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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung, die zu einer Kalibrierung von Hall-Sensoreinheiten in einem homogenen Magnetfeld einer Magnetresonanzvorrichtung ausgebildet ist, wobei das homogene Magnetfeld in z-Richtung ausgerichtet ist.
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Für Magnetresonanzuntersuchungen an einem Patienten wird der Patient zunächst auf einem Patiententisch positioniert. Zudem werden zumeist Zusatzeinheiten, die für die anstehende Magnetresonanzuntersuchung erforderlich sind, ebenfalls am Patienten und/oder auf dem Patiententisch positioniert. Derartige Zusatzeinheiten können beispielsweise eine lokale Hochfrequenzspule, die um den zu untersuchenden Bereich des Patienten angeordnet wird, und/oder Lagerungshilfen zur Positionierung des Patienten und/oder eine EKG-Einheit usw. sein. Anschließend wird der Patiententisch mit dem darauf positionierten Patienten und evtl. Zusatzeinheiten in einen Patientenaufnahmebereich der Magnetresonanzvorrichtung eingefahren. Dabei wird versucht, den zu untersuchenden Bereich des Patienten innerhalb des Isozentrums und/oder eine Field of Views (FOV) zu positionieren.
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Um den Patiententisch und/oder die Zusatzeinheit, insbesondere von lokalen Hochfrequenzspulen, optimal im Isozentrum und/oder im FOV der Magnetresonanzvorrichtung zu positionieren, ist es erforderlich, deren Position zu erfassen. Für die Erfassung der Position ist es bekannt, Hallsensoren zu verwenden. Jedoch müssen hierzu die verwendeten Hallsensoren kalibriert werden, d.h. auf das Magnetfeld der Magnetresonanzvorrichtung abgestimmt werden. Bisher ist es bekannt, dass für eine Kalibrierung von Hallsensoren eine Helmholzspule verwendet werden. Dafür wird über das Applizieren von unterschiedlichen Strömen in den drei Raumrichtungen der 3D-Helmholzspule ein B0-Vektor generiert, der im Raum rotiert und in seiner Amplitude verändert werden kann. Auf diese Weise werden die Hallsensoren unterschiedlichen, definierten Magnetfeldern ausgesetzt und können über deren Erfassung kalibriert werden. Jedoch weisen derartige Helmholzspulen nur einen begrenzten Aufnahmebereich auf zur Aufnahme von zu kalibrierenden Hallsensoren, so dass nur wenige Hallsensoren gleichzeitig kalibriert werden können. Dadurch wird eine Kalibrierung der Hallsensoren jedoch sehr zweitaufwendig und teuer. Typischerweise werden 3D-Helmholzspulen nicht mit Helium gekühlt. Zudem werden durch den elektrischen Widerstand des Kupferdrahts der 3D-Helmholzspulen und einer damit verbundenen Verlustleistung und/oder Wärmeentwicklung nur vergleichsweise kleine B0-Felder von 20 mT - 100 mT erzeugt. Für eine optimale Kalibrierung von Hall-Sensoreinheiten, die während einer Magnetresonanzmessung mittels einer medizinischen Magnetresonanzvorrichtung verwendet werden, ist es aber erforderlich, ein B0-Feld von vorzugsweise 1,5 T bis 3 T bereitzustellen und/oder zu verwenden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Kalibriervorrichtung bereitzustellen, die auf einfache Art und Weise eine Kalibrierung einer Vielzahl von Hallsensoren ermöglicht. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung geht aus von einer Kalibriervorrichtung, die zu einer Kalibrierung von Hall-Sensoreinheiten in einem homogenen Magnetfeld einer Magnetresonanzvorrichtung ausgebildet ist, wobei das homogene Magnetfeld in z-Richtung ausgerichtet ist, umfassend:
- - eine Aufnahmeeinheit, die zu einer Aufnahme von mehreren Hall-Sensoreinheiten ausgebildet ist;
- - eine magnetresonanzkompatibel Antriebseinheit zu zumindest einem elektrischen Schrittmotor zur Generierung eines Drehmoment zur Drehung der Aufnahmeeinheit in zumindest eine Richtung;
- - eine Gehäuseeinheit, wobei die Aufnahmeeinheit und die Antriebseinheit innerhalb der Gehäuseeinheit angeordnet sind.
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Die Magnetresonanzvorrichtung umfasst bevorzugt eine medizinische und/oder diagnostische Magnetresonanzvorrichtung, die zu einem Erfassen von medizinischen und/oder diagnostischen Bilddaten, insbesondere medizinischen und/oder diagnostischen Magnetresonanzbilddaten, eines Patienten ausgelegt und/oder ausgebildet ist. Die Magnetresonanzvorrichtung umfasst hierzu eine Scannereinheit, insbesondere eine Magneteinheit, zur Erfassung der medizinischen und/oder diagnostischen Bilddaten. Bevorzugt umfasst hierbei die Scannereinheit, insbesondere die Magneteinheit, einen Grundmagneten, eine Gradientenspuleneinheit und eine Hochfrequenzantenneneinheit.
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Der Grundmagnet ist zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds mit einer definierten Magnetfeldstärke, wie beispielsweise mit einer Magnetfeldstärke von 3 T oder 1,5 T usw., ausgebildet. Insbesondere ist der Grundmagnet zur Erzeugung eines starken und konstanten Magnetfelds ausgebildet. Das homogene Magnetfeld ist bevorzugt innerhalb eines Patientenaufnahmebereichs der Magnetresonanzvorrichtung angeordnet und/oder vorzufinden.
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Innerhalb des Patientenaufnahmebereichs ist bevorzugt ein Field of View (FOV) und/oder ein Isozentrum der Magnetresonanzvorrichtung angeordnet. Das FOV umfasst bevorzugt einen Erfassungsbereich der Magnetresonanzvorrichtung, innerhalb dessen die Bedingungen für eine Erfassung von medizinischen Bilddaten, insbesondere Magnetresonanzbilddaten, innerhalb des Patientenaufnahmebereichs vorliegen, wie beispielsweise ein homogenes Magnetfeld. Das Isozentrum der Magnetresonanzvorrichtung umfasst bevorzugt den Bereich und/oder Punkt innerhalb der Magnetresonanzvorrichtung, der die optimalen und/oder idealen Bedingungen für die Erfassung von medizinischen Bilddaten aufweist. Insbesondere umfasst das Isozentrum den homogensten Magnetfeldbereich innerhalb der Magnetresonanzvorrichtung. Innerhalb des Patientenaufnahmebereichs und/oder nahe am Isozentrum umfasst das Magnetfeld des Grundmagneten nur eine Komponente B0 in z-Richtung der Magnetresonanzvorrichtung.
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Die Hall-Sensoreinheiten umfassen bevorzugt einen 3D-Hallsensor, der in alle drei Raumrichtungen (Bx, By, Bz) ein Magnetfeld erfassen kann. Zudem können die Hall-Sensoreinheiten weitere Einheiten und/oder Bauteile umfassen, wie beispielsweise einen Mikrokontroller zur Speicherung von Kalibrierparametern usw.
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Für eine Kalibrierung wird die Kalibriervorrichtung zusammen mit der Aufnahmeeinheit innerhalb des Patientenaufnahmebereichs angeordnet. Hierbei kann die Kalibriervorrichtung zu einer Anordnung auf einem Patiententisch der Magnetresonanzvorrichtung ausgebildet sein, so dass ein besonders einfaches Einbringen der Kalibriervorrichtung in den Patientenaufnahmebereich und damit in das FOV und/oder das Isozentrum der Magnetresonanzvorrichtung ermöglicht werden kann.
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Aufgrund des großen Platzangebots innerhalb des Patientenaufnahmebereichs kann auch die Aufnahmeeinheit derart ausgebildet werden, dass eine Vielzahl von Hall-Sensoreinheiten von der Aufnahmeeinheit aufgenommen werden können. Die Aufnahmeeinheit weist bevorzugt mehrere Steckplätze zur Aufnahme der mehreren Hall-Sensoreinheiten auf. Die Aufnahmeeinheit weist bevorzugt mindestens 10 Steckplätze zu einer Aufnahme von mindestens 10 Hall-Sensoreinheiten auf. Vorteilhafterweise weist die Aufnahmeeinheit mindestens 20 Steckplätze zu einer Aufnahme von mindestens 20 Hall-Sensoreinheiten auf. Vorteilhafterweise weist die Aufnahmeeinheit mindestens 30 Steckplätze zu einer Aufnahme von mindestens 30 Hall-Sensoreinheiten auf. Vorteilhafterweise weist die Aufnahmeeinheit mindestens 40 Steckplätze zu einer Aufnahme von mindestens 40 Hall-Sensoreinheiten auf. Vorteilhafterweise weist die Aufnahmeeinheit mindestens 50 Steckplätze zu einer Aufnahme von mindestens 50 Hall-Sensoreinheiten auf. Vorteilhafterweise weist die Aufnahmeeinheit mindestens 60 Steckplätze zu einer Aufnahme von mindestens 60 Hall-Sensoreinheiten auf. Vorteilhafterweise weist die Aufnahmeeinheit mindestens 70 Steckplätze zu einer Aufnahme von mindestens 70 Hall-Sensoreinheiten auf. Vorteilhafterweise weist die Aufnahmeeinheit mindestens 80 Steckplätze zu einer Aufnahme von mindestens 80 Hall-Sensoreinheiten auf. Vorteilhafterweise weist die Aufnahmeeinheit mindestens 90 Steckplätze zu einer Aufnahme von mindestens 90 Hall-Sensoreinheiten auf.
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Die Kalibriervorrichtung ist bevorzugt magnetresonanzkompatibel ausgebildet. Insbesondere ist hierbei die Aufnahmeeinheit, die Gehäuseeinheit und die Antriebseinheit magnetresonanzkompatibel ausgebildet. Unter einer magnetresonanzkompatiblen Kalibriervorrichtung und/oder einer magnetresonanzkompatiblen Antriebseinheit soll insbesondere eine Kalibriervorrichtung und/oder Antriebseinheit zur Verwendung mit einer Magnetresonanzvorrichtung verstanden werden, wobei die Kalibriervorrichtung und/oder Antriebseinheit nicht bildgebend ausgebildet ist. Insbesondere weist hierbei die magnetresonanzkompatible Kalibriervorrichtung und/oder magnetresonanzkompatible Antriebseinheit keine magnetischen Bauteile auf.
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Der elektrische Schrittmotor der magnetresonanzkompatiblen Antriebseinheit umfasst bevorzugt einen Stator und einen Rotor, insbesondere ein drehbar gelagertes Motorelement, wobei der Stator vorteilhafterweise die Komponente des Magnetfelds in z-Richtung umfasst. Insbesondere kann mittels der magnetresonanzkompatiblen Antriebseinheit, insbesondere dem elektrischen Schrittmotor, besonders einfach die Aufnahmeeinheit und damit die einzelnen Hall-Sensoreinheiten bezüglich des Magnetfelds, das in z-Richtung ausgerichtet ist, bewegt, insbesondere gedreht werden, und damit besonders vorteilhaft die Bedingungen für eine Kalibrierungsmessung bereitgestellt werden. Insbesondere kann derart eine Position der Hall-Sensoreinheiten bezüglich des homogenen Magnetfelds variiert werden, bevorzugt in drei Raumrichtungen variiert werden. Für jede Position kann eine Hall-Spannung erfasst werden, die hinsichtlich einem Anteil des Magnetfelds in z-Richtung, das in dieser Position die Hall-Sensoreinheit durchsetzt, kalibriert werden.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass mehrere Hall-Sensoreinheiten gleichzeitig kalibriert werden können und damit die Kosten für die Kalibrierung einer einzigen Hall-Sensoreinheit reduziert werden können.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Aufnahmeeinheit eine Kugel aufweist, wobei die Gehäuseeinheit zumindest drei Lagerelemente zur drehbaren und/oder rotierbaren Lagerung der Aufnahmeeinheit, insbesondere der Kugel umfasst. Vorzugsweise umfasst die Kugel eine äußere Hülle und/oder ein Gehäuse der Aufnahmeeinheit. Mittels der Kugel kann eine einfache Drehung und/oder Rotation der Aufnahmeeinheit zur Erfassung von Kalibrierdaten der mehreren Hall-Sensoreinheiten erreicht werden. Die zumindest drei Lagerelemente der Gehäuseeinheit umfassen bevorzugt Kugeln, so dass konstruktiv einfach eine drehbare und/oder rotierbare Lagerung der Aufnahmeeinheit bereitgestellt werden kann. Besonders vorteilhaft weist die Gehäuseeinheit vier Lagerelemente zur drehbaren und/oder rotierbaren Lagerung der Aufnahmeeinheit auf, so dass eine besonders stabile Lagerung der Aufnahmeeinheit ermöglicht werden kann. Bevorzugt umfasst die Kugel zwei Halbschalen, so dass eine vorteilhafte Zugänglichkeit zu einem Inneren der Kugel zur Aufnahme der mehreren Hall-Sensoreinheiten erreicht werden kann. Damit kann auch eine einfache Positionierung der mehreren Hall-Sensoreinheiten innerhalb der Aufnahmeeinheit erreicht werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die mehreren Hall-Sensoreinheiten jeweils einen 3D-Hallsensor und einen Mikrokontroller aufweisen. Vorzugsweise weisen die Mikrokontroller zudem eine Speichereinheit auf. Derart können vorteilhaft eine Kalibrierungsinformation, beispielsweise ein Firmware und/oder eine Programmierung zur Erfassung von Kalibrierungs-Messdaten und/oder auch die Kalibrierparameter nach einer Kalibrierungsmessung, gespeichert werden und für eine Verwendung der Hall-Sensoreinheiten für eine Positionsbestimmung innerhalb des Magnetfelds der Magnetresonanzvorrichtung zur Verfügung stehen. Die Programmierung zur Erfassung von Kalibrierungs-Messdaten kann beispielsweise ein Anpassen der Kalibrierungsmessung an die Bedingungen der Magnetresonanzvorrichtung, insbesondere an das Magnetfeld der Magnetresonanzvorrichtung, umfassen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Aufnahmeeinheit zumindest eine Platine mit mehreren Aufnahmeplätzen zur Aufnahme von mehreren Hall-Sensoreinheiten umfasst. Die Aufnahmeplätze können dabei beispielsweise mehrere Steckplätze zur Aufnahme der mehreren Hall-Sensoreinheiten umfassen, wobei jeweils ein Aufnahmeplatz und/oder ein Steckplatz zur Aufnahme einer Hall-Sensoreinheit ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine einfache Anordnung der Hall-Sensoreinheiten innerhalb der Aufnahmeeinheit und/oder einen einfachen Austausch von Hall-Sensoreinheiten innerhalb der Aufnahmeeinheit. Beispielsweise kann die Aufnahmeeinheit zwei Platinen aufweisen, die bevorzugt baugleich ausgebildet sind, wobei jeweils eine Platine in einer Halbkugel der Aufnahmeeinheit angeordnet sein kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die zumindest eine Platine ein Datenübertragungselement umfasst. Das Datenübertragungselement kann beispielsweise eine Steckerbuchse für ein Datenkabel zur Datenübertragung zwischen der Platine, insbesondere den Hall-Sensoreinheiten, und einer Auswerteeinheit umfassen. Zudem kann das Datenübertragungselement auch zu einer kabellosen Datenübertragung zwischen der Platine, insbesondere den einzelnen Hall-Sensoreinheiten und einer Auswerteeinheit umfassen. Während einer Datenübertragung können Kalibrierungsinformationen und/oder Kalibrierparametern zwischen der Platine, insbesondere den Hall-Sensoreinheiten, und der Auswerteeinheit ausgetauscht und/oder übertragen werden. Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass eine einfache und schnelle Datenübertragung zwischen einer Auswerteinheit und den einzelnen Hall-Sensoreinheiten erreicht werden kann. Insbesondere können mittels einer kabellosen Datenübertragung Kalibrier-Messdaten während der Kalibrierungsmessung, bei der die Aufnahmeeinheit eine Drehbewegung und/oder eine Rotationsbewegung ausführt, vorteilhaft übertragen werden. Eine kabellose Datenübertragung kann beispielsweise mittels WLAN, WIFI, Funk, Bluetooth usw. erfolgen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Aufnahmeeinheit zumindest ein Energiespeicherelement aufweist. Derart kann vorteilhaft eine unabhängige Energieversorgung während einer Kalibrierungsmessung bereitgestellt werden. Das Energiespeicherelement kann beispielsweise als Akku ausgebildet sein. Bevorzugt weist das Energiespeicherelement, insbesondere der Akku, eine feuerhemmende Hülle auf, so dass ein hoher Sicherheitsstandard während einer Kalibrierungsmessung eingehalten und/oder erreicht werden kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine elektrische Schrittmotor einen Stator und ein drehbar gelagertes Motorelement mit einem drehbaren gelagerten Spulenelement umfasst, wobei der Stator das Magnetfeld in z-Richtung umfasst und das drehbar gelagerte Spulenelement um eine senkrecht zum Magnetfeld ausgerichtete Spulenachse drehbar gelagert ist.
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Das drehbar gelagerte Motorelement, insbesondere das drehbar gelagerte Spulenelement, ist bevorzugt zu einer Generierung eines Antriebsmoments des elektrischen Motors, insbesondere des elektrischen Schrittmotors, ausgebildet. Eine Drehbewegung des drehbar gelagerten und/oder rotierbar gelagerten Motorelements, insbesondere des drehbar gelagerten Spulenelements, kann dabei auch nur eine Teildrehung und keine komplette Drehung um die Motorachse umfassen. Vorzugsweise ist das drehbar gelagerte Spulenelement in beide Richtungen um die Spulenachse drehbar gelagert. Das drehbar gelagerte Spulenelement umfasst zumindest eine Spulenwicklung oder auch mehrere Spulenwicklungen, wobei die zumindest eine Spulenwicklung und/oder die mehreren Spulenwicklungen eine Spulenfläche des drehbar gelagerten Spulenelements begrenzen. Bevorzugt weist das drehbar gelagerte Spulenelement mehrere Wicklungen auf, so dass eine große Kraft, insbesondere eine große Lorentzkraft, auf das drehbar gelagerte Spulenelement zur Generierung eines Antriebsmoments wirken kann. Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Spulenwicklung einen Kupferdraht. Bei einer Drehung des drehbar gelagerten Spulenelements um die Spulenachse ändert sich dabei eine Neigung der Spulenfläche bezüglich des Magnetfelds in z-Richtung.
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Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft eine konstruktiv einfache und platzsparende Antriebseinheit zur Verfügung gestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine besonders kompakte Kalibriervorrichtung mit einem geringen Gewicht bereitgestellt werden kann, die besonders einfach innerhalb der Magnetresonanzvorrichtung, insbesondere innerhalb des Patientenaufnahmebereichs der Magnetresonanzvorrichtung, von einem Nutzer positioniert werden kann. Zudem kann derart eine einfache Kraftübertragung auf das drehbar gelagerte Spulenelement bei einem Stromfluss durch das drehbar gelagerte Spulenelement erreicht werden und damit auch eine Drehung des drehbar gelagerten Spulenelements ausgelöst werden. Damit einhergehend kann auch ein Antriebsmoment der magnetresonanzkompatiblen Antriebseinheit, insbesondere des elektrischen Schrittmotors, besonders einfach generiert werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass das drehbar gelagerte Spulenelement zur Erzeugung eines Antriebsmoments eine Drehbewegung ausführt, wobei die Drehbewegung eine Drehung des zumindest einen drehbar gelagerten Spulenelements um mindestens 5° bis zu maximal 30° um die Spulenachse umfasst. Bevorzugt umfasst die Drehbewegung des drehbar gelagerten Spulenelements eine Drehung von mindestens 10° bis zu maximal 20° um die Spulenachse. Vorzugsweise ändert hierbei eine Spulenfläche des drehbar gelagerten Spulenelements eine Neigung bezüglich der z-Richtung des Magnetfelds um mindestens 5° bis zu maximal 30°. Besonders vorteilhaft ändert hierbei die Spulenfläche des drehbar gelagerten Spulenelements eine Neigung bezüglich der z-Richtung des Magnetfelds des Magneten um mindestens 10° bis zu maximal 20°. Vorzugsweise wird bei einem Anlegen einer Spannung, insbesondere einer definierten Spannung, ein Stromfluss durch das drehbar gelagerte Spulenelement generiert. Damit einhergehend wird eine Lorentzkraft erzeugt, die auf das drehbar gelagerte Spulenelement wirkt, wobei durch die Lorentzkraft eine Drehbewegung und/oder eine Kippbewegung des drehbar gelagerten Spulenelements hervorgerufen wird. Dabei kann eine Richtung der Drehbewegung und/oder der Kippbewegung durch eine Stromrichtung eines Stromflusses durch das drehbar gelagerte Spulenelement und/oder durch eine Richtung einer an dem drehbar gelagerten Spulenelement angelegten Spannung festgelegt werden.
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Aufgrund des geringen Drehwinkels des drehbar gelagerten Spulenelements kann eine besonders kompakt gebaute Antriebseinheit und damit auch eine besonders kompakte Kalibriervorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine elektrische Schrittmotor eine Motorwelle mit einem Zahnrad aufweist und das drehbar gelagerte Motorelement ein zu dem Zahnrad kompatibles Übertragungselement aufweist, wobei bei einer Drehbewegung des drehbar gelagerten Motorelements das Übertragungselement ein Drehmoment des drehbar gelagerten Motorelement auf das Zahnrad überträgt. Derart kann besonders einfach ein mittels des drehbar gelagerten Motorelements, insbesondere des drehbar gelagerten Spulenelements, erzeugtes Antriebsmoment auf die Motorwelle übertragen werden. Beispielsweise kann das Übertragungselement einen in das Zahnrad greifenden Drehhebel und/oder eine zu dem Zahnrad kompatible Verzahnung umfassen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine elektrische Schrittmotor einen Eintakt-Schrittmotor umfasst, wobei eine Drehung des drehbar gelagerten Motorelements eine Drehung des Zahnrads um eine Zahnbreite umfasst. Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass eine definierte Drehung des Zahnrads und damit auch eine definierte Drehung der Aufnahmeeinheit während einer Kalibrierungsmessung bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann derart jeder Drehschritt um einen gleichen Drehwinkel erfolgen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit ein Drehmoment in zwei unterschiedliche Richtungen generiert, wobei die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit für jede Drehrichtung einen separaten elektrischen Schrittmotor umfasst. Bevorzugt sind die beiden elektrischen Schrittmotoren baugleich ausgebildet. Vorzugsweise ist jeder der beiden elektrischen Schrittmotoren als Eintakt-Schrittmotor ausgebildet. Derart kann vorteilhaft ein definiertes Antriebsmoment, insbesondere ein definiertes Drehmoment, in beide Richtungen unabhängig voneinander generiert und übertragen werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit zumindest ein Omni-Rad zu einer Übertragung eines Drehmoments auf die Aufnahmeeinheit umfasst. Bevorzugt umfasst die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit zumindest zwei Omni-Räder, so dass für jede Drehrichtung, in der ein Antriebsmoment und/oder Drehmoment von der magnetresonanzkompatiblen Antriebseinheit erzeugt wird, zumindest ein Omni-Rad zur Verfügung steht. Derart kann vorteilhaft eine Bewegung der Aufnahmeeinheit in zwei unabhängige Richtungen, insbesondere Drehrichtungen, ermöglicht werden.
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Des Weiteren geht die Erfindung aus von einer Magnetresonanzvorrichtung mit einer Kalibriervorrichtung, wobei die Kalibriervorrichtung zu einer Kalibrierung von Hall-Sensoreinheiten in einem homogenen Magnetfeld der Magnetresonanzvorrichtung ausgebildet ist, wobei das homogene Magnetfeld in z-Richtung ausgerichtet ist, wobei die Kalibriervorrichtung eine Aufnahmeeinheit, die zu einer Aufnahme von mehreren Hall-Sensoreinheiten ausgebildet ist, eine magnetresonanzkompatible Antriebseinheit mit zumindest einem elektrischen Schrittmotor zur Generierung eines Drehmoments zur Drehung der Aufnahmeeinheit in zumindest eine Richtung und eine Gehäuseeinheit umfasst, wobei die Aufnahmeeinheit und die Antriebseinheit innerhalb der Gehäuseeinheit angeordnet sind.
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Hierdurch kann der Vorteil erreicht werden, dass mehrere Hall-Sensoreinheiten gleichzeitig kalibriert werden können und damit die Kosten für die Kalibrierung einer einzigen Hall-Sensoreinheit reduziert werden können.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzvorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.
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Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Verfahren zu einem Kalibrieren von Hall-Sensoreinheiten mittels einer Kalibriervorrichtung in einem homogenen Magnetfeld einer Magnetresonanzvorrichtung, wobei das homogene Magnetfeld in z-Richtung ausgerichtet ist, wobei die Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, umfassen die folgenden Verfahrensschritte:
- - Anordnen von zumindest einer Hall-Sensoreinheit innerhalb einer Aufnahmeeinheit der Kalibriervorrichtung,
- - Anordnen der Kalibriervorrichtung innerhalb eines FOVs der Magnetresonanzvorrichtung,
- - Erfassen von Kalibrier-Messdaten der zumindest einen Hall-Sensoreinheit und Übertragen der Kalibrier-Messdaten an eine Auswerteeinheit,
- - Auswerten der Kalibrier-Messdaten mittels der Auswerteeinheit, wobei das Auswerten der Kalibrier-Messdaten ein Bestimmen von Kalibrierparametern für die zumindest eine Hall-Sensoreinheit umfasst, und
- - Übertragen der Kalibrierparameter an die zumindest eine Hall-Sensoreinheit und Speichern der Kalibrierparameter.
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Das Anordnen der zumindest einen Hall-Sensoreinheit innerhalb der Aufnahmeeinheit kann auch ein Vorbereiten der zumindest einen Hall-Sensoreinheit für die Kalibrierungsmessung umfassen. Hierbei können beispielsweise für die Kalibrierungsmessung erforderliche Informationen an die Hall-Sensoreinheit übertragen werden. Derartige Informationen können beispielsweise eine ein Firmware und/oder eine Programmierung zur Erfassung von Kalibrierungs-Messdaten umfassen. Die Programmierung zur Erfassung von Kalibrierungs-Messdaten kann beispielsweise ein Anpassen der Kalibrierungsmessung an die Bedingungen der Magnetresonanzvorrichtung, insbesondere des Magnetfelds der Magnetresonanzvorrichtung, umfassen. Diese Informationen werden bevorzugt in einem von der Hall-Sensoreinheit umfassten Mikrokontroller gespeichert.
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Das Anordnen der Kalibriervorrichtung innerhalb des FOVs der Magnetresonanzvorrichtung kann dabei ein Anordnen der Kalibriervorrichtung auf einer Patientenlagerungsvorrichtung, insbesondere einem Patiententisch der Patientenlagerungsvorrichtung, umfassen und einem anschließenden Einfahren des Patiententischs zusammen mit der Kalibriervorrichtung in den Patientenaufnahmebereich.
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Das Auswerten der Kalibrier-Messdaten erfolgt bevorzugt mittels der Auswerteeinheit. Vorzugsweise weist die Auswerteeinheit hierzu zumindest ein Rechenmodul und/oder einen Prozessor auf. So ist insbesondere die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, computerlesbare Instruktionen auszuführen für eine Auswertung der Kalibrier-Messdaten. Dabei kann die Auswerteeinheit eine Speichereinheit umfassen, wobei auf der Speichereinheit computerlesbare Informationen gespeichert sind, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, die computerlesbaren Informationen von der Speichereinheit zu laden und die computerlesbaren Informationen auszuführen für eine Auswertung der Kalibrier-Messdaten. Zudem können auch einzelne Komponenten der Auswerteeinheit in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Grundsätzlich können diese Komponenten der Auswerteeinheit aber auch zum Teil in Form von softwareunterstützten Hardwarekomponenten, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein.
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Das Übertragen der Kalibrierparameter an die zumindest eine Hall-Sensoreinheit kann dabei über eine Steckverbindung zwischen beispielsweise einer Platine der Aufnahmeeinheit und der Auswerteeinheit erfolgen. Bevorzugt weist hierbei die Platine eine Steckerbuchse zur einer kabelgebunden Datenübertragung zwischen der Platine und der Auswerteinheit auf. Zudem kann auch eine kabellose Datenübertragung zwischen der Auswerteeinheit und der zumindest einen Hall-Sensoreinheit zur Übertragung der Kalibrierparameter von der Auswerteeinheit an die zumindest eine Hall-Sensoreinheit erfolgen, wie beispielsweise mittels Funk, W-Lan, WiFi, Bluetooth usw.
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Das Speichern der Kalibrierparameter erfolgt bevorzugt in dem Mikrokontroller der Hall-Sensoreinheit. Die Kalibrierparameter umfassen bevorzugt Parameter, die für eine Verwendung der zumindest einen Hall-Sensoreinheit für eine Positionsbestimmung innerhalb des Magnetfelds der Magnetresonanzvorrichtung zur Verfügung stehen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einem Kalibrieren von Hall-Sensoreinheiten entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Kalibrierungseinheit, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass das Erfassen der Kalibrier-Messdaten und Übertragen der Kalibrier-Messdaten an die Auswerteeinheit umfasst:
- - Drehen der Aufnahmeeinheit in zumindest eine Drehrichtung der Kalibriervorrichtung um einen Schritt,
- - Erfassen der Kalibrier-Messdaten, wobei die Kalibrier-Messdaten eine Hall-Spannung des 3D-Hallsensors in drei Raumrichtungen umfassen,
- - kabelloses Übertragen der erfassten Kalibrier-Messdaten an die Auswerteeinheit.
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Ein Drehen der Aufnahmeeinheit in zumindest eine Drehrichtung der Kalibriervorrichtung um einen Schritt umfasst bevorzugt ein Drehen um eine Zahnbreite des Zahnrads des elektrischen Schrittmotors. Durch das Drehen der Aufnahmeeinheit und damit auch der zumindest einen Hall-Sensoreinheit bezüglich des Magnetfelds in z-Richtung sind die Hallsensoren innerhalb der Hall-Sensoreinheit unterschiedlichen Anteilen des Magnetfelds in z-Richtung ausgesetzt. Durch wiederholtes Drehen der Aufnahmeeinheit in bevorzugt zwei unabhängige Richtungen werden unterschiedliche Hall-Spannungen des 3D-Hallsensors in die unterschiedlichen Raumrichtungen erfasst, die von der Auswerteeinheit in Relation zu einer Positionsinformation gesetzt werden können. Die Hall-Sensoreinheit weist bevorzugt einen 3D-Hallsensor zur Erfassung von Hallspannungen in alle drei Raumrichtungen auf. Die Größe der erfassten Hall-Spannung ist dabei proportional zur Fläche des Hall-Sensors, die vom Magnetfeld in z-Richtung durchsetzt wird.
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Die Schritte des Drehens der Aufnahmeeinheit, des Erfassens der Kalibrier-Messdaten und des kabellosen Übertragens der erfassten Kalibrier-Messdaten werden so lange wiederholt, bis genügend Kalibrier-Messdaten zur Bestimmung der Kalibrierparameter vorliegen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung,
- 2 Die Kalibriervorrichtung in einer 3D-Ansicht,
- 3 eine Antriebseinheit der Kalibriervorrichtung in einer ersten Ansicht,
- 4 die Antriebseinheit in einer zweiten Ansicht,
- 5 eine Platine der Kalibriervorrichtung mit mehreren Hall-Sensoreinheiten,
- 6 eine Magnetresonanzvorrichtung mit der Kalibriervorrichtung und
- 7 ein erfindungsgemäßes Verfahren zu einem Kalibrieren von Hall-Sensoreinheiten.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung 10 dargestellt. Die Kalibriervorrichtung 10 ist zu einer Kalibrierung von Hall-Sensoreinheiten 11 in einem homogenen Magnetfeld 101 einer Magnetresonanzvorrichtung 100 ausgebildet, wobei das homogene Magnetfeld 101 in z-Richtung ausgerichtet ist. Die Kalibriervorrichtung 10 umfasst eine Aufnahmeeinheit 12, eine magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13 und eine Gehäuseeinheit 14. Für die Anwendung innerhalb einer Magnetresonanzvorrichtung 100 ist die Kalibriervorrichtung 10 magnetresonanzkompatibel ausgebildet. Insbesondere sind hierzu die einzelnen Einheiten der Kalibriervorrichtung 10 magnetresonanzkompatibel ausgebildet.
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Die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 weisen jeweils einen 3D-Hallsensor und einen Mikrokontroller auf.
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Innerhalb der Gehäuseeinheit 14 sind die Aufnahmeeinheit 12 und die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Gehäuseeinheit 14 als Kiste aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet. Zudem sind weitere Ausgestaltungen, insbesondere magnetresonanzkompatible Ausgestaltungen, der Gehäuseeinheit 14 denkbar.
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Die Aufnahmeeinheit 12 ist zu einer Aufnahme von mehreren Hall-Sensoreinheiten 11 ausgebildet. Zudem ist die Aufnahmeeinheit 12 ebenfalls magnetresonanzkompatibel ausgebildet und umfasst eine Kugel 15 aus bevorzugt einem Kunststoffmaterial. Die Kugel 15 umfasst bevorzugt zwei Kugelhalbschalen 16, wobei die beiden Kugelhalbschalen 16 in einem geschlossenen Zustand formschlüssig miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung und/oder einer Bajonettverbindung. Für eine drehbare und/oder rotierbaren Lagerung und/oder Anordnung der Aufnahmeeinheit 12, insbesondere der Kugel 15 der Aufnahmeeinheit 12, innerhalb der Gehäuseeinheit 14 weist die Gehäuseeinheit 14 zumindest drei Lagerelemente 17 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Gehäuseeinheit 14 vier Lagerelemente 17 zur drehbaren und/oder rotierbaren Lagerung der Aufnahmeeinheit 12, insbesondere der Kugel 15, auf. Die einzelnen Lagerelemente 17 umfassen Kugeln, die aus einem Kunststoffmaterial und/oder einem Keramikmaterial gebildet sind. Die einzelnen Lagerelemente 17 sind dabei über Stützelemente an der Gehäuseeinheit 14 abgestützt.
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Zu einer Aufnahme von mehreren Hall-Sensoreinheiten 11 weist die Aufnahmeeinheit 12 zumindest eine Platine 18 auf, wobei die Platine 18 mehrere als Steckplätze ausgebildete Aufnahmeplätze 19 zur Aufnahme der Hall-Sensoreinheiten 11 aufweist (5). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Aufnahmeeinheit 12 zwei Platinen 18 zur Aufnahme von Hall-Sensoreinheiten 11, wobei jeweils eine Platine 18 in einer der beiden Kugelhalbschalen 16 der Aufnahmeeinheit 12 angeordnet ist. Bevorzugt sind hierbei die beiden Platinen 18 derart innerhalb der Aufnahmeeinheit 12, insbesondere der Kugelhalbschalen 16 angeordnet, dass in einem geschlossenen Zustand der Kugel 15 die Aufnahmeplätze 19 und/oder Steckplätze der beiden Platinen 18 einander zugewandt sind. Zudem sind hierdurch bei einem Öffnen der Kugel 15 und/oder einem Trennen der beiden Kugelhalbschalen 16 die Aufnahmeplätze 19 und/oder Steckplätze zur Aufnahme von Hall-Sensoreinheiten 11 direkt für einen Benutzer zugänglich.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jede der beiden Platinen 18 jeweils mehrere Reihen an Aufnahmeplätzen 19 und/oder Steckplätzen zur Aufnahme von Hall-Sensoreinheiten 11 auf. Konkret weisen die beiden Platinen 18 jeweils sieben Reihen mit jeweils sieben Aufnahmeplätzen 19 und/oder Steckplätzen zur Aufnahme von Hall-Sensoreinheiten 11 auf, so dass insgesamt 98 Aufnahmeplätze 19 und/oder Steckplätze zur Aufnahme von Hall-Sensoreinheiten 11 während eines Kalibrierungsvorgangs zur Verfügung stehen. In einer alternativen Ausgestaltung der beiden Platinen 18 können diese auch mehr als 98 Aufnahmeplätze 19 und/oder Steckplätze zur Aufnahme von Hall-Sensoreinheiten 11 oder auch weniger als 98 Aufnahmeplätze 19 und/oder Steckplätze zur Aufnahme von Hall-Sensoreinheiten 11 aufweisen.
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Die beiden Platinen 18 weisen zudem jeweils ein Datenübertragungselement 20 auf, wie dies in 5 am Beispiel einer einzigen Platine 18 dargestellt ist. Das Datenübertragungselement 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Steckerbuchse für einen Stecker eines Datenübertragungskabels ausgebildet. Mittels des Datenübertragungselements 20, insbesondere der Steckerbuchse, und eines gesteckten Datenübertragungskabels können beispielsweise Kalibrierungsinformationen und/oder Kalibrierparameter zwischen der Platine 18, insbesondere den einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11, und einer Auswerteeinheit 21 der Kalibriervorrichtung 10 übertragen und/oder ausgetauscht werden.
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Zudem weist die Aufnahmeeinheit 12 zumindest ein Energiespeicherelement 22 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Aufnahmeeinheit 12 zwei Energiespeicherelemente 22, wobei jeweils eines der beiden Energiespeicherelemente 22 in einer der beiden Kugelhalbschalen 16 der Kugel 15 der Aufnahmeeinheit 12 angeordnet ist. Die Energiespeicherelemente 22 sind dabei in einem Kugelsegment der Kugelhalbschalen 16 angeordnet, wobei das jeweilige Kugelsegment einen größten Abstand zur Platine 18 aufweist. Bevorzugt weisen die Energiespeicherelemente 22 jeweils einen Akku auf mit einer feuerhemmenden Hülle, so dass neben einer autarken Energieversorgung der Hall-Sensoreinheiten 11 während einer Kalibrierungsmessung auch Sicherheitsanforderungen einer Magnetresonanzvorrichtung 10 erfüllt sind. Die Platine 18 ist mit dem Energiespeicherelement 22 für eine Energieversorgung verbunden.
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Die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13 weist zumindest einen elektrischen Schrittmotor 23 zur Generierung eines Drehmoments zur Drehung der Aufnahmeeinheit 12 in zumindest eine Richtung, insbesondere Drehrichtung 24, auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13 zwei elektrische Schrittmotoren 23 auf, wobei jeder der beiden elektrischen Schrittmotoren 23 ein Antriebsmoment in eine Drehrichtung 24 generiert. Insbesondere werden mittels der beiden elektrischen Schrittmotoren 23 Antriebsmomente generiert, wobei die beiden Antriebsmomente 23 und/oder Drehmomente in zueinander orthogonale Drehrichtungen 24 wirken.
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Zu einer Übertragung der Antriebsmomente und/oder Drehmomente auf die Aufnahmeeinheit 13, insbesondere die Kugel 15 der Antriebseinheit 13, weist magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13 für jeden der beiden elektrischen Schrittmotoren 23 eine Antriebswelle 26 und/oder einen Antriebsriemen 27 auf, siehe hierzu 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13 für eine Übertragung eines Antriebsmoments, insbesondere eines Drehmoments, in eine erste Richtung, insbesondere eine erste Drehrichtung 24, eine Antriebswelle 26 auf. Zudem weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13 für eine Übertragung eines Antriebsmoments, insbesondere eines Drehmoments, in eine zweite Richtung, insbesondere eine zweite Drehrichtung 24, einen Antriebsriemen 27 auf. In einer alternativen Ausgestaltung der Kalibriervorrichtung 10 kann diese für beide Richtungen eine Antriebswelle oder auch für beide Richtungen einen Antriebsriemen zur Übertragung des Antriebsmoments, insbesondere des Drehmoments, aufweisen.
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Die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13 weist des Weiteren für jede der beiden Drehrichtungen 24 zur Übertragung eines Antriebsmoments, insbesondere zur Übertragung eines Drehmoments auf die Aufnahmeeinheit 12, insbesondere auf die Kugel 15 der Aufnahmeeinheit 12, jeweils zumindest ein Omni-Rad 28 (Omni-Wheel) auf (2). Derartige Räder können ein Antriebsmoment, insbesondere ein Drehmoment in eine Richtung auf die Aufnahmeeinheit 12, insbesondere auf die Kugel 15 der Aufnahmeeinheit 12, übertragen und blockieren zudem nicht eine Drehbewegung der Aufnahmeeinheit 12, insbesondere auf die Kugel 15 der Aufnahmeeinheit 12, in eine weitere Richtung, da sich dabei die Räder in die weitere Richtung mitdrehen.
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Die beiden elektrischen Schrittmotoren 23 sind baugleich ausgebildet. Im Folgenden wird die Funktionsweise der beiden elektrischen Schrittmotoren 23 am Beispiel eines elektrischen Schrittmotors 23 näher erläutert (3 und 4).
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Der elektrische Schrittmotor 23 umfasst einen Stator 29 und ein drehbar gelagertes Motorelement mit einem drehbar gelagerten Spulenelement 30. Der Stator 29 des elektrischen Schrittmotors 23 umfasst dabei das Magnetfeld 101 der Magnetresonanzvorrichtung 10 in z-Richtung. Das drehbar gelagerte Spulenelement 30 des elektrischen Schrittmotors 23 ist um eine senkrecht zum Magnetfeld 101 ausgerichtete Spulenachse 31 drehbar gelagert. Das drehbar gelagerte Spulenelement 30 umfasst zumindest eine Spulenwicklung 37 oder auch mehrere Spulenwicklungen 37, wobei die zumindest eine Spulenwicklung 37 und/oder die mehreren Spulenwicklungen 37 eine Spulenfläche des zumindest einen drehbar gelagerten Spulenelements 30 begrenzen. Bevorzugt weist das drehbar gelagerte Spulenelement 30 mehrere Spulenwicklungen 37 auf, so dass eine große Kraft, insbesondere eine große Lorentzkraft, auf das drehbar gelagerte Spulenelement 30 zur Generierung eines Antriebsmoments wirken kann.
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Zur Erzeugung eines Antriebsmoments führt das drehbar gelagerte Spulenelement 30 eine Drehbewegung aus, wobei die Drehbewegung eine Drehung des drehbar gelagerten Spulenelements 30 um mindestens 5° bis zu maximal 30 ° um die Spulenachse 31 ausführt. Bevorzugt umfasst die Drehbewegung eine Drehung des drehbar gelagerten Spulenelements 30 mindestens 10° bis zu maximal 20° um die Spulenachse 31. Vorzugsweise ändert hierbei eine Spulenfläche des drehbar gelagerten Spulenelements 30 eine Neigung bezüglich der z-Richtung des Magnetfelds 101 um mindestens 5° bis zu maximal 30°. Besonders vorteilhaft ändert hierbei die Spulenfläche des drehbar gelagerten Spulenelements 30 eine Neigung bezüglich der z-Richtung des Magnetfelds 101 um mindestens 10° bis zu maximal 20°. Vorzugsweise wird bei einem Anlegen einer Spannung, insbesondere einer definierten Spannung, ein Stromfluss durch das drehbar gelagerte Spulenelement 30 generiert. Damit einhergehend wird eine Lorentzkraft erzeugt, die auf das drehbar gelagerte Spulenelement 30 wirkt, wobei durch die Lorentzkraft eine Drehbewegung und/oder eine Kippbewegung des drehbar gelagerten Spulenelements 30 hervorgerufen wird. Dabei kann eine Richtung der Drehbewegung und/oder der Kippbewegung durch eine Stromrichtung eines Stromflusses durch das drehbar gelagerte Spulenelement 30 und/oder durch eine Richtung einer an dem drehbar gelagerten Spulenelement 30 angelegten Spannung festgelegt werden.
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Des Weiteren weist die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13, insbesondere jeder der elektrischen Schrittmotoren 23, zumindest ein Stoppelement 32 auf zu einer Begrenzung einer Drehbewegung des drehbar gelagerten Motorelements, insbesondere des drehbar gelagerten Spulenelements 30. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der elektrische Schrittmotor 23 zwei Stoppelemente 32 auf, so dass eine Drehbewegung des drehbar gelagerten Motorelements, insbesondere des drehbar gelagerten Spulenelements 30, in beide Drehrichtungen 24 begrenzt werden kann. Die einzelnen Stoppelemente 32 können dabei ein elastisches Stoppelement 32 und/oder ein dämpfendes Stoppelement 32, insbesondere ein Stoppelement 32 aus einem elastischen und/oder dämpfenden Material, umfassen.
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Der elektrische Schrittmotor 23 umfasst eine Motorwelle 33 mit einem Zahnrad 34, wobei das drehbar gelagerte Motorelement, insbesondere das drehbar gelagerte Spulenelement 30, ein zu dem Zahnrad 34 kompatibles Übertragungselement 35 aufweist. Der elektrische Schrittmotor 23 umfasst zudem einen Eintakt-Schrittmotor, wobei eine Drehung des drehbar gelagerten Motorelements, insbesondere des drehbar gelagerten Spulenelements 30, eine Drehung des Zahnrads 34 um eine Zahnbreite bewirkt. Insbesondere bewirkt eine Drehung und/oder Neigung des drehbar gelagerten Spulenelements 30 um mindestens 10° bis zu maximal 20° eine Drehung des Zahnrads 34 um eine Zahnbreite (2).
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Bei einer Drehbewegung des drehbar gelagerten Motorelements, insbesondere des drehbar gelagerten Spulenelements 30, überträgt dabei das Übertragungselement 35 ein Drehmoment des drehbar gelagerten Spulenelements 30 auf das Zahnrad 34 und damit auf die Motorwelle 33. Das Übertragungselement 35 ist an dem drehbar gelagerten Spulenelement 30 angeordnet. Beispielsweise kann das Übertragungselement 35 einen in das Zahnrad 34 greifenden Drehhebel umfassen. Vorzugsweise ist das Übertragungselement 35 derart ausgebildet, dass bei einer Bewegung des drehbar gelagerten Spulenelements 30 entgegen einer Antriebsrichtung das Übertragungselement 35 um eine Zahnbreite versetzt in das Zahnrad 34 eingreift, so dass bei einer Bewegung des drehbar gelagerten Spulenelements 30 in Antriebsrichtung das Zahnrad 34 um eine Zahnbreite mitbewegt wird.
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Des Weiteren weist die magnetresonanzkompatible Antriebseinheit 13, insbesondere jeder der elektrischen Schrittmotoren 23, ein Sperrelement 36 auf (3). Das Sperrelement 36 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Sperrklinke. Mittels des Sperrelements 36, insbesondere der Sperrklinke, wird eine unerwünschte Rückwärtsdrehung des Zahnrads 34 verhindert. Zudem ist mittels des Sperrelements 36, insbesondere der Sperrklinke, nur eine Drehung des Zahnrads 34 in eine Richtung, insbesondere der Antriebsrichtung, möglich.
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In der 6 ist die Magnetresonanzvorrichtung 100 mit der Kalibriervorrichtung 10, wie sie in den 1 bis 5 beschrieben ist, schematisch dargestellt. Die Magnetresonanzvorrichtung 100 umfasst eine von einer Magneteinheit gebildeten Scannereinheit 102. Zudem weist die Magnetresonanzvorrichtung 100 einen Patientenaufnahmebereich 103 auf zu einer Aufnahme eines Patienten. Der Patientenaufnahmebereich 103 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zylinderförmig ausgebildet und in einer Umfangsrichtung von der Scannereinheit 102, insbesondere von der Magneteinheit, zylinderförmig umgeben. Grundsätzlich ist jedoch eine davon abweichende Ausbildung des Patientenaufnahmebereichs 103 jederzeit denkbar. Ein Patient kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 104 der Magnetresonanzvorrichtung 100 in den Patientenaufnahmebereich 103 geschoben und/oder gefahren werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 104 weist hierzu einen innerhalb des Patientenaufnahmebereichs 103 bewegbar ausgestalteten Patiententisch 105 auf. Insbesondere ist hierbei der Patiententisch 105 in Richtung einer Längserstreckung des Patientenaufnahmebereichs 103 und/oder in z-Richtung bewegbar gelagert.
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Des Weiteren umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 100 die Kalibriervorrichtung 10. Die Kalibriervorrichtung 10 wird für eine Kalibriermessung auf dem Patiententisch 105 der Patientenlagerungsvorrichtung 104 positioniert und anschließend in den Patientenaufnahmebereich 103 eingefahren. Hierzu kann sowohl der Patiententisch 105 als auch die Kalibriervorrichtung 10 ein nicht näher dargestelltes Positionierelement aufweisen, für eine korrekte Positionierung der Kalibriervorrichtung 10 auf dem Patiententisch 105. In 6 ist der Patiententisch 105 zusammen mit der Kalibriervorrichtung 10 bereits innerhalb des Patientenaufnahmebereichs 103, insbesondere in einem Isozentrum und/oder einem FOV der Magnetresonanzvorrichtung 100, angeordnet. Insbesondere ist hierbei die Kalibriervorrichtung 10 im homogenen Magnetfeld 101 der Magnetresonanzvorrichtung 100 angeordnet. Die Kalibriervorrichtung 10 weist zudem eine Auswerteeinheit 21 auf, die für eine Datenauswertung von Kalibrierungs-Messdaten während einer Kalibrierungsmessung mit der Aufnahmeeinheit 12 der Kalibriervorrichtung 10 verbunden ist. Eine Datenverbindung zwischen der Aufnahmeeinheit 12 und der Auswerteeinheit 21 kann dabei kabelgebunden oder auch kabellos erfolgen.
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Die Scannereinheit 102, insbesondere die Magneteinheit, umfasst einen supraleitenden Grundmagneten 106 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Magnetfelds 101. Das Magnetfeld 101 des Grundmagneten 106 umfasst innerhalb des Patientenaufnahmebereichs 103 ein homogenes Magnetfeld 101, das in z-Richtung der Magnetresonanzvorrichtung 100 ausgerichtet ist. Weiterhin weist die Scannereinheit 102, insbesondere die Magneteinheit, eine Gradientenspuleneinheit 107 zu einer Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 107 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 108 der Magnetresonanzvorrichtung 100 gesteuert. Die Scannereinheit 102, insbesondere die Magneteinheit, umfasst weiterhin eine Hochfrequenzantenneneinheit 109 zu einer Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Grundmagneten 106 erzeugten Magnetfeld 101 einstellt. Die Hochfrequenzantenneneinheit 109 wird von einer Hochfrequenzantennensteuereinheit 110 der Magnetresonanzvorrichtung 100 gesteuert und strahlt hochfrequente Magnetresonanzsequenzen in den Patientenaufnahmebereich 103 der Magnetresonanzvorrichtung 100 ein.
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Zu einer Steuerung des Grundmagneten 106, der Gradientensteuereinheit 108 und zur Steuerung der Hochfrequenzantennensteuereinheit 110 weist die Magnetresonanzvorrichtung 100 eine Systemsteuereinheit 111 auf. Die Systemsteuereinheit 111 steuert zentral die Magnetresonanzvorrichtung 100, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Zudem umfasst die Systemsteuereinheit 111 eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit zu einer Auswertung von medizinischen Bilddaten, die während der Magnetresonanzuntersuchung erfasst werden.
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Des Weiteren umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 100 eine Benutzerschnittstelle 112, die mit der Systemsteuereinheit 111 verbunden ist. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanzbilder können auf einer Anzeigeeinheit 113, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, der Benutzerschnittstelle 112 für ein medizinisches Bedienpersonal angezeigt werden. Weiterhin weist die Benutzerschnittstelle 112 eine Eingabeeinheit 114 auf, mittels der Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von dem medizinischen Bedienpersonal eingegeben werden können.
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Die dargestellte Magnetresonanzvorrichtung 100 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzvorrichtungen 100 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise einer Magnetresonanzvorrichtung 100 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird.
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In 7 ist ein Verfahren zu einem Kalibrieren von Hall-Sensoreinheiten 11 in einem homogenen Magnetfeld 101 der Magnetresonanzvorrichtung 100 dargestellt. Hierbei ist das homogene Magnetfeld 101 in z-Richtung der Magnetresonanzvorrichtung 100 ausgerichtet. In einem ersten Verfahrensschritt 200 erfolgt ein Anordnen von zumindest einer Hall-Sensoreinheit 11, bevorzugt von mehreren Hall-Sensoreinheiten 11, innerhalb der Aufnahmeeinheit 12 der Kalibriervorrichtung 10. Das Anordnen und/oder Positionieren der einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 innerhalb der Aufnahmeeinheit 12 erfolgt hierbei manuell durch einen Benutzer. Hierbei werden von einem Benutzer die zu kalibrierenden Hall-Sensoreinheiten 11 in die Aufnahmeplätze 19 und/oder Steckplätze der Platinen 18 eingebracht.
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Nachdem die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 innerhalb der Aufnahmeeinheit 12, insbesondere in den Aufnahmeplätzen 19 der Platinen 18 angeordnet sind, werden in diesem ersten Verfahrensschritt zudem für die Kalibrierung erforderliche Informationen an die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 übertragen. Dies erfolgt bevorzugt über eine Datenverbindung der Platinen 18 mit der Auswerteeinheit 21. Bevorzugt erfolgt hierbei ein Datenaustausch über ein Datenkabel. Die Informationen, die an die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 übertragen werden, können dabei beispielsweise eine Firmware und/oder eine Programmierung zur Erfassung von Kalibrierungs-Messdaten umfassen und werden beispielsweise in dem Mikro-Controller der Hall-Sensoreinheiten 11 gespeichert. Anschließend wird vom Benutzer die Aufnahmeeinheit 12, insbesondere die beiden Halbkugelschalen 16 der Kugel 15 geschlossen.
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In einem daran anschließenden zweiten Verfahrensschritt 201 erfolgt eine Anordnen der Kalibriervorrichtung 10 innerhalb des FOVs der Magnetresonanzvorrichtung 100. Hierzu wird zunächst die Kalibriervorrichtung 10 vom Benutzer auf dem Patiententisch 105 positioniert und anschließend mittels des Patiententischs 105 in das FOV der Magnetresonanzvorrichtung 100, insbesondere innerhalb des Patientenaufnahmebereichs 103, eingefahren.
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In einem daran anschließenden dritten Verfahrensschritt 202 erfolgt nun ein Erfassen von Kalibrier-Messdaten für die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11. Das Erfassen von Kalibrier-Messdaten umfasst hierbei ein Drehen der Aufnahmeeinheit 12 in zumindest eine Drehrichtung 24 der Kalibriervorrichtung 10 um einen Schritt. Ein Schritt umfasst hierbei ein Drehen der Aufnahmeeinheit 12 in zumindest eine Drehrichtung 24 um eine Zahnbreite des Zahnrads 34 des elektrischen Schrittmotors 23. Anschließend werden die Hall-Spannungen der 3D-Hallsensoren für alle Hall-Sensoreinheiten 11 erfasst und/oder ausgelesen. Die Hall-Spannungen umfassen hierbei Spannungen in drei Raumrichtungen, wobei die Hall-Spannungen proportional sind zu einer Ausrichtung der 3D-Hallsensoren bezüglich des Magnetfelds 101 in z-Richtung. Anschließend werden die erfassten Kalibrier-Messdaten an die Auswerteeinheit 21 übertragen. Dabei erfolgt das Übertragen der Kalibrier-Messdaten an die Auswerteeinheit 21 bevorzugt kabellos, beispielsweise mittels Bluetooth, Wifi, Funk etc. Dieser dritte Verfahrensschritt 202 wird so lange wiederholt, bis alle für die Kalibrierung der Hall-Sensoreinheiten 11 erforderlichen Kalibrier-Messdaten vorliegen.
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In einem daran anschließenden vierten Verfahrensschritt 203 erfolgt ein Auswerten der Kalibrier-Messdaten, wobei das Auswerten der Kalibrier-Messdaten ein Bestimmen von Kalibrierparameters für die zumindest eine Hall-Sensoreinheit 11, insbesondere für alle innerhalb der Kalibrierungseinheit 10 angeordneten Hall-Sensoreinheiten 11, umfasst. Das Auswerten erfolgt hierbei mittels der Auswerteinheit 21, die hierzu eine für die Auswertung erforderliche Software und/oder Computerprogramme aufweist.
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In einem daran anschließenden fünften Verfahrensschritt 204 werden die von der Auswerteeinheit 21 bestimmten und/oder ausgewerteten Kalibrierparameter für die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 an die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 übertragen. Die Übertragung der Kalibrierparameter von der Auswerteeinheit 21 an die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 kann dabei kabellos mittels Bluetooth, Wifi, Funk etc. erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Übertragung der Kalibrierparameter von der Auswerteeinheit 21 an die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 kabelgebunden mittels eines Datenkabels und der Datenübertragungselements 20 der Platinen 18. Hierzu ist es erforderlich, dass die Kalibriervorrichtung 10 mit dem Patiententisch 105 aus dem Patientenaufnahmebereich 103 gefahren werden und die Aufnahmeeinheit 12 der Kalibriervorrichtung 10 geöffnet werden, um einen Zugang zu dem Datenübertragungselement 20 zu erhalten. Sobald eine Datenverbindung durch Stecken des Steckers in das Datenübertragungselement 20 der Platinen 18 erfolgt ist, erfolgt das Übertragen der Kalibrierparameter an die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11. Die Kalibrierparameter für die einzelnen Hall-Sensoreinheiten 11 werden in den 3D-Hallsensoren und/oder in den Mikrokontrollern der Hall-Sensoreinheiten 11 gespeichert.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugte Ausführungsbeispiele 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.
