DE102022202954B4

DE102022202954B4 - Shim-Vorrichtung, Verfahren zur Verwendung der Shim-Vorrichtung und MR-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102022202954B4
Application number: DE102022202954.2A
Authority: DE
Inventors: Johann Sukkau; Andrew Dewdney; Michael Leigart
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2042-03-26
Also published as: US20230324483A1; CN116804723A; DE102022202954A1

Abstract

Shim-Vorrichtung (1) für eine MR-Vorrichtung (2) zur automatisierten und schnelleren Ermittlung relevanter Größen für eine Shim-Optimierung oder Shim-Einstellung, wobei die Shim-Vorrichtung (1) zur Anordnung und/oder stabilen Positionierung in einem Patiententunnel (3) der MR-Vorrichtung (2) ausgebildet ist, umfassend:- Einen Probenhalter (9), wobei der Probenhalter (9) eine Mehrzahl an MR-Referenzproben (10) umfasst, wobei die MR-Referenzproben (10) an dem Probenhalter (9) angeordnet sind,- Einen Rahmen (4) und eine Welle (8), wobei die Welle (8) am Rahmen (4) drehbar um eine Drehachse (D) gelagert ist, wobei der Probenhalter (9) drehfest mit der Welle (8) verbunden ist, wobei die MR-Referenzproben (9) von der Drehachse (D) beabstandet sind,- Eine elektrische oder pneumatische Antriebseinheit (12), wobei die Antriebseinheit (12) ausgebildet ist, ein Drehmoment auszugeben,- Einer Getriebeeinheit (17), wobei die Getriebeeinheit (17) ausgebildet ist, das von der Antriebseinheit (12) ausgegebene Drehmoment auf die Welle (8) zu übertragen und die MR-Referenzproben (10) um die Drehachse (D) zu drehen oder zu schwenken dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) einen Bodenabschnitt (5) und zwei Schulterabschnitte (36) aufweist, wobei die Schulterabschnitte (37a, b) jeweils einen Lagerpunkt (7a, b) aufweisen, wobei die Welle (8) in den Lagerpunkten (7a, b) drehbar gelagert ist, wobei von der Shim-Vorrichtung (1) ein Arbeitszustand und ein Transportzustand einnehmbar ist, wobei die Schulterabschnitte (36) im Arbeitszustand die Welle (8) von dem Bodenabschnitt (5) beabstanden, wobei der Probenhalter (9) und/oder die Welle (8) im Transportzustand auf dem Bodenabschnitt (5) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Shim-Vorrichtung für eine MR-Vorrichtung zur Anpassung eines Magnet-Shims der MR-Vorrichtung.
MR-Vorrichtungen werden zur Bildgebung im medizinischen Bereich eingesetzt. Das Untersuchungsobjekt, beispielsweise ein Patient, wird einem statischen Magnetfeld ausgesetzt, welches auch BO-Feld genannt wird. Das statische Magnetfeld richtet im Untersuchungsobjekt, insbesondere im Patienten, die Kernspins aus. Das statische Magnetfeld wird von Gradientenfeldern überlagert, die zur Ortskodierung dienen. Anschließend wird ein HF-Puls in das Untersuchungsobjekt eingestreut, wobei der HF-Puls eine Anregung und einen Flip der Kernspins bewirkt. Die angeregten Kernspins kehren anschließend wieder in den energetisch niedrigeren Zustand und die durch B0 vorgegebene Ausrichtung zurück. Durch den Relaxationsprozess wird ein MR-Signal ausgesendet, welches von der MR-Vorrichtung empfangen und zur Bildgebung aufbereitet wird.
Die Qualität einer MR-Aufnahme, insbesondere eines MR-Bildes, hängt stark von der Beschaffenheit der verwendeten Magnetfelder, insbesondere B0, Gradientenfelder und B1, ab. Einen großen Einfluss hat die Homogenität der Magnetfelder. Die Magnetfelder in einer MR-Vorrichtung weisen unterschiedliche Störungen auf. Diese können sowohl produktionsbedingt (Feldmagnet, Spulen, Elektronik), als auch umgebungsbedingt sein. Um Inhomogenitäten der Magnetfelder auszugleichen, werden sogenannte Shims verwendet. Die Shims bzw. das Shimming einer MR-Vorrichtung ist insbesondere nach einer Installation, Wartung, einem Umbau oder längeren Betriebszeiten zu überprüfen, anzupassen und/oder neu einzustellen. Hierzu können Shim-Vorrichtungen eingesetzt werden.
Beispielsweise sind Shim-Vorrichtungen bekannt, die in einen Patiententunnel der MR-Vorrichtung positioniert werden können und an einem drehbaren Probenrad Referenzproben umfassen. Dergleichen Shim-Vorrichtungen werden auch als Shim-Arrays bezeichnet und sind bedingt durch ihre stabile Konstruktion schwer, groß und unhandlich.
Beispielsweise weisen die bekannten Shim-Vorrichtungen eine Scheibe mit den MR-Proben auf, wobei die Scheibe manuell gedreht und arretiert werden muss. Damit bei dieser manuellen Drehung die Positionen reproduzierbar an genau vorgegebenen Stellen stehen bleiben, muss die Shim-Vorrichtung massiv und steif ausgeführt werden. Außerdem wurde in Tests ermittelt, dass man senkrecht zur Drehachse einen Ring aus Metall oder Alu benötigt, damit die Drehachse ihre Position behält. Wegen dieser Maßnahmen sind die bekannten Shim-Vorrichtungen häufig schwerer als 25 kg. Zudem haben die bekannten Shim-Vorrichtungen den Nachteil, dass bei einer Verschiebung der Shim-Vorrichtung entlang der Z-Achse des Magneten sowohl im Alu-Ring, als auch in dem HF-Schirm des Multiplexers Wirbelströme induziert werden, die der Bewegungsrichtung entgegenwirken und so die Positionierungsbewegung abbremsen.
Ein weiteres Problem der bekannten Shim-Vorrichtungen zeigt sich bei einem Zentrieren der Shim-Vorrichtung im ISO-Zentrum der MR-Vorrichtung. Die Z-Position der MR-Proben wird mit Hilfe von Gradienten zu Beginn des Magnetshimmings ermittelt und daraus ein Z-Delta zwischen der Mitte der Shim-Vorrichtung und dem ISO-Zentrum berechnet. Daraufhin werden dem Servicetechniker entsprechende Hinweise gegeben, die Shim-Vorrichtung entlang der Z-Achse um eine bestimmte Anzahl an Millimetern zu verschieben. Der Servicetechniker hat an dieser Stelle allerdings keine weiteren Hilfsmittel (wie z.B. ein Lineal mit mm-Rasterung an der Innenseite des Patiententunnels), an denen er die vorgegebene Verschiebung genau einhalten kann. Er muss diese Distanz per Augenmaß abschätzen und durchführen. Bei höheren Feldstärken (>= 7T) kommt noch ein Sicherheitsaspekt hinzu, denn für den Servicetechniker kann es gefährlich sein, seinen Kopf in den Patiententunnel zu stecken. Die Shim-Vorrichtung für solche Feldstärken muss für das manuelle Drehen entsprechend modifiziert werden. So können z.B. entsprechende Verlängerungsstangen für die manuelle Drehung vorgesehen werden. Die Gesamtgröße solcher Shim-Vorrichtungen erlaubt keinen Transport in einem üblichen PKW.
Aus der Druckschrift DE 10 2020 211 327 A1 ist ein DC-Motor (DC = Direct Current; Gleichstrommotor) zum Betrieb in einem externen Magnetfeld bekannt, umfassend einen Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist und zumindest zwei Wicklungen aufweist. Der DC-Motor ist insbesondere in einem Magnetresonanztomographen einsetzbar.
Die wissenschaftliche Publikation „A rotational cylindrical fMRI phantom for image quality contro" von Tovar, Zhan und Rajan (Plos one, 2015, 10. Jg., Nr. 12, S. E0143172. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0143172) beschreibt ein Phantom zur Ermittlung der Bildqualität in der funktionalen Magnetresonanztomographie. Das Phantom weist ein Volumen von etwa 4,5 Liter auf, ist zylindrisch ausgebildet und umfasst in keilförmigen Aufnahmen Nickelchlorid, welches in den MR-Bildern sichtbar ist.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben dargelegten Probleme und Nachteile der bekannten Shim-Vorrichtungen zu beheben. Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Shim-Vorrichtung, das Verfahren zur Verwendung der Shim-Vorrichtung und die MR-Vorrichtung mit der Shim-Vorrichtung gelöst.
Es wird eine Shim-Vorrichtung vorgeschlagen. Die Shim-Vorrichtung ist zur Verwendung in und/oder mit einer MR-Vorrichtung ausgebildet. Beispielsweise wird die Shim-Vorrichtung hierzu in einem Messbereich, z.B. Patiententunnel platziert, und ein MR-Scan und/oder MR-Messdaten werden von der Shim-Vorrichtung aufgenommen. Basierend auf dem MR-Scan und/oder den MR-Messdaten und der Kenntnis über die Shim-Vorrichtung kann so das Shim bzw. die Felder der MR-Vorrichtung angepasst werden. Die MR-Vorrichtung ist insbesondere als ein Magnetresonanztomograph ausgebildet und umfasst einen Patiententunnel, auch Core genannt. Die Shim-Vorrichtung ist insbesondere für eine Positionierung, Verschiebung, Bewegung und/oder Befestigung in dem Patiententunnel ausgebildet. Die Shim-Vorrichtung ist hierzu entsprechend geformt und/oder dimensioniert. Im Speziellen definiert die MR-Vorrichtung eine Z-Richtung, wobei die Z-Richtung beispielsweise in Richtung eines Patiententunnels orientiert ist. Die Z-Achse ist im Speziellen in Richtung der Vorzugsrichtung des B0 Feldes orientiert. Die Shim-Vorrichtung ist beispielsweise ausgebildet, in Richtung der Z-Richtung verschiebbar angeordnet werden zu können.
Die Shim-Vorrichtung umfasst einen Probenhalter. Der Probenhalter umfasst eine Mehrzahl an MR-Referenzproben. Alternativ ist die Mehrzahl an MR-Referenzproben dem Probenhalter zugeordnet und/oder auf ihm angeordnet. Beispielsweise umfasst der Probenhalter mindestens fünf und im Speziellen mindestens zwölf MR-Referenzproben. Die MR-Referenzproben sind jeweils an Referenzpositionen angeordnet, befestigt und/oder positioniert. Die MR-Referenzproben sind beispielsweise form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Probenhalter, im Speziellen einem Grundkörper des Probenhalters, verbunden.
Der Probenhalter ist vorzugsweise flächig ausgebildet und/oder umfasst einen flächigen Grundkörper. Beispielsweise ist der Probenhalter und/oder der Grundkörper als eine Scheibe, kreisförmig oder als ein Rad ausgebildet. Der Probenhalter und/oder der Grundkörper kann vollflächig ausgebildet sein, alternativ können Materialaussparungen vorgesehen sein. Der Grundkörper und/oder der Probenhalter ist insbesondere biegesteif ausgebildet. Besonders bevorzugt bildet der Probenhalter und/oder der Grundkörper eine kreisförmige Scheibe. Der Grundkörper ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, im Speziellen einem graphenfaserverstärkten Kunststoff, einem nichtmagnetischen Metall, und/oder einem nichtmagnetischen Verbundmaterial gebildet.
Die Referenzpositionen sind insbesondere über den Probenhalter, im Speziellen den Grundkörper, verteilt. Besonders bevorzugt sind die Referenzpositionen äquidistant und/oder in gleichen Winkelabständen angeordnet. Beispielsweise ist die Drehachse senkrecht bezüglich einer ebenen Erstreckung des Probenhalters und/oder des Grundkörpers definiert, wobei die Referenzpositionen beispielsweise in Umlaufrichtung um die Referenzachse auf dem Grundkörper angeordnet sind. Die MR-Referenzproben sind insbesondere MR aktive Proben und/oder weisen einen starken Kontrast zur Umgebung und/oder dem Probenhalter auf. Beispielsweise umfassen oder bilden die MR-Referenzproben eine Flüssigkeit, ein Gel, einen Schaum, einen Kunststoff oder ein Silikon, welches selbst MR aktiv ist und/oder mit einer MR aktiven Substanz, beispielsweise einem Salz, versetzt ist. Insbesondere sind die MR-Referenzproben verschiedenartig ausgebildet, beispielsweise weisen sie verschiedene Volumina, Formen und/oder MR-Aktivitäten auf. Im Speziellen unterscheiden sich die Konzentrationen der MR aktiven Substanzen und/oder Salze zwischen den MR-Referenzproben der Shim-Vorrichtung.
Die Shim-Vorrichtung umfasst einen Rahmen und eine Welle. Der Rahmen bildet im Speziellen ein Gestell, ein Gerüst und/oder eine Auflage für die Welle. Der Rahmen ist vorzugsweise quaderförmig ausgebildet. Der Rahmen weist eine Längserstreckung auf, wobei bei Verwendung der Shim-Vorrichtung die Längserstreckung gleichgerichtet zur Vorzugsrichtung des BO-Feldes ist. Das Gestell umfasst beispielsweise einen Bodenabschnitt, im Speziellen als Bodenplatte, und Seitenabschnitte, im Speziellen einen vorderen und einen hinteren Seitenabschnitt. Der Rahmen kann ferner zwei Seitenabschnitte aufweisen. Die Seitenabschnitte können als Seitenwände ausgebildet sein, im Speziellen als vollflächige und/oder durchgängige Wände, oder alternativ als gitterförmige Wände oder Wände mit Ausnehmungen.
Die Welle ist drehbar um eine Drehachse auf oder in dem Rahmen aufgenommen bzw. gelagert. Die Drehachse ist insbesondere gleichgerichtet zur Längserstreckung des Rahmens und/oder zur Vorzugsrichtung des B0 Feldes. Hierzu können der vordere und hintere Seitenabschnitt ein Lager umfassen und die Welle drehbar aufnehmen. Die Welle ist stabförmig ausgebildet und bildet beispielsweise eine Spindel. Vorzugsweise ist die Welle aus einem Metall, insbesondere einem nichtmagnetischen Metall, gefertigt. Alternativ kann die Welle aus einem Kunststoff gefertigt sein.
Der Probenhalter ist drehfest mit der Welle verbunden. Beispielsweise können Probenhalter und Welle gemeinsam ein einstückiges Element bilden. Der Probenhalter kann mit der Welle ferner stoffschlüssig, beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen, kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. Der Probenhalter ist insbesondere so an der Welle angebracht und/oder positioniert, dass dieser zwischen den Lagern, Auflagepunkten und/oder der vorderen und hinteren Seitenwand des Rahmens angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist der Probenhalter so an der Welle angebracht und/oder positioniert, dass er mittig zwischen den Lagern, der Längserstreckung des Rahmens oder der vorderen und hinteren Seitenwand liegt. Die MR-Referenzproben und/oder die Referenzpositionen sind beabstandet zur Drehachse bzw. zur Welle. Der Abstand zwischen Drehachse und MR-Referenzprobe bzw. Referenzposition wird auch als Probenabstand r_i bezeichnet. Für die MR-Referenzproben wird als Abstand zur Drehachse vorzugsweise ein Schwerpunkt der MR-Referenzproben oder geometrischer Mittelpunkt der MR-Referenzproben zur Drehachse verstanden. Die MR-Referenzproben können unterschiedliche oder gleiche Probenabstände r_i zur Drehachse aufweisen. Eine Drehung bzw. ein Schwenken der Welle um die Drehachse erzeugt so eine Drehung bzw. ein Schwenken der MR-Referenzproben entlang eines Kreisbogens um die Drehachse mit einem Radius r_i.
Die Shim-Vorrichtung umfasst eine Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit einen pneumatischen oder elektromagnetischen Antrieb und/oder Motor bildet. Die Antriebseinheit ist vorzugsweise am oder auf dem Bodenabschnitt des Rahmens angeordnet. Alternativ kann die Antriebseinheit beispielsweise in Höhe der Drehachse oder zwischen Drehachse und Bodenabschnitt angeordnet sein. Die Antriebseinheit kann ferner innenliegend, insbesondere zwischen den Seitenwänden des Rahmens, oder außenliegend angeordnet sein. Ferner ist die Antriebseinheit verschiebefest mit dem Rahmen verbunden. Die Antriebseinheit ist ausgebildet, ein Drehmoment auszugeben. Die Antriebseinheit weist hierzu beispielsweise eine Motordrehachse auf oder definiert diese. Das Drehmoment wird an und/oder bezüglich der Motordrehachse ausgegeben. Im Speziellen bildet die Antriebseinheit einen Schrittmotor. Die Antriebseinheit kann eine regelbare und/oder steuerbare Antriebseinheit bilden, wobei z.B. die Größe des auszugebenden Drehmoments und/oder ein Winkelinkrement regelbar, einstellbar und/oder steuerbar sind.
Ferner umfasst die Shim-Vorrichtung eine Getriebeeinheit. Die Getriebeeinheit stellt eine Wirkverbindung zwischen der Antriebseinheit und der Welle her. Die Getriebeeinheit ist ausgebildet, das Drehmoment der Antriebseinheit auf die Welle zu übertragen, insbesondere so, dass das Drehmoment der Antriebseinheit die Welle um die Drehachse schwenkt oder dreht. Im Speziellen verbindet die Getriebeeinheit die Motordrehachse der Antriebseinheit mit der Welle. Die Umsetzung des Drehmoments der Antriebseinheit auf die Welle erfolgt durch die Getriebeeinheit vorzugsweise im Verhältnis 1:1, wobei die Getriebeeinheit alternativ auch eine übersetzende oder untersetzende Wirkung haben kann. Die Getriebeeinheit bildet eine mechanische Getriebeeinheit, insbesondere ein Zahnradgetriebe, ein Riemengetriebe oder eine Mischform aus Zahn- und Riemengetriebe.
Das durch die Getriebeeinheit übertragene Drehmoment bewirkt ein Schwenken und/oder Drehen der Welle um die Drehachse und somit auch ein Schwenken und/oder Drehen des Probenhalters, der MR-Referenzproben und der Referenzpositionen um die Drehachse. Bei einer Umsetzung bzw. Übersetzung im Verhältnis 1:1 werden die MR-Referenzproben und Referenzpositionen um dasselbe Winkelinkrement geschwenkt bzw. gedreht, wie die Motordrehachse. Somit ist es möglich, die MR-Referenzproben basierend auf einer Ansteuerung der Antriebseinheit und/oder dem ausgegebenen Drehmoment um die Drehachse zu drehen, zu schwenken und/oder zu positionieren. Beispielweise kann so eine gewünschte MR-Referenzprobe um die Drehachse gezielt positioniert werden.
Hierzu kann die Shim-Vorrichtung eine Steuereinheit aufweisen, wobei die Steuereinheit beispielsweise software- oder hardwarebasiert ausgebildet sein kann. Die Steuereinheit ist ausgebildet, die Antriebseinheit zur Ausgabe des Drehmoments anzusteuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit die Größe des auszugebenden Drehmoments und/oder Winkelinkrement steuern, einstellen und/oder regeln. Im Speziellen steuert die Steuereinheit die Antriebseinheit basierend auf einem Schwenkwert an, wobei der Schwenkwert beispielsweise eine zu erzielende Drehung oder Schwenkung einer MR-Referenzprobe um die Drehachse beschreibt. Die Steuereinheit steuert die Antriebseinheit z.B. so an, dass das ausgegebene Drehmoment die zu erzielende Drehung, Schwenkung oder Schwenkwert bewirkt.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, eine Shim-Vorrichtung bereitzustellen, die zur automatisierten und schnelleren Ermittlung der relevanten Größen für eine Shim-Optimierung oder Shim-Einstellung ausgebildet ist. Die durch die Erfindung bereitgestellte Shim-Vorrichtung zeichnet sich ferner durch eine kompaktere Bauweise aus, die insbesondere dadurch ermöglicht wird, dass nicht wie bisher Stangen und/oder ausladende Manipulatoren zum manuellen Bewegen eines Probenrads vorgesehen werden müssen. Durch die Verwendung der Antriebseinheit, die insbesondere über eine Steuereinheit gezielt ansteuerbar ist, können MR-Referenzproben gezielt an einer gewünschten Stelle im Patiententunnel positioniert werden.
Der Probenhalter ist insbesondere flächig ausgebildet. Der Probenhalter weist beispielsweise eine flächige Erstreckung von mindestens 10 cm² auf. Dabei kann der Probenhalter eine ebene Fläche oder eine gekrümmte Fläche bilden. Der Probehalter, bzw. dessen flächige Erstreckung, definiert eine Probenhalterebene. Der Probenhalter ist beispielsweise als ein Flachbauteil ausgebildet. Beispielsweise weist der Probenhalter eine Materialstärke von mindestens 1 mm und vorzugsweise weniger als 3 cm auf. Im Speziellen bildet der Probenhalter eine kreisförmige Scheibe oder ein Polygon. Insbesondere steht die Drehachse bzw. die Welle senkrecht zur Probenhalteebene. Im Falle eines gekrümmten flächigen Probenhalters steht die Drehachse bzw. Welle senkrecht zu einer Tangentialebene im Schnittpunkt der Drehachse mit dem Probenhalter. Optional weist der Probenhalter eine Drehsymmetrie auf, wobei die Drehsymmetrie bezüglich der Welle bzw. Drehachse gegeben ist. Die MR-Referenzproben bzw. die Referenzpositionen weisen zur Drehachse bzw. zur Welle einen Abstand r_i auf. Durch die drehfeste Verbindung der Welle mit dem Probenhalter bewirkt eine Drehung der Welle eine Drehung bzw. ein Schwenken der MR-Referenzproben bzw. Referenzpositionen. Durch die Verwendung eines dergleichen Probenhalters wird die benötigte Stabilität zum positionsgenauen Platzieren der MR-Referenzproben bei der Verwendung der Shim-Vorrichtung gewährleistet. Beispielsweise bildet der Probenhalter eine Kupferscheibe, eine Aluscheibe oder eine Scheibe aus einem biegesteifen Kunststoff. Die MR-Referenzproben können beispielsweise in Ausnehmungen des Probenhalters angeordnet sein oder auf dem Probenhalter stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig angebracht sein. Im Falle eines Probenhalters aus einem Kunststoff oder Verbundmaterial können die MR-Referenzproben bei der Herstellung des Probenhalters integriert worden sein, beispielsweise eingegossen und/oder vollständig vom Material des Probenhalters umschlossen sein. So ist ein ungewolltes Deplatzieren und Verschieben der MR-Referenzproben innerhalb des Probenhalters ausgeschlossen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Getriebeeinheit einen Riemen, im Speziellen einen Zahnriemen, umfasst oder bildet. Der Riemen bzw. der Zahnriemen verbindet die Antriebseinheit, z.B. eine Motordrehachse, mit der Welle. Hierzu umfasst die Antriebseinheit und die Welle beispielsweise je ein Zahnrad bzw. ein Kettenrad. Der Zahnriemen steht dabei mit dem Zahnrad bzw. Kettenrad der Antriebseinheit und der Welle im Eingriff. Die Durchmesser der Zahnräder bzw. Kettenräder sind vorzugsweise gleich groß, sodass eine 1:1 Übertragung des Drehmoments erzielt wird. Für den Fall, dass eine Über- oder Untersetzung des Drehmoments erzielt werden soll, werden die Durchmesser der Zahnräder bzw. Kettenräder entsprechend aufeinander angepasst. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Riemen, im Speziellen der Zahnriemen, eine direkte Verbindung von Antriebseinheit und Welle bildet, wobei die Drehachse der Welle hierbei gleichgerichtet zur Motordrehachse ist. Für den Fall, dass die Motordrehachse nicht gleichgerichtet zur Drehachse der Welle ist, ist ein Umlenkungselement, bzw. Umlenkgetriebe, zwischen Welle und Antriebseinheit angeordnet, welches das Drehmoment entsprechend umlenkt.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Antriebseinheit einen Elektromotor bildet und/oder umfasst. Der Elektromotor ist insbesondere ein Elektromotor zum Einsatz in einem externen elektrischen oder magnetischen Feld. Im Speziellen bildet der Elektromotor einen Motor, der basierend auf dem externen magnetischen Feld betrieben wird. Hierzu ist es insbesondere vorgesehen, dass die Motordrehachse quer zur Vorzugsrichtung des externen magnetischen Felds, hier des B0 Feldes, steht. Beispielsweise ist die Motordrehachse senkrecht zum Bodenabschnitt angeordnet, senkrecht zur Welle angeordnet und/oder bildet eine Linearkombination aus einem Vektor in Richtung der Drehachse und der Normalen zum Bodenabschnitt. Insbesondere ist die Antriebseinheit, im Speziellen der Elektromotor, ausgebildet wie in der Druckschrift DE 10 2020 211 327 A1 beschrieben, deren Inhalt hiermit aufgenommen wird.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Getriebeeinheit ein Umlenkgetriebe umfasst. Das Umlenkgetriebe ist ausgebildet, das Drehmoment der Antriebseinheit in ein Drehmoment bezüglich der Drehachse der Welle umzulenken. Beispielsweise ist die Motordrehachse senkrecht bzw. quer zur Drehachse der Welle orientiert, sodass das Umlenkgetriebe das Drehmoment entsprechend umlenkt. Das Umlenkgetriebe ist zwischen Welle und Antriebseinheit angeordnet, insbesondere ist es in einem Innenbereich des Rahmens und/oder auf dem Bodenabschnitt des Rahmens angeordnet. Im Speziellen bildet das Umlenkgetriebe ein 90°-Umlenkgetriebe.
Diesen Ausgestaltungen liegt die Überlegung zugrunde, eine basierend auf einem Elektromotor angesteuerte Shim-Vorrichtung bereitzustellen, die MR-kompatibel ist und auch in starken externen Magnetfeldern betreibbar ist. Insbesondere umfasst die Erfindung die Idee, das externe und starke Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen als Magnetfeld zum Betreiben eines Elektromotors zu nutzen und so eine automatisierte und steuerbare Drehung des Probenhalters zu ermöglichen.
Die Shim-Vorrichtung weist einen Arbeitszustand und einen Transportzustand auf bzw. kann diese einnehmen. Im Arbeitszustand kann die Shim-Vorrichtung zur Shim-Optimierung bzw. Shim-Einstellung verwendet werden. Insbesondere ist die Shim-Vorrichtung im Arbeitszustand zur Anordnung, Positionierung und/oder Verschiebung im Magnetresonanztomographen bzw. im Patiententunnel ausgebildet und/oder eingerichtet. Im Transportzustand ist die Shim-Vorrichtung im Vergleich zum Arbeitszustand besonders kompakt und/oder gegen externe Umwelteinflüsse geschützt, beispielsweise gegen Staub, Feuchtigkeit und/oder mechanische Einflüsse. Insbesondere ist im Transportzustand die Shim-Vorrichtung bzw. der Probenhalter von einem Gehäuse umschlossen.
Die Shim-Vorrichtung, erfindungsgemäß der Rahmen, weist einen Bodenabschnitt und zwei Schulterabschnitte auf. Die Schulterabschnitte bilden insbesondere die vordere und hintere Seitenwand. Die zwei Schulterabschnitte sind in Längsrichtung der Shim-Vorrichtung voneinander beabstandet. Die Schulterabschnitte können flächige Abschnitte bilden, alternativ bilden die Schulterabschnitte Verstrebungen und/oder Gitterabschnitte. Die Schulterabschnitte sind mit dem Bodenabschnitt verbunden. Im Arbeitszustand stehen die Schulterabschnitte vorzugsweise senkrecht auf dem Bodenabschnitt. Die Schulterabschnitte weisen insbesondere jeweils einen Lagerpunkt auf, beispielsweise umfassend ein Lager, Kugellager und/oder Gleitlager. Die Welle ist in den Lagerpunkten drehbar gelagert. Der Schulterabschnitt ist mit dem Bodenabschnitt schwenkbar bzw. klappbar verbunden, beispielsweise über ein Gelenk. Der Schulterabschnitt kann durch Schwenken und/oder Klappen um den Verbindungspunkt bzw. das Gelenk, in den Transportzustand überführt werden. Der Schulterabschnitt ist im Transportzustand gleichgerichtet zur flächigen Erstreckung des Bodenabschnitts, auf dem Bodenabschnitt abgestützt oder in eine Vertiefung des Bodenabschnitts versenkt.
Die Shim-Vorrichtung umfasst vorzugsweise ein Deckelmodul. Das Deckelmodul ist beispielsweise aus einem Leichtmetall gefertigt oder gebildet, wobei im Speziellen auch der Rahmen und/oder die Welle aus dem Leichtmetall gebildet oder gefertigt sind. Alternativ ist das Deckelmodul aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem faserverstärkten bzw. carbonfaserverstärkten Kunststoff, gebildet. Das Deckelmodul ist ausgebildet, den Probenhalter im Transportzustand mindestens teilweise zu umgeben. Beispielsweise bildet das Deckelmodul zusammen mit dem Bodenabschnitt eine Transportbox für den Probenhalter. Das Deckelmodul kann quadratförmig und/oder als Box ausgebildet sein. Das Deckelmodul ist vorzugsweise ausgebildet und/oder eingerichtet, im Arbeitszustand als Unterlage für den Bodenabschnitt und/oder den Rahmen zu dienen. Insbesondere ist das Deckelmodul dabei so ausgebildet, dass der Probenhalter bei Verwendung des Deckelmoduls als Unterlage auf einer gewünschten Höhe im Patiententunnel angeordnet ist. Im Speziellen umfasst das Deckelmodul eine Hebebühneneinrichtung, im Folgenden auch kurz Hebebühne genannt. Die Hebebühneneinrichtung ist ausgebildet, eine verstellbare, insbesondere höhenverstellbare, Unterlage für den Rahmen im Arbeitszustand zu bilden. Beispielsweise kann die Einstellung der Hebebühneneinrichtung auf die Höhe des Probenrades im Patiententunnel angepasst werden, sodass die Shim-Vorrichtung kompatibel ist für Magnetresonanztomographen unterschiedlicher Feldstärken und/oder mit unterschiedlichen Durchmessern.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Vorrichtung entlang einer Z-Koordinatenachse verschiebbar ausgebildet ist. Die Z-Koordinatenachse zeigt im Arbeitszustand entlang des B0-Feldes, entlang oder durch den Patiententunnel. Insbesondere ist die Vorrichtung im Arbeitszustand in Richtung und gegen die Richtung der Vorzugsrichtung des B0-Magnetfeldes verschiebbar. Die Verschiebung während des Arbeitszustandes erfolgt insbesondere in konstanter Höhe, wobei als konstante Höhe eine einheitliche Höhe über dem Erdboden verstanden wird. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung innerhalb des Patiententunnels verschiebbar, insbesondere hinein und hinaus. Durch das Verschieben kann die Shim-Vorrichtung, im Speziellen der Probenhalter, im ISO-Zentrum des Magnetresonanztomographen positioniert werden. Die Shim-Vorrichtung kann eine Auswerteeinheit umfassen, z.B. als Teil der Steuereinheit.
Die Shim-Vorrichtung umfasst mindestens einen Magnetfeldsensor. Der Magnetfeldsensor ist beispielsweise als Hallsensor ausgebildet. Insbesondere umfasst die Shim-Vorrichtung mindestens zwei oder mindestens fünf Magnetfeldsensoren. Der Magnetfeldsensor weist einen festen Abstand, auch feste Relativposition genannt, zum Probenhalter auf. Die feste Relativposition bzw. Abstand bezieht sich im Speziellen auf den Mittelpunkt des Probenhalters. Insbesondere ist der Magnetfeldsensor mindestens 50 cm vom Probenhalter beabstandet. Die Shim-Vorrichtung weist hierzu vorzugsweise einen Arm auf, wobei der Arm gleichgerichtet zur Drehachse ist. Der Arm ist vorzugsweise stabförmig und/oder bildet eine Fortführung der Welle. Der Arm ist beispielsweise klappbar und/oder ausziehbar, sodass dieser im Arbeitszustand den Magnetfeldsensor weiter vom Probenhalter beabstandet als im Transportzustand.
Die Magnetfeldsensoren sind ausgebildet, eine Feldstärke des Magnetfelds der MR-Vorrichtung zu ermitteln und/oder zu messen. Durch die Verwendung einer Mehrzahl an Magnetfeldsensoren ist insbesondere ein Verlauf des Magnetfelds ermittelbar und/oder messbar. Insbesondere wird von den Magnetfeldsensoren der Betrag und/oder die Richtung des BO-Feldes ermittelt und/oder gemessen. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, basierend auf dem ermittelten Magnetfeld und/oder dem Verlauf der Magnetfelder einen Versatz zwischen Probenhalter und Zentrum, insbesondere ISO-Zentrum, der MR-Vorrichtung zu bestimmen.
Die Shim-Vorrichtung umfasst insbesondere eine Rückmeldeeinheit. Der Rückmeldeeinheit ist der ermittelte und/oder bestimmte Versatz bereitgestellt. Die Rückmeldeeinheit ist ausgebildet und/oder eingerichtet, den Versatz, im Speziellen eine Größeninformation und/oder eine Richtungsinformation zum Versatz, auszugeben und/oder anzuzeigen. Beispielsweise ist die Rückmeldeeinheit zur optischen Ausgabe und/oder Anzeige des Versatzes ausgebildet, beispielsweise in Form der Anzeige einer Richtung z.B. Pfeilen und/oder Abstandsmaßes z.B. Zentimeter oder Millimeter. Alternativ und/oder ergänzend kann die Rückmeldeeinheit den Versatz, die Größeninformation und/oder Richtungsinformation mittels Leuchtquellen anzeigen, beispielsweise LEDs in unterschiedlichen Farben und/oder durch unterschiedliche Lichtintensitäten. Im Speziellen ist die Rückmeldeeinheit zur akustischen Ausgabe und/oder Beschreibung des Versatzes, der Größeninformation und/oder Richtungsinformation ausgebildet, beispielsweise durch die Ausgabe eines Tones in unterschiedlichen Lautstärken und/oder Frequenzen den Abstand oder Versatz zu beschreiben. Im Speziellen kann die Rückmeldeeinheit eine Sprachausgabe bilden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Probenhalter einen Magnetfeldsensor umfasst und/oder aufweist. Der Probenhalter kann eine Mehrzahl an Magnetfeldsensoren aufweisen. Der oder die Magnetfeldsensoren sind insbesondere in einem zentralen Bereich des Probenhalters oder verteilt über den Probenhalter angeordnet. Die Magnetfeldsensoren sind ausgebildet, ein Magnetfeld im Bereich des Probenhalters, im Speziellen des B0-Felds, zu ermitteln und/oder zu bestimmen. Der Steuereinheit sind die ermittelten Magnetfelder im Bereich des Probenhalters bereitgestellt. Die Steuereinheit ist ausgebildet und/ oder eingerichtet, eine Ansteuergröße zu ermitteln und/oder zu bestimmen. Die Ansteuergröße ist ausgebildet und/oder eingerichtet zu beschreiben, wie groß das auszugebende Drehmoment zu sein hat, um eine entsprechende Drehung des Probenhalters oder der MR-Referenzprobe zu erzeugen. Die Steuereinheit steuert die Antriebseinheit basierend auf der Ansteuergröße an. Beispielsweise wird von der Steuereinheit unterschieden, ob die MR-Vorrichtung eine =<3 Tesla oder eine >=6 Tesla MR-Vorrichtung bildet, wobei für letztere MR-Vorrichtung eine stärkere Ansteuerung und/oder ein größeres Drehmoment auszugeben ist, als für die MR-Vorrichtung mit geringerer Feldstärke. Vorzugsweise umfasst die Shim-Vorrichtung eine Encodereinheit, die ausgebildet ist, eine Winkelstellung zu ermitteln, insbesondere eine Winkelstellung des Probenhalters, der Welle oder der Motordrehachse. Die Encodereinheit kann ermitteln, welche MR-Referenzprobe sich an welcher Position bzw. Stellung befindet, beispielsweise welche MR-Referenzprobe oben, unten, rechts oder links positioniert ist. Die Steuereinheit ist ausgebildet und/oder eingerichtet, basierend auf der ermittelten Winkelstellung die Antriebseinheit anzusteuern. Beispielsweise kann so eine gewünschte MR-Referenzprobe an einer gewünschten Position in der MR-Vorrichtung positioniert werden, beispielsweise oben oder unten. Ferner kann basierend auf der ermittelten Winkelstellung ein Überdrehen des Probenhalters und/oder der Antriebseinheit vermieden werden.
Besonders bevorzugt umfasst die Shim-Vorrichtung eine Arretiereinrichtung. Die Arretiereinrichtung umfasst Arretierstifte, welche in Arretierausnehmungen einrasten können. Hierzu weist der Probenhalter die Arretierausnehmungen auf, welche als Sacklöcher oder als vollständige Durchbrüche ausgebildet sein können. Die Arretierausnehmungen sind insbesondere in Umlaufrichtung um die Drehachse, im Speziellen gleichmäßig, angeordnet. Zur Arretierung des Probenhalters, insbesondere zur Fixierung einer MR-Referenzprobe in einer gewünschten Lage, rastet der Arretiertstift in einer der Arretierausnehmungen ein. Um den Probenhalter weiter drehen zu können, muss der Arretiertstift aus der Arretierausnehmungen aktiv gezogen werden oder entrasten, beispielsweise durch Wegnahme einer Kraftbeaufschlagung oder Spannen einer Feder, welche den Arretierstift gegen den Probenhalter verspannt.
Einen weiteren Gegenstand bildet ein Verfahren zum Betreiben und/oder Verwenden der Shim-Vorrichtung. Die Shim-Vorrichtung wird im Arbeitszustand in einem Untersuchungsbereich der MR-Vorrichtung, zum Beispiel in einem Patiententunnel eines Magnetresonanztomographen, positioniert. Im Speziellen wird die Shim-Vorrichtung zur Verwendung und/oder Betreiben nahe an einem Zentrum, insbesondere ISO-Zentrums, eines Feldmagneten der MR-Vorrichtung positioniert. Die Shim-Vorrichtung wird vorzugsweise in der MR-Vorrichtung, insbesondere im Patiententunnel, fixiert, beispielsweise durch Verspannen. Optional ist es vorgesehen, unter den Rahmen der Shim-Vorrichtung, im Speziellen unter den Bodenabschnitt des Rahmens, das Deckelmodul anzuordnen, welches beispielsweise eine Hebebühne zur Höheneinstellung umfasst. Die Steuereinheit der Shim-Vorrichtung steuert die Antriebseinheit an, ein Drehmoment auszugeben, welches von der Getriebeeinheit auf die Welle übertragen wird, um die MR-Referenzproben um die Drehachse zu drehen und/oder zu schwenken. Insbesondere kann die Steuereinheit ausgebildet sein, eine ausgewählte oder auswählbare MR-Referenzprobe aus der Mehrzahl an MR-Referenzproben an eine bestimmte Stelle auf einem Kreisbogen um die Drehachse und/oder eine ausgewählte oder auswählbare Lage zu positionieren. Die MR-Vorrichtung führt einen MR-Scan und/oder MR-Messdatenaufnahme durch, während die Shim-Vorrichtung in der MR-Vorrichtung angeordnet ist. Basierend auf dem MR-Scan und/oder den MR-Messdaten der Shim-Vorrichtung und/oder der MR-Referenzproben wird der Shim der MR-Vorrichtung eingestellt und/oder optimiert.
Einen weiteren Gegenstand bildet eine MR-Vorrichtung, im Speziellen ein Magnetresonanztomograph. Die MR-Vorrichtung weist einen Untersuchungsbereich, insbesondere in Form eines Patiententunnels, auf. Im Arbeitszustand der Shim-Vorrichtung ist diese in der MR-Vorrichtung, im Untersuchungsbereich und/oder im Patiententunnel angeordnet und/oder positioniert. Die MR-Referenzproben werden von der MR-Vorrichtung aufgenommen und/oder vermessen.
Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den beigefügten Figuren und deren Beschreibung. Dabei zeigen:

1 eine Seitenansicht einer Shim-Vorrichtung;
2a, b, c, d Frontansichten der Shim-Vorrichtung;
3a, b ein Ausführungsbeispiel einer Arretiereinrichtung;
4 eine Seitenansicht einer MR-Vorrichtung mit charakteristischem Magnetfeldverlauf;
5a, b, c ein Deckelmodul;
6a, b einen HF-Schirm für einen Multiplexer;
7 eine MR-Vorrichtung mit der Shim-Vorrichtung.

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Shim-Vorrichtung 1. Die Shim-Vorrichtung 1 ist zur Anwendung in einer MR-Vorrichtung 2 ausgebildet. Die Shim-Vorrichtung 1 kann in einem Patiententunnel 3 der MR-Vorrichtung 2 angeordnet und/oder stabil positioniert werden. Die MR-Vorrichtung führt bei der Anwendung der Shim-Vorrichtung 1 einen MR-Scan von der Shim-Vorrichtung 1 durch bzw. nimmt MR-Messdaten von der Shim-Vorrichtung 1 auf. Basierend auf dem MR-Scan und/ oder den MR-Messdaten kann der Magnet-Shim der MR-Vorrichtung 2, auch Shimming oder kurz Shim genannt, eingestellt, justiert und/oder optimiert werden. Das Shimming dient der Homogenisierung des Magnetfelds in einem zu optimierenden Bereich.
Die Shim-Vorrichtung 1 umfasst einen Rahmen 4. Der Rahmen 4 ist vorzugsweise aus einem Leichtmetall gefertigt. Alternativ kann der Rahmen 4 aus einem Kunststoff gefertigt sein, beispielsweise aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff. Besonders bevorzugt ist es, den Rahmen aus Hohlprofilen und/oder Vierkantrohren aufzubauen.
Der Rahmen 4 weist in der Seitenansicht eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Als Seitenansicht wird insbesondere eine horizontale Sicht auf den Rahmen 4 verstanden, wenn die Shim-Vorrichtung 1 im Arbeitszustand im Patiententunnel 3 angeordnet ist. Der Rahmen 4 umfasst einen Bodenabschnitt 5, welcher als eine Bodenplatte ausgebildet sein kann. Ferner umfasst der Rahmen 4 eine vordere Seitenwand 6a und eine hintere Seitenwand 6b. Die vordere und die hintere Seitenwand 6a, b sind in einer Längsrichtung beabstandet. Die Längsrichtung ist im Arbeitszustand in Richtung der Z-Achse der MR-Vorrichtung 1 angeordnet. Die Seitenwände 6a, 6b definieren eine Rahmenhöhe H_R. Die Seitenwände 6a, b können mittels eines Stützwinkels am Bodenabschnitt 5 abgestützt sein. Der Stützwinkel weist beispielsweise eine Dreiecksform auf.
Der Rahmen 4 umfasst zwei Lagerpunkte 7a, b, wobei der Lagerpunkt 7a von der vorderen Seitenwand 6a umfasst ist und der Lagerpunkt 7b von der hinteren Seitenwand 7b umfasst ist. Die Lagerpunkte bilden oder umfassen zum Beispiel ein Kugellager. Die Shim-Vorrichtung 1 umfasst eine Welle 8, welche in den Lagerpunkten 7a, b drehbar gelagert ist. Die drehbar gelagerte Welle 8 definiert eine Drehachse D. Die Welle 8 ist beispielsweise als ein Rundstab ausgebildet. Vorzugsweise ist die Welle 8 aus dem gleichen Material gefertigt, wie der Rahmen 4. Die Welle kann beispielsweise aus einem Leichtmetall, wie Aluminium, oder einem Kunststoff gefertigt sein. Die Welle 8 ist biegesteif ausgebildet. Ferner ist die Welle 8 nichtmagnetisch ausgebildet. Die Welle 8 kann gegen ein Herausrutschen oder ein Verschieben gesichert sein, beispielsweise im Bereich der Lagerpunkte 7a, b.
Die Shim-Vorrichtung 1 umfasst einen Probenhalter 9. Der Probenhalter 9 ist als eine kreisförmige Scheibe ausgebildet und weist einen Mittelpunkt M und Radius r_i auf. Durch den Mittelpunkt M verläuft die Drehachse D und die Welle 8. Die Welle 8 und der Probenhalter 9 sind drehfest verbunden, beispielsweise verschweißt oder verklebt. Der scheibenförmige Probenhalter 9 ist flach ausgebildet und weist vorzugsweise eine Materialstärke bzw. Dicke zwischen 5 mm und 5 cm auf. Der Probenhalter 9 ist aus einem nichtmagnetischen Werkstoff gebildet, vorzugsweise aus Kupfer oder einem faserverstärkten Kunststoff. Die Dicke des Probenhalters 9 ist vorzugsweise in Richtung der Längserstreckung orientiert. Die Welle 8 und/ oder die Lagerpunkte 7a, b sind so weit über dem Bodenabschnitt 5 angeordnet, dass der Probenhalter 9 ohne anzustoßen oder zu schleifen drehbar oder schwenkbar um die Drehachse ist. Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen den Lagerpunkten 7a, b und dem Bodenabschnitt 5 größer als der Radius r_i des Probenhalters 9.
Der Probenhalter 9 umfasst eine Mehrzahl an MR-Referenzproben 10, zum Beispiel umfasst dieser mindestens 20 MR-Referenzproben 10. Die MR-Referenzproben 10 können beispielsweise in einem Probengefäß, z.B. einem Röhrchen, verschlossen und/oder gegen Feuchtigkeit und Umwelteinflüsse geschützt sein. Die MR-Referenzproben 10 können beispielsweise eine Flüssigkeit, Gel, Schaum oder Feststoff bilden, der in einem Magnetresonanztomographen ähnlich wie menschliches Gewebe sicherbar und/oder erfassbar ist. Beispielsweise umfassen die MR-Referenzproben MR-aktive und/oder MR-erfassbare Salze. Insbesondere weisen die MR-Referenzproben 10 des Probenhalters 9 unterschiedliche MR-Aktivitäten, Volumina oder Formen auf. Unter einer unterschiedlichen MR-Aktivität wird beispielsweise eine unterschiedliche Konzentration eines Salzes, ein unterschiedlicher Wassergehalt, ein unterschiedlicher Fettgehalt und/oder unterschiedliche MR-Sichtbarkeit verstanden.
Die MR-Referenzproben 10 sind am oder im Probenhalter 9 an Referenzpositionen 11 angeordnet. Die Referenzpositionen 11 sind im Falle von ausgedehnten MR-Referenzproben 10 beispielsweise durch den Schwerpunkt oder Mittelpunkt der MR-Referenzprobe 10 gegeben. Die Referenzpositionen 11 können insbesondere durch Ausnehmungen und/oder Befestigungselemente (z.B. Klammern) am Probenhalter 9 festgelegt sein, sodass die MR-Referenzproben 10 austauschbar und/oder erneuerbar sind. Die MR-Referenzproben 10 bzw. die Referenzpositionen 11 sind in der Fläche des Probenhalters angeordnet. Vorzugsweise sind die MR-Referenzproben 10 bzw. die Referenzpositionen 11 äquidistant oder regelmäßig verteilt. Die MR-Referenzproben 10 bzw. die Referenzpositionen 11 sind um den Mittelpunkt M verteilt angeordnet, insbesondere um die Drehachse D. Im vorliegenden Beispiel sind die MR-Referenzproben 10 bzw. die Referenzpositionen 11 entlang eines Kreises mit Radius r_i angeordnet, sodass alle MR-Referenzproben 10 bzw. die Referenzpositionen 11 den gleichen Abstand zum Mittelpunkt M haben. Es sind aber Ausgestaltungen denkbar, bei denen die MR-Referenzproben 10 bzw. die Referenzpositionen 11 unterschiedliche Abstände r_i zum Mittelpunkt M aufweisen.
Eine Drehung der Welle 8 bewirkt eine Drehung des Probenhalters 9 um die Drehachse D bzw. den Mittelpunkt M. Die Drehung der Welle bewirkt eine Drehung bzw. ein Schwenken der MR-Referenzproben 10 bzw. die Referenzpositionen 11 um die Drehachse D bzw. den Mittelpunkt M. Die Drehung bzw. das Schwenken der MR-Referenzproben 10 bzw. die Referenzpositionen 11 kann somit eine MR-Referenzprobe 10 entlang der Kreisbahn um M mit Radius r_i verfahren und so zu einer gewünschten Position oder in eine gewünschte Lage bringen. Mit anderen Worten kann so beispielsweise eine untenliegende MR-Referenzprobe in eine oberste Position oder Lage gebracht werden, beispielsweise in einen Fokus der MR-Vorrichtung 2 oder die Mitte des Patiententunnels 3.
Die Shim-Vorrichtung 1 umfasst eine Antriebseinheit 12. Die Antriebseinheit 12 bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Antriebseinheit 12, wobei die Antriebseinheit auch als eine pneumatische Antriebseinheit 12 ausgebildet sein kann. Die elektrische oder pneumatische Antriebseinheit 12 bildet vorzugsweise einen Schrittmotor. Die elektrische Antriebseinheit 12 ist als ein Elektromotor ausgebildet, der geeignet für den Betrieb in einem externen Magnetfeld ist und insbesondere basierend und/oder unter Ausnutzung des externen Magnetfelds betrieben wird. Hierbei kann beispielsweise das BO-Feld der MR-Vorrichtung 2 verwendet werden. Die Antriebseinheit 12 weist eine Motordrehachse 13 auf, beispielsweise in Form einer Welle oder Achse. Die Motordrehachse 13 bildet einen Ausgang der Antriebseinheit 12. Ferner weist die Antriebseinheit einen Eingang 14 auf, wobei der Eingang 14 mit einer Steuereinheit 15 verbunden ist. Die Steuereinheit 15 ist zur Ansteuerung und/oder Regelung der Antriebseinheit 12 ausgebildet. Die Steuereinheit 15 ist mit einem Host 16 datentechnisch verbunden, wobei diese Verbindung beispielsweise als eine Funkverbindung ausgebildet ist. Die Verbindung des Eingangs 14 mit der Steuereinheit 15 ist vorzugsweise kabelgebunden, insbesondere um Wechselwirkungen mit den elektromagnetischen Feldern der MR-Vorrichtung 1 zu vermeiden.
Die Antriebseinheit 12 ist ausgebildet, ein Drehmoment an der Motordrehachse 13 auszugeben. Der Betrag und/oder die Richtung des Drehmoments der Antriebseinheit sind mittels der Antriebseinheit und/oder der Steuereinheit einstellbar. Beispielsweise kann die Richtung des Drehmoments als „vorwärts“ und „rückwärts“ eingestellt werden. Die Größe bzw. Stärke des Drehmoments wird zum Beispiel in Abhängigkeit des äußeren Magnetfelds variiert, da bei einem 7 T Magnetresonanztomographen größere Gegenkräfte für eine Bewegung herrschen, als bei niedrigeren Feldstärken. Die Motordrehachse 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zum Bodenabschnitt 5 und/oder senkrecht zur Welle 8.
Um das Drehmoment der Antriebseinheit 12 mit der Motordrehachse senkrecht zur Welle 8 in ein Drehmoment für die Welle bzw. um die Drehachse D zu wandeln und zu übertragen, umfasst die Shim-Vorrichtung 1 eine Getriebeeinheit 17. Die Getriebeeinheit 17 umfasst ein 90°-Umlenkgetriebe 18 und einen Zahnriemen 19. Das 90°-Umlenkgetriebe 18 ist ausgebildet, die Bezugsachse des Drehmoments gleichzurichten mit der Drehachse. Hierzu umfasst das 90°-Umlenkgetriebe 18 beispielsweise zwei ineinandergreifende Zahnräder. Das 90°-Umlenkgetriebe 18 weist eine Ausgangsachse 20 auf. Die Ausgangsachse 20 ist gleichgerichtet und/oder parallel zur Welle 8 und der Drehachse D. Die Welle 8 und die Ausgangsachse 20 weisen jeweils ein Zahnrad auf, wobei der Zahnriemen im Eingriff mit den Zahnrädern steht und so die Ausgangsachse 20 mit der Welle 8 verbindet. Antriebseinheit 12, Getriebeeinheit 17, 90°-Umlenkgetriebe 18, Zahnriemen 19 und/oder Welle 8 bilden somit eine kinematische Kette.
Das von der Antriebseinheit 12 ausgegebene Drehmoment bzw. die ausgegebene Drehbewegung, wird über die Getriebeeinheit 17 auf die Welle übertragen, sodass die Welle 8 mit einem Drehmoment beaufschlagt und um die Drehachse gedreht wird. Diese Drehung bewirkt ein Drehen und/oder Schwenken des Probenhalters 9 und der MR-Referenzproben 10. Die Antriebseinheit kann somit durch die Steuereinheit 15 so angesteuert werden, dass der Probenhalter 9 um einen gewünschten Wert, zum Beispiel Drehwinkel, gedreht und/oder geschwenkt wird.
Diese Ausgestaltung erlaubt die Konstruktion bzw. die Shim-Vorrichtung 1 deutlich kompakter auszuführen, da die Notwendigkeit zusätzlicher mechanischer Stabilität beim manuellen Drehen und Arretieren sowie die Notwendigkeit der Feststellung mit einer Schraube gegen die Decke des Patiententunnels 3 entfallen kann.
Die beschriebene Shim-Vorrichtung 1 umfasst ein Deckelmodul 21. Das Deckelmodul bildet bei Nichtbenutzung, Transport und/oder Lagerung der Shim-Vorrichtung 1, insbesondere im Transportzustand, einen Deckel für den Probenhalter 9. Hierzu weist das Deckelmodul 21 in einer Draufsicht von oben eine leicht größere Erstreckung als der Bodenabschnitt 5 auf, sodass der Bodenabschnitt hineinpasst. Das Deckelmodul 21 ist insbesondere ausgebildet, den Rahmen 4, die Welle 8 und den Probenhalter 9 im Transportzustand aufzunehmen. Das Deckelmodul 21 ist aus Leichtmaterialien gebildet und dient im Transportzustand als Transportschutz, indem das Deckelmodul 21 den Bodenabschnitt 5 zumindest einseitig aufnimmt und/oder schützt.
Ferner kann das Deckelmodul zur Anpassung der Höhe der Shim-Vorrichtung im Arbeitszustand ausgebildet sein, sodass die Shim-Vorrichtung für MR-Vorrichtungen 2 mit unterschiedlichen Patiententunneldurchmessern verwendet werden kann. Beispielsweise ist die Shim-Vorrichtung 1 so ausgebildet, dass es ohne Deckelmodul als Unterlage in einen 60 cm Patiententunnel 3 passt und mit umgedrehten Deckelmodul 21 als Unterlage für den Bodenabschnitt 5 und den Rahmen 4 in einem 70 cm Patiententunnel 3 verwendet werden kann. Dafür muss das Deckelmodul 21 nur umgedreht werden und der Rahmen 4 mit dem Bodenabschnitt 5 darauf platziert werden, bevor die Gesamtkonstruktion so in den Patiententunnel 3 geschoben wird. Zusätzlich kann das Deckelmodul, z.B. seitlich, eine Hebebühne 22 aufweisen (5), deren Höhe manuell verändert werden kann.
Eine Hebebühne 22 mit zwei arretierbaren Positionen ist für diesen Zweck ausreichend, z.B. Position 1 für 70 cm Patiententunnel 3 und Position 2 für 80 cm Patiententunnel 3.
Ferner umfasst die Shim-Vorrichtung 1 mindestens einen Magnetfeldsensor 23. Der Magnetfeldsensor 23 ist an einem Arm 24 angeordnet, wobei der Arm 24 mit dem Rahmen 4 verbunden ist. Der Arm 24 bildet beispielsweise eine Fortführung oder Verlängerung der Welle 8 und/oder der Drehachse D. Der Arm 24 ist vorzugsweise ausziehbar oder ausklappbar. An einem freien Ende des Arms 24 ist der mindestens eine Magnetfeldsensor 23 angebracht. Der Magnetfeldsensor 23 ist als ein 3D-Hallsensor ausgebildet. Der Magnetfeldsensor 23 ist im ausgeklappten und/oder ausgezogenen Zustand des Arms 24 in einem festen, vorgegebenen und/oder charakteristischen Abstand d angeordnet, wobei der Abstand d vom Mittelpunkt M zur Position des Magnetfeldsensors 23 gemessen wird. Der charakteristische Abstand d ist dabei ein charakteristischer Abstand eines Magnetfelds, des BO-Feldes und/oder der MR-Vorrichtung, der dem Abstand des ISO-Zentrums der MR-Vorrichtung zu einem B0-Sweet-Spot eines Magnetfelds beschreibt. Der Magnetfeldsensor 23 ist so am Arm 24 angeordnet, dass dieser im ausgeklappten bzw. ausgezogenen Zustand des Arms 24 in einem so genannten B0-Sweet-Spot liegt, wenn der Probenhalter 9 im ISO-Zentrum des B0-Feldmagneten platziert ist. Das ISO-Zentrum ist insbesondere als der Mittelpunkt eines Magnetfeldes zu verstehen, im Speziellen als der Ursprung des Koordinatensystems (x, y, z) = (0, 0 ,0). Im Falle eines Magneten mit zylindrischer Bohrung liegt der magnetische Schwerpunkt bzw. das ISO-Zentrum in der Mitte der Bohrung. Der B0-Sweet-Spot ist beispielsweise ein Ort, an dem das BO-Feld einen vorgebbaren oder vorgegebenen Wert zwischen 20% und 80% des BO-Feldes aufweist. Insbesondere entspricht der beschriebene B0-Sweet-Spot dem Ort der charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref aus DE 10 2016 203 255 A1 , wobei für weitere Details auf den Inhalt dieser Patentanmeldung verwiesen wird.
Der Steuereinheit 15 wird vom mindestens einen Magnetfeldsensor 23 das gemessene Magnetfeld bereitgestellt. Basierend auf dem gemessenen Magnetfeld ermittelt eine Auswerteeinheit, beispielsweise als Teil der Steuereinheit 15, einen Versatz V. Durch die Bereitstellung des ermittelten Versatzes V kann ein Servicetechniker beim Zentrieren der Shim-Vorrichtung 1 unterstützt werden, indem von der Auswerteeinheit die Z-Position der Shim-Vorrichtung 1 aus dem B0-Verlauf berechnet wird und dem Servicetechniker angezeigt wird. Hierzu wird basierend auf dem gemessenen Magnetfeld die Z-Position des Magnetfeldsensors 23 bestimmt, im Folgenden wird diese auch als z_S bezeichnet. Der im ausgezogenen und/oder ausgeklappten Zustand des Arms 24 feste Abstand d des Magnetfeldsensors 23 zum Probenhalter 9 ist der Auswerteeinheit bereitgestellt oder dort gespeichert. Aus diesen Informationen ermittelt die Auswerteeinheit den Versatz V mittels des Zusammenhangs: $V = z_{S} - d$
Der Versatz V wird mittels einer Ausgabeeinheit dem Servicetechniker mitgeteilt, beispielsweise visuell, über Sprache/Ton und/oder oder Vibration. Für die visuelle Anzeige können z.B. eine oder mehrere LED über Licht die korrekte Position signalisieren (z.B. über RGB-Farben: Grün = ok, Rot = falsche Richtung, Gelb = richtige Richtung). Besonders vorteilhaft können Versatz V, die Position und die Richtung auf einem kleinen LCD-/OLED-Monitor 25 als numerische Werte direkt im Sichtfeld des Servicetechnikers dargestellt werden, so dass er beim Zentrieren der Shim-Vorrichtung 1 ein unmittelbares Feedback zu der aktuellen Lage bekommt und sehr genau weiß, was er als nächstes tun soll. Beispielsweise wird dem Servicetechniker auf dem Monitor 25 der Versatz V von 1,5 mm angezeigt, als folgender Text „Please move device 1.5 mm to Head“. Der Servicetechniker muss die Position der Shim-Vorrichtung 1 so lange ändern, bis der Versatz gleich Null angezeigt wird. Die Position z_S des Magnetfeldsensors 23 wird dabei laufend automatisch aktualisiert.
Weil im Allgemeinen die Magnetmitte und das Zentrum des Gradienten-Systems nicht exakt übereinstimmen, entspricht die aktuelle Position der Shim-Vorrichtung 1 noch nicht genau dem ISO-Zentrum. Daher wird noch eine Messung der Z-Koordinaten z_P der MR-Referenzproben mit Z-Gradienten durchgeführt. Diese liefert einen Offset O zwischen der aktuellen Magnetmitte und dem ISO-Zentrum. Der Versatz V wird dann bestimmt als $V = z_{S} - d - O .$
Ferner umfasst der Probenhalter 9 einen weiteren Magnetfeldsensor, wobei dieser vorzugsweise im oder um den Mittelpunkt M angeordnet ist. Mit diesem Magnetfeldsensor kann der Betrag des homogenen Magnetfeldes der MR-Vorrichtung 2 gemessen werden, wobei das Messergebnis der Steuereinheit 15 bereitgestellt wird. Die Steuereinheit 15 ermittelt basierend auf dem Messergebnis, um welche Art von MR-Vorrichtung 1 es sich handelt, beispielweise, ob es sich um einen 0.55T, 1.5T, 3T oder 7T Magneten handelt. Diese Information wird von der Steuereinheit 15 verwendet, um die Stromstäke der Antriebseinheit 12 so anzupassen/zu skalieren, dass das maximale Drehmoment unabhängig von der aktuellen Feldstärke des Magneten den gleichen Wert hat. Ferner kann die Steuereinheit 15 basierend auf dieser Information die vom Magnettyp abhängige Position des B0-Sweet-Spots berechnen. Als eine Alternative zu dem Magnetfeldsensor im Probenhalter 9 kann auch der Wert der Frequenzjustage der MR-Referenzproben 10 in eine B0-Flussdichte umgerechnet und verwendet werden (B0_T = Fre_1H_Hz / γ).
Ferner umfasst die Shim-Vorrichtung 1 einen Encoder als Encodereinheit 26, der ausgebildet ist, die aktuelle Winkelposition des Probenhalters 9 zu erfassen. Zu diesem Zweck kann vorteilhafterweise ebenfalls ein 3D-Hallsensor verwendet werden, aus dessen B0-Messdaten (Bx, By, Bz) der aktuelle Drehwinkel α mittels α = atan2(Bx/By) berechnet werden kann. Aber auch andere Encoder, wie z.B. einfache optische Encoder oder Neigungssensoren/Beschleunigungssensoren, sind denkbar, denn die Anforderungen an die Winkelauflösung des Encoders sind eher gering (z.B. 360°/20 Schritte = 18°). Die exakte Winkelposition wird nicht wie sonst üblich durch eine Closed-Loop-Regelung erreicht, sondern durch eine mechanische Arretiereinrichtung 27. Mit den Winkelinformationen aus dem Encoder kann sichergestellt werden, dass ein Spulenkabel 28 zwischen einem Spulenstecker 29 und einem Multiplexer 30 beim automatischen Drehen niemals überdreht wird. Diese Information kann auch verwendet werden, um zu entscheiden, welche MR-Referenzprobe 10 bei einem automatischen Drehen des Probenhalters 9 als nächste angefahren wird.
Vorzugsweise werden alle notwendigen HF-Schirme, wie z.B. das Gehäuse des Multiplexers 30, nicht wie bisher üblich aus Aluminiumblech ausgeführt, sondern aus Carbonfaser-Kunststoff (CFK). Dieses Material bietet eine ausreichende HF-Dämpfung und hat den großen Vorteil, dass in ihm bei einer Bewegung der Shim-Vorrichtung in der MR-Vorrichtung 2 keine Wirbelströme induziert werden und dadurch die Bewegung der Shim-Vorrichtung beim Zentrieren nicht abgebremst wird. Vorteilhafterweise werden Teile, insbesondere Ränder, der HF-Schirme mit einem unmagnetischen Metall (z.B. Kupfer) galvanisiert. Die Verbindung des HF-Schirms mit der Rückseite des Multiplexers 30 erfolgt entweder durch Löten oder durch Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Kleber (6).
Die Arretiereinrichtung 27 ist ausgebildet, ein Haltemoment auf den Probenhalter 9 auszuüben, um so den Probenhalter 9 bzw. die MR-Referenzprobe 10 in Ort und Lage zu fixieren. Wird dieses Haltemoment durch eine externe Kraft oder Drehmoment des Probenhalters 9 überschritten, gibt die Arretierung nach und lässt dem Probenhalter um eine Position weiterdrehen und wird dann automatisch in dieser arretiert.
Für Details zur Arretiereinrichtung 27 wird auf die 3a, b verwiesen. Die Arretiereinrichtung 27 umfasst einen Arretierstift 31, der selbst in Arretierausnehmungen 32 im Probenhalter 9 einrasten kann oder eine Kugel 33, die zwischen Arretierstift 31 und Probenhalter 9 angeordnet ist, verrasten kann. Der Arretierstift 31 und damit die Kugel 33 wird mit einer Kraft beaufschlagt, um den Arretierstift 31 und/oder die Kugel 33 in der Arretierausnehmung 32 zu halten und so das Haltemoment aufzubringen. Zur Kraftbeaufschlagung umfasst die Arretiereinrichtung 27 eine Feder 34. Die Feder 34 kann insbesondere Teil des Arretierstifts 31 sein, sodass der Arretierstift 31 nachgiebig ist. Die Kugeln 33 können aus Kunststoff oder aus Keramik ausgeführt werden. Die Feder 34 und/oder der Arretierstift 31 können aus unmagnetischem Metall, z.B. Phosphorbronze, oder aus Kunststoff ausgeführt werden. Insbesondere umfasst die Arretiereinrichtung 27 eine Einstellschraube 35, mit der das Haltemoment und die Kraft zur Beaufschlagung der Kugel verändert werden kann, indem die Feder 34 entweder vorgespannt oder entlastet wird.
Die 2a, b, c und d zeigen die Shim-Vorrichtung 1 aus 1 in einer Sicht entlang der Längsachse bzw. der Welle 8. 2a zeigt dabei die Shim-Vorrichtung 1 in einem Arbeitszustand. Die gezeigte vordere Seitenwand 6a ist in dieser Sicht deckungsgleich mit der hinteren Seitenwand 6b. Die vordere Seitenwand 6a, insbesondere auch die hintere Seitenwand 6b, bilden einen Schulterabschnitt 36. Die Schulterabschnitte 36 umfassen jeweils einen ersten Schulterarm 37a und einen zweiten Schulterarm 37b. Die Schulterarme 37a, b eines Schulterabschnitts sind in einem Verbindungspunkt 38 zueinander verdreh- und/oder verschwenkbar verbunden. Beispielsweise kann der zweite Schulterarm 37b durch Drehung um den Drehpunkt 38 in Deckung mit dem ersten Schulterarm 37a gebracht werden.
Jeder der zwei Schulterabschnitte 36 umfasst jeweils einen der Lagerpunkte 7a, b. Die Lagerpunkte 7a, b fallen hierbei mit dem Drehpunkt 38 zusammen. Mit anderen Worten verbindet die Welle 8 die beiden Schulterabschnitte 36, wobei die Drehachse D der Welle 8 und des Probenhalters 9 durch die Drehpunkte 38 der beiden Schulterabschnitte 36 verläuft.
Der Schulterarm 37a ist mit dem Bodenabschnitt 5 an einem Klapppunkt 39a verbunden. Der Schulterarm 37a ist um den Klapppunkt 39a drehbar, schwenkbar und/oder klappbar. Die Verbindung am Klappunkt 39a bildet eine feste und/oder dauerhafte Verbindung. Der Schulterarm 37b ist mit dem Bodenabschnitt 5 an einem Klapppunkt 39b verbunden. Der Schulterarm 37b kann schwenkbar im Klapppunkt 39b gelagert sein. Bevorzugt bildet der Klapppunkt 39b einen Abstützpunkt zur Ableitung einer durch den Schulterarm 37b vermittelten Kraft. Die Verbindung am Klappunkt 39b bildet eine lösbare Verbindung, wobei im Arbeitszustand der Schulterarm 37b am Klapppunkt 39b mit dem Bodenabschnitt 5 verbunden oder daran fixiert ist. Im Transportzustand ist die Verbindung am Klapppunkt 39b gelöst und der Schulterarm 37b nicht am Bodenabschnitt 5 fixiert.
Im Arbeitszustand weist der Schulterabschnitt 36 eine Dreiecksform auf mit dem Drehpunkt D, dem Klapppunkt 39a und dem Klappunkt 39b als Eckpunkte. Die zwei Schulterarme 37a, b bilden dabei zwei Seiten des Dreiecks. Die Welle 8 und der Probenhalter 9 sind über die Schulterarme, insbesondere dessen Dreiecksform, im Arbeitszustand stabil im Drehpunkt D gelagert und am Bodenabschnitt 5 über die Klapppunkte 39a, b abgestützt.
2b zeigt einen Übergangszustand der Shim-Vorrichtung 1. Um die Shim-Vorrichtung 1 in den Transportzustand zu bringen, wird die Verbindung des zweiten Schulterarms 37b im Klapppunkt 39b gelöst. Der zweite Schulterarm 39b kann dann um den Drehpunkt D gedreht werden, insbesondere so weit, bis sich erster und zweiter Schulterarm 37a, b in Sichtrichtung der Drehachse überlappen bzw. gleichgerichtet sind. Die Verbindung des zweiten Schulterarms 37b im Klapppunkt 39b ist weiterhin gegeben.
2c zeigt die Shim-Vorrichtung 1 ohne Deckelmodul 21 im Transportzustand. Hierzu ist der Schulterabschnitt 36, insbesondere die zwei Schulterarme 37a, b, weiter um den Klapppunkt 39a gedreht, bis diese gleichgerichtet zum Bodenabschnitt 5 sind. Die Schulterarme 37a, b liegen im Transportzustand auf dem Bodenabschnitt 5 auf. Alternativ kann der Bodenabschnitt 5 Vertiefungen zur Aufnahme der Schulterarme 37a, b, der Welle 8 und des Probenhalters 9 aufweisen.
2d zeigt die Shim-Vorrichtung 1 im Transportzustand, insbesondere wie in 2c, wobei die Schulterabschnitte 36, die Welle 8 und der Probenhalter 9 von dem Deckelmodul 21 abgedeckt sind. Zusammen mit dem Bodenabschnitt 5 bildet das Deckelmodul 21 ein Gehäuse für die Welle 8 und den Probenhalter 9, wobei das Deckelmodul 21 den Bodenabschnitt mindestens teilweise aufnimmt und/oder umgreift.
Die 3a und 3b zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Arretiereinrichtung 27. Dabei ist in 3a der Probenhalter 9 der Shim-Vorrichtung 1 in einer Sicht entlang der Welle 8 bzw. der Drehachse D gezeigt, im Speziellen von der hinteren Seitenwand 6b zur vorderen Seitenwand 6a. Um den Mittelpunkt M des scheibenförmigen Probenhalters 9 sind Arretierausnehmungen 32 angeordnet. Die Arretierausnehmungen 32 sind als Sacklöcher ausgebildet und in Umlaufrichtung regelmäßig mit festem Abstand zum Mittelpunkt M angeordnet. Vorzugsweise entsprechen die Positionen der Arretierausnehmungen 32 den Referenzpositionen 11, wobei sich die Referenzpositionen 11, bzw. MR-Referenzproben 10 auf der gegenüberliegenden Seite des Probenhalters 9 befinden.
3b zeigt eine Seitenansicht auf den Probenhalter 9 und die Arretiereinrichtung 27. Die Längserstreckung des Arretierstifts 31 ist gleichgerichtet zur Drehachse D. Der Arretierstift 31 und die Feder 34 sind so angeordnet, dass diese die Kugel 33 in die Arretierausnehmung 32 drückt. Dabei ist der Kugeldurchmesser der Kugel 33 und die Tiefe der Arretierausnehmungen 32 so aufeinander abgestimmt, dass die Kugel nur teilweise in die Arretierausnehmung 32 ragt und der aus der Arretierausnehmung 32 herausragende Teil der Kugel 33 den Probenhalter in entsprechender Position arretiert und/oder fixiert. Zum Weiterdrehen des Probenhalters 9 muss das Haltemoment überwunden werden und die Feder 24 so weit gespannt werden, dass die Kugel 33 aus der Arretierausnehmung 32 rutscht, wobei das Rutschen der Kugel 33 aus der Arretierausnehmung durch eine Führung und/oder konische Form der Arretierausnehmung 32 gefördert werden kann.
4 zeigt einen Schnitt durch eine MR-Vorrichtung 2, die als ein Magnetresonanztomograph ausgebildet ist. Die MR-Vorrichtung 2 weist einen Patiententunnel 3 auf, der sich in eine Z-Richtung erstreckt. Die Shim-Vorrichtung 1 ist im Patiententunnel 3 angeordnet und befindet sich im Arbeitszustand. Ferner ist in 4 schematisch der Verlauf des Betrags des BO-Feldes für unterschiedliche Z-Positionen aufgetragen, insbesondere im Patiententunnel 3. In einem Bereich um die Mitte des Patiententunnels 3 ist das BO-Feld homogen und weist die Feldstärke B_0,hom auf. An den Rändern des Patiententunnels 3 beträgt die Feldstärke B_0,max, welche größer ist als B_0,hom. Von dort fällt die Feldstäre vom Wert B_0,max mit zunehmendem Abstand zur MR-Vorrichtung 2 ab. Dieser Verlauf, welcher auch als M-förmig bezeichnet werden kann, beschreibt den charakteristischen Magnetfeldverlauf der MR-Vorrichtung. Die Z-Bereiche, an denen das BO-Feld und/oder dessen Feldstärke zwischen 20% und 80% von B_0,hom beträgt, werden als charakteristische Bereiche bezeichnet, welche insbesondere die Position B0,ref umfassen, welche hier als 0,3* B_0,ref angenommen wird.
Der Magnetfeldsensor 23 misst die Feldstärke bzw. das Magnetfeld B0 an seiner Position, bzw. für seine Z-Position. Basierend auf dem gemessenen Magnetfeld, z.B. 0,27*B_0,hom an der Z-Position des Magnetfeldsensors 23, kann die Auswerteeinheit und/oder die Steuereinheit 15 die aktuelle Z-Position des Magnetfeldsensors 23 basierend auf dem charakteristischen Verlauf ermitteln. Die ermittelte Position wird als z_S geführt. Basierend auf z_S und dem bekannten Abstand d zwischen Magnetfeldsensor 23 und Mittelpunkt M des Probenhalters 9 ermittelt die Auswerteeinheit und/oder die Steuereinheit 15 den Versatz V als: V = |z_S| - d
5a zeigt das Deckelmodul 21, wenn sich dieses im Transportzustand befindet. In 5b ist das Deckelmodul 21 umfassend eine Hebebühne 40 gezeigt. Die Hebebühne 40 umfasst zwei Streben 41a, b, die über eine Drehverbindung 42 verbunden sind. Die Hebebühne 40 kann zwei ausgefahrene Positionen einnehmen. 5a zeigt hierbei das Deckelmodul 21 in der ersten ausgefahrenen Position. Das Deckelmodul 21 umfasst zwei ebene Platten 45. Die Streben 41a, b sind in den Punkten 43 drehbar mit jeweils einer Platte 45 verbunden. Das gegenüberliegende Ende der Streben 41a, b wird mit der jeweils anderen Platte 45 im Punkt 44 verbunden, sodass jede Strebe 41a, b die beiden Platten 45 verbindet und sich eine kreuzförmige Verstrebung ergibt. Weiter innen liegend, bzw. näher am Punkt 43 liegend, umfassen die Platten 45 einen Punkt 46. Werden die Streben 41a, b im Punkt 47 statt im Punkt 46 mit den Platten 45 verbunden, nimmt die Hebebühne die zweite Position ein, welche einer größeren bzw. weiter ausgefahrenen Hebebühne entspricht (5c).
6a zeigt ein Beispiel eines HF-Schirms 48. Der HF-Schirm 48 bildet eine Abschirmung für den Multiplexer 30. Der Multiplexer 30 umfasst eine Rückwand 49. Auf der Rückwand 49 ist eine Platine 50, beispielsweise in Form einer Printed circuit board (PCB), angeordnet. Ferner weist der HF-Schirm 48 einen metallisierten Rand 51 auf, welcher die Platine 50 umrandet. Am metallisierten Rand 51 sind elektronische Komponenten, beispielsweise Filterkondensatoren 52, z.B. für VCC und Ground, und Optokoppler 53 für Datenleitungen angeordnet. Der Rand 51 kann hierbei die Kontaktierung zur Platine 50 herstellen. Der HF-Schirm ist vorzugsweise so ausgebildet, dass dieser die Platine 50 und einen Teil des Randes 51 umgibt, einen Teil des Randes 51 aber freilässt und/oder nicht abschirmt (6b).
7 zeigt die Shim-Vorrichtung 1 mit dem Deckelmodul 21 im Arbeitszustand, die im Patiententunnel 3 angeordnet ist. Das Deckelmodul 21 ist im kreisförmigen Patiententunnel 3 abgestützt und kann so eine stabile Unterlage für den Bodenabschnitt 5, den Rahmen 4, die Welle 8 und den Probenhalter 9 bilden. Insbesondere ist das Deckelmodul 21 und/oder die Hebebühne 40 so ausgebildet, dass im Arbeitszustand die Drehachse D und/oder die Welle 8 im Zentrum bzw. Mittelpunkt des kreisförmigen Patiententunnels 3 liegen.

Claims

Shim-Vorrichtung (1) für eine MR-Vorrichtung (2) zur automatisierten und schnelleren Ermittlung relevanter Größen für eine Shim-Optimierung oder Shim-Einstellung, wobei die Shim-Vorrichtung (1) zur Anordnung und/oder stabilen Positionierung in einem Patiententunnel (3) der MR-Vorrichtung (2) ausgebildet ist, umfassend: - Einen Probenhalter (9), wobei der Probenhalter (9) eine Mehrzahl an MR-Referenzproben (10) umfasst, wobei die MR-Referenzproben (10) an dem Probenhalter (9) angeordnet sind, - Einen Rahmen (4) und eine Welle (8), wobei die Welle (8) am Rahmen (4) drehbar um eine Drehachse (D) gelagert ist, wobei der Probenhalter (9) drehfest mit der Welle (8) verbunden ist, wobei die MR-Referenzproben (9) von der Drehachse (D) beabstandet sind, - Eine elektrische oder pneumatische Antriebseinheit (12), wobei die Antriebseinheit (12) ausgebildet ist, ein Drehmoment auszugeben, - Einer Getriebeeinheit (17), wobei die Getriebeeinheit (17) ausgebildet ist, das von der Antriebseinheit (12) ausgegebene Drehmoment auf die Welle (8) zu übertragen und die MR-Referenzproben (10) um die Drehachse (D) zu drehen oder zu schwenken dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) einen Bodenabschnitt (5) und zwei Schulterabschnitte (36) aufweist, wobei die Schulterabschnitte (37a, b) jeweils einen Lagerpunkt (7a, b) aufweisen, wobei die Welle (8) in den Lagerpunkten (7a, b) drehbar gelagert ist, wobei von der Shim-Vorrichtung (1) ein Arbeitszustand und ein Transportzustand einnehmbar ist, wobei die Schulterabschnitte (36) im Arbeitszustand die Welle (8) von dem Bodenabschnitt (5) beabstanden, wobei der Probenhalter (9) und/oder die Welle (8) im Transportzustand auf dem Bodenabschnitt (5) angeordnet sind.
Shim-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenhalter (9) flächig ausgebildet ist und eine Probenhalterebene definiert, wobei die Drehachse (D) senkrecht zur Probenhalterebene angeordnet ist, wobei die MR-Referenzproben (10) jeweils einen Abstand r_i zur Drehachse (D) aufweisen und das Drehen und/oder das Schwenken der MR-Referenzproben (10) eine Bewegung entlang eines Kreisbogens mit Radius r_i um die Drehachse (D) bildet.
Shim-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (17) einen Zahnriemen (19) umfasst, wobei der Zahnriemen (19) die Antriebseinheit (12) zur Übertragung des Drehmoments mit der Welle (8) verbindet.
Shim-Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (12) einen Elektromotor umfasst, wobei der Elektromotor zum Betrieb in einem externen Magnetfeld ausgebildet ist und eine Motordrehachse (13) aufweist, wobei die Motordrehachse (13) quer zu der Drehachse (D) der Welle (8) steht.
Shim-Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (17) ein Umlenkgetriebe (19) umfasst, wobei das Umlenkgetriebe (19) ausgebildet ist, das von der Antriebseinheit (12) ausgegebene Drehmoment in ein Drehmoment um eine Achse gleichgerichtet zur Drehachse (D) der Welle (8) umzulenken.
Shim-Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterabschnitte (36) einen ersten und einen zweiten Schulterarm (37a, b) aufweisen, wobei der erste Schulterarm (37a) an einem Klapppunkt (39a) drehbar mit dem Bodenabschnitt (5) verbunden ist, wobei der zweite Schulterarm (37b) im Arbeitszustand am Klapppunkt (39b) mit dem Bodenabschnitt (5) verbunden ist und im Transportzustand die Verbindung des zweiten Schulterarms (37b) mit dem Bodenabschnitt im Klapppunkt (39b) gelöst ist.
Shim-Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Deckelmodul (21), wobei das Deckelmodul (21) aus einem Leichtmetall oder faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist und ausgebildet ist, im Transportzustand für den Probenhalter (9) einen Gehäuseabschnitt zu bilden und im Arbeitszustand eine Unterlage für den Rahmen zu bilden.
Shim-Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Shim-Vorrichtung (1) im Arbeitszustand entlang einer Z-Koordinatenachse auszurichten ist, wobei die Z-Koordinatenachse gleichgerichtet zu einem statischen Magnetfeld der MR-Vorrichtung (2) ist, wobei die Shim-Vorrichtung (1) eine Auswerteeinheit und einen in festem Abstand (d) zum Probenhalter (9) angeordneten Magnetfeldsensor (23) umfasst, wobei der Magnetfeldsensor (23) ausgebildet ist, ein Magnetfeld zu bestimmen, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, basierend auf dem bestimmten Magnetfeld und einem charakteristischen Magnetfeldverlauf der MR-Vorrichtung (2) einen Versatz (V) zwischen Probenhalter (9) und ISO-Zentrum der MR-Vorrichtung (2) zu bestimmen.
Shim-Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Rückmeldeeinheit, wobei die Rückmeldeeinheit ausgebildet ist, eine Größeninformation und/oder eine Richtungsinformation bezüglich des Versatzes (V) optisch oder akustisch auszugeben.
Shim-Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenhalter (9) einen Magnetfeldsensor umfasst, wobei der Magnetfeldsensor des Probenhalters (9) ausgebildet ist, ein Magnetfeld im Bereich des Probenhalters (9) zu ermitteln, wobei die Shim-Vorrichtung (1) eine Steuereinheit (15) umfasst, wobei die Steuereinheit (15) ausgebildet ist, die Antriebseinheit (12) zur Ausgabe des Drehmoments basierend auf dem Magnetfeld im Bereich des Probenhalters (9) zu regeln und/oder steuern.
Shim-Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Encodereinheit (26), wobei die Encodereinheit (26) ausgebildet ist, eine Winkelstellung des Probenhalters (9) bezüglich der Drehachse (D) zu ermitteln, wobei die Shim-Vorrichtung (1) eine Steuereinheit (15) umfasst, wobei die Steuereinheit (15) ausgebildet ist, die Antriebseinheit (12) basierend auf der ermittelten Winkelstellung anzusteuern.
Shim-Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Arretiereinrichtung mit einem Arretierstift, wobei der Probenhalter in Umlaufrichtung um die Drehachse Arretierausnehmungen aufweist, wobei die Arretiereinrichtung ausgebildet ist, zur Arretierung des Probenhalters in einer Arretierposition den Arretierstift in der Arretierausnehmung zu verrasten.
Verfahren zum Betreiben der Shim-Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Shim-Vorrichtung (1) den Arbeitszustand einnimmt und in einem Patiententunnel (3) der MR-Vorrichtung (2) angeordnet wird, wobei die Antriebseinheit (12) angesteuert wird, ein Drehmoment auszugeben, wobei das Drehmoment mittels der Getriebeeinheit (17) von der Antriebseinheit (12) auf die Welle (8) übertragen wird, um den Probenhalter (9) um die Drehachse (D) zu drehen und/oder zu schwenken und die MR-Referenzproben (10) im Patiententunnel (3) zu positionieren, wobei das Drehen und/oder Schwenken des Probenhalters (9) während eines Betriebs der MR-Vorrichtung (1) und/oder während eines MR-Scans erfolgt.
MR-Vorrichtung zur Aufnahme von MR-Daten eines Patienten umfassend die Shim-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Shim-Vorrichtung in einem Patiententunnel der MR-Vorrichtung in Richtung eines BO-Feldes verschiebbar anordenbar ist.