WO2015091749A1 - Unilaterale magnetresonanz-abtastvorrichtung für die medizinische diagnostik - Google Patents

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Volker Rasche
Erich Hell
Johannes Ulrici
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Sirona Dental Systems Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a scanning device for magnetic resonance imaging for medical diagnostics, in particular for dental diagnostics or ENT diagnosis, comprising a main magnet for generating a static main magnetic field and at least one transmitting and / or receiving coil for transmitting or receiving a high-frequency magnetic field ,
  • the invention is based on a scanning device for imaging magnetic resonance and the use of such a device in dental diagnostics according to the preamble of the independent claims.
  • Magnetic Resonance IMA went MRI
  • Bil the otherwise only by X-ray methods, or other ionizing radiation possible, which have the known adverse health effects.
  • the MRI method offers high-contrast images for differentiating different soft tissues, in particular for distinguishing between healthy and diseased tissue.
  • the main magnet in the example of a magnetic dipole consists of two pole shoes, which are located on opposite sides of the body and which are connected to each other via an iron yoke.
  • a unilateral magnetic resonance sensor has also become known from DE 20 2006 002 074 Ul.
  • This sensor has four permanent magnets, which are characterized by two right-angled magnets Interspaces are separated and which serve to generate a static magnetic field. Only by the arrangement of four permanent magnets is a magnetic field with sufficient homogeneity to be generated.
  • This sensor is very expensive due to the four permanent magnets both in production and in operation; In addition, it has a rela ⁇ tively large volume and weight and is therefore not suitable in the field of dental medical diagnosis.
  • the mentioned MRI systems are suitable for the reasons mentioned in particular not for dental diagnoses or examinations.
  • the invention is based on the idea to provide an MRI scanning device in which said main magnet is not arranged around the patient, but can be brought from the outside unilaterally and thus unhindered to the patient or the tissue or organ of the patient to be examined.
  • tissue or organ of the patient is preferably a Dentaldia ⁇ Gnosticism or ear, nose and throat (ENT) diagnostics.
  • the Heran fertil zucchini according to the invention thus made ⁇ light that the main magnet of at least two, preferably arranged in two unilaterally outwardly directed poles of different magnetic polarity is formed so that the signals generated by the at least two poles magnetic fields outside of the poles of the main magnet enclosed area (ie unilateral) and thus the main magnet can be unilaterally, without obstruction by the magnetic poles, brought to the patient.
  • the magnet can take the form of a horseshoe magnet point. It is understood that the main magnet can also be formed by a multi-pole magnet, for example a quadrupole magnet or the like.
  • the invention is based on the recognition that it is possible not in the expected way generate a static magnetic field suffi ⁇ chender homogeneity despite the unilateral arrangement of at least two poles.
  • the unilateral static magnetic field ⁇ Neten both by an inventive arrangement of Mag- as may be generated by a corresponding array of pole ⁇ shoes.
  • an arrangement of magnets of the main magnet can be formed by two arranged on an iron yoke and the iron core magnet blocks
  • ⁇ modifying the polarity In the case of superconducting magnet technology, superconducting coils can be arranged accordingly.
  • the above-mentioned pole shoes of the main magnet are known components of a material with high magnetic permeability, such as iron, which in the present case serve to generate the magnetic fields generated by the permanent magnets on the rear side of the magnetic sensor and emerging there into the free space Capture and focus field lines to minimize magnetic losses.
  • the pole pieces may be implemented in different configurations, for example, is recessed by at least two from the outside quad ⁇ ratisch or rectangular shaped magnet or by two adjacent, each semicylindrical semicircular or annular magnet in de- nen in the middle of an opening. In particular, due to this opening, the field lines protrude sufficiently far into the room so that they can penetrate sufficiently deeply into the tissue or organ to be examined.
  • a recess can be arranged between the at least two poles, by means of which a patient positioning can take place.
  • a patient positioning can take place.
  • Recess are positioned so that the head is at least partially surrounded by the at least two poles.
  • the scanning device according to the invention can be realized both with permanent magnets and with electromagnets or with superconducting magnets and can preferably be used in dental medical diagnostics. It is also possible to use it in general medical diagnostics, in particular of tissues or organs close to the body surface. Also, the device can be used in the field of computed tomography imaging, wherein the individual photographic layers are generated either by relative movement between the scanning device and the patient or by corresponding variation of said magnetic gradient field. Further advantages and features result from the nachfol ⁇ constricting description of embodiments in conjunction with the drawings. In this case, the individual features can be implemented individually or in combination with each other. In the drawings, identical or functionally matching features are provided with the same speedszei ⁇ chen.
  • Figure 1 is a schematic side view of an MRI scanning device according to the prior art
  • Figures 2a, b are schematic views of twowhosbei ⁇ games of an MRI scanning device according to the invention
  • FIG. 3 shows a scanning device according to the invention, positioned by means of a holding device in the oral region of a sitting or standing patient, for performing a dental or ENT medical diagnosis;
  • FIG. 4 shows a scanning device according to the invention positioned in the head region of a horizontal patient for carrying out a dental diagnosis
  • Figures 5a, b show two embodiments of a erfindungsge ⁇ MAESSEN main magnet, each with built-gradient coil;
  • Figure 6 is a held by means of a non-adjustable holding device scanning device according to the invention, where ⁇ may be sitting on a laterally and vertically adjustable seat positioned on the scanning device in a patient;
  • FIGS. 7a-c show three exemplary embodiments of a holding device for fixing a patient's head to a scanning device according to the invention
  • Figures 8a, b show two embodiments for arranging a transmitting / receiving coil on a scanning device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a known arrangement of a main magnet of an MRI system formed from two pole shoes 100, 105.
  • the main magnet 100, 105 encloses the patient to be examined, which in this representation, as usual in whole-body systems, in the z-direction 110 (corresponds to the longitudinal direction of the patient's body) within the two pole pieces 100, 105 is positioned.
  • the patient may also be positioned between the coils of the main magnet 100, 105, ie orthogonal to the z-direction 110.
  • a static magnetic field 115 generated by the main magnet 100, 105 therefore largely penetrates the patient's body, as a result of which locally limited examinations, for example in the area of the head or mouth, are difficult or even impossible. Due to the high acquisition and operating costs for such a magnet system, this MRI system is not suitable in particular for dental diagnostics.
  • FIG. 2a shows an embodiment of an OF INVENTION ⁇ to the invention the main magnet in a schematic side view.
  • the main magnet is present for two Magnetblö- CKEN 205, 210 formed, which are arranged with opposite Pola ⁇ ization on an iron yoke 200th Between the two magnetic blocks 205, 210, a recess 215 is formed.
  • the lateral extent of the recess ent ⁇ speaks substantially the lateral extent of Mag- netblöcke 205, 210.
  • the main magnet can also be formed from a continuous horseshoe magnet.
  • the resulting magnetic field (in the figure 2a shown) on the magnetic field lines 220, which is formed particularly homogeneously in a rich Be ⁇ 225 above the recess 215th
  • the spatial extent of this homogeneous region 225 is at least 5 cm in the vertical as well as the horizontal (lateral) direction.
  • the static magnetic field has a swan ⁇ fluctuation band of the magnetic field strength of less than 50 ppm, preferably of less than 10 ppm.
  • the two poles can also be formed by two pole shoes arranged on the front side of a permanent magnet.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2b shows the two poles 230, 235 of a main magnet according to the invention in the front view.
  • the poles are formed by two half-shell magnet blocks 230, 235, which are attached ⁇ arranged that together they provide a nearly complete ring.
  • the resulting static magnetic field has circular symmetry in the plane shown. Entspre ⁇ accordingly is the homogeneous field as a circular disc currentlybil ⁇ det.
  • one or the other of the two exemplary embodiments may be particularly suitable or advantageous on account of the spatial agreement with the homogeneous magnetic field region.
  • the main magnet 305 - 315 is fixed to a holding device 330, 335, which in the present embodiment is formed by a transverse connection 330 and a column 335 connected to the transverse connection 330 and anchored on the bottom (not shown).
  • a holding device 330, 335 which in the present embodiment is formed by a transverse connection 330 and a column 335 connected to the transverse connection 330 and anchored on the bottom (not shown).
  • the main magnetic 400-410 disposed by two on a relatively wide iron yoke and the iron core 400 Permanent magnet ⁇ blocks 405 formed 410th It is understood that instead of the iron core, a corresponding arrangement with a horseshoe magnet can be provided.
  • the head 425 of the patient lies at least on the iron yoke 400, or in the case of a horseshoe magnet on the lower part of the magnet.
  • the head 425 is fixedly mounted by a pad 430.
  • the head 425 is located in the above-described opening or recess of the main magnets 400 - 410.
  • Permanent magnet blocks 510 In addition to the main magnet 500, 510, 515, gradient coils 525, 530 are respectively arranged on the permanent magnet blocks 510, 515, by means of which a (not shown here) tes) the main magnetic field 535 overlapping, magnetic gradient field can be generated.
  • a gradient field in dental diagnosis is the possibility of the spatial representation of a whole masticatory apparatus or of individual teeth, as a result of which the diagnostic quality can be considerably improved.
  • the gradient coils 525, 530 and / or the (not shown) transmitting / receiving coil (s) can also be arranged in the region of the recess 520 provided between the two permanent magnet blocks 510, 515. Furthermore, transmitting and / or receiving coil (s) may be formed by a single coil.
  • a temperature stabilization can be provided.
  • the temperature stabilization can be done, for example, by water cooling, wherein the flow rate of the cooling water is regulated by the temperature measured at the magnet.
  • the system can also be heated by means of an electric heater, wherein the heating is regulated by means of a measured temperature.
  • a superconducting magnet is used instead of a conventional permanent magnet.
  • a conventional housing or carrier 550 superconducting coils 555, 560 are arranged to produce the main magnetic field 585 with a homogeneous region 590.
  • rearward shielding coils 565, 570 are disposed rearwardly for active shielding of the generated main magnetic field 585.
  • gradient coils 575, 580 are additionally provided. There may also be more than one coil per magnetic pole to improve the homogeneity of the magnetic field.
  • the scanning device Due to the very small size of the scanning device according to the invention, this, as illustrated in Figure 6, arranged on the head side 600 of a column 605 who ⁇ the.
  • the patient 610 sits in the present example on a height-adjustable seat or chair 615, which may be attached via a joint 620, for example, on a room wall.
  • the seat may also be rotatable in the seat plane to better position the patient 610 for examination.
  • the height-adjustable seat 615 the patient can be guided to the scanning device 600.
  • FIGS. 7a, 7b and 7c three different embodiments for fixing the head of the patient 705 relative to the scanning device are shown schematically.
  • the scanning device is shown in each case as an integral part of a holding device 700 of an MRI system affected here.
  • the head by means of a flexible belt 710, for example a rubber band, to the sample ⁇ apparatus 7a in the figure fixed.
  • the fixation takes place by means of a bite splint which is customary in dentistry
  • FIGS. 8a and 8b Two exemplary embodiments are illustrated in FIGS. 8a and 8b in order to illustrate in which different positions one or more of the abovementioned transmission lines are illustrated.
  • the transmitting / receiving coil 805 is located in the oral cavity of the patient 705. This arrangement has the advantage that, for example, structures of teeth with higher resolution can be imaged.
  • the transmitting / receiving coil 810 is arranged outside the oral cavity of the patient 705, whereby imaging over ⁇ sichtsdarwolfen, eg the entire oral cavity, are possible.

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Abstract

Bei einer Abtastvorrichtung zur bildgebenden Magnetresonanz für die medizinische Diagnostik, insbesondere für die dentalmedizinische Diagnostik oder die HNO-Diagnostik, umfassend einen Hauptmagneten (200 – 210) zur Erzeugung eines statischen Hauptmagnetfelds (220), welches einen homogenen Bereich (225) aufweist, mindestens eine Sende- und/oder Empfangsspule zum Aussenden bzw. Empfangen eines hochfrequenten Magnetfeldes, ist insbesondere vorgesehen, dass der Hauptmagnet (200 - 210) durch zwei an der Stirnseite magnetisch entgegengesetzt gepolte Pole (205, 210) gebildet ist, wobei das durch die beiden Pole (205, 210) an deren Stirnseiten erzeugte statische Hauptmagnetfeld (220), einschließlich des homogenen Bereichs (225), die Stirnseiten der Pole (205, 210) überragt.

Description

Beschreibung
UNILATERALE MAGNETRESONANZ-ABTASTVORRICHTUNG FÜR DIE MEDIZINISCHE DIAGNOSTIK
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung zur bildgebenden Magnetresonanz für die medizinische Diagnostik, insbesondere für die dentalmedizinische Diagnostik oder die HNO-Diagnostik, die einen Hauptmagneten zur Erzeugung eines statischen Hauptmagnetfelds und mindestens eine Sende- und/oder Empfangsspule zum Aussenden bzw. Empfangen eines hochfrequenten Magnetfeldes umfasst.
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Abtastvorrichtung zur bildgebenden Magnetresonanz sowie der Verwendung einer sol- chen Vorrichtung in der dentalmedizinischen Diagnostik nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Die bildgebende Magnetresonanz („Magnetic Resonance Ima- ging" = MRI) ermöglicht die Erzeugung sehr detailreicher Bilder von Organen und Geweben eines menschlichen oder tie- rischen Körpers bzw. eines Ausschnitts dessen. Solche Bil¬ der sind sonst nur durch Röntgenmethoden oder andere ionisierende Strahlen möglich, welche die bekannten gesundheitsschädlichen Wirkungen besitzen.
Bei der MRI wird in an sich bekannter Weise ein in das zu untersuchende Gewebe oder das Organ eindringendes stati¬ sches Magnetfeld hoher Feldstärke erzeugt. Dieses Magnet¬ feld bewirkt in dem Gewebe, dass sich die dort vielfach vorhandenen Protonen ausrichten. Daher ist einer der die Auflösung und Qualität der erzeugten Bilder bestimmenden Faktoren die Homogenität des im Abtastbereich vorliegenden statischen Magnetfeldes. Durch ein das statische Hauptmagnetfeld überlagerndes hochfrequentes Magnetfeld, welches über eine Sendespule in das Gewebe eingestrahlt wird, wird diese magnetische Aus¬ richtung in der Weise gestört, dass die Protonen in an sich bekannter Weise ein Signal ausstrahlen, welches über eine Empfangsspule erfassbar ist.
Durch ein zusätzlich eingestrahltes magnetisches Gradien¬ tenfeld werden die Protonen dazu veranlasst, in Richtung des Gradienten ortsabhängig Präzessionsbewegungen mit un- terschiedlicher Geschwindigkeit auszuführen, wodurch ermöglicht wird, aus den erfassten Signalen mittels Fourier- Analyse Rauminformationen zu extrahieren. Durch Verwendung solcher Gradienten in verschiedenen Raumrichtungen können zwei- oder dreidimensionale Bilder erzeugt werden.
Die MRI-Methode bietet insbesondere kontrastreiche Bilder zur Unterscheidung verschiedener Weichgewebe, insbesondere zur Unterscheidung von gesundem und krankem Gewebe.
Bei bekannten klinischen MRI-Systemen, welche auf einer Permanentmagnettechnologie oder einer auf supraleitenden Magneten beruhenden Magnettechnologie beruhen, wird der zu untersuchende Körper eines Patienten zumindest teilweise von einem das genannte statische Feld erzeugenden Hauptmag¬ neten umgeben. Der Hauptmagnet besteht im Beispiel eines magnetischen Dipols aus zwei Polschuhen, welche sich auf gegenüberliegenden Seiten des Körpers befinden und welche über ein Eisenjoch miteinander verbunden sind.
Ein Nachteil dieser Systeme ist, dass der für die Bilder¬ zeugung relevante homogene Bereich des statischen Magnet¬ feldes durch den gesamten abzutastenden Körper verläuft (siehe Figur 1), auch wenn nur ein kleinerer Bereich von
Interesse ist. Die dabei eingesetzte Menge an magnetischem Material sowie die Systemdimensionen sind demnach größer als erforderlich, was höhere Kosten verursacht. Da alle Or¬ te im homogenen Bereich des statischen Magnetfeldes zum Abtast- bzw. Messsignal beitragen, ist das Sig- nal/Rauschverhältnis schlechter als bei einem räumlich mehr begrenzten homogenen Magnetbereich. Ein weiterer Nachteil ist die aufwendige Positionierung des Patienten im Haupt¬ magneten .
Bei geschlossenen Magneten, wie im Fall der bekannten Hal- bach-Geometrie bei PermanentmagnetSystemen oder einer zylindrischen Geometrie bei supraleitenden Systemen, bei der der Hauptmagnet um den Patienten geschlossen angeordnet ist, befindet sich der homogene Bereich des statischen Mag¬ netfeldes nur im Zentrum des Magneten, wodurch die Positio- nierung des Patienten erheblich erschwert wird.
Die genannten Nachteile können durch unilateral ausgebilde¬ te bzw. wirkende Magneten ausgeräumt werden. Ein entspre¬ chender für kernmagnetische Resonanzmessungen geeigneter unilateraler Magnet ist bereits aus der US 6,489,872 Bl be- kannt geworden. Bei den dort offenbarten Magnet-Anordnungen stehen sich in lateraler (seitlicher) Richtung jeweils gleiche magnetische Pole gegenüber. Dadurch wird entweder der für Magnetresonanzmessungen geeignete homogene Feldbereich auf ein relativ kleines Volumen (sog. „sweet spot") reduziert oder die mögliche Weite des Feldes außerhalb des Magneten auf relativ geringe Werte beschränkt. Darüber hin¬ aus sind die meisten der dort offenbarten Anordnungen von Magneten relativ komplex bzw. technisch aufwendig herstellbar bzw. betreibbar. Ein unilateraler Magnetresonanzsensor ist auch aus der DE 20 2006 002 074 Ul bekannt geworden. Dieser Sensor weist vier Permanentmagnete auf, welche durch zwei rechtwinklige Zwischenräume getrennt sind und welche zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds dienen. Erst durch die Anordnung von vier Permanentmagneten soll ein Magnetfeld mit ausreichender Homogenität erzeugbar sein. Dieser Sensor ist aufgrund der vier Permanentmagneten sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb sehr aufwendig; zudem besitzt er ein rela¬ tiv großes Volumen und Gewicht und ist daher im Bereich der dentalmedizinischen Diagnose nicht geeignet.
Die genannten MRI-Systeme eignen sich aus den genannten Gründen insbesondere nicht für dentalmedizinische Diagnosen bzw. Untersuchungen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine MRI- Abtastvorrichtung bereitzustellen, bei der der genannte Hauptmagnet nicht um den Patienten herum angeordnet ist, sondern von außen unilateral und damit ungehindert an den Patienten bzw. das zu untersuchende Gewebe oder Organ des Patienten heranführbar ist. Bei der zugrundeliegenden Diagnostik an dem jeweils zu untersuchenden Gewebe oder Organ des Patienten handelt es sich bevorzugt um eine Dentaldia¬ gnostik oder Hals-Nasen-Ohren- (HNO-) Diagnostik .
Die Heranführbarkeit wird erfindungsgemäß dadurch ermög¬ licht, dass der Hauptmagnet aus wenigstens zwei, bevorzugt aus zwei unilateral angeordneten, nach außen gerichteten Polen unterschiedlicher magnetischer Polarität gebildet ist, so dass die von den mindestens zwei Polen erzeugten magnetischen Felder außerhalb des von den Polen des Hauptmagneten umschlossenen Bereichs (d.h. unilateral) verlaufen und somit der Hauptmagnet einseitig, ohne Behinderung durch die magnetischen Pole, an den Patienten herangeführt werden kann. Der Magnet kann die Form eines Hufeisenmagneten auf- weisen. Es versteht sich, dass der Hauptmagnet auch durch einen mehrpoligen Magneten, z.B. einen Quadrupolmagneten oder dergleichen, gebildet sein kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich trotz der unilateralen Anordnung der mindestens zwei Pole in nicht erwarteter Weise ein statisches Magnetfeld ausrei¬ chender Homogenität erzeugen lässt.
Es ist anzumerken, dass das unilaterale statische Magnet¬ feld sowohl durch eine erfindungsgemäße Anordnung von Mag- neten als auch durch eine entsprechende Anordnung von Pol¬ schuhen erzeugt werden kann. Im Fall einer Anordnung von Magneten kann der Hauptmagnet durch zwei auf einem Eisenjoch bzw. Eisenkern angeordnete Magnetblöcke entgegenge¬ setzter Polarität gebildet sein. Im Falle einer supralei- tenden Magnettechnologie können dabei supraleitende Spulen entsprechend angeordnet werden.
Bei den genannten Polschuhen des Hauptmagneten handelt es sich um an sich bekannte Bauteile aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität wie z.B. Eisen, welche vorliegend dazu dienen, die von den Permanentmagneten an der Rückseite des Magnetsensors erzeugten und dort in den freien Raum hinaustretenden magnetischen Felder bzw. Feldlinien einzufangen und zu bündeln, um dadurch magnetische Verluste zu minimieren. Die Polschuhe können in unterschiedlichen Anordnungen implementiert sein, z.B. durch wenigstens zwei von außen quad¬ ratisch oder rechteckförmig ausgebildete Magneten oder durch zwei aneinander grenzende, jeweils halbzylindrisch ausgebildete halbkreis- bzw. ringförmige Magneten, bei de- nen in der Mitte eine Öffnung ausgespart ist. Insbesondere aufgrund dieser Öffnung ragen die Feldlinien ausreichend weit in den Raum hinein, so dass sie in das zu untersuchende Gewebe bzw. Organ ausreichend tief eindringen können.
Zwischen den mindestens zwei Polen kann eine Aussparung angeordnet sein, mittels der eine Patientenpositionierung er- folgen kann. So kann z.B. der Kopf des Patienten in der
Aussparung so positioniert werden, dass der Kopf wenigstens zum Teil von den mindestens zwei Polen umgeben ist.
Die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung kann sowohl mit Permanentmagneten als auch mit Elektromagneten oder mit supra- leitenden Magneten realisiert werden und kann bevorzugt in der dentalmedizinischen Diagnostik eingesetzt werden. Darüber ist auch eine Verwendung in der allgemeinen medizinischen Diagnostik insbesondere von körperoberflächennahen Geweben oder Organen möglich. Auch kann die Vorrichtung im Bereich der computertomografischen Bildgebung eingesetzt werden, wobei die einzelnen photographischen Schichten entweder durch Relativbewegung zwischen Abtastvorrichtung und Patient oder durch entsprechende Variation des genannten magnetischen Gradienten-Feldes generiert werden. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfol¬ genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. In den Zeichnungen werden identische oder funk- tionell übereinstimmende Merkmale mit gleichen Bezugszei¬ chen versehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer MRI- Abtastvorrichtung gemäß dem Stand der Technik; Figuren 2a, b schematische Ansichten zweier Ausführungsbei¬ spiele einer erfindungsgemäßen MRI-Abtastvorrichtung;
Figur 3 eine mittels einer Haltevorrichtung im Mundbereich eines sitzenden oder stehenden Patienten positionierte erfindungsgemäße Abtastvorrichtung zur Durchführung einer dentalmedizinischen oder HNO-medizinischen Diagnostik;
Figur 4 eine im Kopfbereich eines liegenden Patienten positionierte erfindungsgemäße Abtastvorrichtung zur Durchführung einer dentalmedizinischen Diagnostik;
Figuren 5a, b zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsge¬ mäßen Hauptmagneten mit jeweils integrierter Gradientenspule;
Figur 6 eine mittels einer nicht verstellbaren Haltevorrichtung gehaltene erfindungsgemäße Abtastvorrichtung, wo¬ bei ein Patient auf einem seitlich und in der Höhe verstellbaren Stuhl sitzend an der Abtastvorrichtung positioniert werden kann;
Figuren 7a - c drei Ausführungsbeispiele einer Haltevor¬ richtung zur Fixierung eines Patientenkopfs an einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung und
Figuren 8a, b zwei Ausführungsbeispiele zur Anordnung einer Sende-/Empfangsspule an einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung .
Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist eine an sich bekannte Anordnung eines aus zwei Polschuhen 100, 105 gebildeten Hauptmagneten eines MRI-Systems gezeigt. Der Hauptmagnet 100, 105 umschließt den zu untersuchenden Patienten, der in dieser Darstellung, wie bei Ganzkörpersystemen üblich, in der z-Richtung 110 (entspricht Längsrichtung des Patientenkörpers) innerhalb der beiden Polschuhe 100, 105 positioniert ist. Alternativ, insbesondere im Falle eines offenen MagnetSystems , kann der Patient auch zwischen den Spulen des Hauptmagneten 100, 105, d.h. orthogonal zur z-Richtung 110, positioniert sein. Ein durch den Hauptmagneten 100, 105 erzeugtes statisches Magnetfeld 115 durchdringt den Körper des Patienten daher weitgehend, wodurch lokal begrenzte Untersuchungen, z.B. im Kopf- oder Mundbereich, erschwert oder gar nicht möglich sind. Aufgrund der hohen Anschaffungs- und Betriebskosten für ein solches Magnetsystem ist dieses MRI-System insbesondere für die Dentaldiagnostik nicht geeignet.
Die Figur 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen Hauptmagneten in einer schematischen Seitenansicht. Der Hauptmagnet ist vorliegend aus zwei Magnetblö- cken 205, 210 gebildet, welche mit entgegengesetzter Pola¬ risierung auf einem Eisenjoch 200 angeordnet sind. Zwischen den beiden Magnetblöcken 205, 210 ist eine Aussparung 215 ausgebildet. Die laterale Ausdehnung der Aussparung ent¬ spricht im Wesentlichen der lateralen Ausdehnung der Mag- netblöcke 205, 210. Anstelle des Eisenjochs 200 kann der Hauptmagnet auch aus einem durchgehenden Hufeisenmagneten gebildet sein.
Aufgrund der sich stirnseitig ergebenden entgegengesetzten Polung weist das sich ergebende Magnetfeld (in der Figur 2a dargestellte) Magnetfeldlinien 220 auf, welche in einem Be¬ reich 225 oberhalb der Aussparung 215 besonders homogen ausgebildet ist. Die räumliche Ausdehnung dieses homogenen Bereichs 225 beträgt in vertikaler als auch horizontaler (lateraler) Richtung mindestens 5 cm. Innerhalb des homoge- nen Bereichs weist das statische Magnetfeld eine Schwan¬ kungsbreite der Magnetfeldstärke von weniger als 50 ppm, bevorzugt von weniger als 10 ppm, auf. Es ist anzumerken, dass die beiden Pole auch durch zwei an einem Permanentmagneten stirnseitig angeordnete Polschuhe gebildet sein können.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2b zeigt die beiden Po- le 230, 235 eines erfindungsgemäßen Hauptmagneten in der Stirnansicht. In diesem Beispiel sind die Pole durch zwei halbschalige Magnetblöcke 230, 235 gebildet, die so ange¬ ordnet sind, dass sie zusammen einen nahezu vollständigen Ring ergeben. Das sich dabei ergebende statische Magnetfeld weist in der gezeigten Ebene Kreissymmetrie auf. Entspre¬ chend ist der homogene Bereich als Kreisscheibe ausgebil¬ det .
Je nach der räumlichen Ausdehnung des zu untersuchenden Gewebes oder Organs kann das eine oder andere der beiden Aus- führungsbeispiele aufgrund der räumlichen Übereinstimmung mit dem homogenen Magnetfeldbereich besonders geeignet bzw. vorteilhaft sein.
Wie aus der Figur 3 zu ersehen, wird bei einem erfindungs¬ gemäßen dentalen MRI-System der einseitig bzw. lateral an- geordnete Hauptmagnet bzw. Permanentmagnet 305 - 315 so au¬ ßerhalb am Patienten 300 positioniert, dass der homogene Feldbereich 325 des statischen Magnetfeldes 320 sich im zu untersuchenden Zahngewebe bzw. den zu untersuchenden Zähnen befindet. In diesem Ausführungsbeispiel sitzt oder steht der Patient 300, wobei der Patient z.B. mittels eines den
Kopf des Patienten umgebenden Gurts oder mittels eines Sys¬ tems aus aufblasbaren Kissen möglichst nahe der Abtastvorrichtung fixiert werden kann. Der Hauptmagnet 305 - 315 ist an einer Haltevorrichtung 330, 335 befestigt, welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Querverbindung 330 und eine mit der Querverbindung 330 verbundene, auf dem (nicht gezeigten) Boden verankerte Säule 335 gebildet ist. Bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hauptmagnet 400 - 410 durch zwei auf einem relativ breiten Eisenjoch bzw. Eisenkern 400 angeordnete Permanentmagnet¬ blöcke 405, 410 gebildet. Es versteht sich, dass an Stelle des Eisenkerns auch eine entsprechende Anordnung mit einem Hufeisenmagneten vorgesehen sein kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Kopf 425 des Patienten zumindest auf dem Eisenjoch 400, bzw. im Fall eines Hufeisenmagneten auf dem unteren Teil des Magneten. Der Kopf 425 wird dabei durch ein Unterlegekissen 430 fix gelagert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der Kopf 425 in der oben beschrieben Öffnung bzw. Aussparung des Hauptmagneten 400 - 410. Das erzeugte statische Hauptmagnetfeld 415, insbeson¬ dere der homogene Bereich 420, durchflutet den vorderen Kopfbereich des Patienten 425.
In dem in Figur 5a gezeigten Ausführungsbeispiel sind wie¬ derum zwei Permanentmagnetblöcke 510, 515 auf einem Eisen¬ joch 500 angeordnet. Das Eisenjoch 500 weist wiederum eine Aussparung 505 auf, welche in dem Beispiel eine etwas grö- ßere laterale Ausdehnung aufweist, als einer der beiden
Permanentmagnetblöcke 510. Auch ist vorliegend das sich er¬ gebende statische Hauptmagnetfeld 535 sowie der homogene Bereich 540 eingezeichnet. Es versteht sich, dass die bei¬ den Permanentmagnetblöcke 510, 515 die gleiche laterale Ausdehnung wie die entsprechenden Oberseiten des Eisenjochs 500 besitzen können, wodurch die Übergänge zwischen Magnet und Eisenjoch 500 auch fluchtend (d.h. ohne die in der Figur 5a gezeigten Vorsprünge) ausgebildet bzw. angeordnet sein können. Zusätzlich zu dem Hauptmagneten 500, 510, 515 sind auf den Permanentmagnetblöcken 510, 515 jeweils Gradientenspulen 525, 530 angeordnet, mittels derer ein (hier nicht gezeig- tes) das Hauptmagnetfeld 535 überlagerndes, magnetisches Gradientenfeld erzeugt werden kann. Der besondere Vorteil eines solchen Gradientenfelds in der dentalmedizinischen Diagnose ist die Möglichkeit der räumlichen Darstellung ei- nes ganzen Kauapparats bzw. einzelner Zähne, wodurch die Diagnosegüte erheblich verbessert werden kann.
Es ist anzumerken, dass die Gradientenspulen 525, 530 und/oder (die nicht gezeigte (n) ) Sende-/Empfangsspule (n) auch im Bereich der zwischen den beiden Permanentmagnetblö- cken 510, 515 vorgesehenen Aussparung 520 angeordnet sein können. Ferner kann bzw. können Sende- und/oder Empfangsspule (n) durch eine einzige Spule gebildet sein.
Zusätzlich zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kann eine Temperaturstabilisierung vorgesehen sein. Die Temperaturstabilisierung kann bspw. durch Wasserkühlung erfolgen, wobei die Durchflussmenge des Kühlwassers durch die am Magneten gemessene Temperatur reguliert wird. Alternativ kann auch eine Erwärmung des Systems über eine elektrische Heizung erfolgen, wobei die Erwärmung anhand einer gemesse- nen Temperatur geregelt wird.
In dem in der Figur 5b gezeigten Ausführungsbeispiel kommt, anstelle eines üblichen Permanentmagneten, ein supraleitender Magnet zum Einsatz. In einem üblichen Gehäuse oder Träger 550 sind supraleitende Spulen 555, 560 zur Erzeugung des Hauptmagnetfelds 585 mit einem homogenen Bereich 590 angeordnet. Zusätzlich sind in Bezug auf die supraleitenden Spulen 550, 560 rückseitig angeordnete Abschirmspulen 565, 570 zur aktiven Abschirmung des erzeugten Hauptmagnetfelds 585 nach hinten angeordnet. Auch in diesem Ausführungsbei- spiel sind zusätzlich Gradientenspulen 575, 580 vorgesehen. Es können auch mehr als eine Spule pro Magnetpol angeordnet sein, um die Homogenität des Magnetfeldes zu verbessern. Aufgrund der sehr geringen Baugröße der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung kann diese, wie in der Figur 6 illustriert, an der Kopfseite 600 einer Säule 605 angeordnet wer¬ den. Der Patient 610 sitzt in dem vorliegenden Beispiel auf einem höhenverstellbaren Sitz bzw. Stuhl 615, der über eine Gelenkverbindung 620 z.B. an einer Raumwand befestigt sein kann. Der Sitz kann zudem in der Sitzebene drehbar ausgebildet sein, um den Patienten 610 für die Untersuchung noch besser positionieren zu können. Mittels des höhenverstell- baren Sitzes 615 kann der Patient an die Abtastvorrichtung 600 herangeführt werden.
In den Figuren 7a, 7b und 7c sind drei unterschiedliche Ausführungsbeispiele zur Fixierung des Kopfs des Patienten 705 relativ zur Abtastvorrichtung schematisch dargestellt. Die Abtastvorrichtung ist jeweils als integraler Teil einer Haltevorrichtung 700 eines hier betroffenen MRI-Systems dargestellt. In der Figur 7a wird der Kopf mittels eines flexiblen Bands 710, z.B. eines Gummibands, an der Abtast¬ vorrichtung fixiert. In der Figur 7b erfolgt die Fixierung mittels einer in der Zahnmedizin üblichen Aufbissschiene
715, wohingegen in der Figur 7c der gesamte Kopf des Pati¬ enten 705 mittels einer Kopfstütze fixiert wird.
In den Figuren 8a und 8b sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, um zu illustrieren, in welchen unterschiedli- chen Positionen eine oder mehrere der genannten Sende-
/Empfangsspulen, relativ zum Hauptmagnetfeld bzw. dem homogenen Bereich 800 des Hauptmagnetfelds angeordnet sein kön¬ nen. In dem ersten Beispiel gemäß Figur 8a befindet sich die Sende-/Empfangsspule 805 im Mundraum des Patienten 705. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass z.B. Strukturen von Zähnen mit höherer Auflösung bildgebend dargestellt werden können. In dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8b ist die Sende-/Empfangsspule 810 außerhalb des Mundraums des Patienten 705 angeordnet, wodurch bildgebende Über¬ sichtsdarstellungen, z.B. des gesamten Mundraums, ermöglicht werden.

Claims

Ansprüche
1. Abtastvorrichtung zur bildgebenden Magnetresonanz für die medizinische Diagnostik, insbesondere für die den¬ talmedizinische Diagnostik oder die HNO-Diagnostik, umfassend einen Hauptmagneten (200 - 210) zur Erzeu¬ gung eines statischen Hauptmagnetfelds (220), welches einen homogenen Bereich (225) aufweist, mindestens ei¬ ne Sende- und/oder Empfangsspule zum Aussenden bzw. Empfangen eines hochfrequenten Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptmagnet (200 - 210) durch mindestens zwei an der Stirnseite magnetisch entgegen¬ gesetzt gepolte Pole (205, 210) gebildet ist, wobei das durch die beiden Pole (205, 210) an deren Stirnseiten erzeugte statische Hauptmagnetfeld (220), ein¬ schließlich des homogenen Bereichs (225), die Stirnseiten der Pole (205, 210) überragt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mindestens zwei Polen (205, 210) ei¬ ne Aussparung (215) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (215) für eine Patientenpositio¬ nierung verwendet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zu diagnostizierende Körperteil des Patienten so in der Aussparung positioniert wird, dass der Kör¬ perteil wenigstens teilweise von den mindestens zwei Polen (205, 210) umgeben ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Hauptmagneten (500, 510, 515) mindestens eine Gradientenspule (525, 530) zur Erzeugung eines das Hauptmagnetfeld (535) ü- berlagernden magnetischen Gradientenfelds angeordnet ist .
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das statische Hauptmag¬ netfeld (220), einschließlich des homogenen Bereichs (225), die Stirnseiten der mindestens zwei Pole (205, 210) um wenigstens 5 cm überragt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Pole (205, 210) durch an Permanentmagneten stirnseitig angeordnete Polschuhe oder durch Pole von supraleitenden Spulen oder durch Elektromagnete gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das statische Hauptmag¬ netfeld (220) im homogenen Bereich (225) mit einer Schwankungsbreite von weniger als 50 ppm, bevorzugt von weniger als 10 ppm, konstant ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der homogene Bereich (225) des statischen Hauptmagnetfelds (220) mindestens ein Volumen mit einer räumlichen Ausdehnung von mindestens 5 cm umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laterale Ausdehnung der Aussparung (215) im Wesentlichen der lateralen Ausdehnung der mindestens zwei Pole (205, 210) ent¬ spricht .
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptmagnet (200 - 210) mindestens einen Permanentmagneten oder mindestens einen supraleitenden Magneten aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gra¬ dientenspule (525, 530) an der Stirnseite des Haupt¬ magneten (500, 510, 515) oder im Bereich der zwischen den mindestens zwei Polen (510, 515) vorgesehenen Aus¬ sparung (505) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sen¬ de- und/oder Empfangsspule (805, 810) an dem Hauptmag- neten und/oder im Bereich der zwischen den mindestens zwei Polen vorgesehenen Aussparung angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule und die Empfangsspule der mindestens einen Sende- und/oder Empfangsspule durch eine einzige Spule gebildet sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sen¬ de- und/oder Empfangsspule an dem Patienten oder innerhalb des Mundraums des Patienten positionierbar ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptmagnet von einer Haltevorrichtung gehalten wird, welche in mindestens einer Richtung verfahrbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniervorrichtung für einen Patienten angeordnet ist, welche mit dem Patienten in mindestens einer Richtung verfahrbar ist . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Temperatursta bilisierung vorgesehen sind.
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