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Die Erfindung betrifft eine Magnetresonanzanlage, aufweisend eine Magnetresonanzeinrichtung mit einer eine Patientenaufnahme definierenden Hauptmagneteinheit mit wenigstens einer ein Grundmagnetfeld der Magnetresonanzeinrichtung erzeugenden supraleitenden Spule sowie ein Verfahren zur Ansteuerung einer Leistungsversorgungseinheit für eine supraleitende Spule in einer derartigen Magnetresonanzanlage.
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Magnetresonanzeinrichtungen, insbesondere zum Einsatz in der medizinischen Bildgebung, sind im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt. Sie umfassen eine Hauptmagneteinheit, welche beispielsweise eine zylindrische Patientenaufnahme bei einer sogenannten geschlossenen Magnetresonanzeinrichtung definiert. Innerhalb der Hauptmagneteinheit ist wenigstens eine supraleitende Spule angeordnet, welche das üblicherweise recht hohe, im Bereich mehrerer Tesla liegende Grundmagnetfeld der Magnetresonanzeinrichtung erzeugen soll.
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Da durch die Stärke des Grundmagnetfelds die Magnetresonanzfrequenz, also die Lamor-Frequenz, bestimmt wird, muss der durch die supraleitende Spule fließende Strom äußerst genau eingestellt werden. Ist er allerdings erst einmal realisiert, sind die Verluste der supraleitenden Spulen heutzutage derart gering, dass die supraleitende Spule ohne nennenswerten weiteren Energieeintrag oder -austrag lange Zeit, beispielsweise mehrere Jahre, betrieben werden kann.
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Um den Stromfluss in der supraleitenden Spule einzustellen, mithin ihn und somit das Grundmagnetfeld hochzufahren bzw. herunterzufahren („ramp up“ bzw. „ramp down“), ist es bekannt, eine spezielle Leistungsversorgungseinheit für den Hauptmagneten (MPSU – Magnet Power Supply Unit) einzusetzen, die, nachdem sie selten benötigt wird, als Zusatzgerät für Techniker extern zur eigentlichen Magnetresonanzeinrichtung bzw. Magnetresonanzanlage realisiert ist. Die Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule muss dabei in der Lage sein, hohe Ströme äußerst exakt zu liefern, beispielsweise Ströme von mehreren hundert Ampere, wobei sie für die Regelung und Überwachung des Stromflusses üblicherweise auch ferritbasierte Strommesseinrichtung aufweist. Das Hoch- und Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule und somit des Magnetfeldes nimmt dabei eine größere Zeitspanne in Anspruch, um ein Überhitzen der supraleitenden Spule, welche durch eine entsprechende Kühleinrichtung gekühlt wird, und somit einen sogenannten „Quench“ zu vermeiden. Beispielsweise kann ein Hochfahren bzw. ein Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule 30 bis 200 Minuten in Anspruch nehmen.
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Soll nun eine Servicemaßnahme an der Magnetresonanzeinrichtung vorgenommen werden, beispielsweise ein Kaltkopf der Kühleinrichtung für die supraleitende Spule ausgetauscht werden, bringt ein Servicetechniker die Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule als Servicewerkzeug mit, schließt sie an und fährt den Stromfluss durch die supraleitende Spule und mithin das Magnetfeld herunter, so dass der Kaltkopf ausgetauscht werden kann. Danach wird das Magnetfeld durch Anheben des Stromflusses durch die supraleitende Spule wieder hochgefahren und die Leistungsversorgungseinheit wird wieder entfernt, so dass sie als kostenintensives Gerät an mehreren Magnetresonanzeinrichtungen bzw. Magnetresonanzanlagen eingesetzt werden kann.
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Zukünftige Magnettechnologien fokussieren sich darauf, den Heliuminhalt in der Kühleinrichtung in der Hauptmagneteinheit auf kleiner als 200 Liter zu reduzieren, wobei einige Konzepte sogar auf vollständig trockene Hauptmagneteinheiten ohne die Verwendung von Helium abzielen. Bei diesen Konzepten ist der thermische Puffer deutlich reduziert, so dass der verbleibende sichere Bereich (engl. „thermal margin“) heutiger Supraleiter im Fall eines Ausfalls der Kühleinrichtung schnell überwunden ist, woraus ein Zusammenbruch der Supraleitung, eine Erhitzung und gegebenenfalls ein Quench resultieren. Einen Quench in der Magnetresonanzeinrichtung zu erlauben bedeutet jedoch, dass eine deutlich erhöhte Wiederherstellungszeit zur Nutzung der Magnetresonanzeinrichtung vorliegt, sobald die Funktion der Kühleinrichtung wieder hergestellt ist. Aufgrund der reduzierten thermischen Puffer bei solchen Systemen ist die verbleibende Zeit nicht ausreichend für die Anreise eines Servicetechnikers, um das Magnetfeld kontrolliert herunterzufahren.
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Ein weiterer Nachteil heutiger Magnetresonanzeinrichtungen ist es, dass für Servicemaßnahmen immer die Wartezeit für das Hochfahren und das Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule entsteht, so dass ein hoher Zeitverlust entsteht. Das Grundmagnetfeld einer heutigen Magnetresonanzeinrichtung bleibt zudem grundsätzlich angeschaltet, so dass beispielsweise eine Kühleinrichtung für die supraleitende Spule auch an Wochenenden weiterhin laufen muss und Reinigungspersonal in der Schirmkabine für die Magnetresonanzeinrichtung besonderer Einweisung bedarf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbessert wartbare und/oder im Fall geringen oder gar nicht vorhandenen Helimvorrats verbessert betreibbare Magnetresonanzanlage anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Magnetresonanzanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Magnetresonanzeinrichtung ferner eine durch wenigstens eine Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage ansteuerbare Leistungsversorgungseinheit zur Bereitstellung elektrischer Leistung an die supraleitende Spule aufweist, die an der Hauptmagneteinheit angeordnet, insbesondere befestigt, oder in diese integriert ist.
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Erfindungsgemäß wird mithin vorgeschlagen, die belang als Servicewerkzeug des Servicepersonals realisierte Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule in die Magnetresonanzeinrichtung zu integrieren, und zwar nahe der Hauptmagneteinheit oder sogar in diese integriert, da so Leitungswege kurz gehalten werden, was die gezielte Bereitstellung von hochexakten Strömen vereinfacht. Neben der weiteren Leistungsversorgungseinheit für weitere Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung außer der supraleitenden Spule, beispielsweise für eine Kühleinrichtung der supraleitenden Spule, wie sie bislang bereits in Magnetresonanzeinrichtungen verfügbar waren, ist nun auch eine zusätzliche, die speziellen Anforderungen zum kontrollierten und genauen Hochfahren und Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule und mithin des magnetischen Grundfeldes erfüllende Leistungsversorgungseinheit grundsätzlich in der Magnetresonanzeinrichtung verfügbar und durch eine Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage ansteuerbar. Konkret kann also vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit zum Hochfahren und/oder Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule mithin die üblichen, grundsätzlich bekannten Komponenten, insbesondere also die Möglichkeit, hochexakt bestimmte Ströme, wenn auch bei niedriger Leistung, in die supraleitende Spule einzuspeisen und dies, insbesondere über eine geeignete Strommesseinrichtung, zu überwachen.
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Um die Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule so realisieren zu können, dass sie die Bildgebung möglichst wenig beeinflusst, sind weitere Modifikationen im Vergleich zu den bekannten Servicewerkzeugen von Servicepersonal notwendig, so dass eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorsieht, dass die Leistungsversorgungseinheit, insbesondere eine Strommesseinrichtung der Leistungsversorgungseinheit, ferritfrei ausgebildet ist. Während es sich also bei heutigen Leistungsversorgungseinheiten für supraleitende Spulen, die als Servicegeräte von Servicepersonal mit sich geführt werden, meist um ferritbasierte Vorrichtungen, insbesondere hinsichtlich der Strommesseinrichtung, handelt, stünde eine Störung der Homogenität des Grundmagnetfeldes und/oder sonstiger zur Bildgebung genutzter Magnetfelder im Homogenitätsbereich, also dem Bildgebungsbereich, zu befürchten, so dass erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, eine ferritfreie Realisierung der Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule vorzunehmen. Beispielsweise können als Ersatz für die ferritbasierten Komponenten in der Strommesseinrichtung Shunt-Widerstände verwendet werden, die inzwischen auch in hinreichender Qualität verfügbar sind. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch grundsätzlich das Vorliegen von günstiger erhältlichen, die Präzisionsanforderungen an die Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule dennoch erfüllende Komponenten vorliegen, die eine günstigere Realisierung der Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule ermöglichen und somit auch einen finanziell rentablen Einbau in eine Magnetresonanzeinrichtung, was bisher nicht möglich erschien. Die Leistungsversorgungseinheit kann im Übrigen auch anderweitig möglichst arm an magnetischen Materialien realisiert werden, also mit geringem Anteil magnetischer Materialien, um die magnetische Anziehungskraft zu reduzieren.
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Die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage bringt eine Vielzahl von Vorteilen mit sich. Zum einen wird es nun erstmals möglich, auch bei zukünftigen Magnetresonanzeinrichtungen, die mit weniger oder gar völlig ohne Helium als Kühlmittel für die Kühleinrichtung der supraleitenden Spule auskommen, auf potentielle Fehlerfälle, insbesondere den Ausfall der Kühleinrichtung oder der Stromversorgung insgesamt, zu reagieren, indem die Magnetresonanzanlage selbst ausgebildet ist, automatisch den Stromfluss durch die supraleitende Spule und somit das Grundmagnetfeld herunter- und gegebenenfalls bei Wegfall des Fehlerfalls wieder hochzufahren, so dass ein Quench im Fall einer Fehlfunktion der Kühlung beispielsweise vermieden werden kann. Auch die Wiederherstellungszeit wird dann deutlich verringert, was als ein Schlüsselfaktor für die erfolgreiche Vermarktung neuer Konzepte mit niedrigem Heliumanteil oder gar trockenen Magnettechnologien im Bereich klinischer Ganzkörper-Magnetresonanzbildgebung ist.
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Die Verfügbarkeit einer Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule als fester Teil der Magnetresonanzeinrichtung erlaubt zusätzliche Vorteile, insbesondere hinsichtlich des Service für den Hauptmagneten. Denn mit der Steuerbarkeit über die Steuereinrichtung liegt insbesondere auch eine Verbindung zu externen Kommunikationsnetzwerken, beispielsweise einem LAN oder dem Internet, vor, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird. Dies erlaubt es, beispielsweise bei einer geplanten Serviceaktivität wie dem Austausch des Kaltkopfes für die Kühleinrichtung für die supraleitende Spule, das Magnetfeld bereits herunterzufahren, ohne dass das Servicepersonal schon anwesend ist. Auf diese Weise entsteht keine bzw. verringerte Wartezeit für das Servicepersonal. Ferner erlaubt es die vorliegende Erfindung auch, Energie für die Kühleinrichtung für die supraleitende Spule zu sparen, wenn das Magnetfeld beispielsweise für Zeiten, in denen die Magnetresonanzanlage nicht genutzt wird, heruntergefahren wird. Auch können Zeitfenster ohne aktives Magnetfeld geschaffen werden, in denen beispielsweise eine Reinigung der Magnetresonanzeinrichtung stattfindet und/oder Training für Personal durchgeführt wird.
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Konkret kann vorgesehen sein, dass die Leistungsversorgungseinheit selbst und/oder mittelbar über eine Steuereinheit der Steuereinrichtung, welche Steuereinheit in oder an der Hauptmagneteinheit verbaut ist, eine Kommunikationsschnittstelle zur von der Magnetresonanzeinrichtung entfernten Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit aufweist. Das bedeutet, die konkrete Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit kann entweder direkt über eine entsprechende Steuerleitung von außerhalb der Schirmkabine angeordneten Komponenten der Steuereinrichtung erfolgen, jedoch ist es erfindungsgemäß mehr bevorzugt, die Integration auch steuerungstechnisch zu unterstützen, indem eine üblicherweise ohnehin in oder an der Hauptmagneteinheit vorgesehene Steuereinheit genutzt wird, um die Steuersignale, gegebenenfalls nach einer Aufbereitung, an die Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule weiterzuleiten. Eine derartige Steuereinheit verteilt im Übrigen auch sonstige Steuersignale für andere Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung, beispielsweise die Kühleinrichtung und dergleichen.
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Entsprechend kann vorgesehen sein, dass die Magnetresonanzanlage ferner eine extern zu einer die Magnetresonanzeinrichtung aufnehmenden Schirmkabine vorgesehene Steueranordnung als Teil der Steuereinrichtung aufweist, wobei wenigstens eine Steuerkomponente der Steueranordnung zur direkten oder indirekten Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit über die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist. Dabei wird, wie bereits erwähnt, eine Ansteuerung über die Steuereinheit der Hauptmagneteinheit bevorzugt. Die Steueranordnung, die außerhalb der Schirmkabine vorgesehen ist, umfasst üblicherweise weitere Komponenten, die in einem Elektronikschrank oder einer sonstigen Einbaueinrichtung verbaut sein können. Die weiteren Komponenten der Steueranordnung können beispielsweise Verstärker für die Gradientenspulen und/oder die Hochfrequenzspulen, diverse Transformatoren und/oder einen Computer umfassen. Entsprechende Steuerleitungen von der Steueranordnung zur Magnetresonanzeinrichtung, insbesondere der Steuereinheit der Magnetresonanzeinrichtung, werden üblicherweise über eine sogenannte Filterplatte in die Schirmkabine geführt, die wenigstens Frequenzkomponenten im Bereich der Magnetresonanzsequenz ausfiltert. Hierzu umfasst die Filterplatte entsprechende Filtereinrichtungen.
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Die Steuerkomponente kann hierbei eine zentrale, insbesondere Steuersignale in proprietäre Protokolle umwandelnde Steuerkomponente der Steueranordnung sein. Von einer derartigen Steuerkomponente aus führen zentral die entsprechenden Steuerleitungen zur Magnetresonanzeinrichtung hin, nachdem die Steuersignale in entsprechend geeignetes Format umgewandelt, mithin für die Magnetresonanzeinrichtung, insbesondere die Steuereinheit der Magnetresonanzeinrichtung, aufbereitet wurden. Steuersignale, die von der Steueranordnung in einem allgemein gängigen Standardprotokoll, beispielsweise über ein kommunales LAN-Netzwerk, empfangen wurden, können dann durch die zentrale Steuerkomponente in ein proprietäres Protokoll der Magnetresonanzanlage umgewandelt werden. Dies gilt dann insbesondere auch für Steuersignale für die Leistungsversorgungseinheit, die insbesondere von extern empfangen werden und in konkrete, proprietäre Ansteuerbefehle umgewandelt werden können.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass die Steuereinrichtung eine Bedienerrecheneinrichtung mit einer Eingabeeinrichtung aufweist, die an die Steueranordnung angeschlossen ist. Es existiert also meist ein Computer als Bedienerrecheneinrichtung, bei dem es sich um einen handelsüblichen PC handeln kann und der entsprechende Eingabeeinrichtungen aufweist, um eine bedienerinitiierte Steuerung der Magnetresonanzanlage zu ermöglichen. Der Anschluss an die Steueranordnung kann dabei beispielsweise auch über ein Kommunikationsnetzwerk, insbesondere ein LAN, erfolgen. Auch über eine derartige Bedienerrecheneinrichtung kann somit ein Hochfahren bzw. Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule initiiert werden.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage sieht vor, dass diese ferner eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für wenigstens die Steuerkomponente und/oder die Steuereinheit aufweist. Mit einer derartigen unterbrechungsfreien Stromversorgung (UPS) ist es möglich, auch im Fall eines Stromausfalls, der dann auch die Kühleinrichtung der supraleitenden Spule betreffen würde, zumindest Kernkomponenten der Steuereinrichtung aktiv zu halten und somit insbesondere auch zu ermöglichen, dass trotz eines Stromausfalls das Grundmagnetfeld der Magnetresonanzeinrichtung heruntergefahren werden kann, nachdem die Leistungsversorgungseinheit entsprechend angesteuert werden kann, wobei diese ebenso elektrische Leistung der unterbrechungsfreien Stromversorgung nutzen kann. Mit anderen Worten ist vorzugsweise die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit zum Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule bei einem detektierten Stromausfall unter Nutzung elektrischer Leistung der unterbrechungsfreien Stromversorgung ausgebildet. So kann beispielsweise ein Quench auch bei einem kompletten Stromausfall vermieden werden.
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Jedoch kann im Rahmen der Erfindung auch allgemein vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zum Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule bei Erfüllung eines Notfallkriteriums, insbesondere bei einem detektierten Ausfall einer Kühleinrichtung der supraleitenden Spule, und/oder zum Hochfahren oder Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule bei Vorliegen eines über eine Kommunikationsschnittstelle der Steueranordnung empfangenen Steuersignals ausgebildet ist. Anders formuliert kann auch gesagt werden, dass die Steuereinrichtung ständig die Erfüllung eines Herunterfahrkriteriums und eines Hochfahrkriteriums überprüft, wobei das Herunterfahrkriterium bei Erfüllung des Notfallkriteriums sowie bei Vorliegen eines ein Herunterfahren anzeigenden Steuersignals erfüllt ist, das Hochfahrkriterium beispielsweise bei Wegfall der Erfüllung des Notfallkriteriums und/oder bei Vorliegen eines ein Hochfahren anzeigenden Steuersignals. Es kann mithin auch vorgesehen sein, dass bei Wegfall der Erfüllung des Notfallkriteriums, also insbesondere bei Wiederherstellung der Funktion der Kühleinrichtung, ein automatisches Hochfahren durch die Steuereinrichtung veranlasst wird, so dass die Ausfallszeit minimal gehalten wird.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass über die Steuereinrichtung auch eine Überwachung der Funktion der Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule stattfinden kann. So kann vorgesehen sein, dass die Leistungsversorgungseinheit zur Ermittlung wenigstens eines ihren Betrieb kennzeichnenden Betriebsparameters und zur Übermittlung des Betriebsparameters an die Steuereinrichtung ausgebildet ist. Der Betriebsparameter kann dabei mit besonderem Vorteil ein Strom durch die Leistungsversorgungseinheit und/oder eine Temperatur der Leistungsversorgungseinheit und/oder einer insbesondere passiven Kühlkomponente der Leistungsversorgungseinheit sein. Aufgrund der hohen Ströme weisen derartige Leistungsversorgungseinheiten für supraleitende Spulen, mithin auch die erfindungsgemäß in die Magnetresonanzeinrichtung integrierte Leistungsversorgungseinheit, Kühlkomponenten auf, die üblicherweise passiv ausgebildet sind. Findet nun beispielsweise schnell hintereinander, gegebenenfalls mehrfach, ein Hochfahren bzw. Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule statt, kann es zu einer zu starken Erwärmung kommen, was über entsprechende Betriebsparameter durch die Steuereinrichtung oder einen Bediener, dem die Betriebsparameter durch die Steuereinrichtung dargestellt werden, überwacht werden kann. Entsprechend kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, den Betrieb der Leistungsversorgungseinheit und/oder der Magnetresonanzeinrichtung in Abhängigkeit der Betriebsparameter zu beeinflussen und/oder wenigstens eine Informationsausgabe an einen Bediener in Abhängigkeit der Betriebsparameter zu steuern. Beispielsweise kann ein langsameres Herauffahren bzw. Herunterfahren des Stromflusses und somit des Grundmagnetfelds erfolgen, wenn zu hohe Temperaturwerte gemessen werden und/oder die Nachregelung des Stromes kann anhand der Messwerte der Strommesseinrichtung in der Leistungsversorgungseinheit auch extern beeinflusst werden. Die Informationsausgabe an einen Bediener ist in vielen Fällen, zumindest bei einem Hochfahr- bzw. Herunterfahrvorgang, zweckmäßig.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung ferner eine programmierbare Zeitschalteinrichtung aufweist, welche zum Aussenden eines Steuersignals an die Leistungsversorgungseinheit zum Herunterfahren oder Hochfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule zu programmierten Zeiten ausgebildet ist. Das bedeutet, die vorliegende Erfindung erlaubt auch die Realisierung einer „Zeitschaltuhr“, die entsprechend programmiert werden kann, um das Grundmagnetfeld zu den programmierten Zeitpunkten zu aktivieren oder zu deaktivieren. Die Programmierung der Zeitschalteinrichtung kann hierbei beispielsweise durch einen Bediener an der Bedienerrecheneinrichtung erfolgen, aber auch anhand von extern bereitgestellten Programmiersignalen. Die Zeitschalteinrichtung ermöglicht es also insbesondere, regelmäßig wiederkehrende Zeitintervalle, beispielsweise für die Reinigung und/oder das Training und/oder das Einsparen von Energie, insbesondere an Wochenenden, zu definieren, in denen der Stromfluss durch die supraleitende Spule und mithin das Grundmagnetfeld heruntergerampt und somit deaktiviert wird. Zum Ende derartiger Zeitintervalle wird automatisch wieder hochgefahren (hochgerampt). Dies ermöglicht mithin eine Steuerung des Betriebs der supraleitenden Spule auch dann, wenn gerade keine Bedienperson anwesend ist.
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Die Zeitschalteinrichtung kann an verschiedenen Orten innerhalb der Magnetresonanzanlage durch Hardware und/oder Software realisiert werden, wobei es bevorzugt wird, wenn die Zeitschalteinrichtung in die Hauptmagneteinheit und/oder die Steuereinheit und/oder die Leistungsversorgungseinheit integriert ist, mithin eine ortsnahe Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule erfolgt, welche somit auch gegenüber einem temporären Ausfall der Kommunikation und/oder von Komponenten der Steuereinrichtung außerhalb der Schirmkabine abgesichert ist.
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Wie bereits angedeutet, ist es ferner zweckmäßig, wenn die Magnetresonanzanlage wenigstens eine Netzwerkschnittstelle zum Anschluss an ein Kommunikationsnetzwerk aufweist und zur Entgegennahme von Steuersignalen für die Leistungsversorgungseinheit über die Netzwerkschnittstelle sowie zur Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit gemäß den empfangenen Steuersignalen ausgebildet ist. Wie bereits erwähnt wurde, sind die Steuereinrichtungen moderner Magnetresonanzanlagen meist ohnehin über entsprechende Netzwerkschnittstellen mit Kommunikationsnetzwerken verbunden, sei es lokalen Kommunikationsnetzwerken, beispielsweise LANs, oder, insbesondere über die lokalen Kommunikationsnetzwerke, mit dem Internet selbst. Auf diese Weise ist es aber möglich, eine explizite Fernsteuerung der Magnetresonanzeinrichtung in Bezug auf das Grundmagnetfeld durchzuführen, das bedeutet, Steuersignale für die Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule können über die Netzwerkschnittstelle auch von außerhalb der Magnetresonanzanlage entgegengenommen werden und entsprechend zur Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit genutzt werden. Somit ist es beispielsweise möglich, von einer insbesondere einem Hersteller und/oder einem Servicedienstleister zugeordneten Recheneinrichtung gezielt ein Hoch- und Herunterfahren des Stromflusses in der supraleitenden Spule vorzunehmen und/oder die Zeitschalteinrichtung zu programmieren. Damit können insbesondere im Service enorme Zeiteinsparungen realisiert werden, indem beispielsweise ein Servicetechniker bereits bei heruntergefahrenem Hauptmagneten ankommt und das Hochfahren nicht überwacht werden muss. Beispielsweise können bei einer installierten Basis von 10000 Systemen und zweijährigem Kaltkopftausch pro Jahr bis zu 5000 Arbeitstage eingespart werden.
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Neben der Magnetresonanzanlage betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Ansteuerung einer Leistungsversorgungseinheit für eine supraleitende Spule in einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Steuereinrichtung bei Erfüllung eines Hochfahrkriteriums die Leistungsversorgungseinheit zum Hochfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule und bei Erfüllung eines Herunterfahrkriteriums zum Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule ansteuert. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage lassen sich entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen, mit welchem mithin auch die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Insbesondere sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mithin vor, dass von einer zur Magnetresonanzanlage externen, insbesondere einem Hersteller und/oder einem Servicedienstleister zugeordneten Recheneinrichtung ein Steuersignal für die Leistungsversorgungseinheit und/oder ein Programmiersignal zum Programmieren einer Zeitschalteinrichtung für die Leistungsversorgungseinheit, insbesondere über wenigstens ein Kommunikationsnetzwerk, übermittelt wird, wobei bei einem ein gewünschtes Herunterfahren anzeigenden Steuersignal das Herunterfahrkriterium und bei einem ein gewünschtes Hochfahren anzeigenden Steuersignal das Hochfahrkriterium erfüllt ist und/oder bei einem Programmiersignal die Zeitschalteinrichtung durch die Steuereinrichtung entsprechend programmiert wird. Das Programmiersignal enthält also zweckmäßigerweise wenigstens einen Zeitpunkt und eine durchzuführende Aktion gewählt aus der Gruppe Hochfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule oder Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule. Das Programmiersignal für die Zeitschalteinrichtung kann selbstverständlich auch ein regelmäßiges Wiederholen eines Zeitintervalls, in dem der Stromfluss durch die supraleitende Spule auf Null heruntergefahren sein soll, beinhalten. Auf diese Weise lassen sich die bezüglich der Magnetresonanzanlage bereits beschriebenen Vorteile erreichen, insbesondere hinsichtlich von Servicetätigkeiten, beispielsweise einem Kaltkopftausch.
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Insbesondere ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren und auch die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage mithin eine Fernsteuerung ausgehend von einer Bedienerrecheneinrichtung oder auch mit besonderem Vorteil ausgehend von einer einem Hersteller und/oder einem Servicedienstleister zugeordneten Recheneinrichtung, insbesondere über das Internet. So kann das Eintreffen von Servicepersonal zur Wartung, beispielsweise beim Austausch des Kühlkopfes der Kühleinrichtung der supraleitenden Spule, geeignet vorbereitet werden, ohne dass Wartezeiten für das Servicepersonal entstehen, oder es können Arbeitszeiten, beispielsweise zur Reinigung und/oder für ein Training, für anderes Personal definiert werden, in denen das Grundmagnetfeld nicht aktiv ist.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich auch ein Notfallkriterium die Erfüllung des Herunterfahrkriteriums bzw. des Hochfahrkriteriums bestimmen kann, wie dies bereits bezüglich der Magnetresonanzanlage erläutert wurde.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Leistungsversorgungseinheit wenigstens einen ihren Betrieb kennzeichnenden Betriebsparameter ermittelt und über die Steuereinrichtung an die Recheneinrichtung übermittelt, insbesondere wenigstens zu Beginn, während oder unmittelbar nach Durchführen einer durch ein Steuersignal oder ein Programmiersignal beschriebenen Aktion. Auf diese Weise wird mithin eine Überwachung des Betriebs der Leistungsversorgungseinheit für die supraleitende Spule ermöglicht, wobei der Betriebsparameter mit besonderem Vorteil ein Strom durch die Leistungsversorgungseinheit und/oder eine Temperatur der Leistungsversorgungseinheit und/oder einer insbesondere passiven Kühlkomponente der Leistungsversorgungseinheit sein kann.
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Zweckmäßig ist es, wie dargelegt, ferner, wenn als Kommunikationsnetzwerk ein LAN und/oder das Internet verwendet werden. So können auch deutlich weiter von der Magnetresonanzeinrichtung bzw. der Magnetresonanzanlage entfernt Steuermaßnahmen bzw. Programmiermaßnahmen durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage, und
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2 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Prinzipskizze von Komponenten einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage 1 sowie mit dieser kommunizierenden Komponenten. Die Magnetresonanzanlage 1 umfasst, wie grundsätzlich bekannt, eine Magnetresonanzeinrichtung 2, die innerhalb einer Schirmkabine 3 angeordnet ist. Die Magnetresonanzeinrichtung 2 weist eine Hauptmagneteinheit 4 auf, in der, hier nur angedeutet, wenigstens eine supraleitende Spule 5 zur Erzeugung des Grundmagnetfeldes der Magnetresonanzeinrichtung 2 angeordnet ist, welcher eine entsprechende, gegebenenfalls mit Helium als Kühlmittel arbeitende Kühleinrichtung 6 zugeordnet ist. Die Kühleinrichtung 6 kann dabei mit einer gegenüber herkömmlichen Kühleinrichtungen reduzierten Menge an Helium oder gar gänzlich ohne Helium auskommend realisiert sein.
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Durch die umlaufenden Windungen der supraleitenden Spule 5 wird eine hier nicht näher dargestellte zylindrische Patientenaufnahme definiert, in die ein Patient zur Magnetresonanzbildgebung mittels einer Patientenliege 7 eingefahren werden kann.
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An der Hauptmagneteinheit 4 befestigt weist die Magnetresonanzeinrichtung 2 zusätzlich zu einer hier nicht näher dargestellten weiteren Leistungsversorgungseinheit für andere Komponenten eine Leistungsversorgungseinheit 8 für die supraleitende Spule 5 auf, über die es bei entsprechender Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit 8 möglich ist, den Stromfluss durch die supraleitende Spule 5 und somit das Grundmagnetfeld hochzufahren (ramp up) und auch wieder herunterzufahren (ramp down). Um den vorgesehenen Wert für das Grundmagnetfeld und somit die vorgesehene Magnetresonanzfrequenz exakt einzustellen, müssen die von der Leistungsversorgungseinheit 8 gelieferten Ströme, welche bis zu mehrere hundert Ampere betragen können, exakt eingestellt sein, wobei ferner eine Kühlung durch passive Kühlkomponenten 9 vorgesehen ist. Zur Überwachung des Betriebs der Leistungsversorgungseinheit 8 weist diese eine Strommesseinrichtung 10 und einen Temperatursensor 11 auf, die als Betriebsparameter den Strom durch die Leistungsversorgungseinheit 8 und die Temperatur der passiven Kühlkomponenten 9 liefern, welche auch an eine noch zu diskutierende Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 sowie gegebenenfalls an externe Recheneinrichtungen weitergegeben werden können.
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Um die Magnetresonanzbildgebung innerhalb der Schirmkabine 3 und insbesondere des Homogenitätsvolumens der Magnetresonanzeinrichtung 2 möglichst wenig zu beeinflussen, ist die gesamte Leistungsversorgungseinheit 8 ferritfrei ausgeführt, was insbesondere auch für die Strommesseinrichtung 10 gilt, welche Shunt-Widerstände nutzt.
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Die Leistungsversorgungseinheit 8, welche im Übrigen auch als Teil der Hauptmagneteinheit 4 realisiert werden kann, im Allgemeinen also in die Magnetresonanzeinrichtung 2 integriert ist, lässt sich durch die Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 entsprechend ansteuern, welche verschiedene Komponenten aufweist. Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass die Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 die Leistungsversorgungseinheit 8 bei Erfüllung eines Herunterfahrkriteriums zum Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule 5 und bei Erfüllung eines Hochfahrkriteriums zum Hochfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule 5 ansteuert.
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Die Ansteuerung erfolgt hierbei über eine Steuereinheit 12 als Komponente der Steuereinrichtung, die an oder in der Hauptmagneteinheit 4 der Magnetresonanzeinrichtung 2 vorgesehen ist und auch andere Komponenten derselben, beispielsweise die Kühleinrichtung 6 und/oder die Patientenliege 7, in ihrem Betrieb ansteuern kann. Die Steuereinheit 12 erhält ihre entsprechenden Steuersignale über eine Kommunikationsverbindung 13 zu einer innerhalb eines Elektronikschranks 14 vorgesehenen Steueranordnung 15 der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1, wobei der Elektronikschrank 14 außerhalb der Schirmkabine 3 vorgesehen ist und mithin, wie grundsätzlich bekannt, eine Filterplatte 16 eingesetzt wird, um die Magnetresonanzbildgebung bzw. die Verarbeitung durch die Steueranordnung 15 störende Frequenzbereiche, insbesondere um die Magnetresonanzfrequenz herum, zu entfernen. Über die Kommunikationsverbindung 13 (und die Steuereinheit 12) ist also eine Kommunikationsschnittstelle zur externen Ansteuerung der Leistungsversorgungseinheit 8 geschaffen.
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Konkret erhält die Steuereinheit 12 ihre Steuersignale von einer zentralen Steuerkomponente 17 der Steueranordnung 15, welche die Steuersignale in proprietäre Protokolle übersetzt und somit aufbereitet. Es sei angemerkt, dass auch eine Ausgestaltung denkbar ist, in der die Leistungsversorgungseinheit 8 ihre Steuersignale direkt von der Steuerkomponente 17 erhält.
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Die Steueranordnung 15 enthält auch weitere Komponenten, wobei hier beispielhaft ein Computer 18, Verstärker 19 für eine nicht näher gezeigte Gradientenspulenanordnung der Magnetresonanzeinrichtung 2 und eine nicht näher gezeigte Hochfrequenzspulenanordnung der Magnetresonanzeinrichtung 2, Transformatoren 20 und ein Hauptstromanschluss 21 gezeigt sind. Die Kommunikation der Steuerkomponente 17 mit der Außenwelt erfolgt hier über den Computer 18, wie durch den Pfeil 22 angedeutet ist. Über eine LAN-Verbindung 23 ist dieser zum einen mit einer auch zur Magnetresonanzanlage 1 und somit der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 gehörenden Bedienerrecheneinrichtung 24 verbunden, über welche ein Bediener ortsnah, insbesondere also innerhalb der Einrichtung, die die Magnetresonanzanlage 1 nutzt, selber, eine Steuerung verschiedener Komponenten der Magnetresonanzanlage 1 vornehmen kann, insbesondere auch der Leistungsversorgungseinheit 8, wozu die Bedienerrecheneinrichtung 24 selbstverständlich eine entsprechende Eingabeeinrichtung 25 aufweist.
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Der Computer 18 stellt vorliegend jedoch auch eine Netzwerkschnittstelle 26 bereit, welche eine Verbindung in ein lokales Kommunikationsnetzwerk 27 (LAN) und über das Internet 28 als globales Kommunikationsnetzwerk auch zu einer herstellerseitigen und/oder servicedienstleisterseitigen Recheneinrichtung 29 erlaubt. Auch über die dem Hersteller bzw. dem Servicedienstleister zugeordnete Recheneinrichtung 29 kann eine Fernsteuerung der Komponenten der Magnetresonanzanlage 1 erfolgen, insbesondere also auch der Leistungsversorgungseinheit 8, welche im umgekehrten Fall wiederum Betriebsparameter zur Überwachung ihrer Tätigkeit über die Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 nach außen übermitteln kann, insbesondere also an die Bedienerrecheneinrichtung 24 oder die Recheneinrichtung 29, wo auch eine entsprechende Informationsausgabe erfolgen soll. Es sei angemerkt, dass Betriebsparameter der Leistungsversorgungseinheit 8 auch innerhalb der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 selbst eingesetzt werden können, um entsprechende den Betrieb der Leistungsversorgungseinheit 8 optimierende Steuersignale zu generieren, beispielsweise bei einer drohenden Überhitzung langsamer zu rampen und dergleichen. Das bedeutet, die in der Magnetresonanzeinrichtung 2 integrierte Leistungsversorgungseinheit 8 ist auch in den Steuerbetrieb der Magnetresonanzanlage 1 vollständig integriert.
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Seitens der Magnetresonanzanlage 1 ist im Übrigen ferner eine Zeitschalteinrichtung 30 vorgesehen, die vorliegend innerhalb der Steuereinheit 12 realisiert ist, aber auch durch entsprechende Hardware- und Softwarekomponenten anderenorts, bevorzugt jedoch in der Hauptmagneteinheit 4 und/oder der Leistungsversorgungseinheit 8, realisiert werden kann. Über die programmierbare Zeitschalteinrichtung 30 ist es möglich, Zeitpunkte vorzuprogrammieren, an denen die Leistungsversorgungseinheit 8 zum Hochfahren oder zum Herunterfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule 5 und somit des Grundmagnetfelds angesteuert wird. Die Programmierung der Zeitschalteinrichtung 30 erfolgt über seitens der Bedienerrecheneinrichtung 24 und/oder der Recheneinrichtung 29 aufgrund von Bedienereingaben erzeugte Programmiersignale, die von der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 entsprechend genutzt werden, um die Programmierung vorzunehmen. Ein Programmiersignal umfasst also wenigstens einen Zeitpunkt und eine zu diesem Zeitpunkt durchzuführende Aktion, wobei selbstverständlich auch regelmäßig wiederkehrende Zeitpunkte, beispielsweise ein Herunterfahren des Grundmagnetfelds an jedem Wochenende, programmiert werden können.
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Sowohl seitens der Bedienerrecheneinrichtung 24 als auch seitens der herstellerseitigen bzw. servicedienstleisterseitigen Recheneinrichtung 29 können mithin Steuersignale zum Hoch- bzw. Herunterfahren des Grundmagnetfelds erzeugt werden, bei deren Vorliegen das entsprechende Kriterium, also das Herunterfahrkriterium oder das Hochfahrkriterium, erfüllt sind; ferner können dort Programmiersignale entstehen, die für eine entsprechende Programmierung der Zeitschalteinrichtung 30 sorgen. Ist ein programmierter Zeitpunkt für ein Hochfahren bzw. ein Herunterfahren erreicht, ist selbstverständlich auch entsprechend das Hochfahrkriterium bzw. das Herunterfahrkriterium erfüllt.
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Die Erfüllung des Hochfahrkriteriums bzw. insbesondere des Herunterfahrkriteriums kann jedoch auch über Notfallkriterien bestimmt werden, die seitens der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 überwacht werden. Beispielsweise kann im Rahmen eines Notfallkriteriums überprüft werden, ob die Kühleinrichtung 6 funktionsfähig ist oder nicht und/oder gar ein vollständiger Stromausfall vorliegt. Um ein derartiges Notfallkriterium zu ermöglichen, weist die Magnetresonanzanlage 1 im Übrigen ferner eine unterbrechungsfreie Stromversorgung 31 auf, die auch im Falle eines vollständigen Stromausfalls wenigstens die Steuerkomponente 17 und die Steuereinheit 12 lauffähig hält. Die in der unterbrechungsfreien Stromversorgung eingespeicherte elektrische Energie bzw. durch diese zur Verfügung gestellte elektrische Energie ist bevorzugt auch ausreichend, um einen vollständigen Herunterfahrvorgang über die Stromversorgungseinheit 8 zu ermöglichen.
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2 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In einem Schritt S1 überwacht die Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 kontinuierlich bei deaktiviertem Grundmagnetfeld den möglichen Eintritt eines Hochfahrkriteriums und bei aktiviertem Grundmagnetfeld den möglichen Eintritt eines Herunterfahrkriteriums. Die hierfür ausgewerteten Eingangsdaten umfassen Steuersignale 32, die beispielsweise von einer der Recheneinrichtungen 24 und/oder 29 stammen können, Triggersignale 33 der Zeitschalteinrichtung 30 und auch Betriebsdaten 34 der Magnetresonanzanlage, um beispielsweise den Eintritt eines Notfallkriteriums oder den Wegfall der Erfüllung eines Notfallkriteriums überprüfen zu können.
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Ist das Hochfahrkriterium bzw. das Herunterfahrkriterium im Schritt S1 erfüllt, steuert die Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 in einem Schritt S2 die Leistungsversorgungseinheit 8 entsprechend zum Herunterfahren bzw. Hochfahren des Stromflusses durch die supraleitende Spule 5 an, so dass über eine entsprechende Zeitdauer das Grundmagnetfeld aus- bzw. eingeschaltet wird. Hierbei kann, wie durch den Schritt S3 angezeigt, seitens der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 1 eine ständige Überwachung der Tätigkeit der Leistungsversorgungseinheit 8 stattfinden, indem deren Betriebsparameter ausgewertet werden. Es kann auch eine Informationsausgabe hinsichtlich der Betriebsparameter der Leistungsversorgungseinheit 8 für die supraleitende Spule 5 seitens der Bedienerrecheneinrichtung 24 bzw. der Recheneinrichtung 29 erzeugt werden. Ist der Herunterfahrvorgang bzw. Hochfahrvorgang erfolgreich abgeschlossen, wird das entsprechend andere Kriterium im Schritt S1 überwacht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
