WO2015106916A1 - Vorrichtung und verfahren zur markerlosen detektion von bewegungen während mrt-messungen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur markerlosen detektion von bewegungen während mrt-messungen Download PDF

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WO2015106916A1
WO2015106916A1 PCT/EP2014/078281 EP2014078281W WO2015106916A1 WO 2015106916 A1 WO2015106916 A1 WO 2015106916A1 EP 2014078281 W EP2014078281 W EP 2014078281W WO 2015106916 A1 WO2015106916 A1 WO 2015106916A1
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patient
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mri
radiation
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PCT/EP2014/078281
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Thomas Siegert
Jessica Schulz
Enrico Reimer
Harald Möller
Robert Turner
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Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/565—Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities
    • G01R33/56509—Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities due to motion, displacement or flow, e.g. gradient moment nulling

Definitions

  • the present invention relates to a device for compensating movements of a patient during MRT measurements in real time, the device comprising at least one MR-compatible optical sensor device, at least one microprocessor device and at least one connection for data exchange with an MRI device, wherein the MR compatible optical sensor device at least one sensor module for receiving data from which the movement of the patient can be calculated and at least one interface module for transmitting the sensor data to the microprocessor device comprises.
  • the invention relates to a method for compensating for movements of a patient during MRI measurements in real time.
  • Magnetic resonance imaging is an important diagnostic imaging technique.
  • the acquisition times for such (especially high-resolution) measurements are relatively long, making MRI very sensitive to movement.
  • Patient movement during an MRI scan can cause image artifacts. This in turn may make the MRI image unsuitable for diagnostic use.
  • Zaitsev et al. (Zaitsev, M. et al., "Magnetic Resonance Imaging of Moving Objects: Prospective Real-time Motion Correction Using an External Optical Motion Tracking System", Neurolmage 31 (2006) 1038-1050) presented a method that involves correction of Moving a body during an MRI scan by recording the motion and adjusting the measurement parameters is done by fixing a frame on which four reflective markers are placed on the patient's dentition, and moving them from two outside the MRI scanner In combination with a new calibration technique, a considerable avoidance of motion artifacts is possible, in the document DE 198 38 590 A1 an MR tomograph is disclosed in which a tracking of the sectional image plane is made possible with moving objects This is an open magnet system, which together with a stereo camera within a he radio frequency cabin is arranged.
  • WO 2009/129 457 A1 discloses a method for motion correction in imaging methods in an MRI. The camera used for this transfers the complete image files to a computer
  • the document DE 10 2010 018 899 discloses a system which makes it possible to increase the resolution of the motion recording. This is achieved by a device for compensating for movements of a patient during MRT measurements in real time, in which at least one MRI-compatible camera and at least one microcontroller module for calculating position data of patient-connected marking elements inside an MRI device within a bore of the MRI device, are arranged. This makes it possible that the image data can be processed directly inside the MRI device and not the entire image data must be transferred to an external evaluation. The data exchange for the correction of movement artifacts can thus be considerably reduced in the data volume and thus the transmission speed can be increased in such a way that a compensation of movements of a patient during MRI measurements in real time is possible.
  • Such devices for compensating for patient movement in real-time MRI measurements are compatible with particularly high-resolution MRI (MRI) scanners with field strengths of 7 Tesla and even more, as currently used for research in some centers.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the system known from DE 10 2010 018 899 provides a very good possibility for compensating for movements of a patient in MRI measurements in real time, but everyday life in the medical field (for example in hospitals) places different demands on such systems.
  • the previous tracking systems work based on markers, ie that optical markers on the patient, e.g. with glasses, a bite splint or directly on the skin. This additional effort hinders the workflow in daily patient traffic.
  • these systems pose the risk of incorrect positioning of the marker or the danger that the markers slip and therefore the MRI image is even worse by the (incorrect) correction.
  • the present invention is therefore based on the object, a system and a method for compensating for movements of a patient in MRI measurements in real time which, at least optionally, can detect its movements without special markers connected to the patient.
  • the object of the present invention provides a device and a method for compensating movements of a patient or any other mobile object to be examined in MRI measurements in real time, which achieves this object according to the invention in accordance with the features of independent claims 1 and 11.
  • patient is used in the context of this disclosure, the subject matter of the present invention is not applicable to patients but to any body undergoing an MRI measurement.
  • patient therefore stands only by way of example for any (preferably mobile) body to be examined or any (preferably mobile) object to be examined.
  • the device for compensating movements of a patient during MRT measurements in real time, wherein the device comprises at least one MR-compatible optical sensor device, at least one microprocessor device and at least one connection for data exchange with an MRI device, wherein the MR-compatible optical sensor device at least one sensor module for detecting data from which the movement of the patient can be calculated and at least one interface module for transmitting the sensor data to the microprocessor device for calculating the position data from the sensor data, characterized in that both the sensor device and the microprocessor device are arranged inside an MRI and are capable of detecting movements of a patient during MRI measurements in real time without the presence of special, associated with the patient marking elements.
  • the MR-compatible optical sensor device detects data from which the distance of a point detected by the optical sensor device can be determined. From a multitude of detected points, a (distance) profile of individual points of a surface can thus be created.
  • the surface may be, for example, the skin of a patient.
  • marking associated with the patient For example, elements can be used if the resolution is to be particularly high.
  • the device is operable in a plurality of modes, wherein at least one mode enables compensation of patient motion during MRI measurements in real time without the presence of special marker elements associated with the patient.
  • An optional other mode compensates for patient movement in real-time MRI based on specific tagging elements associated with the patient.
  • the modes differ by the measurement methods and / or the physical parameters determined as a basis for compensating for movements of a patient during MRI measurements. More preferably, for example, a mode could be the time-of-flight (ToF) of an object (eg, a photon) between a surface of the patient and a sensor as the basis for determining the position of the patient (and / or the marker). whereas in another mode, the location of a marker (and / or the patient) is determined from the calculation of a 3D image from two (or more) 2D images.
  • ToF time-of-flight
  • the device is at least partially disposed inside an MRI.
  • the device is arranged directly on a head coil of the MRI apparatus.
  • the data determined by the sensor device can be transmitted to a - preferably in the immediate vicinity, particularly preferably also arranged inside the MRT device microprocessor device.
  • the microprocessor device is located in a preferred embodiment in the immediate vicinity of the sensor device, preferably in the interior of a bore of the MRI apparatus. Due to the short distance between sensor device and microprocessor device, it is possible to ensure a fast data connection. A fast data connection between the sensor device and the microprocessor device is advantageous since the movement of the patient can be calculated in the microprocessor device from the multiplicity of data detected by the sensor device.
  • the amount of data can be drastically reduced so that an interface with a lower bandwidth can be used for the transmission of the movement of the patient calculated by the microprocessor device to the MRT device or an external evaluation device. Due to the reduced volume of data, the reduced bandwidth le transmission to the MRI device or the external evaluation possible, preferably even in real time.
  • the sensor device and the microprocessor device are preferably not formed as one unit but as separate modules.
  • the modular design of the sensor device and the microprocessor device has proven to be favorable in order to exchange individual modules quickly. This allows rapid adaptation to changing requirements. In addition, it is possible for a defect of a single module to replace this quickly and comparatively cheaply. However, it is also possible to use several modules together as a unit, e.g. to arrange on a common board, which may allow a more compact design.
  • At least one sensor module of the MR-compatible optical sensor device is a time-of-flight (ToF) sensor.
  • ToF time-of-flight
  • the ToF sensor detects the time it takes for a signal emitted or reflected from the surface to be detected (e.g., the patient's skin) to reach the ToF sensor. This may be a signal emitted by the surface or the patient.
  • it is a signal that is merely reflected or modulated by the surface to be detected (e.g., the skin of the patient).
  • the surface to be detected e.g., the skin of the patient
  • it could be a radiation pulse, which is sent to the respective surface and reflected by it.
  • a detection of a radiation that is the result of a conversion of another radiation has the advantage that such methods are much less susceptible to scattered radiation, since the radiation detected by the sensor module is preferably emitted exclusively by the surface to be detected.
  • the radiation detected by the sensor device is infrared (IR) radiation.
  • a sensor module is preferably an IR sensor.
  • a device which has an IR-sensitive ToF Sensor module has. With such an IR-sensitive ToF sensor module, the transit time of IR signals emitted or reflected from a surface can be determined.
  • the device has an IR radiation emitter.
  • this IR radiation emitter is arranged in the immediate vicinity of the sensor device.
  • the IR radiation emitter is a part of the sensor device.
  • the sensor device accordingly has an IR radiation emitter.
  • Such immediate proximity has several advantages.
  • One advantage is that, in the case of a very close arrangement of the radiation emitter and the sensor module, the surface exposed to radiation by the radiation emitter is acted upon very homogeneously and there are virtually no shadows.
  • This is advantageous, for example, in the case of objects which have a contour deviating greatly from a smooth surface.
  • the nose could shade an area of the face, so that no or at least no exact determination of the contour is possible in the shadow area.
  • the use of multiple radiation emitters is optionally possible.
  • Another advantage is that with a particularly close arrangement between the radiation emitter and the sensor module, the transit times of communication and / or control signals between these two devices are very low. This leads to an increased accuracy of the time of flight, since - assuming both the (IR) radiation and the communication and / or control signals propagate at the same speed (speed of light) - the relative measurement error caused by the duration of the communication and / or Control signals is caused to decrease in proportion to the flight time.
  • the radiation emitter emits radiation pulses at defined times.
  • the emitted radiation is conducted at least partially in the direction of the surface to be detected.
  • Radiation on the surface to be detected is reflected from this (at least partially) and / or changed in their properties (eg wavelength) and emitted.
  • This radiation emanating from the surface to be detected is directed at least partially in the direction of the sensor module so that it can detect this radiation. From the time difference between the emission of the radiation by the radiation emitter and the detection of the radiation emanating from the surface to be detected, the distance between the sensor module and the surface to be detected can be determined with a known arrangement of radiation emitter and sensor module.
  • the sensor device In order to be able to use a database that is as accurate and broad as possible for the calculation of the movement of the patient, not only a single point of a surface is preferably detected, but a multiplicity of points lying on the surface to be detected. These points are preferably detected simultaneously by the sensor device.
  • the sensor device preferably has an optical system suitable for the respective radiation, with which the radiation which emanates from a multiplicity of points lying on the surface to be detected in the direction of the sensor module can be focused onto a radiation-sensitive surface.
  • the radiation-sensitive surface is preferably a pixel matrix. Each pixel is formed by a radiation-sensitive element. Each pixel can be assigned a point on the surface to be detected.
  • Information about the point on the surface to be detected can be obtained from the radiation incident on the respective radiation-sensitive element. For example, it is possible to determine the color or chemical properties from the wavelength of the detected radiation.
  • sensors are e.g. known from photography or spectroscopy.
  • the respective pixels are CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor, or complementary metal-oxide semiconductors).
  • a pixel matrix could thus represent a CMOS sensor, as known from digital photography. From the term can be deduced the distance of each point.
  • the at least one time-of-flight sensor is suitable for detecting the transit times of an associated radiation or light pulse for pixels of a pixel matrix.
  • a time-of-flight sensor can preferably record the transit times of an associated radiation or light pulse for all pixels of a pixel matrix.
  • a single sensor module it is possible for a single sensor module to be very large Number of points on the surface to be detected at the same time can detect the duration of each associated radiation or light pulse. This makes it possible, with a single detection process in a single sensor device to determine the distances of a plurality of points of a surface, preferably at least as many points that can be deduced the contour of the entire surface.
  • the time-of-flight sensor of the sensor device is suitable for associating a depth value and / or distance value with each pixel.
  • the device has only one sensor device.
  • This sensor device preferably has only exactly one sensor module. Accordingly, in this embodiment, it is not necessary to calculate 3D data from the data of multiple cameras (or sensor modules). This allows enormous space and cost savings over systems that require multiple cameras to acquire 3D data.
  • the microprocessor device is suitable for calculating position data of the patient from the sensor data. It is further preferred that the microprocessor device is furthermore suitable for transmitting the calculated position data to an MRT or an external evaluation device.
  • the position data calculated by the microprocessor device has a very small data volume. Preferably, the data volume for each detected position is less than 100 bytes / position, preferably less than 50 bytes / position, more preferably less than 25 bytes / position. Due to this very small amount of data, fast data transmission to the external evaluation unit or the MRI device is possible.
  • additional data can optionally be added to the position data set. For example, to uniquely assign a record to a patient.
  • the transmission rate of the position data calculated by the microprocessor device is greater than 30 Hz, more preferably at least 60 Hz (without consideration of the trigger signal (see below)).
  • the data reduction described above allows the use of relatively simple and thin cables even at these high transmission rates. Usually, data rates of 60 Hz or more are used. Since the resolution of the sensor device affects only the amount of data and thus the transfer between the sensor device and microprocessor device, but in the microprocessor device, these data are converted regardless of their volume on the position data, regardless of the resolution of the sensor device only the low, calculated by the microprocessor device data amount the position data are transmitted. Although a higher resolution of the sensor device or of the sensor module therefore permits a more accurate position calculation by the microprocessor device, it does not significantly reduce the transmission rate between the microprocessor device and the MRT device or the external evaluation unit.
  • a serial interface connection such as, for example, an EIA-RS-232 interface
  • the cables are shielded or optical to avoid a negative influence on the MRI measurement.
  • wireless data transmissions such as WLAN and Bluetooth would be possible, but these are not preferred due to the possible influence of the magnetic field and thus the disturbance of the MRI measurement.
  • the device has a trigger input, preferably an optical trigger input for synchronization via a channel of a data line with the MRT.
  • a trigger is understood to mean a signal with which an action is triggered in the respective other device (that is to say the microprocessor device on the one hand and the MRT or the external evaluation device on the other). The respective action is thus a reaction to the trigger signal.
  • a trigger signal emitted, for example, by the MRT can be detected by the device and used, for example, to adapt the frequency of the radiation emitter to the repetition time of the MRI.
  • the sensor device can be operated in different operating modes.
  • the different modes may be, for example, a 2D and a 3D mode.
  • the sensor device would be suitable for the acquisition of 2D and / or 3D data.
  • This embodiment has the advantage that e.g. before but also during an MRI measurement, the mode can be changed. While in the 3D mode, for example, the time of flight of the radiation coming from the surface to be detected is determined, the acquisition of a 2D image could be provided in a 2D mode.
  • the same sensor module can be used for this purpose.
  • the positioning of the patient could then be checked before the MRI measurement using the D2 image (or, of course, also several 2D images or a 2D film). While the positioning can be determined from the 3D data, in the example mentioned, the 2D mode would in particular have the advantage of being able to control the patient's condition.
  • the facial expressions and / or the pupil width could be better recognizable than in 3D mode. In particular, the pupil width is not visible in 3D mode.
  • the changeover between two modes of operation is also associated with a change in the operating mode of the radiation emitter.
  • the radiation emitter emits pulsed radiation (e.g., IR radiation)
  • continuous emission of visible light in 2D mode could be beneficial.
  • an embodiment of the device is preferred in which the device including the at least one interface module and preferably including at least one memory module and more preferably including at least one IR radiation source Power consumption of less than 2.0 W has.
  • the power consumption is preferably less than 1.5 W, especially even less than 1.0 W.
  • the microprocessor device has a power consumption of less than 250 mW.
  • the power consumption of the microprocessor device is less than 200 mW, more preferably less than 150 mW.
  • the sensor device has a power consumption of less than 250 mW.
  • the power consumption of the sensor device is particularly preferably less than 200 mW, particularly preferably less than 150 mW.
  • the power consumption of both the microprocessor device and the sensor device is less than 250 mW, preferably less than 200 mW, particularly preferably less than 150 mW.
  • Another essential aspect of the invention is a method for compensating for movements of a patient during MRI measurements in real time, comprising at least the following steps: determining the distance of at least one point of a patient's surface from a sensor by a sensor device inside an MRI Device, transmitting the sensor data determined by the sensor device to a microprocessor device, calculating position data of the patient from the detected data from the sensor device in the microprocessor device and transmitting the position data to an external evaluation or the MRT in real time.
  • transit times of at least one radiation pulse emitted by a radiation emitter are preferably detected by the sensor device. Further preferred in the method by the sensor device durations of at least detected at least one emitted by an IR radiation emitter IR radiation pulse. By determining the transit times, it is directly possible in the sensor device to create a distance profile of the surface to be detected. If IR radiation pulses are emitted by the radiation emitter and the IR radiation reflected by the surface to be detected is detected by the sensor device, this has the advantage that the method for compensating for movements of a patient in MRI measurements does not optically in one for humans visible area works and so a patient is not unnecessarily burdened by optical stimuli during an already often exhausting MRI measurement for him anyway.
  • the detection of the surface of a patient by the sensor device and preferably also the calculation of position data of the patient in the microprocessor device takes place inside the MRI device.
  • the sensor device and / or the microprocessor device are / are arranged directly on a head coil of the MRT. This ensures that, on the one hand, the distance between the sensor device and the surface to be detected is short (less than 50 cm, preferably 5-30 cm), and thus even small changes in position cause a comparatively large change in the time of flight of the radiation relative to the distance.
  • the sensor device is at least temporarily switched to another operating mode and 2D or 3D images via a
  • image sensor interface In particular, before the start of the MRI measurement, it may be advantageous to observe the patient in 2D mode. 2D images or films make it possible to assess the condition of the patient inside the MRI. This possibility is only partially or even insufficiently ensured by position data.
  • the sensor device has a time-of-flight sensor which, at least temporarily, is used for pixels of a pixel sensor.
  • matrix preferably records the transit times of a light pulse for all pixels of a pixel matrix.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for compensating for movements of a patient in MRI measurements in real time.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device 1 for compensating movements of a patient 2 during MRT measurements in real time.
  • a device for compensating for movements of a patient during MRT measurements is shown in real time using the example of a head 3 of a patient 2.
  • the device 1 for compensating for movements of a patient 2 in MRI measurements is arranged in real time in the vicinity of the patient such that a sensor device 4 can detect radiation 5 coming from the patient 2.
  • the device is arranged inside the head coil of an MRI apparatus.
  • the sensor device 4 comprises a time-of-flight (ToF) sensor 8 by means of which the time required by the radiation 7 emitted by the radiation emitter 6 to travel from the radiation emitter 6 to the head 3 can be determined and to reach the sensor 8 after reflection on the surface of the head 3. From the time required for the routes 7 and 5 together, the distance of the reflecting point 9 on the surface of the head 3 can be deduced.
  • the device 1 has optics (not shown), which makes it possible to image different points 9 of the surface at different points 10 of the sensor 8.
  • the sensor 8 is based in the example shown on the CMOS technology. Accordingly, in the ToF sensor 8, the transit times of the light pulse emitted by the radiation emitter 6, which are proportional to the distance of the pixel 10 to the reflective point 9, are measured for the individual pixels of a pixel matrix. Thus, a depth value or distance value (instead of a color or brightness value known from photography) from which a three-dimensional image can be generated is deposited on the two-dimensional pixel matrix 8 for each individual pixel 10.
  • the radiation emitter 6 is controlled such that it emits radiation 7 in short pulses and then does not transmit any radiation for a predetermined time interval. Due to the frequency, the temporal resolution can be influenced. Since electromagnetic radiation is preferred for the radiation, particularly preferably IR radiation which propagates at the speed of light, very high frequencies are possible. In combination with the small distances of preferably less than 50 cm, more preferably less than 30 cm between the radiation emitter 6 and the individual to be detected reflective points 9 and between the reflective points 9 and the sensor 8, the frequency can be particularly high the time of flight of the photons (or the time interval from sending the radiation 7 through the radiation emitter 6 to the detection of the radiation 5 by the sensor 8) are so small that they do not significantly influence the frequency.
  • the sensor device 4 is connected to a microprocessor device 12 in connection. Data can be exchanged between these devices via a data line 13.
  • the data line 13 has a plurality of channels 14, 15, are exchanged over the various data. These channels can also be physically separate data lines (cables, radio links).
  • a channel 14 for the transmission of the data collected by the sensor device 4 data to the microprocessor device 12 and another channel 15 for the exchange of configuration data between the microprocessor device 12 and the sensor device 4 is provided.
  • the configuration data may, for example, include the frequency with which the radiation emitter 6 emits radiation 7.
  • the configuration data may also include information for switching between a 3D mode (as described above) and a 2D mode.
  • a 3D mode as described above
  • a 2D mode Upon continuous irradiation of the surface to be detected (for example by the radiation emitter 6 and / or additional radiation sources (illumination) (preferably not shown), preferably in the visible range), the sensor device 4 (such as a digital camera) can provide a two-dimensional image of the patient. In particular, this mode can be used to check the patient's condition or its correct positioning before starting an MRI measurement.
  • the microprocessor device 12 has, in addition to the data line 13 described above, at least one further data line 16, by means of which communication with the MRT device is possible.
  • the data line 16 has a plurality of channels 17, 18, are exchanged over the various data. These channels can also be physically separate data lines (cables, radio links).
  • a channel 18 for the transmission of the detected by the microprocessor device 12 current spatial coordinates of the patient 2 for correcting its movements to the MRI device 21 and another channel 17 for the exchange of trigger signals between the microprocessor device 12 and the MRI device 21 provided.
  • the microprocessor device 12 includes at least one microprocessor 19 which calculates the spatial coordinates based on the 3D information provided by the sensor device 4.
  • it is an ARM Cortex processor, since these processors provide a high computing power with low power consumption.
  • the microprocessor 19 has a power consumption of 200 mW or less, since so negative influences of the microprocessor 19 on the MRT measurements and the magnetic field can be minimized.
  • the microprocessor 19 itself already suitable interfaces 20a, 20b in order to be able to communicate with the sensor device 4 and the MRT device 21 via the data lines 13 and 16.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten (2) bei MRT-Messungen in Echtzeit, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine MR-kompatible optische Sensoreinrichtung (4), mindestens eine Mikroprozessoreinrichtung (19) und mindestens eine Verbindung (16) zum Datenaustausch mit einem MRT-Gerät (21) umfasst, wobei die MR-kompatible optische Sensoreinrichtung (4) mindestens ein Sensormodul (8) zur Aufnahme von Daten, aus denen die Bewegung des Patienten berechnet werden kann und mindestens ein Schnittstellenmodul (20a) zur Übertragung der Sensordaten an die Mikroprozessoreinrichtung umfasst. Andererseits betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur markerlosen Detektion von Bewegungen während MRT-
Messungen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit, wobei die Vorrichtung mindestens eine MR-kompatible optische Sensoreinrichtung, mindestens eine Mikroprozessoreinrichtung und mindestens eine Verbindung zum Datenaustausch mit einem MRT-Gerät umfasst, wobei die MR-kompatible optische Sensoreinrichtung mindestens ein Sensormodul zur Aufnahme von Daten, aus denen die Bewegung des Patienten berechnet werden kann und mindestens ein Schnittstellenmodul zur Übertragung der Sensordaten an die Mikroprozessoreinrichtung umfasst. Andererseits betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit.
Seit längerem ist die Problematik der Entstehung von Artefakten durch die Bewegung des Patienten während MRT-Messungen bekannt. Die Magnetresonanztomografie (MRT) ist ein wichtiges diagnostisches Bildgebungsverfahren. Die Aufnahmezeiten für derartige (insbesondere hochauflösende) Messungen sind jedoch relativ lang, wodurch die MRT sehr empfindlich gegenüber Bewegungen ist. Bewegungen des Patienten während einer MRT- Aufnahme können zu Bildartefakten führen. Dies wiederum kann das MRT-Bild ungeeignet für eine diagnostische Verwertung machen. In einem solchen Fall muss die Aufnahme wiederholt werden, was zu Verzögerungen im Prozessablauf führt und die mögliche Wirtschaftlichkeit der hochpreisigen MRT-Geräte (auch Magnetresonanztomograph, ebenfalls mit „MRT" abgekürzt) reduziert. Um derartige Verzögerungen zu vermeiden, werden bestimmte Patientengruppen daher für eine MRT-Aufnahme anästhesiert, was jedoch medizinisch mit Komplikationen und Risiken verbunden ist und den Patienten zusätzlich belastet.
Es sind daher schon einige Versuche unternommen worden, diese Bewegungsartefakte zu minimieren oder die ermittelten Daten durch die simultane Aufzeichnung der Bewegung der Patienten und entsprechender Korrektur der MRT-Daten bzw. Anpassung der Messparameter zu bereinigen. Besonders problematisch bezüglich der Bewegungsartefakte sind MRT des Kopfes, da er eine hohe Zahl an Bewegungsfreiheitsgraden aufweist und somit softwaregestützte Korrekturen der Bewegung schwierig sind. Hierfür ist eine äußerst genaue Erfassung der Bewegungen notwendig. Schon in der Vergangenheit sind daher Versuche unternommen worden, Artefakte zu vermeiden oder zu korrigieren, die während MRT- Messungen durch Bewegung des Patienten entstehen.
Im Jahr 2006 wurde von Zaitsev et al. (Zaitsev, M. et al.,„Magnetic resonance imaging of freely moving objects: Prospective real-time motion correction using an external optical motion tracking System", Neurolmage 31 (2006) 1038 - 1050) eine Methode vorgestellt, die eine Korrektur von Bewegungen eines Körpers während einer MRT-Messung durch die Aufzeichnung der Bewegung und Anpassung der Messparameter ermöglichen soll. Dazu wird am Gebiss des Patienten ein Gestell fixiert, auf dem vier reflektierende Marker angeordnet sind. Die Bewegung dieser Marker wird von zwei außerhalb des MR-Tomographen (MRT) befindlichen IR-Kameras detektiert. In Kombination mit einer neuen Kalibrierungstechnik ist eine weitgehende Vermeidung von Bewegungsartefakten möglich. in der Druckschrift DE 198 38 590 A1 wird ein MR-Tomograph offenbart, bei welchem eine Nachführung der Schnittbildebene bei sich bewegenden Objekten ermöglicht wird. Dabei handelt es sich um ein offenes Magnetsystem, welches zusammen mit einer Stereokamera innerhalb einer Hochfrequenzkabine angeordnet ist. in der Druckschrift WO 2009/129 457 A1 ist ein Verfahren zur Bewegungskorrektur bei bildgebenden Verfahren in einem MRT offenbart. Die dafür verwendete Kamera überträgt die vollständigen Bilddateien an einen außerhalb des MRT-Geräts angeordneten Rechner.
Durch derartige Systeme ist es möglich, eine genaue Position des Patienten mithilfe eines optischen Trackingsystems zu bestimmen und die Messparameter während der Messung an eine neue Position anzupassen. Eine Korrektur in Echtzeit setzt aber neben eine Genauigkeit von einem Bruchteil der räumlichen Auflösung des MRT-Bildes auch voraus, dass die neuen Positionsdaten ohne große zeitliche Verzögerung bereitgestellt werden können.
Durch die Druckschrift DE 10 2010 018 899 wurde ein System offenbart, mit dem es ermöglicht wird, die Auflösung der Bewegungsaufzeichnung zu erhöhen. Dies wird durch eine Vorrichtung zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit erreicht, bei der mindestens eine MRT-kompatible Kamera und mindestens ein Mikro- kontrollermodul zur Errechnung von Positionsdaten von mit dem Patienten verbundenen Markierungselementen im Inneren eines MRT-Gerätes innerhalb einer Bohrung des MRT- Gerätes, angeordnet sind. Dadurch wird ermöglicht, dass die Bilddaten direkt im Inneren des MRT-Gerätes verarbeitet werden können und nicht die gesamten Bilddaten zu einer externen Auswerteeinrichtung übertragen werden müssen. Der Datenaustausch zur Korrektur von Bewegungsartefakten kann so im Datenvolumen erheblich reduziert werden und dadurch die Übertragungsgeschwindigkeit derart erhöht werden, dass eine Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit möglich ist.
Derartige Vorrichtungen zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT- Messungen in Echtzeit sind kompatibel zu besonders hoch auflösenden MR-Tomographen (MRT-Geräten) mit Feldstärken von 7 Tesla und sogar mehr, wie sie gegenwärtig für Forschungszwecke in einigen Zentren verwendet werden. Für Forschungszwecke stellt das aus Druckschrift DE 10 2010 018 899 bekannte System eine sehr gute Möglichkeit zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit bereit, jedoch stellt der Alltag im medizinischen Bereich (z.B. in Krankenhäusern) andere Anforderungen an derartige Systeme. Dies ist unter anderem damit zu begründen, dass die bisherigen Tra- ckingsysteme markerbasiert funktionieren, dass also optische Marker an dem Patienten, z.B. mithilfe einer Brille, einer Beißschiene oder direkt auf der Haut, befestigt werden müssen. Dieser zusätzliche Aufwand behindert den Arbeitsfluss im täglichen Patientenverkehr. Außerdem bergen diese Systeme die Gefahr einer fehlerhaften Positionierung der Marker oder die Gefahr, dass die Marker verrutschen und das MRT-Bild daher durch die (fehlerhafte) Korrektur sogar schlechter gemacht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit zu stellen, das zumindest optional ohne spezielle, mit dem Patienten verbundene Marker dessen Bewegungen detektieren kann.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten oder eines anderen beliebigen beweglichen zu untersuchenden Objektes bei MRT-Messungen in Echtzeit bereit, die diese Aufgabe erfindungsgemäß entsprechend den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 1 1 löst. Auch wenn im Rahmen dieser Offenbarung das Wort Patient genutzt wird, ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht auf Patienten sondern auf jeden beliebigen Körper anwendbar, der einer MRT-Messung unterzogen wird. Das Wort„Patient" steht daher nur exemplarisch für jeglichen (bevorzugt beweglichen) zu untersuchenden Körper oder jegliches (bevorzugt bewegliches) zu untersuchende Objekt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit, wobei die Vorrichtung mindestens eine MR-kompatible optische Sensoreinrichtung, mindestens eine Mikroprozessoreinrichtung und mindestens eine Verbindung zum Datenaustausch mit einem MRT-Gerät umfasst, wobei die MR-kompatible optische Sensoreinrichtung mindestens ein Sensormodul zur Erfassung von Daten, aus denen die Bewegung des Patienten berechnet werden kann und mindestens ein Schnittstellenmodul zur Übertragung der Sensordaten an die Mikroprozessoreinrichtung zur Errechnung der Positionsdaten aus den Sensordaten umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl die Sensoreinrichtung als auch die Mikroprozessoreinrichtung im Inneren eines MRTs angeordnet sind und dazu geeignet sind, Bewegungen eines Patienten bei MRT- Messungen in Echtzeit ohne das Vorhandensein spezieller, mit dem Patienten verbundener Markierungselemente erfassen zu können.
Dies wird dadurch ermöglicht, dass die MR-kompatible optische Sensoreinrichtung Daten erfasst, aus denen die Entfernung eines von der optischen Sensoreinrichtung erfassten Punktes ermittelbar ist. Aus einer Vielzahl erfasster Punkte kann somit ein (Entfernungs-) Profil einzelner Punkte einer Oberfläche erstellt werden. Bei der Oberfläche kann es sich beispielsweise um die Haut eines Patienten handeln. Somit ist es möglich, die aktuelle Position des Patienten ständig, bevorzugt in Echtzeit zu erfassen.
Dabei ist jedoch das Vorhandensein spezieller, mit dem Patienten verbundener Markierungselemente nicht grundsätzlich ausgeschlossen. Mit dem Patienten verbundene Markie- rungselemente können beispielsweise eingesetzt werden, wenn die Auflösung besonders hoch sein soll.
Vielmehr ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung vorgesehen, dass die Vorrichtung in mehreren Modi betreibbar ist, wobei mindestens ein Modus eine Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit ohne das Vorhandensein spezieller, mit dem Patienten verbundener Markierungselemente ermöglicht. Ein optionaler anderer Modus ermöglicht eine Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit anhand spezieller, mit dem Patienten verbundener Markierungselemente. Bevorzugt unterscheiden sich die Modi jedoch durch die Messmethoden und/oder die als Grundlage der Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT- Messungen ermittelten physikalischen Parameter. Weiter bevorzugt könnte beispielsweise ein Modus die Flugzeit- (Time-of-Flight- (ToF-)) eines Objektes (z.B. eines Photons) zwischen einer Oberfläche des Patienten und einem Sensor als Basis für die Positionsbestimmung des Patienten (und/oder des Markers) nutzen, wohingegen in einem anderen Modus die Positionsbestimmung eines Markers (und/oder des Patienten) aus der Berechnung eines 3D- Bildes aus zwei (oder mehr) 2D-Bildern erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zumindest teilweise im Inneren eines MRTs angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung direkt an einer Kopfspule des MRT-Gerätes angeordnet. Die durch die Sensoreinrichtung ermittelten Daten können an eine - bevorzugt in unmittelbarer Nähe, besonders bevorzugt ebenfalls im Inneren des MRT-Gerätes angeordnete Mikroprozessoreinrichtung übertragen werden. Die Mikroprozessoreinrichtung befindet sich in einer bevorzugten Ausführungsform in unmittelbarer Nähe der Sensoreinrichtung, bevorzugt im Inneren einer Bohrung des MRT-Gerätes. Durch die kurze Distanz zwischen Sensoreinrichtung und Mikroprozessoreinrichtung ist es möglich, eine schnelle Datenverbindung zu gewährleisten. Eine schnelle Datenverbindung zwischen Sensoreinrichtung und Mikroprozessoreinrichtung ist vorteilhaft, da in der Mikroprozessoreinrichtung aus der Vielzahl der von der Sensoreinrichtung erfass- ten Daten die Bewegung des Patienten berechnet werden kann. Bei diesem Prozess kann die Datenmenge drastisch reduziert werden, so dass für die Übertragung der von der Mikroprozessoreinrichtung errechneten Bewegung des Patienten zu dem MRT-Gerät oder einer externen Auswerteeinrichtung eine Schnittstelle mit geringerer Bandbreite genutzt werden kann. Durch die im Volumen reduzierten Daten ist trotz reduzierter Bandbreite so die schnei- le Übertragung zum MRT-Gerät oder der externen Auswerteeinrichtung möglich, bevorzugt sogar in Echtzeit.
Bevorzugt sind Sensoreinrichtung und Mikroprozessoreinrichtung jedoch nicht als eine Einheit ausgebildet sondern als separate Module. Die modulare Ausführung von Sensoreinrichtung und Mikroprozessoreinrichtung hat sich als günstig erwiesen, um einzelne Module schnell austauschen zu können. Damit ist eine rasche Anpassung auf geänderte Anforderungen möglich. Außerdem ist es bei einem Defekt eines einzelnen Moduls möglich, dieses rasch und vergleichsweise kostengünstig auszutauschen. Es ist jedoch ebenso möglich, mehrere Module gemeinsam als eine Einheit, z.B. auf einer gemeinsamen Platine anzuordnen, was evtl. eine kompaktere Bauform ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Sensormodul der MR- kompatiblen optischen Sensoreinrichtung ein Flugzeit- (Time-of-Flight- (ToF-)) Sensor. Mit einem solchen Sensor ist es möglich, die Flugzeit bzw. Laufzeit eines Signals zu ermitteln. Bevorzugt ist dabei wenigstens eine Teilstrecke der Strecke für die die Flugzeit ermittelt wird eine Strecke zwischen einem Punkt der Oberfläche des Patienten bzw. des Objektes, dessen Bewegung als Grundlage für die Korrektur der MRT-Daten herangezogen werden soll. Der ToF-Sensor ermittelt somit die Zeit, die ein von der zu detektierenden Oberfläche (also z.B. der Haut des Patienten) abgegebenes oder reflektiertes Signal benötigt, bis es den ToF- Sensor erreicht. Dabei kann es sich um ein von der Oberfläche bzw. der Patienten abgegebenes Signal handeln. Bevorzugt ist jedoch, dass es sich um ein Signal handelt, dass von der zu detektierenden Oberfläche (also z.B. der Haut des Patienten) lediglich reflektiert oder moduliert wird. Konkret könnte es sich um einen Strahlungsimpuls handeln, der auf die jeweilige Oberfläche gesendet wird und von dieser reflektiert wird. Ebenso wäre aber auch eine Umwandlung der eingestrahlten Strahlung möglich, wie es beispielsweise im Fall der Fluoreszenz erfolgt. Eine Detektion einer Strahlung, die das Resultat einer Umwandlung einer anderen Strahlung ist, hat den Vorteil dass derartige Verfahren wesentlich weniger anfällig gegenüber Streustrahlung sind, da die von dem Sensormodul detektierte Strahlung bevorzugt ausschließlich von der zu detektierenden Oberfläche emittiert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der von der Sensoreinrichtung detektierten Strahlung um Infrarot- (IR-) Strahlung. Bevorzugt ist demnach ein Sensormodul ein IR-Sensor. Weiter bevorzugt ist eine Vorrichtung, die ein IR-sensitives ToF- Sensormodul aufweist. Mit einem solchen IR-sensitiven ToF-Sensormodul kann die Laufzeit von IR-Signalen, die von einer Oberfläche aus abgegeben bzw. reflektiert werden, ermittelt werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die Vorrichtung einen IR-Strahlungsemitter aufweist. Bevorzugt ist dieser IR-Strahlungsemitter in unmittelbarer Nähe zu der Sensoreinrichtung angeordnet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der IR- Strahlungsemitter ein Teil der Sensoreinrichtung. In diesem Fall weist die Sensoreinrichtung demnach einen IR-Strahlungsemitter auf. Eine derartige unmittelbare Nähe hat diverse Vorteile.
Ein Vorteil ist, dass bei einer sehr nahen Anordnung von Strahlungsemitter und Sensormodul die von dem Strahlungsemitter mit Strahlung beaufschlagte Oberfläche sehr homogen beaufschlag wird und es nahezu keine Schatten gibt. Dies ist beispielsweise bei Objekten, die eine stark von einer glatten Oberfläche abweichende Kontur aufweisen vorteilhaft. Beispielsweise könnte bei einer großen Entfernung zwischen Strahlungsemitter und Sensormodul bei einem MRT des Kopfes die Nase einen Bereich des Gesichtes abschatten, so dass im Schattenbereich keine oder zumindest keine exakte Bestimmung der Kontur möglich ist. Um derartige Effekte zu vermeiden und eine möglichst homogene Beaufschlagung mit Strahlung zu gewährleisten, ist optional auch die Verwendung mehrerer Strahlungsemitter möglich.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einer besonders nahen Anordnung zwischen Strahlungsemitter und Sensormodul die Laufzeiten von Kommunikations- und/oder Steuersignalen zwischen diesen beiden Einrichtungen sehr gering sind. Dies führt zu einer gesteigerten Genauigkeit der Flugzeit, da - angenommen sowohl die (IR-) Strahlung als auch die Kommunikations- und/oder Steuersignale breiten sich mit derselben Geschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit) aus - der relative Messfehler, der durch die Laufzeit der Kommunikationsund/oder Steuersignalen verursacht wird, im Verhältnis zur Flugzeit geringer wird.
Um den Abstand zwischen einem Punkt der zu detektierenden Oberfläche und dem Sensormodul zu ermitteln ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Strahlungsemitter zu definierten Zeitpunkten Strahlungsimpulse emittiert. Die emittierte Strahlung wird zumindest teilweise in Richtung der zu detektierenden Oberfläche geleitet. Trifft die Strahlung auf die zu detektierende Oberfläche wird sie von dieser (zumindest teilweise) reflektiert und/oder in ihren Eigenschaften (z.B. Wellenlänge) verändert und abgestrahlt. Diese von der zu detektierenden Oberfläche ausgehende Strahlung ist zumindest teilweise in Richtung des Sensormoduls gerichtet, so dass dieses diese Strahlung detektieren kann. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem Emittieren der Strahlung durch den Strahlungsemitter und dem Detektieren der von der zu detektierenden Oberfläche ausgehenden Strahlung ist bei bekannter Anordnung von Strahlungsemitter und Sensormodul die Entfernung von Sensormodul und der zu detektierenden Oberfläche ermittelbar.
Um für die Berechnung der Bewegung des Patienten eine möglichst genaue und breite Datenbasis nutzen zu können, wird bevorzugt nicht nur ein einzelner Punkt einer Oberfläche detektiert, sondern eine Vielzahl von auf der zu detektierenden Oberfläche liegenden Punkten. Diese Punkte werden bevorzugt gleichzeitig von der Sensoreinrichtung erfasst. Dazu weist die Sensoreinrichtung bevorzugt ein für die jeweilige Strahlung geeignetes optisches System auf, mit dem die Strahlung, die von einer Vielzahl von auf der zu detektierenden Oberfläche liegenden Punkten in Richtung des Sensormoduls ausgeht, auf eine strahlungssensitiven Oberfläche fokussiert werden kann. Bei der strahlungssensitiven Oberfläche handelt es sich bevorzugt um eine Pixelmatrix. Jeder Pixel wird von einem strahlungssensitiven Element gebildet. Jedem Pixel kann ein Punkt auf der zu detektierenden Oberfläche zugeordnet werden. Aus der auf das jeweilige strahlungssensitive Element treffenden Strahlung können Informationen über den Punkt auf der zu detektierenden Oberfläche gewonnen werden. Beispielsweise ist es möglich, aus der Wellenlänge der detektierten Strahlung die Farbe oder chemische Eigenschaften zu bestimmen. Derartige Sensoren sind z.B. aus der Fotografie oder der Spektroskopie bekannt. Bevorzugt handelt es sich bei den jeweiligen Pixeln um CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor, bzw. komplementäre Metall-Oxid- Halbleiter). Eine Pixelmatrix könnte folglich einen CMOS-Sensor darstellen, wie er aus der Digitalfotografie bekannt ist. Aus der Laufzeit kann auf die Entfernung des jeweiligen Punktes rückgeschlossen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der mindestens eine Flugzeit- Sensor dazu geeignet ist, für Bildpunkte einer Pixelmatrix die Laufzeiten eines zugehörigen Strahlungs- bzw. Lichtimpulses zu erfassen. Bevorzugt kann ein solcher Flugzeit-Sensor für alle Bildpunkte einer Pixelmatrix die Laufzeiten eines zugehörigen Strahlungs- bzw. Lichtimpulses erfassen. Somit ist es möglich, dass ein einzelnes Sensormodul für eine sehr große Anzahl von Punkten auf der zu detektierenden Oberfläche gleichzeitig die Laufzeiten des jeweils zugehörigen Strahlungs- bzw. Lichtimpulses erfassen kann. Dadurch ist es möglich, mit einem einzigen Detektionsprozess in einer einzigen Sensoreinrichtung die Entfernungen einer Vielzahl von Punkten einer Oberfläche, bevorzugt mindestens so vieler Punkte, dass auf die Kontur der gesamten Oberfläche rückgeschlossen werden kann, zu ermitteln.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist daher der Flugzeit-Sensor der Sensoreinrichtung dazu geeignet, jedem Pixel einen Tiefenwert und/oder Entfernungswert zuzuordnen.
Es ist daher in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Vorrichtung lediglich eine Sensoreinrichtung aufweist. Diese Sensoreinrichtung weist bevorzugt lediglich genau ein Sensormodul auf. Es ist demnach in dieser Ausführungsform nicht notwendig, 3D-Daten aus den Daten mehrerer Kameras (oder Sensormodulen) zu berechnen. Dies ermöglicht eine enorme Raum und Kostenersparnis gegenüber Systemen, die mehrere Kameras zur Ermittlung von 3D-Daten benötigen. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Sensoreinrichtungen oder eine Sensoreinrichtung mit mehreren Sensormodulen zu verwenden. Dadurch könnten andere Bereiche der zu detektierenden Oberfläche erfasst werden oder die von einer ersten Sensoreinrichtung bzw. einem ersten Sensormodul ermittelten Daten verifiziert werden.
Bevorzugt ist außerdem eine Ausführungsform der Vorrichtung, in der die Mikroprozessoreinrichtung dazu geeignet ist, aus den Sensordaten Positionsdaten des Patienten zu berechnen. Weiter bevorzugt ist, dass die Mikroprozessoreinrichtung darüber hinaus dazu geeignet ist, die errechneten Positionsdaten an einen MRT oder eine externe Auswerteeinrichtung zu übertragen. Die von der Mikroprozessoreinrichtung berechneten Positionsdaten weisen ein sehr geringes Datenvolumen auf. Bevorzugt liegt das Datenvolumen für jede erfasste Position bei weniger als 100 Bytes/Position, bevorzugt weniger als 50 Bytes/Position, weiter bevorzugt weniger als 25 Bytes/Position. Durch diese sehr geringe Datenmenge ist eine schnelle Datenübertragung zur externen Auswerteeinheit oder dem MRT-Gerät möglich. Neben den Positionsdaten können optional dem Positionsdatensatz weitere Daten zugefügt werden. Beispielsweise zur eindeutigen Zuordnung eines Datensatzes zu einem Patienten. Die Übertragungsrate der von dem Mikroprozessoreinrichtung berechneten Positionsdaten ist größer als 30 Hz, besonders bevorzugt mindestens 60 Hz (ohne Berücksichtigung des Triggersignals (siehe unten)). Die oben beschriebene Datenreduktion erlaubt auch bei diesen hohen Übertragungsraten die Nutzung von relativ einfachen und dünnen Kabeln. Üblicherweise werden Datenraten von 60 Hz oder mehr verwendet. Da die Auflösung der Sensoreinrichtung nur die Datenmenge und somit die Übertragung zwischen Sensoreinrichtung und Mikroprozessoreinrichtung beeinflusst, in der Mikroprozessoreinrichtung jedoch diese Daten unabhängig von deren Volumen auf die Positionsdaten umgerechnet werden, muss unabhängig von der Auflösung der Sensoreinrichtung nur das geringe, von der Mikroprozessoreinrichtung errechneten Datenmenge der Positionsdaten übertragen werden. Eine höhere Auflösung der Sensoreinrichtung bzw. des Sensormoduls erlaubt daher zwar eine genauere Positionsberechnung durch die Mikroprozessoreinrichtung, reduziert die Übertragungsrate zwischen Mikroprozessoreinrichtung und MRT-Gerät oder der externen Auswerteeinheit jedoch nicht signifikant.
Da auch einfachere Datenverbindungen und Stecker eine schnelle Übertragung der auf die Positionsdaten reduzierten Daten ermöglichen, ist für die Übertragung der von der Mikroprozessoreinrichtung berechneten Positionsdaten an eine externe Auswerteeinheit oder ein MRT-Gerät ein serieller Schnittstellenanschluss wie beispielsweise eine EIA-RS-232- Schnittstelle, Ethernet, Firewire, USB, RS-485, CAN-Bus oder andere möglich. Bevorzugt sind die Kabel zur Vermeidung einer negativen Beeinflussung der MRT-Messung abgeschirmt oder optisch. Grundsätzlich wären auch kabellose Datenübertragungen wie WLAN und Bluetooth möglich jedoch sind diese aufgrund der möglichen Beeinflussung des Magnetfeldes und damit der Störung der MRT-Messung nicht bevorzugt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Triggereingang, bevorzugt einen optischen Triggereingang zur Synchronisierung über einen Kanal einer Datenleitung mit dem MRT auf. Als Trigger ist in diesem Zusammenhang ein Signal verstanden, mit dem in der jeweils anderen Einrichtung (also der Mikroprozessoreinrichtung einerseits und dem MRT oder der externen Auswerteeinrichtung andererseits) eine Aktion ausgelöst wird. Bei der jeweiligen Aktion handelt es sich somit um eine Reaktion auf das Triggersignal. Dadurch kann erreicht werden, dass die Erfassung und Berechnung der Positionsdaten synchron mit der Erfassung der MRT-Daten erfolgt. Somit ist auch eine Optimierung des Echtzeitverhaltens der Vorrichtung und eine Reduzierung der Delay-Zeiten möglich. Ein beispielsweise vom MRT ausgesendetes Trigger-Signal kann von der Vorrichtung erfasst und genutzt werden, um beispielsweise die Frequenz des Strahlungsemitters auf die Repetitionszeit des MRTs anzupassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Sensoreinrichtung in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar. Bei den verschiedenen Modi kann es sich beispielsweise um einen 2D- und einen 3D-Modus handeln. In diesem Fall wäre die Sensoreinrichtung zur Erfassung von 2D- und/oder 3D-Daten geeignet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass z.B. vor aber auch während einer MRT-Messung der Modus umgestellt werden kann. Während im 3D-Modus beispielsweise die Flugzeit der von der zu detektieren- den Oberfläche kommenden Strahlung ermittelt wird, könnte in einem 2D-Modus die Aufnahme eines 2D-Bildes vorgesehen sein. Bevorzugt kann dafür dasselbe Sensormodul genutzt werden. Im oben genannten Beispiel könnte dann beispielsweise vor der MRT- Messung anhand des D2-Bildes (bzw. natürlich auch mehrerer 2D-Bilder bzw. eines 2D- Films) die Positionierung des Patienten kontrolliert werden. Während die Positionierung auf aus den 3D-Daten ermittelbar ist, böte im genannten Beispiel der 2D-Modus insbesondere den Vorteil, das Befinden des Patienten kontrollieren zu können. So könnten beispielsweise die Mimik und/oder die Pupillenweite so besser als im 3D-Modus erkennbar sein. Insbesondere die Pupillenweite ist im 3D-Modus nicht erkennbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wechsel zwischen zwei Betriebsmodi auch mit einer Änderung des Betriebsmodus des Strahlungsemitters verbunden. Während beispielsweise im 3D-Modus der Strahlungsemitter eine pulsierende Strahlung (z.B. IR-Strahlung) emittiert, könnte im 2D-Modus eine kontinuierliche Ausstrahlung von sichtbarem Licht vorteilhaft sein. Evtl. erfolgt daher im 2D-Modus eine (evtl. zusätzliche) Ausleuchtung des Inneren des MRTs, insbesondere des Inneren der Bohrung mit sichtbarem (Weiß-) Licht.
Um die MRT-Messung und insbesondere das zu der Messung notwendige Magnetfeld nicht unnötig zu stören, ist eine Ausführungsform der Vorrichtung bevorzugt, in der die Vorrichtung einschließlich des mindestens einen Schnittstellenmoduls und bevorzugt einschließlich mindestens eines Speichermoduls und weiter bevorzugt einschließlich mindestens einer IR- Strahlungsquelle eine Leistungsaufnahme von weniger als 2,0 W aufweist. Bevorzugt beträgt die Leistungsaufnahme weniger als 1 ,5 W, besonders sogar weniger als 1 ,0 W. Insbesondere ist bevorzugt, dass die Mikroprozessoreinrichtung eine Leistungsaufnahme von weniger als 250 mW aufweist. Besonders bevorzugt beträgt die Leistungsaufnahme der Mikroprozessoreinrichtung weniger als 200 mW, besonders bevorzugt weniger als 150 mW.
Insbesondere ist außerdem bevorzugt, dass die Sensoreinrichtung eine Leistungsaufnahme von weniger als 250 mW aufweist. Besonders bevorzugt beträgt die Leistungsaufnahme der Sensoreinrichtung weniger als 200 mW, besonders bevorzugt weniger als 150 mW.
Besonders bevorzugt ist die Leistungsaufnahme sowohl der Mikroprozessoreinrichtung als auch der Sensoreinrichtung jeweils weniger als 250 mW, bevorzugt weniger als 200 mW, besonders bevorzugt weniger als 150 mW.
Durch diese geringen Leistungsaufnahmen der einzelnen Elemente der Vorrichtung ist es möglich, negative Einflüsse auf die Stabilität und/oder den (lokalen) Verlauf des Magnetfeldes auszuschließen oder zumindest zu minimieren.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit, das mindestens die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln der Entfernung mindestens eines Punktes einer Oberfläche eines Patienten von einem Sensor durch eine Sensoreinrichtung im Inneren eines MRT- Gerätes, Übertragen der von der Sensoreinrichtung ermittelten Sensordaten an eine Mikroprozessoreinrichtung, Berechnen von Positionsdaten des Patienten aus den von der Sensoreinrichtung erfassten Daten in der Mikroprozessoreinrichtung und Übertragung der Positionsdaten an eine externe Auswerteeinheit oder den MRT in Echtzeit.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Bewegungen des Patienten im Inneren eines MRT-Gerätes in Echtzeit zu verfolgen und unter Zuhilfenahme dieser Daten das MR- Tomogramm zu korrigieren. Dabei ist es nicht notwendig, dass auf der Haut des Patienten bzw. der Oberfläche des zu detektierenden Objektes Markierungselemente angebracht werden. Dies vereinfacht die mit der Messung eines MRT verbundenen Abläufe (insbesondere in Krankenhäusern oder anderen medizinischen Einrichtungen) erheblich.
Bevorzugt werden bei dem Verfahren durch die Sensoreinrichtung Laufzeiten von mindestens einem von einem Strahlungsemitter ausgesendeten Strahlungsimpuls erfasst. Weiter bevorzugt werden bei dem Verfahren durch die Sensoreinrichtung Laufzeiten von mindes- tens einem von einer IR- Strahlungsemitter ausgesendeten IR-Strahlungsimpuls erfasst. Durch die Ermittlung der Laufzeiten ist es in der Sensoreinrichtung direkt möglich, ein Entfernungsprofil der zu detektierenden Oberfläche zu erstellen. Werden von dem Strahlungsemitter IR-Strahlungsimpulse ausgesendet, und die von der zu detektierenden Oberfläche reflektierte IR- Strahlung durch die Sensoreinrichtung erfasst, hat das den Vorteil, dass das Verfahren zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen optisch in einem für den Menschen nicht sichtbaren Bereich arbeitet und so ein Patient während einer für ihn ohnehin oft strapaziösen MRT-Messung nicht unnötig durch optische Reize belastet wird.
In einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens erfolgt das Erfassen der Oberfläche eines Patienten durch die Sensoreinrichtung und bevorzugt auch das Berechnen von Positionsdaten des Patienten in der Mikroprozessoreinrichtung im Inneren des MRT-Gerätes. Bevorzugt ist/sind dabei die Sensoreinrichtung und/oder die Mikroprozessoreinrichtung direkt an einer Kopfspule des MRT angeordnet. So wird gewährleistet, dass einerseits die Distanz zwischen Sensoreinrichtung und der zu detektierenden Oberfläche kurz (unter 50 cm, bevorzugt 5 - 30 cm) ist und so auch geringe Positionsänderungen eine im Verhältnis zur Entfernung vergleichsweise große Flugzeitveränderung der Strahlung bewirken. Außerdem kann gewährleistet werden, dass die Verarbeitung der von der Sensoreinrichtung erfassten Daten in der Nähe erfolgt und deshalb keine Übertragung großer Datenmengen über große Entfernungen notwendig ist. Wenn die Berechnung der Positionsdaten erfolgt ist, wird dadurch das zur Korrektur der MRT-Messung erforderliche Datenvolumen drastisch reduziert und die Übertragung an das MRT und/oder eine externe Auswerteeinrichtung kann über ein vergleichsweise einfaches Kabel realisiert werden.
Weiter bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Sensoreinrichtung zumindest zeitweise in einen anderen Betriebsmodus umgeschaltet wird und 2D- oder 3D-Bilder über eine
Bildsensorschnittstelle bereitstellt. Insbesondere vor dem Start der MRT-Messung kann es Vorteile bringen den Patienten im 2D-Modus zu beobachten. 2D-Bilder oder Filme ermöglichen es, das Befinden des Patienten im Inneren des MRT beurteilen zu können. Diese Möglichkeit wird durch Positionsdaten nur bedingt oder sogar unzureichend gewährleistet.
In einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung einen Flugzeit-Sensor aufweist, der zumindest zeitweise für Bildpunkte einer Pixel- matrix, bevorzugt für alle Bildpunkte einer Pixelmatrix die Laufzeiten eines Lichtimpulses erfasst. Durch diese Verfahrensvariante werden bereits von der Sensoreinrichtung Daten ermittelt, die direkt zu der Entfernung der jeweiligen Punkte der Oberfläche von der Sensoreinrichtung korrelieren. Eine aufwendige Berechnung derartiger Daten auf Basis z.B. Bildern mehrerer Kameras ist nicht notwendig. Dadurch ergibt sich eine deutlich reduzierte Datenmenge (insbesondere da für jede Position nur ein einzelner Datensatz verarbeitet werden muss und nicht Datensätze mehrerer Kameras berücksichtigt werden müssen) und eine vereinfachte Berechnung der Positionsdaten in der Mikroprozessoreinrichtung.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT- Messungen in Echtzeit dargestellt ist. Bauteile der Vorrichtung zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten 2 bei MRT-Messungen in Echtzeit. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist eine Vorrichtung zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT- Messungen in Echtzeit am Beispiel eines Kopfes 3 eines Patienten 2 dargestellt. Zur Erfassung der Bewegungen des Kopfes 3 ist die Vorrichtung 1 zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten 2 bei MRT-Messungen in Echtzeit so in der Nähe des Patienten angeordnet, dass eine Sensoreinrichtung 4 vom Patienten 2 kommende Strahlung 5 detektieren kann. Bevorzugt ist die Vorrichtung im Inneren der Kopfspule eines MRT-Gerätes angeordnet. Durch einen geringen Abstand zwischen dem zu detektierenden Objekt (z.B. dem Kopf und dessen Konturen) und der Sensoreinrichtung 4 ist eine sehr exakte Bestimmung der Position möglich. In dem gezeigten Beispiel weist die Vorrichtung 1 zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten 2 bei MRT-Messungen in Echtzeit einen Strahlungsemitter 6 auf, mittels dem Strahlung 7 auf den Patienten (bzw. dessen Kopf) ausgesendet wird. Die Sensoreinrichtung 4 umfasst einen Flugzeit- (Time-of-Flight- (ToF-)) Sensor 8 mittels dem die Zeit ermittelt werden kann, die die von dem Strahlungsemitter 6 emittierte Strahlung 7 benötigt, um vom Strahlungsemitter 6 bis zum Kopf 3 zu gelangen und nach Reflexion auf der Oberfläche des Kopfes 3 zum Sensor 8 zu gelangen. Aus der für die Strecken 7 und 5 gemeinsam benötigten Zeit kann auf die Entfernung des reflektierenden Punktes 9 auf der Oberfläche des Kopfes 3 geschlossen werden. Zur Ermittlung der Position des jeweiligen Punktes 9 weist die Vorrichtung 1 eine (nicht gezeigte) Optik auf, die es ermöglicht verschiedene Punkte 9 der Oberfläche auf verschiedenen Punkten 10 des Sensors 8 abzubilden. Derartige Optiken sind beispielsweise aus der Fotografie bekannt. Der Sensor 8 basiert im gezeigten Beispiel auf der CMOS-Technologie. Im ToF-Sensor 8 werden demnach für die einzelnen Bildpunkte einer Pixelmatrix die Laufzeiten des von dem Strahlungsemitter 6 abgegebenen Lichtimpulses gemessen, welche proportional zur Entfernung des Bildpunktes 10 zum reflektierenden Punkt 9 sind. Somit wird auf der zweidimensionalen Pixelmatrix 8 für jeden einzelnen Pixel 10 ein Tiefenwert bzw. Entfernungswert (anstatt eines wie aus der Fotografie bekannten Färb- oder Helligkeits-Werts) hinterlegt, aus denen ein dreidimensionales Bild generiert werden kann.
Wie in Fig. 1 durch die Grafik 1 1 angedeutet ist, wird der Strahlungsemitter 6 so angesteuert, dass er in kurzen Pulsen Strahlung 7 emittiert und anschließend ein vorgegebenes Zeitintervall keine Strahlung sendet. Durch die Frequenz kann die zeitliche Auflösung beeinflusst werden. Da für die Strahlung bevorzugt elektromagnetische Strahlung, besonders bevorzugt IR-Strahlung verwendet wird, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, sind sehr hohe Frequenzen möglich. In Kombination mit den geringen Abständen von bevorzugt weniger als 50 cm, besonders bevorzugt weniger als 30 cm zwischen dem Strahlungsemitter 6 und den einzelnen zu erfassenden reflektierenden Punkten 9 bzw. zwischen den reflektierenden Punkten 9 und dem Sensor 8 kann die Frequenz besonders hoch sein, da die Flugzeiten der Photonen (bzw. das Zeitintervall von Senden der Strahlung 7 durch den Strahlungsemitter 6 bis zur Detektion der Strahlung 5 durch den Sensor 8) derart gering sind, dass sie die Frequenz nicht maßgeblich beeinflussen.
Die Sensoreinrichtung 4 steht mit einer Mikroprozessoreinrichtung 12 in Verbindung. Über eine Datenleitung 13 können Daten zwischen diesen Einrichtungen ausgetauscht werden. Die Datenleitung 13 weist mehrere Kanäle 14, 15 auf, über die verschiedene Daten ausgetauscht werden. Diese Kanäle können auch physisch getrennte Datenleitungen (Kabel, Funkverbindungen) sein. Im gezeigten Beispiel ist ein Kanal 14 für die Übertragung der von der Sensoreinrichtung 4 erfassten Daten an die Mikroprozessoreinrichtung 12 und ein weiterer Kanal 15 für den Austausch von Konfigurationsdaten zwischen der Mikroprozessoreinrichtung 12 und der Sensoreinrichtung 4 vorgesehen. Die Konfigurationsdaten können beispielsweise die Frequenz beinhalten, mit der der Strahlungsemitter 6 Strahlung 7 emittiert.
Die Konfigurationsdaten können auch Informationen zum Wechsel zwischen einem (wie oben beschriebenen) 3D-Modus und einem 2D-Modus beinhalten. Bei kontinuierlicher Bestrahlung der zu detektierenden Oberfläche (beispielsweise durch den Strahlungsemitter 6 und/oder zusätzliche (nicht gezeigte), bevorzugt im sichtbaren Bereich emittierende Strahlungsquellen (Beleuchtung)) kann die Sensoreinrichtung 4 (wie eine Digitalkamera) ein zweidimensionales Bild des Patienten bereitstellen. Dieser Modus kann insbesondere dazu dienen, das Befinden des Patienten oder dessen korrekte Positionierung vor Beginn einer MRT- Messung zu kontrollieren.
Die Mikroprozessoreinrichtung 12 weist neben der oben beschriebenen Datenleitung 13 mindestens eine weitere Datenleitung 16 auf, durch die eine Kommunikation mit dem MRT- Gerät möglich ist. Die Datenleitung 16 weist mehrere Kanäle 17, 18 auf, über die verschiedene Daten ausgetauscht werden. Diese Kanäle können auch physisch getrennte Datenleitungen (Kabel, Funkverbindungen) sein. Im gezeigten Beispiel ist ein Kanal 18 für die Übertragung der von der Mikroprozessoreinrichtung 12 ermittelten aktuellen Raumkoordinaten des Patienten 2 zur Korrektur dessen Bewegungen an das MRT-Gerät 21 und ein weiterer Kanal 17 für den Austausch von Triggersignalen zwischen der Mikroprozessoreinrichtung 12 und dem MRT-Gerät 21 vorgesehen.
Die Mikroprozessoreinrichtung 12 beinhaltet mindestens einen Mikroprozessor 19, der die Raumkoordinaten anhand der von der Sensoreinrichtung 4 bereitgestellten 3D-lnformationen berechnet. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um einen ARM Cortex Prozessor, da diese Prozessoren eine hohe Rechenleistung bei gleichzeitig geringer Leistungsaufnahme bereitstellen. Bevorzugt weist der Mikroprozessor 19 eine Leistungsaufnahme von 200 mW oder weniger auf, da so negative Einflüsse des Mikroprozessors 19 auf die MRT-Messungen bzw. das Magnetfeld minimiert werden können. Bevorzugt weist der Mikroprozessor 19 selbst bereits geeignete Schnittstellen 20a, 20b auf, um über die Datenleitungen 13 und 16 mit der Sensoreinrichtung 4 und dem MRT-Gerät 21 kommunizieren zu können.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT- Messungen
2 Patient, Proband, zu untersuchendes Objekt
3 Kopf
4 Sensoreinrichtung
5 (reflektierte) Strahlung
6 Strahlungsemitter
7 (emittierte) Strahlung
8 Sensor
9 (reflektierender) Punkt
10 (Sensor-) Punkt, Pixel
1 1 Grafik
12 Mikroprozessoreinrichtung
13 Datenleitung
14 Kanal
15 Kanal
16 Datenleitung
17 Kanal
18 Kanal
19 Mikroprozessor
20a, 20b Schnittstellen
21 MRT-Gerät

Claims

Vorrichtung und Verfahren zur markerlosen Detektion von Bewegungen während MRT-Messungen Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT- Messungen in Echtzeit, wobei die Vorrichtung mindestens eine MR-kompatible optische Sensoreinrichtung (4), mindestens eine Mikroprozessoreinrichtung (12) und mindestens eine Verbindung (16) zum Datenaustausch mit einem MRT-Gerät um- fasst, wobei die MR-kompatible optische Sensoreinrichtung (4) mindestens ein Sensormodul (8) zur Erfassung von Daten, aus denen die Bewegung des Patienten berechnet werden kann und mindestens ein Schnittstellenmodul (20a) zur Übertragung der Sensordaten an die Mikroprozessoreinrichtung (12) zur Errechnung der Positionsdaten aus den Sensordaten umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
sowohl die Sensoreinrichtung (4) als auch die Mikroprozessoreinrichtung (12) im Inneren eines MRTs angeordnet sind und dazu geeignet sind, Bewegungen eines Patienten bei MRT-Messungen in Echtzeit ohne das Vorhandensein spezieller, mit dem Patienten (2) verbundener Markierungselemente erfassen zu können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (1) zumindest teilweise im Inneren eines MRTs, bevorzugt direkt an einer Kopfspule des MRT-Gerätes, angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Sensormodul (8) der MR-kompatiblen optischen Sensoreinrichtung ein Flugzeit- (Time-of-Flight- (ToF-)) Sensor ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreinrichtung (4) einen IR-Strahlungsemitter (6) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine Flugzeit-Sensor (8) dazu geeignet ist, für Bildpunkte (10) einer Pixelmatrix, bevorzugt für alle Bildpunkte (10) einer Pixelmatrix die Laufzeiten eines zugehörigen Lichtimpulses zu erfassen.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Flugzeit-Sensor (8) der Sensoreinrichtung (4) dazu geeignet ist, jedem Pixel einen Tiefenwert und/oder Entfernungswert zuzuordnen.
7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mikroprozessoreinrichtung (12) dazu geeignet ist, aus den Sensordaten Positionsdaten des Patienten zu berechnen und bevorzugt die errechneten Positionsdaten an einen MRT (21) oder eine externe Auswerteeinrichtung zu übertragen.
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung einen Triggereingang (20c), bevorzugt einen optischen Triggereingang (20c) zur Synchronisierung über einen Kanal (17) einer Datenleitung (16) mit dem MRT (21) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreinrichtung (4) in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar ist und zur Erfassung von 2D- und/oder 3D-Daten geeignet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung einschließlich des mindestens einen Schnittstellenmoduls (20a, 20b 20c) und bevorzugt einschließlich mindestens eines Speichermoduls und weiter bevorzugt einschließlich mindestens einer IR-Strahlungsquelle (6) eine Leistungsaufnahme von weniger als 2,0 W, bevorzugt von weniger als 1 ,5 W, besonders bevorzugt von weniger als 1 ,0 W aufweist und bevorzugt die Mikroprozessoreinrichtung (12) und/oder die Sensoreinrichtung (4) eine Leistungsaufnahme von jeweils weniger als 250 mW, bevorzugt von weniger als 200 mW, besonders bevorzugt von weniger als 150 mW aufweisen.
11. Verfahren zur Kompensierung von Bewegungen eines Patienten bei MRT- Messungen in Echtzeit,
dadurch gekennzeichnet, dass
es mindestens die folgenden Schritte umfasst:
Ermitteln der Entfernung mindestens eines Punktes einer Oberfläche eines Patienten (2) von einem Sensor (8) durch eine Sensoreinrichtung (4) im Inneren eines MRT-Gerätes,
Übertragen der von der Sensoreinrichtung (4) ermittelten Sensordaten an eine Mikroprozessoreinrichtung (12),
Berechnen von Positionsdaten des Patienten aus den von der Sensoreinrichtung (4) erfassten Daten in der Mikroprozessoreinrichtung (12) und
Übertragung der Positionsdaten an eine externe Auswerteeinheit oder den MRT (21) in Echtzeit.
12. Verfahren nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreinrichtung (4) Laufzeiten von mindestens einem von einem Strahlungsemitter (6) ausgesendeten Strahlungsimpuls (7), bevorzugt von mindestens einem von einer IR- Strahlungsemitter (6) ausgesendeten IR-Strahlungsimpuls (7) erfasst.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erfassen der Oberfläche eines Patienten (2) durch die Sensoreinrichtung (4) und das Berechnen von Positionsdaten des Patienten in der Mikroprozessoreinrichtung (12) im Inneren des MRT-Gerätes (21) erfolgt und bevorzugt mindestens die Sensoreinrichtung (4) und/oder die Mikroprozessoreinrichtung (12) direkt an einer Kopfspule des MRT (21) angeordnet ist/sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreinrichtung (4) zumindest zeitweise in einen anderen Betriebsmodus umgeschaltet wird und 2D- oder 3D-Bilder über eine Bildsensorschnittstelle bereitstellt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreinrichtung (4) einen Flugzeit-Sensor (8) aufweist, der zumindest zeitweise für Bildpunkte (10) einer Pixelmatrix, bevorzugt für alle Bildpunkte (10) einer Pixelmatrix die Laufzeiten eines Lichtimpulses erfasst.
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