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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Magnetresonanz. Sie findet
insbesondere Anwendung in Zusammenhang mit der Magnetresonanzbildgebung
zu medizinischen Diagnosezwecken und wird unter besonderer Bezugnahme
darauf beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende
Erfindung auch für
die Magnetresonanzspektroskopie und die Magnetresonanzbildgebung
in anderen Anwendungsbereichen geeignet ist.
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Im
Allgemeinen verwenden Verfahren der Kernmagnetresonanz (engl. nuclear
magnetic resonance, NMR) und der Magnetresonanzbildgebung (engl.
magnetic resonance imaging, MRI) ein räumlich homogenes und zeitlich
konstantes Hauptmagnetfeld B0, das durch
einen Untersuchungsbereich erzeugt wird, in dem ein zu untersuchender
Patient oder ein zu untersuchendes Objekt platziert ist. Herkömmlicherweise
wird das homogene Hauptmagnetfeld auf eine von zwei Arten erzeugt.
Bei dem ersten Verfahren wird ein Hauptelektromagnet mit zylindrischer
Form verwendet. Die Mittelöffnung
des Hauptmagneten legt den Untersuchungsbereich fest, in dem ein
horizontal ausgerichtetes Hauptmagnetfeld erzeugt wird. Bei dem
zweiten Verfahren wird ein Hauptmagnet mit einer offenen Geometrie
verwendet. Typischerweise weist der Hauptmagnet entgegengesetzte
Polschuhe auf, die so angeordnet sind, dass sie sich gegenüber liegen
und dazwischen den Untersuchungsbereich definieren. Die Polschuhe sind
durch einen Eisenrückflusspfad
verbunden. Diese Konfiguration erzeugt ein im Wesentlichen homogenes
vertikales Hauptmagnetfeld in dem Untersuchungsbereich. Hauptmagneten
mit offener Geometrie sind in der Lage, bedeutende Probleme der
MRI, wie beispielsweise die Vergrößerung der Aufnahmeöffnung für den Patienten,
die Vermeidung von Klaustrophobie bei dem Patienten und die Verbesserung des
Zugangs bei interventionellen MRI-Anwendungen, zu lösen.
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Eine
Anzahl von interventionellen MRI-Prozeduren, beispielsweise Biopsien,
Laserablationen und andere Prozeduren werden sowohl mit den Systemen
mit zylindrischem Magneten mit horizontaler Öffnung als auch mit den Systemen
mit Magneten mit offener Geometrie und vertikalem Feld durchgeführt. Aufgrund
der Existenz des Kryostaten, der Pole und/oder anderer Magnetkomponenten,
die den Patienten umgeben, ist die Reihe der Prozeduren jedoch beschränkt. Der
Zugang zum Patienten ist für chirurgische
Verfahren eingeschränkt,
und die verfügbaren
Patientenpositionen, die Arten und die Größe der einsetzbaren Ausrüstung und ähnliches
sind festgelegt. Infolgedessen werden viele interventionelle MRI-Prozeduren
schrittweise durchgeführt.
Die Schritte beinhalten die Bildgebung des Patienten und den anschließenden Transport
des Patienten an einen anderen Ort oder die Bewegung in eine andere Position
zur Durchführung
der chirurgischen Verfahren. Zusätzliche
Bilder werden erzielt, indem der Patient wieder zurück in den
Bildgebungsbereich gebracht wird. Schrittweise Prozeduren sind jedoch
mit gewissen inhärenten
Nachteilen verbunden. Bei vielen Arten der chirurgischen Verfahren
ist beispielsweise das Bewegen des Patienten unerwünscht, und schrittweise
Prozeduren sind daher hier nicht geeignet. Außerdem sind später erstellte
Bilder eventuell nicht richtig auf die vorhergehenden Bilder ausgerichtet,
da die erneute Positionierung des Patienten in genau derselben Position
im Untersuchungsbereich extrem schwierig ist. Im Verlauf der Prozedur
kann dies zu falschen Vorhersagen hinsichtlich der Position der
Anatomie eines Patienten führen.
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In
Notfällen
oder bei Komplikationen während
des chirurgischen Verfahrens ist eine gute Zugangsmöglichkeit
zum Patienten wünschenswert.
In dieser Hinsicht bieten die Systeme mit zylindrischem Magneten
mit horizontaler Öffnung
keinen ausreichenden Zugang. Systeme mit Magneten mit offener Geometrie
bieten zwar einen besseren Zugang als Systeme mit zylindrischem
Magneten, in gewissen Notfallsituationen ist dieser Zugang jedoch
immer noch nicht ausreichend.
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In
letzter Zeit werden viele chirurgische Prozeduren minimal invasiv
durchgeführt.
Ein derartiger Ansatz ist für
den Patienten im Allgemeinen einfacher, fördert eine äußerst schnelle Erholung und
ist häufig
weniger kostspielig. Einige Arten minimal invasiver chirurgischer
Verfahren wurden durch den Einsatz bildgeführter Operationstechniken vereinfacht. Ein
guter Zugang zum Patienten ist bei diesen Operationsarten aus mehreren
Perspektiven äußerst vorteilhaft.
Erstens muss der Chirurg Zugang zum Operationsfeld haben. Zweitens
existieren für
die verschiedenen Operationen bevorzugte Patientenpositionen. Und
schließlich
gibt es zahlreiche Mittel zur Unterstützung des Patienten (Schläuche, Drähte usw.),
die während
der Operation verwendet werden und einen gewissen Platzbedarf haben.
Außerdem ist
es wünschenswert,
dass das gesamte Operationsteam, das aus einer Anzahl von Chirurgen und/oder
Unterstützungspersonal
bestehen kann, Zugang zum Patienten hat, damit alle Personen ihre Aufgabe
bei der Operation korrekt ausführen
können. Allgemein
gesprochen bieten die oben erwähnten MRI-Systeme
jedoch nicht die erforderli che Zugangsmöglichkeit, um diese Ziele zu
erreichen.
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In
dem Dokument WO 97/35206 wird ein MRI-Magnet beschrieben, der so
montiert ist, dass er zwischen einer ersten Position zum Abbilden
eines Patienten und einer zweiten Position, die von dem Patienten
entfernt ist, bewegt werden kann, damit eine chirurgische Prozedur
am Patienten durchgeführt
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
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Die
Erfindung ermöglicht
es, einen verbesserten Zugang zum Patienten zu schaffen, wodurch eine
große
Anzahl von chirurgischen Prozeduren vereinfacht und die Bewegung
des Patienten während
chirurgischer Prozeduren minimiert wird.
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Im
Folgenden werden Möglichkeiten
zur Ausführung
der Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die
begleitende Zeichnung ausführlich
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Magnetresonanz-Bildgebungsgerätes,
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die 2A, 2B, 2C und 2D schematische
Darstellungen eines Magnetresonanz-Bildgebungsgerätes, bei
dem erfindungsgemäß nur ein
Teilstück
des Hauptmagneten bewegt wird.
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Bezug
nehmend auf 1 umfasst ein Magnetresonanz-Bildgebungsgerät 10 einen
Hauptmagneten 20, der ein Hauptmagnetfeld durch einen Untersuchungsbereich
erzeugt, welcher durch einander gegenüber liegende symmetrische Magnetpolschuhe 22, 24 des
Hauptmagneten 20 definiert wird. Die Polschuhe 22, 24 dienen
dazu, die Qualität
des Hauptmagnetfeldes in dem Zwischenraum zu verbessern. Das Hauptmagnetfeld
ist ein starkes, im Wesentlichen homogenes zeitlich konstantes Feld,
das auf eine vertikale oder z-Achse
ausgerichtet ist. Die sich gegenüber
liegenden Magnetpolschuhe 22, 24 sind durch einen
Eisenrückflusspfad 26,
beispielsweise ein C- oder U-förmiges
Eisenelement, miteinander verbunden. Widerstandsbehaftete oder supraleitende
Hauptfeldspulen 28, 30 funktionieren unter der Steuerung
einer Hauptmagnetfeld-Steuerschaltung 32 so, dass sie das
Hauptmagnetfeld zwischen den sich gegenüber liegenden Magnetpolschuhen 22, 24 in
dem Untersuchungsbereich und einen Magnetfluss in dem Eisenrückflusspfad 26 induzieren.
Die Hauptfeldspulen 28, 30 umfassen vorzugsweise Spulensegmente,
die neben oder zusammen mit jedem der sich gegenüber liegenden Magnetpolschuhe 22, 24 angeordnet
sind. Die Hauptfeldspulen 28, 30 können jedoch
an beliebiger Stelle auf dem Eisenrückflusspfad 26 angeordnet
werden.
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Ein
Magnetresonanzechomittel, das unter der Steuerung einer Sequenzsteuerschaltung 34 betrieben
wird, führt
eine Reihe von Hochfrequenz- (HF) und Magnetfeldgradientenimpulsen
zu, um magnetische Spins zu invertieren oder anzuregen, Magnetresonanz
zu induzieren, Magnetresonanz zu refokussieren, Magnetresonanz zu
manipulieren, Magnetresonanz räumlich
oder auf andere Weise zu codieren, Spins zu sättigen und dergleichen, um
Magnetresonanzbildgebungs- und Spektroskopiesequenzen zu erzeugen.
Genauer gesagt erzeugt eine Gradientenspulenbaugruppe 36 selektiv
Magnetgradienten in dem Hauptmagnetfeld quer durch den Untersuchungsbereich über Gradientenstromverstärker 38,
die der Gradientenspulenbaugruppe 36 elektrische Stromimpulse
zuführen.
Die Gradientenspulenbaugruppe umfasst vorzugsweise selbstabschirmende
Gradientenspulen zur Erzeugung von Magnetgradienten auf drei senkrecht
zueinander stehenden Achsen x, y und z.
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Ein
(optional digitaler) HF-Sender 40 sendet HF-Impulse oder
Impulspakete zu einer Ganzkörper-HF-Spule 42,
die angrenzend an den Untersuchungsbereich angeordnet ist, um HF-Impulse
in den Untersuchungsbereich zu senden. Ein typischer HF-Impuls besteht
aus einem Paket unmittelbar aneinander angrenzender Impulssegmente
von kurzer Dauer, die mit einander und mit beliebigen zugeführten Gradienten
zusammen genommen eine ausgewählte
Manipulation der Magnetresonanz bewirken. Die HF-Impulse werden
dazu verwendet, um in ausgewählten
Teilen des Untersuchungsbereichs zu sättigen, Resonanz anzuregen,
Magnetisierung zu invertieren, Resonanz zu refokussieren oder Resonanz
zu manipulieren. Bei Ganzkörperanwendungen werden
die Resonanzsignale üblicherweise
von der Ganzkörper-HF-Spule 42 aufgenommenn.
Die HF-Spule kann nahe den sich gegenüber liegenden Magnetpolschuhen 22, 24 (wie
es für
die dargestellte Ganzkörper-HF-Spule 42 der
Fall ist) oder auf dem untersuchten Objekt 44 angeordnet
werden. Beispielsweise kann eine Oberflächenspule angrenzend an das
untersuchte Objekt 44 angeordnet werden, um steuerbar Magnetresonanz
in einem ausgewählten
Bereich des Objekts 44 zu induzieren.
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Ein
Empfänger 46 (vorzugsweise
ein digitaler Empfänger)
empfängt
Signale von resonanten Dipolen innerhalb des Untersuchungsbereichs.
Die Signale werden über
dieselbe HF-Spule empfangen, die die HF-Impulse sendet. Als Alternative
können separate
Empfangsspulen verwendet werden. Beispielsweise können ausschließlich für den Empfang vorgesehene
Oberflächenspulen
angrenzend an einen ausgewählten
Bereich des untersuch ten Objekts 44 angeordnet werden,
um Resonanz zu empfangen, die darin durch die Ganzkörper-HF-Sendespule 42 induziert
wird, die den Untersuchungsbereich umgibt. Die Sequenzsteuerschaltung 32 steuert
die Gradientenimpulsverstärker 38 und
den Sender 40, um eine beliebige von einer Vielzahl von
Mehrfachechosequenzen zu erzeugen, zum Beispiel für die Echo-Planar-Bildgebung,
die Echo-Volumen-Bildgebung, die Gradienten- und Spin-Echo-Bildgebung,
die Fast-Spin-Echo-Bildgebung und dergleichen. Für die ausgewählte Sequenz
empfängt
der Empfänger 46 im
Anschluss an jeden HF-Anregungsimpuls eine Vielzahl von Dateneingangssignalen
in schneller Follie. Zum Schluss werden die empfangenen HF-Signale
demoduliert und von einem Rekonstruktionsprozessor 48,
der eine zweidimensionale Fourier-Transformation oder einen anderen
geeigneten Rekonstruktionsalgorithmus anwendet, zu einer Bilddarstellung
rekonstruiert. Das Bild kann eine planare Schicht durch den Patienten,
eine Anordnung von parallelen planaren Schichten, ein dreidimensionales Volumen
oder dergleichen darstellen. Das Bild wird dann in einem Bildspeicher 50 gespeichert,
auf den eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein Videomonitor 52,
zugreifen kann, die eine für
den Menschen sichtbare Darstellung des resultierenden Bildes liefert.
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Eine
Liege 54 nimmt ein zu untersuchendes Objekt 44 zumindest
teilweise in dem Untersuchungsbereich auf (d.h. so, dass sich eine
interessierende Region in dem Untersuchungsbereich befindet). Die
Liege 54 und infolgedessen das Objekt 44 bleibt
während
des Magnetresonanz-Bildgebungsvorgangs und jeglicher begleitenden
chirurgischen Prozeduren stationär.
Für einen
besseren Zugang zum Patienten oder Objekt 44 wird der Hauptmagnet 20 abgesenkt
und kann wie durch den Pfeil angegeben bewegt werden, so dass sich
der Patient oder das Objekt 44 vollständig außerhalb des Untersuchungsbereichs
befindet. Dies ist jedoch kein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung.
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Bezug
nehmend auf die 2A bis 2D, die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung darstellen, wird nach dem Absenken des
Hauptmagneten 20 nur ein Teilstück des MRI-Gerätes 10 bewegt,
um den Zugang zu dem Objekt 44 zu verbessern. Im Besonderen
wird der obere Teil des Hauptmagneten 20 zu einer von der
stationären
Liege 54 entfernten Position und somit weg von dem darauf liegenden
Objekt 44 bewegt. Indem lediglich der obere Teil des Hauptmagneten 20 bewegt
wird und der untere Teil an seinem Platz bleibt, werden mechanische
Beanspruchungen bedingt durch die Bewegung der Komponenten reduziert,
da eine geringere Masse und ein geringeres Volumen bewegt werden.
Außerdem
wird die Zugangsmöglichkeit
nicht wesentlich eingeschränkt,
da sich der untere Teil des Hauptmagneten 20 unterhalb
der Liege 54 befindet, wo ein Zugang im Allgemeinen nicht
erforderlich ist. Zur Trennung des oberen Teils des Hauptmagneten 20 von
dem unteren Teil wird der Eisenrückflusspfad 26 in
zwei Teile oder Abschnitte unterteilt, so dass der obere Teil mit
dem Polschuh 22, der Hauptfeldspule 28 und anderen
zugehörigen
Komponenten zu einer entfernten Position bewegt wird. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Eisenrückflusspfad
entlang dem sich vertikal erstreckenden Teilstück getrennt. Der obere Teil
des Hauptmagneten 20 wird dann selektiv wegbewegt, indem
er: entweder um eine vertikale Achse, die konzentrisch zu dem sich
vertikal erstreckenden Teil des Eisenrückflusspfades verläuft, gedreht
wird (wie es in 2A dargestellt ist); um ein
Scharnier 62 geschwenkt wird (wie es in 2B dargestellt
ist); durch ein Hebevorrichtung, eine Winde oder andere ähnliche
Mechanismen 64 angehoben wird und entlang einer Schiene 58 in
der Decke, an der der Hebemechanismus befestigt ist, über Rollen
oder Räder 56 verschoben wird
(wie es in den 2C und 2D dargestellt ist);
oder durch andere ähnliche
Mechanismen zu einer entfernten Position bewegt wird, je nachdem
wie es Konstruktionsbeschränkungen
bzw. der verfügbare
Platz erlauben. Umgebende Strukturen, beispielsweise die Schiene 58,
sind vorzugsweise aus einem nicht ferromagnetischen Material hergestellt,
um eine Ablenkung und Verzerrung des Magnetflusses zu vermeiden.
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Beim
Trennen und erneuten Zusammenführen
des Hauptmagneten 20 muss die Ausrichtung der Polschuhe 22, 24 berücksichtigt
werden. Während einer
MRI-Abtastung bzw.
des Anhebens des Hauptmagneten 20 hat eine Fehlausrichtung
der Polschuhe 22, 24 schädliche Auswirkungen auf die
Bildgebung und beschädigt
eventuell das Gerät,
wenn unsymmetrische Magnetkräfte
auf die Komponenten wirken. Bezug nehmend auf 2D sind
die beiden Teile des Eisenrückflusspfades 26 zur
groben mechanischen Ausrichtung mit mindestens einem Stift 80 an
einem Teil des Eisenrückflusspfades 26 und mindestens
einer Stiftaufnahme 82 an dem anderen Teil versehen. Wird
der Eisenrückflusspfad 26 verbunden
bzw. so ausgerichtet, dass die Polschuhe 22, 24 für ein MRI-Experiment oder eine
MRI-Abtastung korrekt ausgerichtet sind (an sich gegenüber liegenden
Seiten des Objekts 44), wird der Stift 80 von
der Stiftaufnahme 82 aufgenommen. Dies bedeutet, dass der
Stift 80 und die Stiftaufnahme 82 zusammenwirken
und eine Fehlausrichtung der Polschuhe 22, 24 insofern
verhindern, dass die Stiftaufnahme 82 nur bei korrekter
Ausrichtung den Stift 80 aufnimmt. Als Option können die
Stoßflächen der
beiden Teile des Eisenrückflusspfades 26 so
abgeschnitten oder geformt sein, dass die beiden Teile nur bei einer
korrekten Ausrichtung zusammenpassen. Die Ausrichtung wird dann
automa tisch weiter gesichert, aufrechterhalten und fein abgestimmt,
wenn der Hauptmagnet 20 angehoben wird. Wenn dem MRI-Gerät 10 Energie
zugeführt
wird, versucht der Magnetkreis in dem Hauptmagneten 20 einschließlich des
Hauptmagnetfeldes und des Magnetflusses durch den Eisenrückflusspfad 26 einen
Minimalenergiezustand als ein System zu erreichen. Infolgedessen üben jegliche
schlecht ausgerichteten Polschuhe 22, 24 Kräfte aus,
um sich selbst in Ausrichtung zu bringen, da dies der Minimalenergiezustand
für das
System ist. Ferner werden durch die Neigung des Systems einen Minimalenergiezustand
zu erreichen, Kräfte
ausgeübt,
um jegliche Lücken
in dem Eisenrückflusspfad 26 zu
minimieren und zu schließen.
Die Abschnitte auf beiden Seiten des Zwischenraums ziehen sich an,
wodurch Lücken
geschlossen werden und eine Reibungskraft dazwischen erzeugt wird,
die ihre relative Ausrichtung fixiert. Somit werden, auch wenn ein Ring
mit Rollenlagern um den Stift in 2D eingesetzt
wird, durch das Anheben des Magneten die Rollen in einen engen,
den Fluss leitenden Kontakt mit den Laufringen gebracht.
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Analog
können
die Abschnitte durch Federelemente vorgespannt werden, die durch
die Magnetkräfte
zusammengedrückt
werden und den direkten Kontakt zwischen den Abschnitten ermöglichen.
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Text in der
Zeiehnung
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1
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-
- Drive
- Antrieb
- Mainfield control
- Hauptfeldsteuerung
- Gradient amplifiers
- Gradientenverstärker
- Xmit
- Sender
- Receiver
- Empfänger
- Sequence control
- Sequenzsteuerung
- 2DFT
- zweidimensionale Fourier-Transformation
- Image memory
- Bildspeicher