DE19621393A1 - Injection device for magnetic resonance imaging - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Injektionsgerät zum Einsatz in der Magnetresonanztomographie, mit dem ein in einem Behälter befindliches Injektionsmittel abgegeben werden kann, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to an injection device for use in the Magnetic resonance imaging, with which an injectable in a container can be delivered, according to the preamble of claim 1.
Die Bedeutung der Magnetresonanztomographie oder Kernspintomographie als bildgebendes Verfahren hat in den letzten Jahren für die medizinische Diagnostik kontinuierlich an Bedeutung gewonnen. Maßgebliche Gründe hierfür sind der Wegfall der Strahlenbelastung für den Patienten und die ständig verbesserte Bildqualität. In früheren Untersuchungen wurde ausschließlich nativ, d. h. ohne die Verabreichung von Kontrastmitteln, durchgeführt. Um die Bildqualität zu steigern, wurden in letzter Zeit vermehrt Magnetresonanz-Kontrastmittel mit paramagnetischen Substanzen (Gadoliniumverbindungen) eingesetzt. Solche Kontrastmittel haben sich mittlerweile als wirksam erwiesen und sind zugelassen worden.The importance of magnetic resonance imaging or magnetic resonance imaging as Imaging has been used for medical diagnostics in recent years continuously gaining in importance. The main reasons for this are the elimination of the Radiation exposure for the patient and the constantly improved image quality. In previous ones Examinations were carried out exclusively natively. H. without the administration of Contrast agents. In order to increase the image quality, lately increased magnetic resonance contrast agents with paramagnetic substances (Gadolinium compounds) used. Such contrast agents have now become proven effective and approved.
Aufgrund der Entwicklung, dem Patienten für die Magnetresonanztomographie Injektionsmittel, wie z. B. Kontrastmittel, zu verabreichen, besteht ein zunehmender Bedarf an geeigneten Injektionsgeräten für die maschinelle Applikation der Injektionsmittel. Wegen der besonderen Umgebungsbedingungen in den Untersuchungsräumen der Magnetresonanztomographie-Anlagen können jedoch Injektionsgeräte, wie sie für die Computertomographie oder Angiographie zur Verfügung stehen, nicht verwendet werden, da der Grundfeldmagnet des Magnetresonanztomographen ein magnetisches Streufeld erzeugt, dessen magnetische Feldstärke je nach Gerätetyp bis zu 4 Tesla betragen kann. Die Verwendung ferromagnetischer Werkstoffe bei herkömmlichen Injektoren führt außerdem zu enormen Anziehungskräften, die den sicheren Stand des Gerätes gefährden. Ferner führen die Mikroprozessorsteuerungen herkömmlicher Geräte zu Störungen der Bildauswertung.Because of the development, the patient for magnetic resonance imaging Injection agents, such as. B. contrast agent to administer, there is an increasing need on suitable injection devices for the mechanical application of the injection agent. Because of the special environmental conditions in the examination rooms of the However, magnetic resonance imaging systems can be injection devices such as those used for the Computed tomography or angiography are available, cannot be used because the basic field magnet of the magnetic resonance tomograph is a magnetic stray field generated, whose magnetic field strength can be up to 4 Tesla depending on the device type. The use of ferromagnetic materials in conventional injectors leads also enormous attraction forces, which endanger the safe standing of the device. Furthermore, the microprocessor controls of conventional devices lead to malfunctions in the Image evaluation.
Aufgrund dieser problematischen Randbedingungen wurden Injektionsgeräte für die Magnetresonanztomographie entwickelt, die sowohl auf einen elektrischen Antrieb als auch auf eine elektronische Steuerung verzichten. Statt dessen kommt ein pneumatischer Vorschubzylinder zum Einsatz, der zur Regulierung der Vorschubgeschwindigkeit seines Arbeitskolbens mit einem hydraulischen Bremszylinder gekoppelt ist. Die Injektionsvolumina werden dabei über mechanische Anschläge bzw. über das Aufziehvolumen voreingestellt, die Injektionsgeschwindigkeit wird durch eine Veränderung der Strömungsverhältnisse des Hydraulikfluides im Inneren des Bremszylinders variiert. Beide Parameter können nach dem Start der Injektion nicht mehr verändert werden. Ein Abbruch der Injektion aus dem Kontrollraum ist nicht möglich, so daß der Injektionsvorgang ggfs. durch eine im Untersuchungsraum verbleibende Person überwacht werden muß. Geräte dieser Bauart erfordern daher im Vergleich zu Injektionsgeräten mit elektrischen Antrieben einen höheren Bedien- und Kontrollaufwand.Because of these problematic boundary conditions, injection devices for the Magnetic resonance imaging developed on both an electric drive and also dispense with electronic control. Instead, there is a pneumatic one Feed cylinder used to regulate the feed speed of his Working piston is coupled to a hydraulic brake cylinder. The Injection volumes are via mechanical stops or via the The drawing volume is preset, the injection speed is determined by a Change in the flow conditions of the hydraulic fluid inside the Brake cylinder varies. Both parameters cannot be used after the start of the injection to be changed. It is not possible to stop the injection from the control room that the injection process, if necessary, by a person remaining in the examination room must be monitored. Devices of this type therefore require compared to Injection devices with electric drives require more operating and control.
Ferner sind Injektionsgeräte für die Magnetresonanztomographie-Applikation bekannt geworden, die nach dem Prinzip der Schlauchpumpe arbeiten. Dabei wird das Injektionsmittel über einen Schlauch verabreicht, wobei das Injektionsmittel von einer zu dem Tomographen entfernten Pumpe durch den Schlauch zum Patienten gepumpt wird. Derartige Geräte verfügen jedoch nur über einen unzureichenden Schutz gegen das magnetische Streufeld des Magnetresonanztomographen, so daß sie erst ab einem Abstand von 2-3 Meter zum Tomographen störungsfrei betrieben werden können. Hierdurch werden lange Injektionsleitungen notwendig, die zu entsprechenden Verlusten von dem meist teuren Injektionsmittel bei jedem Patientenwechsel führen. Desweiteren weisen derartige Geräte bauartbedingte Nachteile auf, wie einen niedrigen Förderdruck, geringe Injektionsgeschwindigkeit sowie eine problematische Entlüftung des Systems.Injection devices for magnetic resonance imaging are also known become, who work on the principle of the peristaltic pump. It will Injection agent administered via a tube, the injection agent from one to pump removed from the tomograph is pumped through the tube to the patient. However, such devices have inadequate protection against that Magnetic stray field of the magnetic resonance tomograph, so that it only from a distance from 2-3 meters to the tomograph can be operated without problems. Hereby long injection lines are necessary, leading to corresponding losses from the usually expensive injection means with each patient change. Furthermore point such devices have design-related disadvantages, such as a low delivery pressure, low Injection speed and problematic ventilation of the system.
Bei einem weiteren bekanntgewordenen Injektionsgerät handelt es sich um einen Kolbeninjektor mit austauschbaren Injektionszylindern. Bei diesem Gerät bilden der elektrische Antrieb und die Injektionsvorrichtung getrennte Baugruppen. Die Steuerung des Gerätes erfolgt über eine separate Elektronikkonsole. Über eine biegsame Welle wird die Motorleistung von der Antriebseinheit auf die Injektionsvorrichtung übertragen. Dadurch kann der Antriebsmotor den unmittelbaren Einflußbereich des Streufeldes des Magnetresonanztomographen ferngehalten werden. Nachteilig an diesem Gerät ist, daß die biegsame Welle ein sehr empfindliches Transmissionselement ist, welches bei Druck und Knickbelastungen nicht störungsfrei arbeitet. Außerdem treten bei der Übertragung durch die biegsame Welle beträchtliche Reibungsverluste und torsionsbedingte Hystereseeffekte auf. Ferner ist die Handhabung dieses Injektionsgerätes sehr unpraktisch, da die Injektionsvorrichtung nicht unabhängig von der an ihr befestigten biegsamen Welle bewegt werden kann.Another injection device that has become known is a Piston injector with interchangeable injection cylinders. In this device form the electric drive and the injection device separate assemblies. The control of the device takes place via a separate electronics console. Over a flexible shaft transfer the engine power from the drive unit to the injection device. As a result, the drive motor can directly influence the stray field of the Magnetic resonance tomographs are kept away. The disadvantage of this device is that the flexible shaft is a very sensitive transmission element, which under pressure and Kink loads do not work properly. They also pass through during transmission the flexible shaft considerable friction losses and torsional hysteresis effects on. Furthermore, the handling of this injection device is very impractical because the Injection device not moved regardless of the flexible shaft attached to it can be.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Injektionsgerät zum Einsatz in der Magnetresonanztomographie zu schaffen, mit dem ein Injektionsmittel gesteuert abgegeben werden kann und das auch in geringem Abstand vom Magnetresonanztomographen störungsfrei arbeitet. It is the object of the present invention to provide an injection device for use in the To create magnetic resonance imaging, with which an injection agent is released in a controlled manner can be and even at a short distance from the magnetic resonance tomograph works trouble-free.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich weitere Ausgestaltungen aus den Merkmalen der Unteransprüche ergeben.This object is solved by the features of claim 1, wherein further refinements result from the features of the subclaims.
Das erfindungsgemäße Injektionsgerät weist einen Basisteil und einen Injektionsteil auf. Das Injektionsteil beinhaltet die Injektionsvorrichtung mit einem Betätigungsglied zur Abgabe eines in einem Behälter befindlichen Injektionsmittels. Das Basisteil ist von dem Injektionsteil beabstandet, so daß bei der Injektion das Magnetfeld des Magnetresonanztomographen am Ort des Basisteils geringer ist als am Ort des Injektionsteils. Als Antrieb für die Injektionsvorrichtung ist am Basisteil ein elektrischer Motor vorgesehen. Ferner weist das Injektionsgerät für den Antrieb der Injektionsvorrichtung zwischen dem Motor und der Injektionsvorrichtung Übertragungselemente auf. Der elektrische Motor ist gegen magnetische Felder von einem ihn umgebenden Gehäuse abgeschirmt.The injection device according to the invention has a base part and an injection part. The injection part contains the injection device with an actuator Dispensing of an injection agent in a container. The base part is from that Injection part spaced so that the magnetic field of the injection Magnetic resonance tomograph at the location of the base part is less than at the location of the Injection part. An electric drive is located on the base part to drive the injection device Engine provided. Furthermore, the injection device for driving the Injection device between the engine and the injection device Transmission elements on. The electric motor is against magnetic fields from one shielded surrounding housing.
Durch diesen Aufbau des Injektionsgerätes kann gewährleistet werden, daß das Gerät in einem beliebigen, insbesondere auch bei einem sehr geringen Abstand vom Magnetresonanztomographen störungsfrei betreibbar ist. Dies wird vor allem dadurch erreicht, daß der elektrische Motor an einem Ort möglichst geringem Magnetfeldes, welches von dem Magnetresonanztomographen erzeugt wird, angeordnet ist und ferner der Motor durch ein Gehäuse abgeschirmt ist. Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Injektionsgerät gegenüber den bekanntgewordenen Injektionsgeräten ist, daß die Injektionsvorrichtung elektrisch betrieben wird und daß der elektrische Antrieb dabei in das Injektionsgerät integriert werden konnte. Ein elektrischer Antrieb ist deshalb besonders vorteilhaft, da er im geforderten Leistungsbereich den anderen oben erwähnten Antriebsarten bezüglich Positioniergenauigkeit, Positioniergeschwindigkeit und Ansteuerbarkeit, insbesondere unter dem Kostenaspekt, weit überlegen ist. Durch die Integration des Antriebes in das Injektionsgerät wird eine Kraftübertragung auf die Hubmechanik der Injektionsvorrichtung besonders störungsfrei möglich.This structure of the injection device can ensure that the device in any, in particular even at a very short distance from Magnetic resonance tomograph can be operated without interference. This is mainly because of this ensures that the electric motor is at a location with as little magnetic field as possible, which is generated by the magnetic resonance tomograph, is arranged and further the Motor is shielded by a housing. Particularly advantageous on the Injection device according to the invention compared to the injection devices which have become known is that the injection device is operated electrically and that the electric drive could be integrated into the injection device. An electric drive is therefore Particularly advantageous because it meets the others mentioned above in the required performance range Drive types with regard to positioning accuracy, positioning speed and Controllability, especially from the cost aspect, is far superior. Through the Integration of the drive into the injection device will transmit power to the The lifting mechanism of the injection device is particularly trouble-free.
Ferner besteht bei dem erfindungsgemäßen Injektionsgerät eine feste geometrische Zuordnung zwischen dem Motor und der Injektionsvorrichtung. Hierdurch wird im Vergleich zu den bekanntgewordenen Injektionsgeräten eine besonders gute Kraftübertragung und eine geringe Störanfälligkeit erreicht.Furthermore, there is a fixed geometric in the injection device according to the invention Assignment between the engine and the injection device. This will in A particularly good comparison to the injection devices that have become known Power transmission and a low susceptibility to failure achieved.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Injektionsgerätes ist das Injektionsteil gegenüber dem Basisteil schwenkbar. Beispielsweise ist der Injektionsteil so aus der Vertikalen, bei der die Kolbenstange mit ihrem Betätigungsende nach oben weist, schwenkbar, daß die Kolbenstangenachse bis zu 15° aus der Horizontalen nach unten geneigt werden kann. Vorteilhaft an dieser Ausbildung ist, daß bei der vertikalen Stellung des Injektionsteils nach dem Befüllen mit Injektionsmittel der Injektionszylinder und die Patientenzuleitung besonders einfach entlüftet werden kann. Damit der Injektionsteil für die Injektion immer in Richtung der Magnetresonanztomograph-Öffnung geschwenkt werden kann, gleichgültig, ob er an der rechten oder linken Seite des Patienten betrieben wird, ist er aus der Vertikalen nach beiden Seiten um jeweils 105° neigbar.In one embodiment of the injection device according to the invention, the injection part is pivotable relative to the base part. For example, the injection part is from Verticals with the piston rod pointing upwards with its actuating end, swiveling that the piston rod axis down by 15 ° from the horizontal can be inclined. The advantage of this training is that in the vertical position of the injection part after filling with injection agent the injection cylinder and the Ventilation can be vented particularly easily. So that the injection part for the injection is always pivoted in the direction of the magnetic resonance tomograph opening regardless of whether it is operated on the right or left side of the patient , it can be tilted from the vertical to either side by 105 °.
In einer Ausbildung der Übertragungselemente des erfindungsgemäßen Injektionsgerätes greift ein Riemen einerseits am Abtrieb des Motors und andererseits an einer Zwischenwelle an. Das Injektionsteil ist dabei um die Achse der Zwischenwelle schwenkbar. Die Zwischenwelle greift in die Eingangsseite eines Winkelgetriebes ein und eine Gewindespindel greift in die Ausgangsseite des Winkelgetriebes ein. Das Winkelgetriebe kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß die Zwischenwelle und die Gewindespindel einen Winkel von 90° einschließen. Mit der Gewindespindel ist eine Spindelmutter im Eingriff, die wiederum mit einer Kolbenstange, die als Betätigungsglied dient, verbunden ist. Durch die Bewegung der Kolbenstange wird das Injektionsmittel abgegeben. Vorteilhaft an der so ausgebildeten Übertragung der Antriebsleistung des Motors auf die Kolbenstange ist, daß sie schlupf- und hysteresefrei arbeitet. Dadurch wird eine exakte und stets reproduzierbare Dosierung des Injektionsmittels während der gesamten Injektionsdauer gewährleistet. Vorteilhaft an der Ausbildung des Injektionsgerätes als Kolbeninjektor ist, daß dieser bauartbedingt besonders hohe Injektionsdrücke und damit hohe Injektionsgeschwindigkeiten erreicht. Ferner erlaubt ein Kolbeninjektor im Vergleich zu Schlauchpumpen dynamischere Injektionsprofile. Desweiteren können problemlos alle Einwegartikel nach Behandlung des Patienten mit vergleichsweise geringen Verlusten an Injektionsmittel ausgetauscht werden, so daß auch den hygienischen Anforderungen entsprochen werden kann.In an embodiment of the transmission elements of the injection device according to the invention grips a belt on the one hand on the engine output and on the other hand on one Intermediate shaft. The injection part is around the axis of the intermediate shaft swiveling. The intermediate shaft engages in the input side of an angular gear a threaded spindle engages in the output side of the angular gear. The Angular gear can for example be designed so that the intermediate shaft and Include the threaded spindle at an angle of 90 °. With the threaded spindle is one Spindle nut in engagement, which in turn with a piston rod, which acts as an actuator serves, is connected. The injection agent becomes by the movement of the piston rod submitted. Advantageous in the transmission of the drive power of the vehicle Motors on the piston rod is that it works without slip and hysteresis. This will an exact and always reproducible dosage of the injection agent during the guaranteed throughout the injection period. Advantageous in the training of the Injection device as a piston injector is that this is particularly high due to its design Injection pressures and thus high injection speeds achieved. Also allows one Piston injector has more dynamic injection profiles than peristaltic pumps. Furthermore, all disposable items can be used after treatment of the patient comparatively small losses of injection agent can be exchanged, so that too the hygienic requirements can be met.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Zwischenwelle von einer lösbaren Kupplung unterbrochen sein, so daß die Injektionsvorrichtung von den weiteren Übertragungselementen gelöst werden kann. Vorteilhaft an dieser Ausbildung ist, daß durch die lösbare Kupplung die Injektionsvorrichtung in Verbindung mit verschiedenen Antriebseinheiten bei verschiedenen Applikationen eingesetzt werden kann.In a further embodiment of the invention, the intermediate shaft can be detachable Coupling must be interrupted so that the injection device from the others Transmission elements can be solved. The advantage of this training is that through the detachable coupling the injection device in connection with various Drive units can be used in various applications.
In einer Ausbildung der Abschirmung des elektrischen Motors ist das Abschirmgehäuse aus einer inneren und einer äußeren Schale aus Magnetweicheisen vorteilhafterweise aus einem ferromagnetischen Metall aufgebaut. Dabei weist das Gehäuse höchstens zwei Öffnungen für die Abtriebswelle des elektrischen Motors und elektrische Anschlüsse auf. Vorteilhafterweise umschließt die äußere Schale die innere von allen Seiten bis auf die Seite, an der die Abtriebswelle des Motors austritt. Durch diese Ausbildung des Gehäuses kann eine Abschirmung des elektrischen Motors erreicht werden, die ausreicht, um einen störungsfreien Betrieb des Motors zu gewährleisten, auch wenn das erfindungsgemäße Injektionsgerät in unmittelbarer Nähe zu dem Magnetresonanztomographen positioniert ist.The shield housing is in one embodiment of the shield of the electric motor advantageously made of an inner and an outer shell made of magnetic soft iron a ferromagnetic metal. The housing has at most two Openings for the output shaft of the electric motor and electrical connections. The outer shell advantageously encloses the inner shell from all sides except for the Side on which the output shaft of the motor exits. Through this design of the housing shielding of the electric motor can be achieved which is sufficient to achieve a to ensure trouble-free operation of the engine, even if the invention Injection device is positioned in close proximity to the magnetic resonance tomograph.
In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Injektionsgerätes weist dieses ein fahrbares Gestell auf, dessen Fußbereich den Basisteil, an dem der elektrische Motor befestigt ist, bildet und dessen Kopfbereich den Injektionsteil mit der Injektionsvorrichtung bildet. Die Energieversorgung des elektrischen Motors kann dabei über integrierte Akkumulatoren erfolgen. Ferner ist benachbart zu dem elektrischen Motor eine Steuerelektronik vorgesehen, die gegen eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen abgeschirmt ist. Die Steuerung ist vorteilhafterweise programmierbar und mikroprozessorbasiert, so daß sie dem hohen Sicherheitsstandard für Medizinprodukte genügt. Ferner erlaubt eine solche Steuerung ein Arbeiten mit programmgesteuerten Injektionen und ermöglicht dadurch die Realisierung beliebiger Injektionsprofile. Zusätzlich kann das Injektionsgerät allein durch die Aktualisierung seiner Betriebssoftware künftigen Anforderungen der Magnetresonanzdiagnostik bzw. der Entwicklung neuer Magnetresonanzkontrastmittel angepaßt werden. Die integrierte Steuerung und die integrierten Akkumulatoren machen jede elektrische Zuleitung zu dem Injektionsgerät überflüssig. Dies ist deswegen besonderes vorteilhaft, da solche externen Leitungen nur mit hohem Aufwand gegen die Emission elektromagnetischer Wellen abzuschirmen sind, da sie sonst eine Beeinträchtigung der Bildrekonstruktion des Magnetresonanztomographen bewirken würden und zum anderen auch die Mobilität des Injektionsgerätes bei Ortsveränderungen einschränken würde. Die Akkumulatoren sollten dabei eine ausreichende Kapazität für mindestens eine Arbeitsschicht aufweisen. Ferner ist bei der Verwendung von Akkumulatoren vorteilhaft, daß die Spannungsumwandlung von Netz auf Betriebsspannung und die damit verbundene Emission elektromagnetischer Wellen entfällt.In a further embodiment of the injection device according to the invention, this has mobile frame, whose foot area is the base part on which the electric motor is attached, and forms the head portion of the injection part with the injection device forms. The power supply to the electric motor can be integrated Accumulators are made. Furthermore, one is adjacent to the electric motor Control electronics provided against radiation of electromagnetic waves is shielded. The control is advantageously programmable and microprocessor based, so they meet the high safety standard for medical devices enough. Such a control also allows working with program-controlled Injections and thereby enables the realization of any injection profiles. In addition, the injection device can only be updated by updating its operating software future requirements of magnetic resonance diagnostics or the development of new ones Magnetic resonance contrast agents are adjusted. The integrated control and the Integrated accumulators make every electrical lead to the injection device superfluous. This is particularly advantageous because such external lines only shielding against the emission of electromagnetic waves with great effort, otherwise they impair the image reconstruction of the magnetic resonance tomograph would cause and on the other hand the mobility of the injection device Would restrict changes of location. The accumulators should be one have sufficient capacity for at least one work shift. Furthermore, the Use of accumulators advantageous that the voltage conversion from mains to Operating voltage and the associated emission of electromagnetic waves is eliminated.
Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den angefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:An exemplary embodiment of the present invention is intended to be described below with reference to FIGS attached drawings are explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Injektionsgerätes mit Verkleidungsteilen, Fig. 1 is a perspective view of the injection apparatus according to the invention with cladding parts,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Injektionsgerätes in einer offenen Ansicht ohne Verkleidungsteile, Fig. 2 is a perspective view of the injection apparatus according to the invention in an open view without trim parts,
Fig. 3 einen horizontalen Schnitt durch das Gehäuse des elektrischen Motors und Fig. 3 shows a horizontal section through the housing of the electric motor and
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des elektrischen Motors mit Gehäuse. Fig. 4 is a perspective view of the electric motor with the housing.
Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Injektionsgerät in einem Ausführungsbeispiel mit einem fahrbaren Gestell. Dabei ist eine Gerätesäule 20 auf einem Fußgestell 21 mit Lenkrollen aufgebaut, so daß sich das Injektionsgerät problemlos bewegen läßt. Im unteren Teil der Gerätesäule 20 befindet sich das Basisteil 19 des Injektionsgerätes. Im Kopfbereich des Injektionsgerätes befindet sich der Injektionsteil 18, in dem die Injektionsvorrichtung untergebracht ist. Am Ende des Injektionsteils 18 befindet sich eine Vorrichtung 4 zur Aufnahme von Injektionszylindern, die vorteilhafterweise für den Einsatz in der Hochdruckinjektion ausgebildet ist. Ferner ist ein Bedienungspult 22 mit einer Tastatur und LCD-Anzeige vorgesehen, welches den Abschluß der Gerätesäule 20 nach oben bildet. Durch dieses Bedienungspult 22 wird die Ausführung sämtlicher Bedienoperationen, wie beispielsweise das Füllen und Entlüften des Injektionszylinders, sowie das Erstellen, Wählen und Abspeichern von Injektionsprogrammen unmittelbar am Injektionsgerät ermöglicht. Letztere Operationen sowie Start, Unterbrechung und Abbruch der Injektion können wahlweise auch über eine drahtlose Infrarot-Fernbedienung vom Kontrollraum aus vorgenommen werden. Fig. 1 shows the injection device according to the invention in an embodiment with a mobile frame. Here, a device column 20 is built on a pedestal 21 with castors, so that the injection device can be moved easily. The base part 19 of the injection device is located in the lower part of the device column 20 . The injection part 18 , in which the injection device is accommodated, is located in the head region of the injection device. At the end of the injection part 18 there is a device 4 for receiving injection cylinders, which is advantageously designed for use in high-pressure injection. Furthermore, a control panel 22 with a keyboard and LCD display is provided, which forms the end of the device column 20 upwards. This control panel 22 enables all operating operations, such as filling and venting the injection cylinder, as well as the creation, selection and storage of injection programs, directly on the injection device. The latter operations as well as the start, interruption and termination of the injection can optionally be carried out from the control room using a wireless infrared remote control.
Der innere Aufbau des erfindungsgemaßen Injektionsgerätes ist in Fig. 2 gezeigt. Die allgemeine Funktionsweise des Injektionsgerätes ist wie folgt: In einem Rezipienten der Vorrichtung 4 ist ein Injektionszylinder, welcher das Injektionsmittel enthält und in welchem ein Kolben vor- und zurück bewegt werden kann, um dabei das Injektionsmittel anzusaugen oder zu injizieren, aufgenommen. Ist der Injektionszylinder von der Vorrichtung 4 aufgenommen, ist der Kolben des Injektionszylinders fest mit der Kolbenstange 15 der Injektionsvorrichtung des Injektionsgerätes verbunden. Zur Injektion des Injektionsmittels wird die Kolbenstange mittels eines Antriebes bewegt.The internal structure of the injection device according to the invention is shown in FIG. 2. The general functioning of the injection device is as follows: an injection cylinder, which contains the injection agent and in which a piston can be moved back and forth in order to suck or inject the injection agent, is accommodated in a recipient of the device 4 . If the injection cylinder is received by the device 4 , the piston of the injection cylinder is firmly connected to the piston rod 15 of the injection device of the injection device. To inject the injection agent, the piston rod is moved by means of a drive.
Als Antrieb ist ein elektrischer Motor 5 am Basisteil 19 des Injektionsgerätes vorgesehen. Diese Anordnung wurde aufgrund der Feldstärke des Streufeldes des Grundfeldmagneten des Magnetresonanztomographen gewählt, da diese aufgrund von Abschirmmaßnahmen, wie z. B. verschiedene Arten der magnetischen Flußrückführung oder Aktivschirme, im Bereich vor der Magnetöffnung am höchsten ist und von dort mit der dritten Potenz (Dipolfeld) bzw. mit der fünften Potenz (Quadrupolfeld) des Abstandes abnimmt. Das bedeutet, daß der Injektionsteil durchaus der vollen Feldstärke des Streufeldes ausgesetzt sein kann, da sich seine Position während der Injektion annähernd in Höhe der Magnetöffnung befindet, während der Fußbereich des Injektionsgerätes einer geringeren Feldstärke ausgesetzt ist. Durch diese Anordnung in Verbindung mit der später erläuterten Abschirmung ist es möglich, einen elektrischen Motor für das Injektionsgerät zu verwenden, der in das Injektionsgerät integriert ist und dabei auch in einem geringen Abstand zu einem Magnetresonanztomographen störungsfrei arbeitet. Vorteilhafterweise ist der Motor ca. 20 cm oberhalb des Bodenbereiches im Inneren der Gerätesäule 20 angeordnet.An electric motor 5 is provided on the base part 19 of the injection device as the drive. This arrangement was chosen on the basis of the field strength of the stray field of the basic field magnet of the magnetic resonance tomograph, since this is due to shielding measures, such as, for. B. different types of magnetic flux feedback or active screens, is highest in the area in front of the magnet opening and from there decreases with the third power (dipole field) or with the fifth power (quadrupole field) of the distance. This means that the injection part can be exposed to the full field strength of the stray field, since its position during the injection is approximately at the level of the magnet opening, while the foot area of the injection device is exposed to a lower field strength. This arrangement in conjunction with the shielding explained later makes it possible to use an electric motor for the injection device which is integrated in the injection device and also works without interference at a short distance from a magnetic resonance tomograph. The motor is advantageously arranged approximately 20 cm above the floor area in the interior of the device column 20 .
Mit Bezug zu den Fig. 3 und 4 wird die zweischalige Abschirmung des elektrischen Motors 5 erläutert. Das Abschirmgehäuse weist eine innere 2 und eine äußere Schale 3 auf. Die innere Schale 2 umschließt den Motor 5 vollständig bis auf die Öffnung 24 für die Abtriebswelle 23 des Motors und die Öffnung 25 für die elektrischen Anschlüsse des Motors 5. Über das innere Gehäuse 2 ist formschlüssig das äußere Gehäuse 3 gesteckt, welches einzig an der Seite geöffnet ist, an der die Abtriebswelle 23 des Motors 5 aus dem inneren Gehäuse 2 austritt. Ferner weist auch das äußere Gehäuse die Öffnung 25 für elektrische Anschlüsse auf. Die innere 2 und äußere Schale 3 besteht aus Magnetweicheisen vorteilhafterweise aus einem ferromagnetischen Teil. Auf der Abtriebswelle 23 des Motors 5 ist ein Riemen- oder Zahnriemenrad 8 vorgesehen. Zur Regulierung der Zahnriemenspannung ist das Abschirmgehäuse 2, 3 des Antriebsmotors 5 in einem seitlich angeordneten Lagerblock 6 drehbar gelagert.The two-shell shielding of the electric motor 5 is explained with reference to FIGS. 3 and 4. The shield housing has an inner shell 2 and an outer shell 3 . The inner shell 2 completely encloses the motor 5 except for the opening 24 for the output shaft 23 of the motor and the opening 25 for the electrical connections of the motor 5 . Over the inner housing 2, the outer housing 3 is inserted form-fitting manner, which is only open on the side on which the output shaft of the motor 5 comes out of the inner housing 2 23rd Furthermore, the outer housing also has the opening 25 for electrical connections. The inner 2 and outer shell 3 consists of magnetic soft iron advantageously from a ferromagnetic part. A belt or toothed belt wheel 8 is provided on the output shaft 23 of the motor 5 . To regulate the toothed belt tension, the shield housing 2 , 3 of the drive motor 5 is rotatably mounted in a laterally arranged bearing block 6 .
Im Folgenden wird die Übertragung des elektrischen Motorantriebes auf die Kolbenstange 15 mit Bezug zu Fig. 2 erläutert. Die Übertragung der Antriebsleistung des Motors erfolgt durch formschlüssige und damit schlupffrei arbeitende Übertragungselemente. Um das Riemenrad 8 auf der Abtriebswelle 23 des Motors 5 ist ein Riemen 9, wie z. B. ein Zahnriemen, gewickelt. Das andere Ende des geschlossenen Riemens 9 ist um ein Riemenrad 7 einer Zwischenwelle 14 gewickelt. Anstatt des Riemenantriebs wäre auch ein Antrieb über eine Welle mit doppelten Winkelgetrieben möglich. Die Lagerung der Zwischenwelle 14 erfolgt mit Hilfe eines fest mit der Gerätesäule 20 verschraubten Lagergehäuses. Dabei ist die Drehachse der Zwischenwelle 14 identisch mit einer Drehachse für die Schwenkbewegung des Injektionsteils 18 gegenüber dem Basisteil 19. Durch diese Schwenkbewegung kann die Injektionsvorrichtung aus ihrer vertikalen Stellung, die zum Entlüften des Injektionszylinders benötigt wird, nach beiden Seiten nach unten geschwenkt werden. Vorteilhafterweise ist eine Schwenkbewegung nach beiden Seiten um 105° aus der Vertikalen heraus möglich. Durch das Zusammenfallen der Drehachse der Zwischenwelle und der Drehachse der Schwenkbewegung ist sichergestellt, daß sich bei einer Schwenkbewegung der Achsabstand von der Abtriebswelle 23 des Motors 5 und der Zwischenwelle 14 nicht ändert, so daß eine gleichbleibende Riemenspannung ohne zusätzliche Spannrollen bzw. die Verwendung einer starren Antriebswelle ohne Längenausgleich möglich wird.The transmission of the electric motor drive to the piston rod 15 is explained below with reference to FIG. 2. The drive power of the engine is transmitted by positive-locking and thus slip-free transmission elements. Around the pulley 8 on the output shaft 23 of the motor 5 is a belt 9 , such as. B. a toothed belt, wound. The other end of the closed belt 9 is wound around a pulley 7 of an intermediate shaft 14 . Instead of the belt drive, a drive via a shaft with double angular gears would also be possible. The intermediate shaft 14 is supported by means of a bearing housing which is firmly screwed to the device column 20 . The axis of rotation of the intermediate shaft 14 is identical to an axis of rotation for the pivoting movement of the injection part 18 relative to the base part 19 . As a result of this pivoting movement, the injection device can be pivoted downward from both sides from its vertical position, which is required for venting the injection cylinder. Advantageously, a pivoting movement to both sides by 105 ° from the vertical is possible. The coincidence of the axis of rotation of the intermediate shaft and the axis of rotation of the pivoting movement ensures that the center distance from the output shaft 23 of the motor 5 and the intermediate shaft 14 does not change during a pivoting movement, so that a constant belt tension without additional tensioning rollers or the use of a rigid one Drive shaft without length compensation is possible.
Die Zwischenwelle 14 ist über eine Kupplung 10 mit der Eingangswelle eines Winkelgetriebes 11 verbunden. Dabei ist die Drehachse dieser Eingangswelle mit der Drehachse der Zwischenwelle 14 und somit auch mit der Drehachse für die Schwenkbewegung identisch. Durch die Kupplung 10 kann die Injektionsvorrichtung z. B. für Wartungs- oder Einstellarbeiten problemlos von der Gerätesäule 20 abgenommen und wieder angebaut werden. Durch das Winkelgetriebe 11 wird die Drehbewegung der Zwischenwelle 14 um 90° umgelenkt und anschließend auf eine Gewindespindel 16 übertragen. Als Winkelgetriebe 11 wurde ein Schneckengetriebe gewählt, da sein Bauvolumen gegenüber einem vergleichbaren Kegelradgetriebe bei einer Untersetzung von 5 : 1 deutlich geringer ausfällt. Die Drehzahlreduktion an dieser Stelle ist aus folgendem Grund notwendig: Aus Sicherheitsgründen ist der Antrieb so konzipiert, daß der Motor beim Stillstand des Injektors ein permanentes Haltemoment erzeugt, das den Antriebsstrang blockiert. Daher bewirkt jede Schwenkbewegung des Injektionsteils 18 innerhalb des Winkelgetriebes 11 eine Abwälzbewegung des Abtriebsrades auf dem feststehenden Antriebsrad und damit eine Drehbewegung der Gewindespindel 16 mit entsprechender Kolbenbewegung. Diese Kolbenbewegung sollte wegen des Verlustes von austretendem Injektionsmittel bzw. dem Ansaugen von Luft (abhängig von der gewählten Richtung der Schwenkbewegung, durch die der Injektionsteil 18 aus der zum Entlüften des Injektionszylinders notwendigen vertikalen Stellung entweder in die rechte oder linke Injektionsstellung gedreht wird), so gering wie möglich sein. Diese Problematik tritt naturgemäß bei herkömmlichen Injektoren, deren Antriebsmotor im Injektionsteil integriert ist, nicht auf. Zur Vermeidung störender Kolbenbewegungen beim Schwenken des Injektionsteils ist daher im Winkelgetriebe 11 ein möglichst großes Untersetzungsverhältnis zwischen Getriebeein- und -ausgangswelle anzustreben. Beschränkend hierfür ist allerdings das nötige Gesamtübersetzungsverhältnis, das unter Einbeziehung aller Übertragungselemente so gewählt werden muß, daß sich die geforderten Injektionsgeschwindigkeiten mit den zulässigen Motordrehzahlen realisieren lassen. Durch eine Übersetzung im primären Antrieb (Motor/Zwischenwelle) kann die Untersetzung im Winkelgetriebe 11 teilweise kompensiert und damit das Gesamtuntersetzungsverhältnis auf den richtigen Wert gebracht werden. Die Verwendung eines spielarmen Schneckengetriebes mit einer Untersetzung von 5 : 1 macht es möglich, das erwünschte Hubvolumen bei der Schwenkung des Injektionsteils um 105° auf einen Wert von 0,2 ml zu beschränken. Eine Übersetzung im Primärantrieb von 1,64 : 1 sorgt für das richtige Gesamtübersetzungsverhältnis. Neben dieser rein mechanischen Lösung kann erforderlichenfalls auch auf eine regelungstechnische Lösungsvariante zurückgegriffen werden. Hierbei wird die Drehbewegung der Gewindespindel 16 beim Schwenken des Injektionsteils durch einen Drehwinkelcoder elektronisch erfaßt. Dieses Signal läßt sich entsprechend auswerten und zur Ansteuerung des Antriebsmotors 5 derart verwenden, daß die Motorwelle 23 während der Schwenkbewegung unter Berücksichtigung der Gesamtübersetzung (mit einer vernachlässigbaren Nacheilung) in die zugehörige Winkelposition nachgeführt wird.The intermediate shaft 14 is connected to the input shaft of an angular gear 11 via a coupling 10 . The axis of rotation of this input shaft is identical to the axis of rotation of the intermediate shaft 14 and thus also to the axis of rotation for the pivoting movement. Through the clutch 10 , the injection device z. B. for maintenance or adjustment work can be easily removed from the device column 20 and reinstalled. The angular gear 11 deflects the rotary movement of the intermediate shaft 14 by 90 ° and then transmits it to a threaded spindle 16 . A worm gear was chosen as the angular gear 11 because its construction volume is significantly lower than that of a comparable bevel gear with a reduction ratio of 5: 1. The speed reduction at this point is necessary for the following reason: For safety reasons, the drive is designed so that the motor generates a permanent holding torque when the injector is at a standstill, which blocks the drive train. Therefore, each pivoting movement of the injection part 18 within the angular gear 11 causes a rolling movement of the driven wheel on the fixed drive wheel and thus a rotating movement of the threaded spindle 16 with a corresponding piston movement. This piston movement should be due to the loss of escaping injection agent or the suction of air (depending on the selected direction of the pivoting movement, by means of which the injection part 18 is rotated from the vertical position necessary for venting the injection cylinder into either the right or left injection position) be as small as possible. This problem naturally does not occur with conventional injectors whose drive motor is integrated in the injection part. To avoid disruptive piston movements when pivoting the injection part, the largest possible reduction ratio between the gearbox input and output shaft should therefore be aimed for in the angular gearbox 11 . The limiting factor here is, however, the required overall transmission ratio, which must be selected with the inclusion of all transmission elements in such a way that the required injection speeds can be achieved with the permissible engine speeds. A reduction in the primary drive (motor / intermediate shaft) can partially compensate for the reduction in the angular gear 11 and thus bring the overall reduction ratio to the correct value. The use of a low backlash worm gear with a reduction ratio of 5: 1 makes it possible to limit the desired stroke volume to a value of 0.2 ml when the injection part is pivoted by 105 °. A ratio of 1.64: 1 in the primary drive ensures the correct overall ratio. In addition to this purely mechanical solution, a control solution variant can also be used if necessary. Here, the rotational movement of the threaded spindle 16 when the injection part is pivoted is electronically detected by a rotary angle encoder. This signal can be evaluated accordingly and used to control the drive motor 5 in such a way that the motor shaft 23 is tracked into the associated angular position during the swiveling movement, taking into account the overall ratio (with a negligible lag).
In die Gewindespindel 16 greift eine Spindelmutter ein. Diese Spindelmutter ist fest in eine axial bewegliche Gleitbrücke 12 eingebaut, die entlang der Führungsstangen 13 geführt wird. Somit wird die Rotation der Gewindespindel 16 in eine lineare Bewegung der Gleitbrücke 12 umgesetzt. Mit der Gleitbrücke 12 fest verbunden ist die Kolbenstange 15, an deren freien Ende sich eine Aufnahme befindet. Hiermit wird der Kolben des Injektionszylinders bei seinem Ansetzen in die Vorrichtung 4 automatisch mit der Kolbenstange 15 verbunden und kann in beiden Richtungen axial verschoben werden.A spindle nut engages in the threaded spindle 16 . This spindle nut is permanently installed in an axially movable slide bridge 12 which is guided along the guide rods 13 . Thus, the rotation of the threaded spindle 16 is converted into a linear movement of the slide bridge 12 . The piston rod 15 is fixedly connected to the slide bridge 12 and has a receptacle at its free end. The piston of the injection cylinder is hereby automatically connected to the piston rod 15 when it is placed in the device 4 and can be axially displaced in both directions.
Oberhalb des Antriebsmotors 5 ist die elektronische Steuerung 17 desselben vorgesehen. Zur Vermeidung von Störungen bei der Bildauswertung des Magnetresonanztomographen sind aktive Schutzmaßnahmen im Bereich der Steuerelektronik 17 notwendig. Dabei sind sämtliche Emissionen von elektromagnetischen Wellen im Bereich von 20 bis 60 Mhz kritisch. Eine Abstrahlung in diesem Frequenzbereich wird von den hochempfindlichen Empfängerspulen des Bildgebungssystems des Magnetresonanztomographen erfaßt und erhöht damit den Rauschanteil in der Signalverarbeitung für die Bilddaten. Quellen für derartige Störimpulse innerhalb der elektronischen Steuerung 17 des Injektors sind die Oberwellen der Prozessortaktfrequenz und der Motorendstufe. Mit einer zusätzlichen (EMV-dichten) Kapselung der gesamten Steuerelektronik 17 und der Anordnung innerhalb der Gerätesäule 20, die einen möglichst großen Abstand zu den Empfängerspulen des Magnetresonanztomographen sicherstellt, wird der Störeinfluß der elektronischen Steuerung weitestgehend eliminiert. Zusätzlich kann das Injektionsgerät durch Betätigung einer speziellen Taste, die sowohl an der Geräte- als auch an der Fernbedienungstastatur vorgesehen ist, in einen "stand-by"-Modus versetzt werden. Hierbei werden zunächst automatisch alle aktuellen Injektionsparameter in einem Hintergrundspeicher abgelegt. Anschließend wird der Prozessortakt ausgeschaltet, so daß während der Bildauswertung, die entweder vor oder nach erfolgter Injektion des Injektionsmittels stattfindet, problematische Störsignale völlig auszuschließen sind. Dieser Zustand kann nach Ablauf einer einstellbaren Wartezeit nach Beendigung der Injektion auch automatisch über das Betriebsprogramm des Injektors eingeleitet werden. Die Betätigung einer beliebigen Geräte- oder Fernbedienungstaste aktiviert die Prozessorsteuerung des Injektionsgerätes wieder und veranlaßt automatisch das Einlesen der aktuellen Injektionsparameter in den Arbeitsspeicher, so daß ohne Verzögerung mit dem Gerät weitergearbeitet werden kann.The electronic control 17 of the same is provided above the drive motor 5 . In order to avoid interference in the image evaluation of the magnetic resonance tomograph, active protective measures in the area of the control electronics 17 are necessary. All emissions of electromagnetic waves in the range of 20 to 60 MHz are critical. Radiation in this frequency range is detected by the highly sensitive receiver coils of the imaging system of the magnetic resonance tomograph and thus increases the noise component in the signal processing for the image data. Sources of such interference pulses within the electronic control 17 of the injector are the harmonics of the processor clock frequency and the motor output stage. With an additional (EMC-tight) encapsulation of the entire control electronics 17 and the arrangement within the device column 20 , which ensures the greatest possible distance from the receiver coils of the magnetic resonance tomograph, the interference of the electronic control is largely eliminated. In addition, the injection device can be put into a “stand-by” mode by actuating a special button that is provided on both the device and the remote control keyboard. First, all current injection parameters are automatically stored in a background memory. The processor clock is then switched off, so that problematic interference signals can be completely ruled out during the image evaluation, which takes place either before or after the injection of the injection agent. After an adjustable waiting time after the injection has ended, this state can also be initiated automatically via the operating program of the injector. Pressing any device or remote control button reactivates the processor control of the injection device and automatically causes the current injection parameters to be read into the working memory, so that the device can continue to be used without delay.
Zur Gewährleistung einer sicheren bi-direktionalen Datenübertragung zwischen Fernbedienung und Injektionsgerät unabhängig von seinem jeweiligen Standort können zur Vermeidung von Abschattungen die Infrarotsignale von der Sende-/Empfangseinheit der Fernbedienung zunächst auf eine Umsetzerstation übertragen werden, die sich in der Raummitte des Untersuchungsraumes an der Zimmerdecke befindet, und von dort an das Injektionsgerät weitergeleitet werden.To ensure secure bi-directional data transfer between Remote control and injection device regardless of its location can be used Avoidance of shadowing the infrared signals from the transmitter / receiver unit of the Remote control are first transferred to a converter station, which is located in the Center of the examination room is located on the ceiling, and from there to the Injection device to be forwarded.
Die Energieversorgung des erfindungsgemäßen Injektionsgerätes erfolgt vorteilhafterweise über Akkumulatoren, deren Kapazität mindestens für einen Injektionsvorgang ausreicht. Diese Akkumulatoren sind vorteilhafterweise innerhalb der Gerätesäule 20 am Basisteil 19 in unmittelbarer Umgebung des Motors 5 angeordnet.The injection device according to the invention is advantageously supplied with energy via batteries whose capacity is sufficient for at least one injection process. These batteries are advantageously arranged within the device column 20 on the base part 19 in the immediate vicinity of the motor 5 .
Claims (16)
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Basisteil (19) von dem Injektionsteil (18) beabstandet ist, so daß bei der Injektion das Magnetfeld des Magnetresonanztomographen am Ort des Basisteils (19) geringer ist als am Ort des Injektionsteils (18),
- - daß als Antrieb für die Injektionsvorrichtung (12, 16) am Basisteil (19) ein elektrischer Motor (5) vorgesehen ist,
- - daß für den Antrieb der Injektionsvorrichtung (12, 16) zwischen dem Motor (5) und der Injektionsvorrichtung (12, 16) Übertragungselemente (9, 7,14) vorgesehen sind und
- - daß ein den elektrischen Motor (5) umgebendes Gehäuse (2, 3) zur Abschirmung magnetische Felder vorgesehen ist.
characterized,
- - That the base part ( 19 ) from the injection part ( 18 ) is spaced so that during the injection the magnetic field of the magnetic resonance scanner at the location of the base part ( 19 ) is less than at the location of the injection part ( 18 ),
- - That an electric motor ( 5 ) is provided as a drive for the injection device ( 12 , 16 ) on the base part ( 19 ),
- - That for driving the injection device ( 12 , 16 ) between the motor ( 5 ) and the injection device ( 12 , 16 ) transmission elements ( 9 , 7 , 14 ) are provided and
- - That a housing ( 2 , 3 ) surrounding the electric motor ( 5 ) is provided for shielding magnetic fields.
- - daß der Riemen (9) einerseits am Abtrieb des Motors (5) angreift und andererseits an einer Zwischenwelle (14) angreift und
- - daß das Injektionsteil (18) um die Achse der Zwischenwelle (14) schwenkbar ist.
- - That the belt ( 9 ) engages on the one hand on the output of the motor ( 5 ) and on the other hand engages an intermediate shaft ( 14 ) and
- - That the injection part ( 18 ) about the axis of the intermediate shaft ( 14 ) is pivotable.
- - daß die Zwischenwelle (14) in eine Eingangsseite eines Winkelgetriebes (11) eingreift,
- - daß eine Gewindespindel (16) in eine Ausgangsseite des Winkelgetriebes (11) eingreift,
- - daß eine Spindelmutter (12) im Eingriff mit der Gewindespindel (16) ist und
- - daß die Spindelmutter mit dem als Kolbenstange (15) ausgebildeten Betätigungsglied verbunden ist und dieses zur Abgabe des Injektionsmittels bewegt.
- - That the intermediate shaft ( 14 ) engages in an input side of an angular gear ( 11 ),
- - That a threaded spindle ( 16 ) engages in an output side of the angular gear ( 11 ),
- - That a spindle nut ( 12 ) is in engagement with the threaded spindle ( 16 ) and
- - That the spindle nut is connected to the actuator designed as a piston rod ( 15 ) and moves it to dispense the injection agent.
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| DE1996121393 DE19621393A1 (en) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | Injection device for magnetic resonance imaging |
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