplementäre morphologische Informationen für eine gute räumliche Lokalisierung beizusteuern.The Magnetic resonance imaging is also suitable, in addition on nuclear medicine imaging techniques such as positron emission tomography (PET) or Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT), the detection of metabolic abnormalities, especially malignant Tissue with tumor involvement, but not good anatomical Deliver images without additional radiation exposure complementary morphological information for to contribute a good spatial localization.
Bei der PET wird die Verteilung einer schwach radioaktiv markierten Substanz im Körper eines Patienten mit einer PET-Detektoreinheit gemessen und sichtbar gemacht. Dabei wird dem Patienten vor einer PET-Untersuchung ein Radionuklid oder eine mit einem Radionuklid markierte Substanz, die Positronen emittiert, injiziert. Bei der Wechselwirkung eines Positrons mit einem Elektron im Körper des Patienten werden zwei Photonen in entgegen gesetzte Richtungen emittiert und die Koinzidenzen mit der PET-Detektoreinheit des PET-Geräts registriert. Aus den registrierten Zufallsereignissen können die räumliche Verteilung des Radionuklids im Körperinneren ermittelt und Schnittbilder vom Körperinneren des Patienten erzeugt werden. Die PET-Detektoreinheit besteht im Allgemeinen aus einer Vielzahl von Einzeldetektoren, die z. B. als Detektorenring in einer geschlossenen PET-Röhre angeordnet sind.at the PET becomes the distribution of a weakly radioactively labeled Substance in the body of a patient with a PET detector unit measured and visualized. This is before the patient PET study a radionuclide or one with a radionuclide labeled substance that emits positrons injected. In the Interaction of a positron with an electron in the body of the Patients are emitted two photons in opposite directions and the coincidences with the PET detector unit of the PET device registered. From the registered random events can the spatial distribution of radionuclide inside the body determined and sectional images of the body interior of the patient be generated. The PET detector unit is generally made a plurality of individual detectors z. B. as a detector ring are arranged in a closed PET tube.
Auch bei der SPECT wird die zur Bilderzeugung verwendete Strahlung von Radiopharmaka erzeugt, die dem Patienten vor der Untersuchung injiziert werden, und die sich daraufhin je nach den chemischen und biologischen Eigenschaften der Trägersubstanz in bestimmten Organen anreichern. Bei der SPECT kommen Radionuklide (Isotope) zum Einsatz, die unmittelbar unter Emission einzelner, nicht korrelierter Gammaquanten zerfallen. Anstatt eines geschlossenen Detektorrings mit einer Vielzahl von in Koinzidenz geschalteten Detektorelementen wie bei der PET sind bei der SPECT üblicherweise ein oder zwei SPECT-Detektorköpfe vorgesehen, die während der Untersuchung auf einer Kreisbahn um den Patienten herumrotieren und dabei die von ihm abgegebene Gammastrahlung erfassen. Bei der SPECT handelt es sich wie bei der PET um eine funktionelle Bildgebung, die vor allem biochemische und physiologische Vorgänge im Organismus abzubilden vermag. Sie erlaubt neben einer guten Analyse des Stoffwechsels insbesondere das Auffinden von Tumoren und Metastasen sowie eine Beurteilung der Perfusion des Herzens oder Gehirns.Also in the SPECT, the radiation used for imaging is Produced radiopharmaceuticals that injected the patient before the examination and depending on the chemical and biological Properties of the vehicle in certain organs accumulate. The SPECT uses radionuclides (isotopes), those directly under emission of single, uncorrelated gamma quanta disintegrated. Instead of a closed detector ring with a multitude coincident detector elements such as PET are usually one or two SPECT detector heads in the SPECT provided during the investigation on a circular path rotate around the patient and thereby the delivered by him Detect gamma radiation. The SPECT is like the PET is a functional imaging, mainly biochemical and Physiological processes in the organism can map. It allows in addition to a good analysis of the metabolism in particular the finding of tumors and metastases as well as an evaluation of the Perfusion of the heart or brain.
Aus
der
Im Allgemeinen ist eine solche Kombinations-Magnetresonanzanlage fest am Boden montiert. Vor einer Operation eines z. B. an einem Tumor erkrankten Patienten werden Bildaufnahmen vom Körperinneren des Patienten mit der Kombinations-Magnetresonanzanlage erzeugt, welche für die Operation des Patienten herangezogen werden. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass derartige Aufnahmen während einer Operation oder Intervention nicht möglich sind, da der Patient in der Anlage nicht zugänglich ist.in the Generally, such a combination magnetic resonance system is fixed mounted on the ground. Before an operation of a z. On a tumor Diseased patients are taking pictures of the inside of the body of the patient with the combination magnetic resonance system, which are used for the operation of the patient. The disadvantage of this arrangement is that such recordings during an operation or intervention are not possible because the patient is not accessible in the facility.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine geeignete Kombinations-Magnetresonanzanlage bereitzustellen, die schnell und verlässlich kombinierte Bilder erzeugen kann und flexibel gegenüber einem Patienten positionierbar ist.It Object of the present invention, a suitable combination magnetic resonance system to provide that combined quickly and reliably Can produce images and flexible towards a patient is positionable.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kombinations-Magnetresonanzanlage gemäß dem Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.The The object is achieved by a combination magnetic resonance system according to the Claim 1; advantageous embodiments of the invention are each subject of the dependent claims.
Bei der erfindungsgemäßen Kombinations-Magnetresonanzanlage wird durch den mindestens vier Achsen aufweisenden Roboterarm, an dessen einem Ende frei beweglich eine Magneteinheit gemeinsam mit einer nuklearmedizinische Detektoreinheit angeordnet ist, so dass die Magneteinheit und die nuklearmedizinische Detektoreinheit flexibel dreidimensional bewegt und verstellt werden können, ein verbesserter Zugang zu einem Patienten möglich, da die Magneteinheit und die Detektoreinheit je nach Bedarf beliebig positioniert werden können. Die Magneteinheit und die nuklearmedizinische Detektoreinheit weisen jeweils eine Öffnung auf. Insbesondere können die Magnetein heit und die nuklearmedizinische Detektoreinheit gemeinsam schnell und aufwandsarm in eine Aufnahmeposition um den Patienten verfahren und wieder komplett entfernt werden, ohne den Patienten bewegen zu müssen. Dies kann auch auf einfache Weise mehrmals hintereinander durchgeführt werden. Insgesamt weist die erfindungsgemäße Kombinations-Magnetresonanzanlage eine sehr gute Positionierungsflexibilität auf. Durch die feste Relativposition der Magneteinheit und der nuklearmedizinischen Detektoreinheit zueinander ist eine Fusion der jeweiligen Bilder einfach möglich. Mit der Kombinations-Magnetresonanzanlage können also besonders schnell und präzise auch während Operationen und Interventionen Stoffwechselvorgänge sichtbar gemacht und lokalisiert werden.In the Kombinati invention Ons magnetic resonance system is by the at least four-axis robotic arm, at one end freely movable a magnet unit is arranged together with a nuclear medicine detector unit, so that the magnet unit and the nuclear medicine detector unit can be flexibly moved and moved three-dimensional, improved access to a patient possible because the magnet unit and the detector unit can be arbitrarily positioned as needed. The magnet unit and the nuclear medicine detector unit each have an opening. In particular, the Magnetein unit and the nuclear medicine detector unit can move together quickly and with little effort in a receiving position around the patient and be completely removed without having to move the patient. This can also be done in a simple manner several times in succession. Overall, the combination magnetic resonance system according to the invention has a very good positioning flexibility. Due to the fixed relative position of the magnet unit and the nuclear medicine detector unit to one another a fusion of the respective images is easily possible. With the combination magnetic resonance system, therefore, metabolic processes can be visualized and localized particularly quickly and precisely even during operations and interventions.
Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Roboterarm von einem
Knickarmroboter, insbesondere von einem Knickarmroboter mit sechs
Drehachsen, gebildet. Mit einem derartigen Knickarmroboter ist es
möglich, die gemeinsam angeordneten Magneteinheit und nuklearmedizinische
Detektoreinheit in jede gewünschte Position zu verfahren
und des Weiteren auf einer beliebig voreinstellbaren Bewegungsbahn
zu bewegen. Derartige Knickarmroboter werden insbesondere in der
Automobilindustrie verwendet und sind dort weit verbreitet. Beispielsweise
werden von der Firma KUKA unter der Internetadresse
In vorteilhafter Weise ist der Roboterarm, insbesondere der Knickarmroboter, an seinem anderen Ende fest am Boden, an der Decke oder an der Wand eines Untersuchungsraumes montiert. Durch eine derartige feste Montage ist eine stabile Bewegung des Roboterarms relativ zu einem festen Bezugspunkt gewährleistet.In Advantageously, the robot arm, in particular the articulated robot, at the other end, firmly on the ground, on the ceiling or on the wall an examination room mounted. By such a fixed installation is a stable movement of the robot arm relative to a fixed one Guaranteed reference point.
Der Roboterarm, insbesondere der Knickarmroboter, kann auch auf einer Schienenvorrichtung, welche auf dem Boden oder an der Decke des Untersuchungsraumes befestigt ist, verfahrbar angeordnet sein. Außerdem kann der Knickarmroboter auch auf einem mobilen Gerätewagen angeordnet sein. Durch diese Mobi lität ist der Einsatzradius der Kombinations-Magnetresonanzanlage erhöht.Of the Robotic arm, in particular the articulated robot, can also on one Rail device, which on the floor or on the ceiling of the examination room is attached, be arranged movable. In addition, can The articulated robot also on a mobile equipment cart be arranged. This mobility is the mission radius the combination magnetic resonance system increases.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Magneteinheit und die nuklearmedizinische Detektoreinheit hintereinander entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordnet. Auf diese Weise können, wenn der Patient entlang der Längsachse durch die beiden Einheiten bewegt wird, auf einfache Weise von demselben Bereich des Patienten erst MRI-Bilder und direkt danach PET/SPECT-Bilder (oder umgekehrt) aufgenommen werden. Eine Fusionierung der Bilder ist anhand der einfachen relativen Position der Einheiten zueinander problemlos möglich. Der Patient kann durch die jeweiligen Einheiten bewegt werden, indem die Patientenliege entlang der Längsachse verschoben wird der indem die kombinierten Einheiten entlang der Längsachse über den Patienten geschoben werden.To Another embodiment of the invention are the magnet unit and the nuclear medicine detector unit in succession a common longitudinal axis arranged. In this way can, if the patient along the longitudinal axis through the two units are moved, easily by the same Area of the patient first MRI images and immediately thereafter PET / SPECT images (or conversely). A fusion of the pictures is based on the simple relative position of the units to each other easily possible. The patient can through the respective Units are moved by the patient couch along the longitudinal axis is moved by the combined units along the Longitudinal axis are pushed over the patient.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Magneteinheit eine oder mehrere MRI-Untersuchungsröhren umfassend zumindest einen Magneten. und Sende- und Empfangsspulen auf. Bei dem oder den Magneten kann es sich um Permanentmagneten, Elektromagneten, Supraleitende Magneten oder um eine Kombination aus derartigen Magneten handeln.In an advantageous development, the magnet unit has a or several MRI examination tubes comprising at least one Magnet. and transmit and receive coils. At the or the magnet it can be permanent magnets, electromagnets, superconducting Magnets or to act a combination of such magnets.
Vorzugsweise wird die nuklearmedizinische Detektoreinheit von einer PET-Detektoreinheit, insbesondere einem PET-Detektorring, mit einer Vielzahl von PET-Detektorelementen gebildet. Alternativ wird die nuklearmedizinische Detektoreinheit von einer SPECT-Aufnahmevorrichtung mit zumindest einem, insbesondere zwei, um einen Untersuchungsbereich herum bewegbaren SPECT-Detektorkopf gebildet.Preferably is the nuclear medicine detector unit of a PET detector unit, in particular a PET detector ring, with a plurality of PET detector elements educated. Alternatively, the nuclear medicine detector unit from a SPECT recording device with at least one, in particular two SPECT detector heads movable around an examination area educated.
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die nuklearmedizinische
Detektoreinheit in die Magneteinheit integriert. Ein Beispiel für
eine solche Integration ist aus der
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die kombinierte Magnet-/nuklearmedizinische Einheit an einer Hand des Roboterarms lösbar befestigt, so dass die Einheit zum Beispiel auch abgekoppelt werden kann und je nach Bedarf an ihrer Stelle an eine weitere Komponente wie zum Beispiel eine Patientenliege angekoppelt werden kann.To Another embodiment of the invention is the combined magnetic / nuclear medical Unit releasably attached to one hand of the robotic arm, so that the unit can be disconnected, for example, and as needed in its place to another component such as Example, a patient bed can be coupled.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die PET-Detektoreinheit datenseitig mit einer PET-Bildverarbeitungseinheit oder der SPECT-Detektorkopf datenseitig mit einer SPECT-Bildverarbeitungseinheit verbunden und die Magneteinheit datenseitig mit einer MRI-Bildverarbeitungseinheit verbunden.To Another embodiment of the invention is the PET detector unit on the data side with a PET image processing unit or the SPECT detector head Data connected to a SPECT image processing unit and the magnet unit on the data side with an MRI image processing unit connected.
Vorteilhafterweise weist die Kombinations-Magnetresonanzanlage einen weiteren Roboterarm auf, welcher eine Patientenliege trägt.advantageously, the combination magnetic resonance system has another robot arm on, which carries a patient bed.
Vorzugsweise sind die PET-Bildverarbeitungseinheit oder die SPECT-Bildverarbeitungseinheit und die MRI-Bildverarbeitungseinheit datenseitig mit einer Bildfusionseinheit für eine fusionierte Darstellung eines PET-Bildes oder eines SPECT-Bildes und eines korrespondierenden MRI-Bildes verbunden, so dass ein PET-Bild oder SPECT-Bild mit einem korrespondierenden MRI-Bild in (annähernd) Echtzeit überlagert bzw. fusioniert werden kann. Bei der Bildfusionseinheit kann es sich um einen eigenständigen Bildfusionsrechner oder auch um ein entsprechendes Softwaremodul handeln, das auf einem Standard-Rechner ablauffähig ist. Die überlagerten Bilder sind für diagnostische Zwecke besonders aussagekräftig, da sie struk turelle Merkmale des untersuchten Organismus, wie etwa das Skelett oder die Organe oder andere Weichteile, mit funktionellen Informationen, z. B. über Bereiche mit krankhaft erhöhter Zellaktivität, kombinieren. Die MRI-Bilddaten bilden dabei gewissermaßen eine präzise „Landkarte”, in die die zusätzlichen PET- oder SPECT-Bilddaten lagerichtig eingebettet sind.Preferably are the PET image processing unit or the SPECT image processing unit and the MRI image processing unit on the data side with an image fusion unit for a fused representation of a PET image or a SPECT image and a corresponding MRI image, making a PET image or SPECT image with a corresponding one MRI image superimposed in (near) real time or can be merged. The image fusion unit may be to a standalone image fusion computer or even a corresponding software module acting on a standard computer is executable. The superimposed images are particularly meaningful for diagnostic purposes, as they are structural features of the organism studied, such as the skeleton or the organs or other soft tissues, with functional Information, eg. B. over areas with pathologically increased Cell activity, combine. The MRI image data form thereby in a sense a precise "map", in which the additional PET or SPECT image data in the correct position are embedded.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt; es zeigen:The Invention and further advantageous embodiments according to features The dependent claims are described below with reference to schematically illustrated embodiments explained in more detail in the drawing, without thereby limiting the invention to these Embodiments takes place; show it:
Bei
den in den
In
der
In
der
Außerdem
ist in der
Der
Patiententisch
Die Magneteinheit mit dem zumindest einen Magneten und den Sende- und Empfangsspulen kann auch offen, zum Beispiel als C-Bogen oder als U-Bügel ausgebildet sein.The Magnet unit with the at least one magnet and the transmitting and Reception coils can also be open, for example as a C-arm or as a U-bracket be educated.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für einen flexiblen Einsatz auch während Operationen und Interventionen ist eine Kombinations-Magnetresonanz-Anlage umfassend eine Magneteinheit und einen mindestens vier Achsen aufweisenden Roboterarm, wobei an einem Ende des Roboterarms frei beweglich die Magneteinheit sowie eine nuklearmedizinische Detektoreinheit angeordnet sind, wobei die Magneteinheit und die nuklearmedizinische Detektoreinheit zueinander eine feste Relativposition aufweisen, vorgesehen. Die nuklearmedizinische Detektoreinheit wird insbesondere entweder von einer PET-Detektoreinheit mit einer Vielzahl von PET-Detektorelementen oder von einer SPECT-Aufnahmevorrichtung mit zumindest einem um einen Untersuchungsbereich herum bewegbaren SPECT-Detektorkopf gebildet.The The invention can be briefly summarized in the following way: For flexible use even during operations and interventions is a combination magnetic resonance system comprising a magnet unit and having at least four axes Robot arm, wherein at one end of the robot arm freely movable the Magnet unit and a nuclear medicine detector unit arranged are, wherein the magnet unit and the nuclear medicine detector unit to each other have a fixed relative position provided. The nuclear medicine detector unit is in particular either of a PET detector unit having a plurality of PET detector elements or from a SPECT recording device with at least one order an examination area around movable SPECT detector head formed.
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