DE10235963A1

DE10235963A1 - Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Patienten in einem Magnet-Resonanz-Tomographen

Info

Publication number: DE10235963A1
Application number: DE10235963A
Authority: DE
Inventors: Ilan Elias
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2003-10-16
Also published as: US20090025732A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Patienten in einem Magnet-Resonanz-Tomographen mit einer Auflage (14, 17) zur Lagerung von zumindest einem Körperteil (19), bspw. eines Sprunggelenks eines Patienten, die gemeinsam mit einer Patientenliege (35) oder dgl. in den Kanal (38) eines Magnet-Resonanz-Tomographen einfahrbar ist. Die Auflage (14, 17) soll dabei motorisch angetrieben innerhalb des Kanals (38) des Magnet-Resonanz-Tomographen um wenigstens eine Achse (33, 34) verschwenkbar sein. Die innerhalb des Kanals (38) des Magnet-Resonanz-Tomographen liegenden Komponenten der Auflage (14, 17) und ihres Antriebs bestehen dabei aus nicht-ferromagnetischen Materialien, um das Entstehen von Bildartefakten zu unterdrücken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Patienten in einem Magnet-Resonanz-Tomographen mit einer Auflage zur Lagerung von zumindest einem Körperteil eines Patienten, die gemeinsam mit einer Patientenliege oder dgl. in den Kanal eines Magnet-Resonanz- Tomographen einfahrbar ist.

Um eine optimale Diagnose von Verletzungen und Erkrankungen von Gelenken, wie bspw. des Sprunggelenkes, zu ermöglichen, ist es bekannt, einen Patienten oder zumindest relevante Körperteile mit einem Magnet-Resonanz- Tomographen (MRT) aufzunehmen und anhand der erstellten Aufnahmen eine Diagnose zu stellen. Hierzu ist es häufig erforderlich, das betroffene Körperteil je nach Bedarf verschiedenartig und definiert zu lagern, bzw. bewegen zu können. Bislang werden außer statischen Momentaufnahmen daher statische Bilder in verschiedenen Gelenkstellungen erzeugt, wobei die Gelenkpositionen manuell über eine Mechanik eingestellt werden, und die Betrachtung der resultierenden Bilder durch eine Bildschleife (cine-mode) erfolgt. Dies ist jedoch besonders zeitaufwendig und kann daher nur in Einzelfällen angewandt werden, so dass die Möglichkeiten eines modernen Magnet-Resonanz-Tomographen, der auch sehr schnelle Bildaufnahmen ermöglicht, nicht ausgenutzt werden, und somit die mit einem Magnet-Resonanz-Tomographen häufig unverzichtbare Diagnostik, die sowohl die knöchernen und knorpeligen Anteile des menschlichen Körpers als auch seine Weichteilstrukturen exzellent darstellen kann, nicht optimal eingesetzt wird.

Zudem besteht der Nachteil, dass trotz dieser zurzeit modernsten Diagnoseform sich nicht alle Erkrankungen bzw. Verletzungen und Schäden am menschlichen Körper durch statische Momentaufnahmen detektieren lassen, insbesondere, da es bisher nicht möglich ist, Aufnahmen in Bewegung in hinreichender Qualität zu erstellen. Dies beeinträchtigt jedoch die klinische Diagnostik, da somit die Wahrscheinlichkeit (Sensitivität) einen vorhandenen pathologischen Befund bei diversen Strukturen zu diagnostizieren, noch nicht optimal bzw. teilweise nicht möglich ist. Im Gegensatz zur Röntgendiagnostik gibt es nämlich in der Magnet- Resonanz-Tomographie bisher keine zuvor fest definierten und reproduzierbaren Einstellungen für Darstellungsmöglichkeit von Echtzeitbewegungen.

Dies liegt insbesondere daran, dass aufgrund des starken Magnetfeldes in einem Magnet-Resonanz-Tomographen die Verwendung herkömmlicher Bewegungsapparate nicht möglich ist. Herkömmliche elektromechanische Motoren, die üblicherweise in Bewegungsapparaten eingesetzt werden, bestehen aus Magneten und Spulen, die in den hohen Magnetfeldern (0,2-3 Tesla) eines Magnet-Resonanz-Tomographen besonders stark deflektieren und damit zu Bildverzerrungen, sog. Bildartefakten, führen. Sobald derartige Bildartefakte auftreten, ist eine sachgemäße Diagnostik jedoch nicht mehr möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine definierte reproduzierbare Passivbewegung eines Patienten in einem Magent-Resonanz-Tomographen ermöglicht, ohne dabei Bildverzerrungen, d. h. Bildartefakte, zu erzeugen, die eine Diagnostik unmöglich machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Auflage motorisch angetrieben innerhalb des Kanals des Magnet-Resonanz- Tomographen um wenigstens eine Achse verschwenkbar ist und dass die innerhalb des Kanals des Magnet-Resonanz-Tomographen liegenden Komponenten der Auflage und ihres Antriebs aus nicht-ferromagnetischen Materialien bestehen. Durch diese Ausbildung der Vorrichtung wird die Sensitivität der Magnet-Resonanz-Diagnostik im Bereich der Gelenkuntersuchung deutlich erhöht, indem vordefinierte kontinuierlichen Bewegungen eingestellt und die Bewegungen reproduziert werden können, um Echtzeitaufnahmen (Online- bzw. Realtime-Aufnahmen) darstellen zu können. Die Vorrichtung ermöglicht es dabei, ein Körperteil im Magnet-Resonanz-Tomographen in vollem Bewegungsumfang passiv und der jeweiligen diagnostischen Situation wunschgemäß zu bewegen. Durch die damit verbesserten und erweiterten Diagnosemöglichkeiten lassen sich vermutete Verletzungen und dgl. weit besser als bisher feststellen und verifizieren. Durch die Ausbildung der in dem Kanal des Magnet-Resonanz- Tomographen eingesetzten Komponenten aus nicht-ferromagnetischen Materialien wird zudem das Auftreten von Bildartefakten, die eine Diagnostik erschweren, reduziert.

Es wurde herausgefunden, dass das Auftreten von Bildartefakten dadurch weiter unterbunden werden kann, dass der Antrieb zum Verschwenken der Auflage mittels eines Piezoelektromotors erfolgt.

Vorzugsweise ist der Antrieb zum Verschwenken der Auflage über eine Steuereinheit bzw. Control Unit gesteuert, die geerdet und gegenüber magnetischer Strahlung abgeschirmt ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich die Bewegungen daher elektronisch und automatisch kontrolliert von außerhalb des Magnet-Resonanz-Tomographen-Raumes in immer denselben exakt reproduzierbaren Positionen einstellen. Dabei kann die Lage zwischen dem zu untersuchenden Körperteil und dem Magnet-Resonanz-Tomographen während des gesamten diagnostischen Vorgangs unverändert bleiben. Gleichzeitig können jedoch erstmals durch Motoren gesteuerte genau definierte Bewegungen während des Aufnahmevorgangs vorgenommen werden. Dies ermöglicht dem Untersuchenden zum Einen eine bestimmte Aufnahme gezielt zu erstellen, zum Anderen aber auch die Bewegung selbst im Sinne einer Echtzeitaufnahme darzustellen. Neben der Verwendung eines Piezoelektromotors zum Antrieb der Auflage ist es auch möglich, hierzu pneumatische oder hydraulische Antriebe einzusetzen.

Wenn die Steuereinheit außerhalb der Zone um den Magnet-Resonanz- Tomographen angeordnet ist, in welcher im Betrieb die magnetische Flußdichte größer oder gleich 0,2 Tesla ist, wird die Funktion der Steuereinheit durch das starke Magnetfeld des Magnet-Resonanz-Tomographen nicht beeinträchtigt. Gleichzeitig können durch die Steuereinheit verursachte Bildartefakte vermieden werden.

Die Steuerung der Auflage kann dadurch weiter verbessert werden, dass die Steuereinheit mit wenigstens einem Sensor, insbesondere mit einem optischen Encoder, zur Erfassung der Position der Auflage bzw. der Motoren versehen ist. Um das Auftreten von die Diagnostik erschwerenden Bildartefakten noch wirkungsvoller vermeiden zu können, kann die Steuereinheit mit dem Antrieb der Auflage und ggf. mit den Sensoren über geerdete und abgeschirmte Leitungen verbunden sein, welche außerhalb des Kanals des Magnet-Resonanz- Tomographen mit Ferriten versehen sind.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass die Auflage um zwei Achsen unabhängig von einander motorisch angetrieben verschwenkbar ist. Damit lassen sich die physiologischen Bewegungsabläufe der zu untersuchenden Körperteile noch besser darstellen.

Der physiologische Bewegungsablauf eines Sprunggelenks lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann besonders gut nachbilden, wenn die Auflage um eine erste horizontale Achse und eine zweite gegenüber der vertikalen um etwa 35° in der Horizontalebene und um etwa 18° in der Sagittalebene geneigte zweite Achse verschwenkbar ist. Diese Neigung der zweiten Achse entspricht der von Van den Bogard ermittelten durchschnittlichen geometrischen Achse des unteren Sprunggelenks.

Die bspw. beim Laufen auf das Sprunggelenk etc. einwirkenden Druckkräfte können während der Untersuchung in dem Magnet-Resonanz-Tomographen dadurch nachgebildet werden, dass Mittel zum Fixieren des zumindest einen Körperteils des Patienten auf der Auflage vorgesehen sind und dass die Auflage wenigstens bereichsweise relativ zu den Mitteln zum Fixieren bewegbar ist. Vorzugsweise ist die Auflage dabei pneumatisch oder hydraulisch relativ zu den Mitteln zum Fixieren des Körperteils bewegbar. Auf diese Weise kann eine stufenweise Komprimierung des zu untersuchenden Körperteils stattfinden, die ebenfalls zu einer Änderung der Konfiguration der Einzelteile des Körpers führt, die den Belastungen bspw. beim Laufen oder dgl. nachgebildet sind.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kanal eines Magent-Resonanz- Tomographen mit einer auf einer Patientenliege angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung senkrecht zu der Schnittebene von Fig. 1 und
Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 2.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung ist zum Einsatz in einem Magnet- Resonanz-Tomographen (MRT) bspw. mit einer magnetische Flußdichte zwischen 0,2 und 3,0 Tesla vorgesehen. Der Magnet-Resonanz-Tomograph ist in Fig. 1 durch seinen Kanal 38 angedeutet. In der gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Untersuchung des Sprunggelenks eingerichtet. Die Vorrichtung weist dabei eine Auflage 14 für die Ferse des Fußes und eine dazu abgewinkelt verlaufende Auflage 17 für die Fußsohle auf. Die Innen- und Außenknöchel des Fußes werden durch Seitenwände 15 stabilisiert, während die Auflage 17 für die Fußsohle auf einer Rückwand 16 gehalten ist. In Fig. 1 ist der zu untersuchende Fuß schematisch durch Bezugsziffer 19 angedeutet.
Die Vorrichtung ist, wie in Fig. 1 gezeigt, mittels einer angedeuteten Verbindungseinheit 30 auf einer Patientenliege 35 befestigt. Ein Patient kann dabei auf dem Rücken liegend mit der Patientenliege 35 in den Kanal 38 des Magnet- Resonanz-Tomographen eingeschoben werden, wobei die Vorrichtung an einem Ende der Patientenliege 35 angeordnet ist. Mit Schnallen 18 kann der Fuß dabei in der Vorrichtung fixiert gehalten werden. Der nicht zu untersuchende Fuß kann auf einer weiteren Auflage 29 abgelegt werden und wird bei der Untersuchung nicht mit erfasst.
Die auf der Patientenliege 35 angeordnete Vorrichtung umfasst weiter zwei vertikale Seitenwände 1 und eine vertikale Frontwand 2, die in eine horizontale Frontwand 3 übergeht. Auf der der vertikalen Frontwand 2 gegenüberliegenden Seite ist eine vertikale Rückwand 4 vorgesehen, die mit einer unteren horizontalen Rückwand 5 verbunden ist. Parallel zu den Seitenwänden 1 verläuft eine weitere vertikale Wand 6, die über Kugellager 13 um eine horizontale Achse 33 schwenkbar an den Seitenwänden 1 angelenkt ist. Die vertikalen Wände 6 sind dabei über eine Rückwand 11 und eine V-förmige Bodenwand 12 miteinander verbunden.
In der V-förmigen Bodenwand 12 sind zwei Aussparungen 27 vorgesehen, in welcher eine Befestigungseinheit 9 aufnehmbar ist. Über ein Zwischenteil 8 trägt die Befestigungseinheit 9 eine weitere Befestigungseinheit 10 mit einem Zahnrad, auf der die Auflage 14 für die Ferse sowie die Rückwand 16 mit der Auflage 17 für die Fußsohle angebracht ist. Die Auflage 14 für die Ferse sowie die Rückwand 16 mit der Auflage 17 für die Fußsohle sind dabei über die Befestigungseinheit 10 relativ zu der Befestigungseinheit 9 verdrehbar, wobei durch die Neigung der V-förmigen Bodenwand 12 und die entsprechende Ausgestaltung der Befestigungseinheiten 9 und 10 die Auflage 14 für die Ferse mit der Rückwand 16 und der Auflage 17 für die Fußsohle um eine um etwa 35° in der Horizontalebene und um etwa 18° in der Sagittalebene gegenüber der Vertikalen geneigten Achse 34 verdrehbar sind.
Den Befestigungseinheiten 9 und 10 ist ein Piezoelektromotor 22 zugeordnet, der ein Zahnrad 7 mit konischer Spitze zur Bewegung der Befestigungseinheit 10 relativ zu der Befestigungseinheit 9 trägt. In gleicher Weise ist an der vertikalen Seitenwand 1 ein Piezoelektromotor 23 vorgesehen, welcher ein erstes Zahnrad 24 trägt, das über ein weiteres Zahnrad 25 mit einem Zahnrad 26 in Eingriff bringbar ist, das drehfest mit einer der Seitenwände 6 verbunden ist. Auf diese Weise lassen sich die Seitenwände 6 relativ zu den Seitenwänden 1 durch den Motor 23 angetrieben verschwenken.
An der Rückwand 16 ist eine Druckventileinheit 20 angeordnet, mit welcher die Auflage 17 für die Fußsohle relativ zu der Rückwand 16 verschoben werden kann. Auf diese Weise kann stufenlos Druck auf die Fußsohle erzeugt werden.
In einer der Seitenwände 1 sind zwei optische Encoder 21 positioniert, welche die Position der Seitenwände 6 relativ zu den Seitenwänden 1 erfassen können. Die durch die Encoder 21 ermittelten Daten können über nicht dargestellte Leitungen an eine Elektrobox 28 weitergeleitet werden, die wiederum über ein abgeschirmtes Kabel 36 mit einer Steuereinheit 32 (Control Unit) verbunden ist. Von der Steuereinheit 32 werden auch die Motoren 22 und 23 über abgeschirmte Kabel 37 angesteuert. Außerhalb des Kanals 38 des Magnet-Resonanz- Tomographen sind auf den abgeschirmten Leitungen 36 und 37 Ferritkerne 31 angeordnet. Die Verbindung der Leitungen 36 und 37 mit der Steuereinheit 32 erfolgt dabei über ebenfalls abgeschirmte Kabelstecker 39.
Die für die Vorrichtung verwendeten Materialien werden dabei vom Magnetfeld des Magnet-Resonanz-Tomographen nicht beeinflusst und erzeugen daher keine Bildartefakte, die eine Diagnostik unmöglich machen, wenn für die innerhalb des Kanals 38 des Magnet-Resonanz-Tomographen angeordneten Komponenten nicht-ferromagnetische Materialien verwendet werden. Dies sind bspw. VA4-Edelstahlschrauben und -gewinde, Aluminiumplatten, Stifte, Schrauben und Luftdruckdüsen aus Messing, Kunststoffschrauben, und Glas- und Kermamikkugellager. Dabei ist der Einsatz von Polyoxymethylen- Halbwerkzeugen (POM) besonders günstig, da dieser Kunststoff das Hochfrequenzfeld (HF) absorbiert und daher keine störende Strahlung erzeugt.
Die gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung ist speziell für die Untersuchung von Sprunggelenken eingerichtet. Dabei können durch die Motoren 22 und 23 die Auflage 14 für die Ferse sowie die mit der Rückwand 16 verbundene Auflage 17 für die Fußsohle derart verdreht werden, dass die physiologische Bewegung des Sprunggelenks nachgebildet wird. Durch die Verschiebung der Auflage 17 für die Fußsohle relativ zu der Rückwand 16 mittels der Druckventileinheit 20 kann zudem eine Gewichtsbelastung des Fußes imitiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl kinematische Aufnahmen als auch statische Aufnahmen aus unterschiedlichen Positionen innerhalb des Kanals 38 des Magnet-Resonanz- Tomographen für die Forschung und die klinische Routinediagnostik anzufertigen. Diese Echtzeitaufnahmen des Bewegungsablaufs erweitern dadurch die Einsatzmöglichkeiten es an sich bekannten Magnet-Resonanz-Tomographen erheblich. Bezugszeichenliste 1 Seitenwand
2 vertikale Frontwand
3 horizontale Frontwand
4 vertikale Rückwand
5 horizontale Rückwand
6 Seitenwand
7 Zahnrad mit konischer Spitze
8 Zwischenteil
9 Befestigungseinheit
10 Befestigungseinheit
11 Rückwand
12 Bodenwand
13 Kugellager
14 Auflage (Ferse)
15 Seitenwand
16 Rückwand
17 Auflage (Fußsohle)
18 Schnalle
19 Fuß
20 Druckventileinheit
21 optische Encoder
22 Motor
23 Motor
24 Zahnrad
25 Zahnrad
26 Zahnrad
27 Aussparung
28 Elektrobox
29 Auflage
30 Verbindungseinheit
31 Ferritkerne
32 Steuereinheit
33 horizontale Achse-x
34 vertikale Achse-y
35 Patientenliege
36 abgeschirmte Elektrokabel
37 abgeschirmte Motorkabel
38 MRT Kanal
39 Kabelstecker

Claims

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Patienten in einem Magnet-Resonanz-Tomographen mit einer Auflage (14, 17) zur Lagerung von zumindest einem Körperteil (19) eines Patienten, die gemeinsam mit einer Patientenliege (35) oder dgl. in den Kanal (38) eines Magnet-Resonanz- Tomographen einfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (14, 17) motorisch angetrieben innerhalb des Kanals (38) des Magnet-Resonanz- Tomographen um wenigstens eine Achse (33, 34) verschwenkbar ist und dass die innerhalb des Kanals (38) des Magnet-Resonanz-Tomographen liegenden Komponenten der Auflage (14, 17) und ihres Antriebs aus nicht- ferromagnetischen Materialien bestehen

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Verschwenken der Auflage (14, 17) mittels wenigstens eines Piezoelektromotors (22, 23) erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Verschwenken der Auflage (14, 17) über eine Steuereinheit (32) bzw. Control Unit gesteuert wird, die geerdet und gegenüber magnetischer Strahlung abgeschirmt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) außerhalb der Zone um den Magnet-Resonanz-Tomographen angeordnet ist, in welcher im Betrieb die magnetische Flußdichte größer oder gleich 0,2 Tesla ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) mit wenigstens einem Sensor, insbesondere mit einem optischen Encoder (21), zur Erfassung der Position der Auflage (14, 17) versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) mit dem Antrieb (22, 23) der Auflage (14, 17) und ggf. mit den Sensoren (21) über geerdete und abgeschirmte Leitungen (36, 37) verbunden ist, welche außerhalb des Kanals (38) des Magnet-Resonanz- Tomographen mit Ferriten (31) versehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (14, 17) um zwei Achsen (33, 34) unabhängig voneinander motorisch angetrieben verschwenkbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (14, 17) um eine erste horizontale Achse (33) und um eine gegenüber der Vertikalen um etwa 35° in der Horizontalebene und um etwa 18° in der Sagittalebene geneigte zweite Achse (34) verschwenkbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (18) zum Fixieren zumindest eines Körperteils (19) eines Patienten auf der Auflage (14, 17) vorgesehen ist und dass die Auflage (17) wenigstens bereichsweise relativ zu den Mitteln (18) zum Fixieren bewegbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (17) pneumatisch oder hydraulisch relativ zu den Mitteln (18) zum Fixieren des Körperteils (19) bewegbar ist.