DE102017202399B4

DE102017202399B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Positionierung in einem Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen

Info

Publication number: DE102017202399B4
Application number: DE102017202399.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Hetz; Markus Petsch; Ronny Pflichtbeil; Rolf Schmidt; Johann Sukkau
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: US10545201B2; US20180231622A1; DE102017202399A1

Abstract

Positioniervorrichtung zum Positionieren in einem statischen Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen (1),wobei die Positioniervorrichtung (100) entlang einer ersten Achse in dem Magnetfeld verfahrbar ist,wobei die Positioniervorrichtung (100) eine Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren (60) aufweist, die beabstandet in Richtung der ersten Achse in vorbestimmten Positionen an der Positioniervorrichtung (100) angeordnet sind,wobei die erste Achse im Wesentlichen parallel zur Feldrichtung (Bz) des statischen Magnetfeldes (B0) ausgerichtet ist,wobei die Magnetfeldstärkesensoren (60) über einen wesentlichen Teil der Erstreckung der Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse verteilt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren in einem Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen sowie eine Positioniervorrichtung, wobei die Positioniervorrichtung entlang einer Achse verfahrbar ist, sowie einen Magnetresonanztomographen mit der Positioniervorrichtung.
Magnetresonanztomographen sind bildgebende Vorrichtungen, die zur Abbildung eines Untersuchungsobjektes Kernspins des Untersuchungsobjektes mit einem starken äußeren Magnetfeld ausrichten und durch ein magnetisches Wechselfeld zur Präzession um diese Ausrichtung anregen. Die Präzession bzw. Rückkehr der Spins aus diesem angeregten in einen Zustand mit geringerer Energie wiederum erzeugt als Antwort ein magnetisches Wechselfeld, das über Antennen empfangen wird.
Mit Hilfe von magnetischen Gradientenfeldern wird den Signalen eine Ortskodierung aufgeprägt, die nachfolgend eine Zuordnung von dem empfangenen Signal zu einem Volumenelement ermöglicht. Das empfangene Signal wird dann ausgewertet und eine dreidimensionale bildgebende Darstellung des Untersuchungsobjektes bereitgestellt. Zum Empfang des Signals werden vorzugsweise lokale Antennen, sogenannte Lokalspulen verwendet, die zur Erzielung eines besseren Signal-Rauschabstandes unmittelbar am Untersuchungsobjekt angeordnet werden.
Die Resonanzfrequenz der Kernspins, auch als Larmor-Frequenz bezeichnet, ist direkt proportional zu einem äußeren statischen bzw. quasistatischen Magnetfeld, das sich aus dem statischen Magnetfeld B0 und den Gradientenfeldern zusammensetzt. Eine Magnetresonanzmessung ist nur in einem Bereich möglich, in dem das statische B0-Magnetfeld ausreichend homogen ist. Dieser Bereich ist üblicherweise auf eine Kugel mit einem Durchmesser von einigen 10 cm beschränkt. Zur Untersuchung von größeren Körperbereichen ist es erforderlich, diese mit einer Genauigkeit, die höher oder gleich der Auflösung der Untersuchung ist, durch den homogenen Magnetfeldbereich zu bewegen, z.B. auf einer Patientenliege.
Bei Patientenliegen ist es beispielsweise bekannt, diese mit einem Seilzug zu versehen, der mit einem Encoder verbunden ist und ein Signal in Abhängigkeit von der Position der Patientenliege abgibt. Derartige Seilzüge sind jedoch mit einem Spiel verbunden, beispielsweise bei einem Richtungswechsel. Darüber hinaus ist es erst einmal erforderlich, einen Bezug zwischen der Positionsangabe des Encoders und dem Magnetfeld zu schaffen, der sich möglicherweise auch von Untersuchung zu Untersuchung ändern kann.
Aus der nachveröffentlichten Druckschrift DE 10 2016 203 255 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Position einer beweglichen Vorrichtung relativ zu einem B0-Feldmagneten entlang einer z-Koordinatenachse sowie eine Vorrichtung und einen Magnetresonanztomographen zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Die Vorrichtung weist einen in fester Relativposition angeordneten Magnetfeldstärkesensors auf. Es wird eine charakteristische Magnetfeldstärke B_ref des B0-Feldmagneten ermittelt, die für eine Vielzahl an x-y-Koordinatenpaaren bei einer gleichen Referenz-z-Koordinate z_ref auftritt. Die Vorrichtung wird entlang der z-Koordinatenachse bewegt, bis der Magnetfeldstärkesensor die charakteristische Magnetfeldstärke B_ref misst.
Die Druckschrift DE 10 2009 021 026 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer Lokalspule für ein Magnetresonanztomographiegerät mit einer Positionsbestimmungseinrichtung, wobei mit mindestens einem Magnetfeldstärkesensor die Feldstärke eines Magnetfeldes an mehreren Orten gemessen wird und aufgrund der an mehreren Orten gemessenen Feldstärke die Position der Lokalspule bestimmt wird.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Positionierung relativ zu dem Magnetfeld bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung zum Positionieren in einem statischen Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen gemäß Anspruch 1 sowie durch den erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen, die erfindungsgemäße Patientenliege und das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung gelöst.
Die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung in einem statischen Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen ist entlang einer ersten Achse in dem Magnetfeld verfahrbar. Beispielsweise kann die Positioniervorrichtung einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb aufweisen, der die Positioniervorrichtung entlang einer Schiene oder vergleichbaren Linearführung verfährt. Beispielsweise kann die Positioniervorrichtung und der Linearantrieb Teil einer Patientenliege sein.
Die Positioniervorrichtung weist eine Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren auf, die beabstandet in Richtung der ersten Achse in vorbestimmten Positionen an der Positioniervorrichtung angeordnet sind. Denkbar sind beispielsweise Hallsensoren, möglich wären aber auch Feldsonden, die auf Elektronen- oder Kernspin beruhen oder Vorrichtungen, die auf einem Induktionseffekt (z.B. rotierende Spule oder Spulen, die die Relativbewegung der Liege zu dem Magnetfeld nutzen) beruhen. Die Magnetfeldstärke kann dabei den Betrag des statischen Magnetfeldes B0 betreffen, beispielsweise durch Kombination mehrerer in unterschiedlichen, nicht-parallelen Ebenen angeordneten Hallsensoren, sodass die Flächennormalen der Ebenen einen 3-dimensionalen Raum aufspannen. Denkbar ist als erfasste Magnetfeldstärke aber auch die Stärke einer Komponente in einer vorbestimmten Richtung. Die Richtung kann dabei durch die Anordnung des Magnetfeldstärkesensors an der Positioniervorrichtung, z.B. der Patientenliege definiert sein. Vorzugsweise sind die Magnetfeldsensoren über einen wesentlichen Teil der Erstreckung der Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse verteilt, beispielsweise über die Hälfte oder die ganze Länge. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Verteilung äquidistant erfolgt, sodass die Abstände zwischen den Magnetfeldstärkesensoren identisch sind.
Das statische Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen ist in einem Untersuchungsbereich für die Magnetresonanzmessung nahezu homogen, während es beispielsweise außerhalb oder in Richtung der Öffnung des Patiententunnels stark in Abhängigkeit von der Position variiert. Durch eine Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren an der Positioniervorrichtung verteilt entlang der Richtung der ersten Achse kann auf vorteilhafte Weise sichergestellt werden, dass immer ein Magnetfeldstärkesensor in einem Bereich mit ausreichend großem Magnetfeldstärkegradienten ist, um die Position ausreichend genau feststellen zu können. Bei einem Magnetfeldstärkesensor, der den Betrag erfasst, kommt es dabei vorteilhafter Weise nicht auf die Orientierung des Sensors zu dem Magnetfeld an. Bei festgelegter Orientierung der Magnetfeldsensoren an der Positioniervorrichtung kann hingegen ein einfacherer Magnetfeldstärkesensor verwendet werden, der nur die Magnetfeldstärke einer Komponente in einer durch Orientierung vorbestimmten Richtung erfasst.
Die erfindungsgemäße Patientenliege weist eine Verfahreinheit auf, mittels der die Patientenliege entlang mehrerer Achsen relativ zu dem Magnetresonanztomographen verfahrbar ist. Denkbar wäre hier beispielsweise ein Kreuzschienensystem, oder ein Transportsystem in Kontakt mit dem Boden, wie schwenkbare Rollen oder ähnliches, oder beispielsweise auch eine Kombination einer Linearschiene für die Liegefläche in einer Bewegungsachse und ein Bodentransportsystem in mehreren Bewegungsachsen.
Die Positioniervorrichtung ist dabei ausgelegt, eine Relativposition und/oder Lage bzw. Orientierung der Patientenliege zu dem Magnetresonanztomographen zu ermitteln. Details wie die Relativposition ermittelt wird, sind in der Beschreibung und den Ansprüchen zur Positioniervorrichtung, dem Magnetresonanztomographen angegeben.
Die Patientenliege ist ausgelegt, ein Positionsabweichungssignal in Abhängigkeit von der bestimmten Relativposition und einer vorbestimmten Sollposition auszugeben. Das Positionsabweichungssignal kann dabei beispielsweise ein Signal auf einer Anzeige für ein Bedienpersonal sein.
Auf vorteilhafte Weise erleichtert die erfindungsgemäße Patientenliege dem Personal eine korrekte Positionierung am Magnetresonanztomographen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren einer Positioniervorrichtung weist einen Schritt auf, eine Relativposition der Positioniervorrichtung relativ zu dem Magnetresonanztomographen mittels einer Einrichtung zum Bestimmen einer Relativposition zu erfassen. Die Einrichtung zum Bestimmen einer Relativposition kann permanent oder nur zur Ausführung des Verfahrens zum Kalibrieren an der Positioniervorrichtung angeordnet sein. Es kann sich dabei z.B. um einen mechanischen elektrischen oder optischen Geber handeln, der nur in einer oder einer Mehrzahl von vorbestimmten Relativpositionen ein Positionssignal an die Steuerung abgibt. Ebenso wäre aber auch ein kontinuierlicher Geber wie beispielsweise ein mit einem Seilzug verbundener Encoder oder ein Laser- oder Ultraschalllängenmesser denkbar. In einem Schritt erfasst die Steuerung einen Magnetfeldstärkemesswert eines Magnetfeldstärkesensors. In einem weiteren Schritt speichert die Steuerung den Magnetfeldstärkemesswert und die Relativposition in dem Speicher. Dabei ist es auch denkbar, dass die Relativposition durch eine bestimmte Wahl einer Speicherzelle für den Magnetfeldstärkemesswert, beispielsweise in einer Tabelle, oder auf andere Weise kodiert bzw. gespeichert wird.
Auf vorteilhafte Weise ermöglicht das Verfahren zum Kalibrieren, Fertigungstoleranzen beispielsweise bei den Magnetfeldstärkesensoren und/oder dem Magneten zu erfassen und bei einem späteren Positionieren zu berücksichtigen, sodass eine höhere Genauigkeit bei der Positionierung erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung betrifft eine Positionierung einer Positioniervorrichtung an einer vorbestimmten Relativposition in einem Magnetresonanztomographen, wobei der Magnetresonanztomograph eine Steuerung und einen Speicher aufweist und in dem Speicher eine Mehrzahl an Magnetfeldstärkemesswerten in Abhängigkeit von einer Mehrzahl an Relativpositionen gespeichert ist. Die Relativposition kann dabei auch durch den Speicherplatz des Magnetfeldstärkemesswertes angegeben sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung weist den Schritt auf, einen Magnetfeldstärkesensors aus der Mehrzahl der Magnetfeldstärkesensoren auszuwählen und eine der vorbestimmten Relativposition zugeordneten Magnetfeldstärke für den ausgewählten Magnetfeldstärkesensor durch die Steuerung in Abhängigkeit in dem Speicher gespeicherter Relativpositionen und Magnetfeldstärkewerte zu ermitteln. Vorzugsweise wählt die Steuerung einen Magnetfeldstärkesensor aus, der für die vorbestimmte Relativposition einen besonders großen Magnetfeldstärkegradienten aufweist. Die Steuerung kann dies beispielsweise durch die gespeicherten Magnetfeldstärkemesswerte und Relativpositionen ermitteln. Es ist aber auch denkbar, dass vorab, beispielsweise bei der Kalibrierung, eine Zuordnung von Magnetfeldstärkesensoren zu Bereichen von Relativpositionen gespeichert wurde. Die der Relativposition zugeordnete Magnetfeldstärke kann die Steuerung beispielsweise anhand von im Speicher Relativpositionen bzw. Relativpositionsbereichen zugeordneten Magnetfeldstärken ermitteln oder auch durch lineare oder sonstige Interpolation von Kurven, die durch Wertepaaren für Relativpositionen und Magnetfeldstärke im Speicher vorgegeben sind. Denkbar ist auch, dass bereits beim Kalibrieren eine Funktion über die Abhängigkeit der Magnetfeldstärke von der Relativposition aus den Wertepaaren gebildet wurde, sodass die Wertepaare bei der Positionierung selbst nicht mehr verfügbar sein müssen.
In einem Schritt des Verfahrens zur Positionierung wird die Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse bewegt. Beispielsweise kann die Steuerung einen Antrieb der Positioniervorrichtung betätigen. Das Bewegen kann dabei beispielsweise von einer anhand der gespeicherten Messwerte und Relativpositionen geschätzten Anfangsposition erfolgen oder auch von einer Endposition aus beginnend. Denkbar ist auch ein Bewegungsschema nach einem Algorithmus, z.B. einer Intervallschachtelung, um die Positionierung schneller oder präziser zu machen.
In einem Schritt wird ein Messwert des ermittelten Magnetfeldstärkesensors erfasst. Dies kann beispielsweise durch die Steuerung während der Bewegung erfolgen oder auch mit angehaltener Positioniervorrichtung.
In einem Schritt des Verfahrens zur Positionierung vergleicht die Steuerung den erfassten Messwert mit der ermittelten Magnetfeldstärke.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens zur Positionierung stoppt die Steuerung die Positioniervorrichtung, wenn der erfasste Messwert mit der ermittelten Magnetfeldstärke übereinstimmt. Als eine Übereinstimmung kann dabei auch eine Abweichung des erfassten Messwertes von der ermittelten Magnetfeldstärke um weniger als 0,1, 0,5, 1, 2 oder 5% sein.
In einem weiteren Schritt setzt die Steuerung mit dem Schritt des Bewegens der Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse fort, wenn der erfasste Messwert nicht mit der ermittelten Magnetfeldstärke übereinstimmt.
Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph teilt die Vorteile der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung ist die erste Achse im Wesentlichen parallel zur Feldrichtung des statischen Magnetfeldes ausgerichtet. Im Wesentlichen ist dabei so auszulegen, dass die erste Achse und die Feldrichtung des statischen Magnetfeldes einen Winkel kleiner 2, 5 oder 10 Grad einschließen. Als Feldrichtung des statischen Magnetfeldes wird dabei die Feldrichtung in einem Untersuchungsbereich mit homogener Feldstärke bezeichnet, die üblicherweise auch als z-Richtung bezeichnet wird und sich längs durch eine Patientenöffnung des supraleitenden Feldmagneten erstreckt. Bei rotationssymmetrischen Feldmagneten um die Patientenöffnung ist die z-Richtung parallel zur Symmetrieachse der Rotationssymmetrie ausgerichtet.
Auf vorteilhafte Weise ist bei einer Bewegung entlang der Bz-Richtung aufgrund der Symmetrieeigenschaften eine Auswertung gemessener Magnetfeldstärkewerte einfacher
In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung weist die Positioniervorrichtung eine Positionsbestimmungseinrichtung zum Erkennen einer vorbestimmten Referenzposition der Positioniervorrichtung in Bezug auf das Magnetfeld auf. Die Positionserkennungseinrichtung kann beispielsweise mechanisch elektrisch oder optisch erfolgen. Denkbar sind Taster, Kameras oder Sensoren, die eine Markierung mit einer vorbestimmten Referenzposition in Bezug auf das Magnetfeld erfassen, beispielsweise einen Stift oder Erhebung, die einen Taster betätigen oder ein optisches Muster, Reflektor für eine Lichtschranke oder vergleichbares. Dabei kann ein Gegenstück dieser Positionserkennungseinrichtung auch an dem Feldmagneten bzw. Magnetresonanztomographen angeordnet sein. Möglich wäre auch bei einem charakteristischen Magnetfeldverlauf eine spezielle, charakteristische Magnetfeldstärke, die nur an einer bestimmten Position auftritt und durch einen kalibrierten Magnetfeldstärkesensor erfasst werden kann, wie nachfolgend erläutert. Grundsätzlich ist es hierbei möglich, dass die Rollen von Sensor und Markierung vertauscht sin, sodass beispielsweise ein Sensor in vorbestimmter Relativposition zu dem Magnetfeld angeordnet ist und eine Markierung relativ dazu bewegt wird.
Auf vorteilhafte Weise kann die Positioniervorrichtung durch die Positionserkennungseinrichtung den Nullpunkt neu bestimmen, um z.B. eine neu positionierte Patientenliege zu berücksichtigen.
In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung ist mindestens ein Magnetfeldstärkesensor der Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren ein kalibrierter Sensor zur Erfassung einer absoluten Magnetfeldstärke. Mit anderen Worten, der kalibrierte Magnetfeldstärkesensor gibt ein Signal ab, aus dem unmittelbar, d.h. durch eine vorbestimmte Proportionalitätskonstante, ein absoluter, durch physikalische Einheiten bestimmter Wert für die magnetische Feldstärke bestimmt werden kann.
Auf vorteilhafte Weise ermöglicht die Verwendung eines kalibrierten Magnetfeldstärkesensors die Messung einer absoluten Magnetfeldstärke, sodass bei einem bekannten Magnetfeld des Magnetresonanztomographen auf eine erneute Kalibrierung der Positioniervorrichtung verzichtet werden kann. Dabei ist es denkbar, dass alle Magnetfeldstärkesensoren der Vorrichtung kalibriert sind. Ebenso ist es aber auch möglich, dass nur einer der Magnetfeldstärkesensoren kalibriert ist und bei bekannten Abständen der Magnetfeldsensoren und überlappenden Erfassungsbereichen die anderen Magnetfeldstärkesensoren durch die Steuerung jeweils aneinander kalibriert werden können. Dazu wird der kalibrierte Magnetfeldstärkesensor in eine Position gefahren, in der er noch anhand des Magnetfeldes in der Lage ist, die Position genau zu bestimmen und gleichzeitig ein zweiter, nicht kalibrierter Magnetfeldstärkesensor in einem für die Positionsbestimmung geeigneten Bereich ist, in dem z.B. der Magnetfeldgradient ausreichend groß und ungleich null ist. Aufgrund des bekannten Abstandes ist dann die Position des zweiten Magnetfeldstärkesensors bekannt. Die Magnetfeldstärke wurde für diese Position bereits mit dem ersten kalibrierten Magnetfeldstärkesensor bestimmt. Damit ist für diese Position, an der sich jetzt der zweite Magnetfeldstärkesensor befindet, die Magnetfeldstärke und der genaue Ort bekannt, sodass der zweite Magnetfeldstärkesensor kalibriert werden kann, indem beispielsweise aus Signalstärke des zweiten Magnetfeldstärkesensors und absoluter Magnetfeldstärke durch Quotientenbildung ein Proportionalitätsfaktor bestimmt wird. Diese Kalibrierung lässt sich in Form einer Kette für die anderen unkalibrierten Magnetfeldstärkesensoren fortsetzen und so beispielsweise über die ganze Länge einer Patientenliege eine Längenskala anhand der Messwerte der einzelnen Magnetfeldstärkesensoren aufstellen.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weisen die Positionsbestimmungseinrichtung und/oder der Magnetresonanztomograph eine automatisch erfassbare Referenzmarke und einen Markierungssensor auf. Die Referenzmarke und der Markierungssensor bilden ein aufeinander abgestimmtes Paar, sodass der Markierungssensor die Referenzmarke erfassen kann. Beispielsweise kann die Referenzmarke eine mechanische Erhebung oder Vertiefung sein und der Markierungssensor ein mechanischer Taster bzw. Schalter, der durch die Referenzmarke in einer vorbestimmten Referenzposition betätigt wird. Denkbar sind z.B. auch optische Muster und eine Kamera. Die Referenzmarke und der Markierungssensor sind mittels einer Verfahreinheit der Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse relativ zueinander verfahrbar. Beide können an der Positioniervorrichtung vorgesehen sein, die z.B. Teil einer Patientenliege ist, sofern dadurch eine vorbestimmte Referenzposition in Bezug auf den Magnetresonanztomographen und insbesondere auf das statische Magnetfeld vorgegeben ist, beispielsweise wenn die Patientenliege ein fester Bestandteil des Magnetresonanztomographen ist. Es ist aber auch denkbar, dass eines von beiden, Referenzmarke oder Markierungssensor, an der Positioniervorrichtung vorgesehen ist und das andere an dem Magnetresonanztomographen mit festem Bezug zu dem Magnetfeld angeordnet ist. Der Markierungssensor ist ausgelegt, ein Referenzsignal bei einer vorbestimmten Relativposition zu der Referenzmarke auszugeben.
Auf vorteilhafte Weise geben der Markierungssensor und die Referenzmarke eine einfache und kostengünstige Lösung, einen räumlichen Bezug herzustellen und auf diese Weise beispielsweise bei einer abtrennbaren Patientenliege einen Bezugspunkt der Längenskala der Positioniervorrichtung in Bezug auf den Magnetresonanztomographen und den Feldmagneten bereitzustellen.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist der Magnetresonanztomograph eine Steuerung und einen Speicher auf. Die Steuerung ist ausgelegt, die Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse zu verfahren, ein Signal mit einer Magnetfeldstärke von einem der Magnetfeldstärkesensoren zu empfangen und mit einem gespeicherten Magnetfeldstärkewert zu vergleichen. Der gespeicherte Magnetfeldstärkewert kann dabei aus einer Tabelle aus Positionen und Magnetfeldstärkewerten entnommen oder auch durch Interpolation oder mittels einer Funktion für eine bestimmte Position ermittelt worden sein.
Auf vorteilhafte Weise kann der Magnetresonanztomograph durch Verfahren und Vergleichen von gemessenen Magnetfeldstärkewerten mit gespeicherten Messwerten eine bestimmte Position identifizieren, die er beim Verfahren erreicht.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist der Speicher gespeicherte Magnetfeldstärkewerte für unterschiedliche Positionen des Magnetfeldstärkesensors entlang der ersten Achse auf. Denkbar ist auch eine Ausführungsform, bei der die Magnetfeldstärkewerte zu unterschiedlichen Positionen in Form einer Funktion gespeichert sind oder durch Interpolation oder Berechnung der Funktion ein Magnetfeldstärkewert für eine vorbestimmte Position berechnet und dann in einem Speicher bzw. Register für den Vergleich vorgehalten wird.
Die Magnetfeldstärkewerte für unterschiedliche Positionen erlauben es auf vorteilhafte Weise, ein Positionsraster zu erstellen und eine Position an mehreren Stellen der ersten Achse zu erkennen. Durch Interpolation von Magnetfeldstärkewerten zwischen den Orten der gespeicherten Magnetfeldstärkewerte ist es sogar möglich, eine kontinuierliche Skala der Position entlang der ersten Achse bereitzustellen.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist der Magnetresonanztomograph eine Einrichtung zum Bestimmen einer Relativposition der Positioniervorrichtung zu dem Magnetresonanztomographen entlang der ersten Achse auf. Beispielsweise sind eine optische Kodierung und ein entsprechender Sensor denkbar, der eine Längenskala erfasst. Denkbar sind auch Seilzüge mit Encodern oder Längenmessung mittels Schall oder Laser oder andere Verfahren. Die Einrichtung zum Bestimmen der Relativposition kann dabei auch lösbar an der Positioniervorrichtung des Magnetresonanztomographen angeordnet sein. Die Steuerung ist dabei ausgelegt, die Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse in unterschiedliche Positionen zu verfahren und Messwerte des Magnetfeldstärkesensors an den angefahrenen Positionen sowie mittels der Einrichtung zum Bestimmen einer Relativposition die jeweilige Position zu erfassen und in dem Speicher zu speichern. Denkbar wäre es aber auch, dass Position und Magnetfeldstärke nicht unmittelbar, sondern als davon abgeleitete Werte wie z.B. Parameter einer Fitting-Funktion gespeichert werden.
Die Einrichtung zum Bestimmen einer Relativposition erlaubt es auf vorteilhafte Weise, die Magnetfeldstärke in Abhängigkeit von der Position an einer Vielzahl von Positionen entlang der ersten Achse zu erfassen und so eine Tabelle bzw. Funktion der Magnetfeldstärke von der Relativposition zu dem Magneten zu ermitteln. Auf diese Weise kann die Positioniervorrichtung kalibriert werden und bei einer späteren Verwendung nur mit der Positioniervorrichtung ohne zusätzliche und möglicherweise kostentreibende Einrichtung zum Bestimmen einer Relativposition die Relativposition zu dem Magneten bestimmt werden.
In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Patientenliege ist die Patientenliege ausgelegt, die Verfahreinheit in Abhängigkeit von dem Positionsabweichungssignal derart anzusteuern, dass die Patientenliege die vorbestimmte Sollposition einnimmt. Beispielsweise kann die Patientenliege eine Motorsteuerung aufweisen, die aus dem Positionsabweichungssignal Steuerungssignale für Motoren der Verfahreinheit generiert.
Auf vorteilhafte Weise ist die erfindungsgemäße Liege selbstständig in der Lage, eine vorbestimmte Position an dem Magnetresonanztomographen einzunehmen und so dem Bedienpersonal die Arbeit zu erleichtern. Insbesondere wird eine Tätigkeit des Personals in unmittelbarer Nähe der starken magnetischen Felder vermieden.
In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren werden die Schritte des Bestimmens einer Relativposition der Positioniervorrichtung relativ zu dem Magnetresonanztomographen, des Erfassens eines Messwertes eines Magnetfeldstärkesensors und des Speicherns des Messwertes und der Relativposition in dem Speicher für eine Mehrzahl unterschiedlicher Relativpositionen wiederholt.
Auf vorteilhafte Weise erfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren so auch Abweichungen des Magnetfeldes an unterschiedlichen Orten entlang der ersten Achse, sodass individuelle Abweichungen einzelner Geräte berücksichtigt werden können und die Messgenauigkeit der Position steigt.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren wird das Verfahren für mehrere oder bevorzugter Weise alle der Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren wiederholt.
Indem eine Kalibrierung für mehrere oder vorzugsweise alle Magnetfeldstärkesensoren ausgeführt wird, können kostengünstigere Magnetfeldstärkesensoren verwendet werden, ohne die Messgenauigkeit zu verschlechtern. Es ist dabei auch denkbar, dass nur einer der Magnetfeldstärkesensoren kalibriert ist und dann als Referenz für die Kalibrierung weiterer Magnetfeldstärkesensoren verwendet wird, indem die unkalibrierten Magnetfeldstärkesensoren an die gleiche Position verfahren werden und die dort zuvor mit dem kalibrierten Magnetfeldstärkesensor erfasste Magnetfeldstärke als Referenz dient.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren ist in dem Speicher ein Referenzmagnetfeldstärkewert gespeichert. Vorzugsweise handelt es sich bei der gespeicherten Referenzmagnetfeldstärke um einen charakteristischen Magnetfeldstärkewert, der bei einem Feldmagneten nur in einem eng begrenzten Raum entlang der ersten Achse auftritt und so eine Position entlang der ersten Achse definiert. Beispielsweise gibt es entlang der Symmetrieachse bzw. Z-Achse eines Feldmagneten mit zentralem Patiententunnel einen steilen Abfall des Magnetfeldes mit Werten zwischen 80% und 20% der Magnetfeldstärke B0 im Untersuchungsbereich, der eine Position entlang der z-Achse durch eine Magnetfeldstärke genau definieren kann. In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden weiterhin die nachfolgenden Teilschritte ausgeführt.
In einem Teilschritt wird Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse bewegt. Die Bewegung erfolgt dabei vorzugsweise in kleinen Schritten, die einer später zu erzielenden Messgenauigkeit entspricht. Denkbar ist aber auch eine Bewegung in Schritten, die bei der nachfolgend angegebenen Wiederholung im Sinne einer Intervallschachtelung abnimmt und gegen eine Position konvergiert, die der gespeicherten Referenzmagnetfeldstärke entspricht.
In einem weiteren Teilschritt erfasst der Magnetfeldstärkesensor einen Messwert.
In einem anderen Teilschritt vergleicht die Steuerung den erfassten Messwert mit dem gespeicherten Referenzmagnetfeldstärkewert.
In einem Teilschritt stoppt die Steuerung die Positioniervorrichtung, wenn der erfasste Messwert mit dem gespeicherten Referenzmagnetfeldstärkewert übereinstimmt. In diesem Fall ist die der gespeicherten Referenzmagnetfeldstärke zugeordnete Referenzposition erreicht.
In einem anderen Teilschritt setzt die Steuerung das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Teilschritt des Bewegens der Positioniervorrichtung fort, wenn der erfasste Messwert nicht mit dem gespeicherten Referenzmagnetfeldstärkewert übereinstimmt. Je nach Ausführungsform kann dabei bei einer linearen Suche die Bewegung in der gleichen Richtung fortgesetzt werden. Denkbar ist auch, dass die Bewegungsrichtung im Sinne einer Intervallschachtelung die Richtung ändert, wenn eine von der Steuerung gebildete Differenz aus Referenzmagnetfeldstärke und erfasster Magnetfeldstärke gegenüber einem vorherigen Durchlauf der Teilschritte dieser Ausführungsform des Verfahrens zum Kalibrieren das Vorzeichen geändert hat.
Auf vorteilhafte Weise lässt sich so eine der Referenzmagnetfeldstärke zugeordnete Referenzposition schnell und zuverlässig bestimmen.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionierung einer Positioniervorrichtung weist das Verfahren den Schritt auf, einen Magnetfeldstärkesensors aus der Mehrzahl der Magnetfeldstärkesensoren durch die Steuerung zu bestimmen. Darüber hinaus ermittelt die Steuerung eine der vorbestimmten Relativposition zugeordnete Magnetfeldstärke in Abhängigkeit von in dem Speicher gespeicherten Relativpositionen und Magnetfeldstärkewerten.
Die Steuerung verfährt in einem Schritt die Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse. Dies kann wie zuvor zum Kalibrieren beschrieben, beispielsweise in einer Richtung bei einer linearen Suche erfolgen oder beispielsweise in abwechselnden Richtungen bei einer Intervallschachtelung.
In einem anderen Schritt erfasst die Steuerung einen Messwert des Magnetfeldstärkesensors.
In einem weiteren Schritt vergleicht die Steuerung den erfassten Messwert mit der ermittelten Magnetfeldstärke.
In einem Schritt stoppt die Steuerung die Positioniervorrichtung, wenn der erfasste Messwert mit der ermittelten Magnetfeldstärke übereinstimmt.
In einem anderen Schritt setzt die Steuerung das Verfahren zur Positionierung mit Teilschritt des Verfahrens fort, wenn der erfasste Messwert nicht mit der ermittelten Magnetfeldstärke übereinstimmt. Wie bereits zuvor bei der Kalibrierung beschrieben, kann sich dabei die Bewegungsrichtung des Verfahrens in Abhängigkeit von dem erfassten Magnetfeldstärkemesswert auch ändern.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen mit einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung;
2 einen schematischen Querschnitt durch einen Feldmagneten eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen;
3 eine Darstellung von Funktionen der Magnetfeldstärke eines Feldmagneten in Abhängigkeit der z-Koordinate für unterschiedliche x-y-Koordinaten;
4 eine Patientenliege mit einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung;
5 einen schematischen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren einer Positioniervorrichtung;
6 einen schematischen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionierung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1 mit einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 100, die hier beispielhaft als Teil einer Patientenliege 30 ausgeführt ist.
Die Magneteinheit 10 weist einen Feldmagneten 11 auf, der ein statisches Magnetfeld B0 zur Ausrichtung von Kernspins von Proben bzw. Patienten 40 in einem Aufnahmebereich erzeugt. Der Aufnahmebereich ist in einem Patiententunnel 16 angeordnet, der sich in einer Längsrichtung 2 durch die Magneteinheit 10 erstreckt. Üblicherweise handelt es sich bei dem Feldmagneten 11 um einen supraleitenden Magneten, der magnetische Felder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 3T, bei neuesten Geräten sogar darüber, bereitstellen kann. Für geringere Feldstärken können jedoch auch Permanentmagnete oder Elektromagnete mit normalleitenden Spulen Verwendung finden.
Weiterhin weist die Magneteinheit 10 Gradientenspulen 12 auf, die dazu ausgelegt sind, zur räumlichen Differenzierung der erfassten Abbildungsbereiche in dem Untersuchungsvolumen dem Magnetfeld B0 variable Magnetfelder in drei Raumrichtungen zu überlagern. Die Gradientenspulen 12 sind üblicherweise Spulen aus normalleitenden Drähten, die zueinander orthogonale Felder in dem Untersuchungsvolumen erzeugen können.
Die Magneteinheit 10 weist ebenfalls eine Körperspule 14 auf, die dazu ausgelegt ist, ein über eine Signalleitung 33 zugeführtes Hochfrequenzsignal in das Untersuchungsvolumen abzustrahlen und von dem Patient 40 emittierte Resonanzsignale zu empfangen und über eine Signalleitung abzugeben. Bevorzugter Weise wird aber die Körperspule 14 für das Aussenden des Hochfrequenzsignals und/oder das Empfangen durch Lokalspulen 50 ersetzt, die in dem Patiententunnel 16 nahe am Patient 40 angeordnet sind. Es ist aber auch denkbar, dass die Lokalspule 50 zum Senden und Empfangen ausgelegt ist und deshalb eine Körperspule 14 entfallen kann.
Eine Steuereinheit 20 versorgt die Magneteinheit 10 mit den verschiedenen Signalen für die Gradientenspulen 12 und die Körperspule 14 und wertet die empfangenen Signale aus.
So weist die Steuereinheit 20 eine Gradientenansteuerung 21 auf, die dazu ausgelegt ist, die Gradientenspulen 12 über Zuleitungen mit variablen Strömen zu versorgen, welche zeitlich koordiniert die erwünschten Gradientenfelder in dem Untersuchungsvolumen bereitstellen.
Weiterhin weist die Steuereinheit 20 eine Hochfrequenzeinheit 22 auf, die ausgelegt ist, einen Hochfrequenz-Puls mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf, Amplitude und spektraler Leistungsverteilung zur Anregung einer Magnetresonanz der Kernspins in dem Patienten 40 zu erzeugen. Dabei können Pulsleistungen im Bereich von Kilowatt erreicht werden.
Der Magnetresonanztomograph 1 weist weiterhin eine Positioniervorrichtung 100 auf, im dargestellten Ausführungsbeispiel als Teil der Patientenliege 30 ausgeführt. Denkbar ist aber auch eine Positioniervorrichtung, die ganz oder in Teilen temporär an der Patientenliege angeordnet werden kann. Details zu der Positioniervorrichtung 100 sind in der 4 dargestellt.
In der 1 sind auch die Koordinatenachsen dargestellt, die nachfolgend verwendet werden, wobei die Bezeichnungen x, y und z willkürlich gewählt sind. Die z-Koordinatenachse verläuft zentral durch den Patiententunnel 16 und gibt gleichzeitig eine Symmetrieachse für die Magneteinheit 10 und den Feldmagneten 11 an, der, wie in 2 im Querschnitt ersichtlich, eine annähernde Zylinderform aufweist, die symmetrisch zu einer Rotationsachse im Mittelpunkt ist. Senkrecht zu der z-Achse und vertikal nach oben in der Zeichenebene der 1 ist die y-Koordinatenachse angeordnet. Nur im Querschnitt der 2 ist die x-Koordinatenachse ersichtlich, die wiederum senkrecht sowohl zur z-Koordinatenachse als auch zur y-Koordinatenachse angeordnet ist. Wegen der Rotationssymmetrie des Feldmagneten 11 ist es möglich, dass die x-y-Koordinatenachsen beliebig um die z-Koordinatenachse gedreht werden, ohne dass sich die nachfolgende Beschreibung ändert. Die nachfolgend bezeichnete erste Achse ist dabei im Wesentlichen parallel zu der z-Achse ausgerichtet, d.h. sie schließt mit der z-Achse einen Winkel kleiner als 20, 10, 5 oder 1 Grad ein.
3 gibt Verläufe der von einem Magnetfeldstärkesensor 60 gemessenen Magnetfeldstärke B0 in Abhängigkeit von der z-Koordinate an. Der Nullpunkt liegt 200 cm vor dem Isozentrum des B0-Feldmagneten auf der z-Koordinatenachse. Es sind Kurven mit unterschiedlichem x-y-Koordinaten bzw. Abstand zur z-Koordinatenachse angegeben. Derartige Kurven des B0-Feldmagneten werden gemessen, indem der Magnetfeldstärkesensor 60 bei gleicher Orientierung und fester x-y-Koordinate entlang der z-Koordinatenachse durch das B0-Feld bewegt wird und dabei die Messwerte für Magnetfeldstärke und z erfasst werden.
Dabei ist die Kurve 71 einem Magnetfeldstärkesensor direkt auf der z-Koordinatenachse (x=0, y=0) zugeordnet, während die Kurve 72 einem Verlauf mit dem größten Abstand zur z-Koordinatenachse entspricht. Charakteristisch ist dabei, dass alle Kurven in einem ersten Bereich um Z_REF von ca. +- 20cm einen starken monotonen Anstieg aufweisen, der eine eindeutige und relativ genaue Positionsbestimmung anhand des Magnetfeldes erlaubt. Als starker Anstieg kann dabei beispielsweise ein Wert der Steigung größer als 0,2*B0_iso geteilt durch die Länge des B0-Feldmagneten in z-Richtung angesehen werden. Der starke Anstieg führt dazu, dass auch bei fehlerbehafteter Messung der Magnetfeldstärke, angedeutet durch den horizontalen Balken 73 um den Wert B_ref , sich die Referenz-z-Koordinate z_ref mit hoher Genauigkeit bestimmen lässt, angedeutet durch den schmalen vertikalen Balken 74.
Die vorliegende Erfindung nützt weiterhin in einer Ausführungsform die Erkenntnis, dass die Kurven für eine Vielzahl an x-y-Koordinaten mit unterschiedlichem Abstand zur z-Koordinatenachse sich in einem Schnittbereich 70 schneiden bzw. nahe kommen. Der Schnittbereich 70 befindet sich bei einem Wert B_ref der Magnetfeldstärke, der für den dargestellten 3T-Magneten bei ca. 50% der Magnetfeldstärke B0_iso im Isozentrum liegt. Dies kann variieren, beispielsweise kann der Wert innerhalb eines Intervalls zwischen 20% und 80% der Magnetfeldstärke im Isozentrum liegen. Anhand dieses Wertes kann mit einem ersten Magnetfeldstärkesensor 60, der in dem Sinne kalibriert ist, dass ein vorbestimmter Ausgangssignalpegel einer vorbestimmten Magnetfeldstärke entspricht, ein Bezugspunkt relativ zu dem Feldmagneten und dessen Isozentrum für eine Positionierung entlang der ersten Achse allein anhand des Magnetfeldes bestimmt werden kann.
In 4 ist eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung 100 als Teil einer Patientenliege 30 schematisch dargestellt. Die Steuerung 23 und der Speicher 25 der Positioniervorrichtung 100 werden bei der Ausführungsform der 4 durch die Steuerung 23 des Magnetresonanztomographen 1 bereitgestellt, wie in 1 dargestellt. Es ist aber ebenso denkbar, dass die Positioniervorrichtung 100 eine separate Steuerung und Speicher aufweist, sodass beispielsweise die Steuerung 23 des Magnetresonanztomographen an die Steuerung der Positioniervorrichtung 100 lediglich über eine Signalverbindung ein Kommando zum Kalibrieren oder Positionieren an einer übermittelten Position überträgt und die Positioniervorrichtung 100 mittels der separaten Steuerung die erfindungsgemäßen Verfahren zum Kalibrieren und Positionieren selbsttätig ausführt.
Entlang der Patientenliege 30 sind mehrere Magnetfeldstärkesensoren 60 angeordnet, die voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise sind diese entlang der gesamten Länge der Patientenliege 30 in Richtung der ersten Achse verteilt, wobei eine äquidistante Verteilung ein Positionieren vereinfacht, aber nicht zwingend erforderlich ist. Vorzugsweise weisen die Magnetfeldstärkesensoren 60 einen derartigen Abstand auf, dass immer jeweils einer der Magnetfeldstärkesensoren 60 sich in dem ersten Bereich des Magnetfeldes gemäß der 3 um Z_REF befindet, in dem die Magnetfeldstärke stark ansteigt. In der Ausführungsform der 3 wäre der Abstand der Magnetfeldstärkesensoren 60 zueinander also maximal 40 cm. So kann immer ein ausreichend genaues Positionieren sichergestellt werden.
Als Magnetfeldstärkesensoren 60 sind beispielsweise Hall-Sensoren denkbar. Bei diesen ist das Ausgangssignal nicht allein von der Magnetfeldstärke abhängig, sondern auch von einem Winkel des Halbleiterelementes in dem Hall-Sensor zu dem Magnetfeld-Vektor. Ein maximales Signal ergibt sich, wenn der Magnetfeldvektor parallel zu einer Oberflächennormale des flächigen Hall-Elementes ausgerichtet ist, senkrecht zur Stromrichtung und der Verbindungslinie der Hall-Kontakte. Die Flächennormalen der Magnetfeldsensoren 60 sind daher vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur z-Richtung ausgerichtet, die wie in 3 dargestellt die bevorzugte Magnetfeldkomponente ist.
Denkbar sind auch Magnetfeldstärkesensoren 60, die auf anderen physikalischen Prinzipien beruhen, beispielsweise rotierende Induktionsspulen oder YIG-Feldkameras. Auch ist es möglich, dass durch mehrere Hall-Sensoren, deren Vorzugsrichtungen einen dreidimensionalen Raum aufspannen, ein Betrag des Magnetfeld-Vektors bestimmt und so die absolute Magnetfeldstärke durch den Magnetfeldstärkesensor 60 erfasst wird. Eine genaue Ausrichtung der Magnetfeldstärkesensoren 60 ist dann nicht erforderlich.
Zum Verfahren der Positioniervorrichtung 100 relativ zu der Magneteinheit 1 weist diese eine Verfahreinheit 101 auf, die an der Patientenliege 30 angeordnet ist und die Patientenliege mit den Magnetfeldstärkesensoren 60 entlang der ersten Achse, hier der z-Achse, von der Steuerung 23 kontrolliert in beide Richtungen verfahren kann.
Weiterhin weist die Positioniervorrichtung 100 eine Positionsbestimmungsvorrichtung 104 auf. Diese kann permanent vorgesehen sein, oder auch nur zur Ausführung des Verfahrens zum Kalibrieren an der Positioniervorrichtung 100 anordenbar sein. Die Positionsbestimmungsvorrichtung 104 ist ausgelegt, eine vorbestimmte Relativposition der Positioniervorrichtung 100 zu der Magneteinheit 10 zu erkennen. Beispielsweise ist es denkbar, dass als Positionsbestimmungsvorrichtung 104 eine Kamera an der Positioniervorrichtung 100 angeordnet ist, die so ausgerichtet ist, dass sie bei einer Bewegung der Positioniervorrichtung 100 entlang der ersten Achse an einer Markierung 105 vorbeigeführt wird, die an der Magneteinheit 10 angeordnet ist. Erkennt die Kamera das Muster in einer vorbestimmten Lage, kann dies die vorbestimmte Relativposition auszeichnen, die dann die Steuerung 23 mittels der Kamera feststellt. Es sind aber auch andere Positionsbestimmungsvorrichtungen 104 denkbar, beispielsweise Lichtschranken oder Scanner oder auch einfache Taster an der Positioniervorrichtung 100, die von einer Erhebung an der Magneteinheit 10 betätigt werden. Denkbar ist es aber auch, die Markierung 105 relativ zu einer Positionsbestimmungsvorrichtung 104 zu bewegen, wobei die Positionsbestimmungsvorrichtung 104 in einer vorbestimmten festen Position zu dem Magnetfeld B0 angeordnet ist.
Es ist weiterhin in einer Ausführungsform der Erfindung auch denkbar, dass die Positioniervorrichtung 100 Teil einer Patientenliege 30 ist, und die Verfahreinheit 101 der Patientenliege 100 nicht nur in der Lage ist, die Liegefläche entlang der z-Achse zu verschieben, sondern die gesamte Patientenliege 30 im Raum zu verfahren. Beispielsweise kann ein Rollensystem im Fuß der Patientenliege 30 vorgesehen sein, dass ein freies Positionieren im Raum erlaubt. Dabei ist das Rollensystem vorzugsweise mit einem Antrieb und einer Motorsteuerung versehen, sodass die Positionierung auch automatisch erfolgen kann. Mittels der Magnetfeldstärkesensoren 60 kann dabei die Positioniervorrichtung 100 auch in größerer Entfernung von dem Magnetresonanztomographen 1 aufgrund des Streufeldes die Position im Raum bestimmen. Dazu ist es denkbar, dass die Positioniervorrichtung 100 eine vorbestimmte Magnetfeldkarte speichert, oder beispielsweise durch einen Kalibrierprozess durch Bewegen im Raum auf vorbestimmten Positionen oder Pfaden und Aufnehmen der Signale der Magnetfeldstärkesensoren 60 selbst eine Karte erstellt.
Durch Vergleich aktueller Messwerte der Magnetfeldstärkesensoren 60 in der Steuerung 23, gegebenenfalls unter Verwendung einer Interpolation und/oder eines Fehlerminimierungsverfahrens kann die aktuelle Position der Patientenliege 30 bestimmt werden. Da mehrerer Magnetfeldstärkesensoren mit bekannter Relativposition zueinander vorhanden sind, ist auch eine eindeutige Positionsbestimmung einschließlich der Orientierung der Patientenliege 30 zu dem Magnetresonanztomographen 1 möglich. Ist eine vorbestimmte Sollposition anzufahren, so kann mittels des Differenzvektors eine Richtung bestimmt werden und die Verfahreinheit 101 entsprechend von einer Motorsteuerung angesteuert werden.
In 5 ist schematisch ein Ablaufplan für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren einer Positioniervorrichtung dargestellt.
In einem Schritt S10 wird eine Relativposition der Positioniervorrichtung 100 relativ zu dem Magnetresonanztomographen mittels der Positionsbestimmungsvorrichtung 104 bestimmt.
Dieser Schritt wird je nach Ausführungsform der Positionsbestimmungsvorrichtung unterschiedlich ausgeführt.
Beispielsweise kann die Positionsbestimmungsvorrichtung 104 eine Kamera, Lichtschranke oder Scanner oder ähnliches sein, dass eine Markierung 105 erkennen bzw. erfassen kann. Die Steuerung 23 betätigt dann die Verfahreinheit 101, bis die Positionsbestimmungsvorrichtung 104 die Markierung 105 erkennt. Da die Markierung 105 in einer vorbestimmten Position in Bezug zu der Magnetfeldeinheit 10 und dem Isozentrum des Feldmagneten 11 angeordnet ist, befindet sich dann auch die Positionsbestimmungsvorrichtung 104 und die damit verbundene Positionierungsvorrichtung 100 in einer vorbestimmten Relativposition zu dem Magnetfeld und der Magneteinheit 10. Die Steuerung kann dann beispielsweise die Verfahreinheit 101 stoppen. Es ist aber auch denkbar, dass die nachfolgenden Schritte so schnell ausgeführt werden, dass diese in der Bewegung erfolgen können, ohne erfasste Messwerte zu verfälschen und ein Stopp nicht erforderlich ist. Zum Auffinden der Markierung kann es auch erforderlich sein, dass die Steuerung 23 mittels der Verfahreinheit 101 die Bewegungsrichtung ändert
In einem Schritt S20 des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren wird ein Messwert eines Magnetfeldstärkesensors durch die Steuerung 23 erfasst. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Magnetfeldstärkesensor 60, der sich zu diesem Zeitpunkt in dem Bereich des starken Anstiegs der Magnetfeldstärke in Abhängigkeit von der Position entlang der ersten Achse befindet, der bereits in Zusammenhang mit 3 erläutert wurde. Es ist aber auch denkbar, dass aus Redundanzgründen zusätzlich die Messwerte anderer Magnetfeldstärkesensoren 60 von der Steuerung 23 erfasst werden, um durch Korrelation der Messwerte mehrerer Sensoren später die Genauigkeit zu erhöhen oder bei nicht streng monoton steigend oder fallenden Verläufen der Magnetfeldstärke in Abhängigkeit von der Position entlang der ersten Achse eine eindeutige Positionsbestimmung zu ermöglichen.
In einem anderen Schritt S30 des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren wird der Messwert bzw. werden die Messwerte und die Relativposition in dem Speicher gespeichert. Für unterschiedliche Magnetfeldstärkesensoren 60 kann dabei die Position anhand der vorbestimmten Relativposition vor dem Abspeichern oder auch erst nach dem Auslesen auf einen gemeinsamen Bezugspunkt bezogen werden.
Ist der Verlauf der Magnetfeldstärke in Abhängigkeit von der Position entlang der ersten Achse bereits bekannt, beispielsweise, weil für einen bestimmten Feldmagnetentyp dieser Verlauf in den gefertigten Exemplaren mit ausreichender Genauigkeit reproduziert wird, kann anhand des in Schritt S20 bestimmten Wertepaares der Magnetfeldstärkesensor 60 auf die Kurve kalibriert werden und nachfolgend eine Positionsbestimmung mittels des kalibrierten Magnetfeldstärkesensors erfolgen.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren werden die Schritte S10 bis S30 für eine Mehrzahl unterschiedlicher Relativpositionen wiederholt.
Es ist dabei zum einen denkbar, dass die Positionsbestimmungseinrichtung 104 eine Mehrzahl an vorbestimmten Positionen markiert, beispielsweise durch unterschiedliche optische oder mechanische Markierungen. Es ist dann möglich, für einen oder mehrere Magnetfeldstärkesensoren 60 eine Mehrzahl an Wertepaaren aus Magnetfeldstärke und Relativposition durch die Steuerung 23 zu erfassen und in dem Speicher 25 zu speichern. Der Magnetresonanztomograph 1 ist dann in der Lage, einen Verlauf der Magnetfeldstärke entlang der ersten Achse selbst zu erfassen und so seine Längenskala einschließlich der Magnetfeldstärkesensoren 60 zu kalibrieren. Zwischenwerte können mittels Interpolation ermittelt werden.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren wird das Verfahren für mehrere oder alle der Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren 60 wiederholt.
Da der Magnetfeldstärkeverlauf nur in einem eingeschränkten Bereich um Z_REF stark monoton ansteigend ist, ist es erforderlich, für eine Positionsbestimmung über einen größeren Bereich unterschiedliche Magnetfeldstärkesensoren zu verwenden. Um diese alle zu kalibrieren, kann das Verfahren zum Kalibrieren jeweils in Form einer Kette von einem Magnetfeldstärkesensor auf den benachbarten fortgesetzt werden, ausgehend von dem vorkalibrierten Magnetfeldstärkesensor 60 bzw. dem Magnetfeldstärkesensor, der an der vorbestimmten Relativposition bei der ersten Ausführung des Schrittes S10 in dem Bereich um Z_REF angeordnet war. Dazu ist es lediglich erforderlich, dass zwei benachbarte Magnetfeldstärkesensoren sich gleichzeitig in dem stark ansteigenden Bereich um Z_REF befinden. Hierbei ist „ansteigend“ als äquivalent zu „abfallend“ zu betrachten, da sich beide Bezeichnungen je nach Ausrichtung der Koordinatenachse oder auch Seite des Patiententunnels 16 vertauschen.
Es ist aber auch möglich, dass ein Magnetfeldstärkesensor 60 bereits ab Werk kalibriert ist, sodass mittels des Ausgangssignals des Magnetfeldstärkesensors 60 dieser selbst als Positionsbestimmungseinrichtung 104 dient, indem ein vorbestimmtes Ausgangssignal des kalibrierten Magnetfeldstärkesensors 60 die vorbestimmte Relativposition vorgibt.
In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren ist in dem Speicher ein Referenzmagnetfeldstärkewert gespeichert und in dem Schritt S10 werden weiterhin die nachfolgenden Teilschritte ausgeführt.
In einem Schritt S11 wird die Positioniervorrichtung 100 entlang der ersten Achse bewegt.
In einem Schritt S12 wird ein Messwert des Magnetfeldstärkesensors 60 durch die Steuerung 23 erfasst.
In einem Schritt S13 vergleicht die Steuerung 23 den erfassten Messwert mit dem gespeicherten Referenzmagnetfeldstärkewert.
In einem Schritt S14 stoppt die Steuerung 23 die Positioniervorrichtung 104, wenn der erfasste Messwert mit dem gespeicherten Referenzmagnetfeldstärkewert übereinstimmt. Andernfalls setzt die Steuerung 23 das Verfahren zum Kalibrieren mit einem Sprung zu Teilschritt S11 fort, wenn der erfasste Messwert nicht mit dem gespeicherten Referenzmagnetfeldstärkewert übereinstimmt.
Es ist so auch möglich, dass ein bereits ab Werk kalibrierter Magnetfeldstärkesensor 60 mit einem bekannten Magnetfeldverlauf für den Feldmagneten 11 auf diese Weise eine Kalibrierung der anderen, unkalibrierten Magnetfeldstärkesensoren ermöglicht. Dazu wird eine vorbestimmte Relativposition durch einen vorbestimmten Magnetfeldstärkewert vorgegeben und mittels des vorkalibrierten Magnetfeldstärkesensors 60 angefahren und dann für durch den vorbestimmten Abstand der Magnetfeldstärkesensoren untereinander für bekannte Positionen der anderen Magnetfeldstärkesensoren ein Messwert der Magnetfeldstärke erfasst und abgespeichert.
In 6 ist schematisch ein Ablaufplan einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionierung dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung setzt voraus, dass bereits Wertepaare für die Magnetfeldstärke in Abhängigkeit von der Position für die Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren 60 entlang der ersten Achse ermittelt und in dem Speicher 25 der Steuerung 23 gespeichert sind. Dies kann beispielsweise mit dem dargestellten Verfahren zum Kalibrieren erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung der Positioniervorrichtung 100 an einer vorbestimmten Relativposition weist den Schritt S50 auf, einen Magnetfeldstärkesensors 60 aus der Mehrzahl der Magnetfeldstärkesensoren 60 zu bestimmen und eine der vorbestimmten Relativposition zugeordneten Magnetfeldstärke durch die Steuerung in Abhängigkeit von dem bestimmten Magnetfeldstärkesensor, in dem Speicher gespeicherten Relativpositionen und Magnetfeldstärkewerten zu ermitteln. Vorzugsweise ermittelt die Steuerung 23 dabei den Magnetfeldstärkesensor 60, der für die vorbestimmte Relativposition der Positioniervorrichtung 100 in dem bereits zu 3 erläuterten Bereich des starken Anstiegs der Magnetfeldstärke um Z_REF zu liegen kommt. Es wäre aber auch denkbar, dass ein anderer Magnetfeldstärkesensor 60 ausgewählt wird. Dabei kann allerdings die Positioniergenauigkeit geringer sein. Es ist aber auch möglich, dass mehrere Magnetfeldstärkesensoren 60 ausgewählt und dazugehörige Magnetfeldstärkewerte ermittelt werden, sodass nachfolgend eine Fehlerminimierung ausgeführt werden kann.
In einem Schritt S51 verfährt die Steuerung 23 die Positioniervorrichtung 100 entlang der ersten Achse und erfasst in einem Schritt S52 einen Messwert des bestimmten Magnetfeldstärkesensors 60. Das Verfahren und Erfassen kann dabei gleichzeitig oder alternierend erfolgen. Die Richtung des Verfahrens kann die Steuerung 23 beispielsweise durch einen Gradienten der Magnetfeldstärkekurve und die Differenz der gerade erfassten Magnetfeldstärke und dem ermittelten Wert bestimmen.
In einem Schritt S53 vergleicht die Steuerung 23 den erfassten Messwert mit der ermittelten Magnetfeldstärke. Es ist dabei bei mehreren bestimmten Magnetfeldstärkesensoren auch denkbar, dass die Steuerung 23 ein Fehlerminimierungsverfahren (z.B. LSR) als Vergleich ausführt und ein Fehlerminimum als Übereinstimmung auswertet.
In einem Schritt S54 stoppt die Steuerung 23 die Positioniervorrichtung 100, wenn der erfasste Messwert mit der ermittelten Magnetfeldstärke übereinstimmt oder setzt das Verfahren zur Positionierung mit Teilschritt S51 fort, wenn der erfasste Messwert nicht mit der ermittelten Magnetfeldstärke übereinstimmt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Positioniervorrichtung zum Positionieren in einem statischen Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen (1), wobei die Positioniervorrichtung (100) entlang einer ersten Achse in dem Magnetfeld verfahrbar ist, wobei die Positioniervorrichtung (100) eine Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren (60) aufweist, die beabstandet in Richtung der ersten Achse in vorbestimmten Positionen an der Positioniervorrichtung (100) angeordnet sind, wobei die erste Achse im Wesentlichen parallel zur Feldrichtung (Bz) des statischen Magnetfeldes (B0) ausgerichtet ist, wobei die Magnetfeldstärkesensoren (60) über einen wesentlichen Teil der Erstreckung der Positioniervorrichtung entlang der ersten Achse verteilt sind.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Positioniervorrichtung (100) eine Positionsbestimmungseinrichtung (104) zum Erkennen einer vorbestimmten Referenzposition der Positioniervorrichtung (100) in Bezug auf das Magnetfeld aufweist.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren (60) ein kalibrierter Magnetfeldstärkesensor zur Erfassung einer absoluten Magnetfeldstärke ist.
Magnetresonanztomograph mit einer Positioniervorrichtung (100) nach Anspruch 1.
Magnetresonanztomograph nach Anspruch 4 mit einer Positioniervorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung (104) eine automatisch erfassbare Referenzmarke (105) und einen Markierungssensor aufweist, wobei die Referenzmarke (105) und der Markierungssensor mittels der Positioniervorrichtung (100) entlang der ersten Achse relativ zueinander verfahrbar sind, wobei der Markierungssensor ausgelegt ist, ein Referenzsignal bei einer vorbestimmten Relativposition zu der Referenzmarke (105) auszugeben.
Magnetresonanztomograph nach Anspruch 4 mit einer Positioniervorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der Magnetresonanztomograph (1) eine Steuerung (23) und einen Speicher (25) aufweist, wobei die Steuerung (23) ausgelegt ist, die Positioniervorrichtung (100) entlang der ersten Achse zu verfahren, ein Signal mit einer Magnetfeldstärke von einem der Magnetfeldstärkesensoren (60) zu empfangen und mit einem gespeicherten Magnetfeldstärkewert zu vergleichen.
Magnetresonanztomograph nach Anspruch 6, wobei der Speicher (25) Magnetfeldstärkewerte für unterschiedliche Positionen des Magnetfeldstärkesensors (60) entlang der ersten Achse aufweist.
Magnetresonanztomograph nach Anspruch 6, wobei der Magnetresonanztomograph (1) eine Positionsbestimmungsvorrichtung (104) zum Bestimmen einer Relativposition der Positioniervorrichtung (100) zu dem Magnetresonanztomographen (1) entlang der ersten Achse aufweist und die Steuerung (23) ausgelegt ist, die Positioniervorrichtung (100) entlang der ersten Achse in unterschiedliche Positionen zu verfahren und Messwerte des Magnetfeldstärkesensors (60) an den angefahrenen Positionen sowie mittels der Positionsbestimmungseinrichtung (104) die jeweilige Position zu erfassen und in dem Speicher zu speichern.
Patientenliege mit einer Positioniervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Patientenliege (30) eine Verfahreinheit (101) aufweist, mittels der die Patientenliege (30) entlang mehrerer Achsen relativ zu dem Magnetresonanztomographen (1) verfahrbar ist, wobei die Positioniervorrichtung (100) ausgelegt ist, eine Relativposition und/oder Lage der Patientenliege (30) zu dem Magnetresonanztomographen zu bestimmen und ein Positionsabweichungssignal in Abhängigkeit von der bestimmten Relativposition und einer vorbestimmten Sollposition auszugeben.
Patientenliege nach Anspruch 9, wobei die Patientenliege (30) ausgelegt ist, die Verfahreinheit (36) in Abhängigkeit von dem Positionsabweichungssignal derart anzusteuern, dass die Patientenliege die vorbestimmte Sollposition einnimmt
Verfahren zum Kalibrieren einer Positioniervorrichtung (100) eines Magnetresonanztomographen (1) nach Anspruch 8, wobei in dem Speicher (25) ein Referenzmagnetfeldstärkewert gespeichert ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (S10) Bestimmen einer Relativposition der Positioniervorrichtung (100) relativ zu dem Magnetresonanztomographen (1) mittels der Positionsbestimmungsvorrichtung (104), mit den Schritten (S11) Bewegen der Positioniervorrichtung (100) entlang der ersten Achse; (S12) Erfassen eines Messwertes des Magnetfeldstärkesensors (60) ; (S13) Vergleichen des erfassten Messwertes mit dem gespeicherten Referenzmagnetfeldstärkewert; (S14) Stoppen der Positioniervorrichtung (100), wenn der erfasste Messwert mit dem gespeicherten Referenzmagnetfeldstärkewert übereinstimmt oder Fortsetzen mit Teilschritt (S11) wenn der erfasste Messwert nicht mit dem gespeicherten Referenzmagnetfeldstärkewert übereinstimmt; wobei die Referenzmagnetfeldstärke einen charakteristischen Magnetfeldstärkewert zwischen 80% und 20% der Magnetfeldstärke B0 im Untersuchungsbereich angibt; (S20) Erfassen eines Messwertes eines Magnetfeldstärkesensors (60) durch die Steuerung; (S30) Speichern des Messwertes und der Relativposition in dem Speicher; wobei die Schritte (S10) bis (S30) für eine Mehrzahl unterschiedlicher Relativpositionen wiederholt werden; wobei das Verfahren für mehrere oder alle der Mehrzahl an Magnetfeldstärkesensoren (60) wiederholt wird.
Verfahren zur Positionierung einer Positioniervorrichtung (100) an einer vorbestimmten Relativposition mit einem Magnetresonanztomographen (1) nach Anspruch 6, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Kalibrieren einer Positioniervorrichtung nach dem Verfahren des Anspruchs 11; (S50) Bestimmen eines Magnetfeldstärkesensors (60) aus der Mehrzahl der Magnetfeldstärkesensoren (60) und ermitteln einer der vorbestimmten Relativposition zugeordneten Magnetfeldstärke durch die Steuerung in Abhängigkeit von dem bestimmten Magnetfeldstärkesensor (60), in dem Speicher gespeicherten Relativpositionen und Magnetfeldstärkewerten; (S51) Verfahren der Positioniervorrichtung (100) entlang der ersten Achse; (S52) Erfassen eines Messwertes des bestimmten Magnetfeldstärkesensors (60); (S53) Vergleichen des erfassten Messwertes mit der ermittelten Magnetfeldstärke; (S54) Stoppen der Positioniervorrichtung (100), wenn der erfasste Messwert mit der ermittelten Magnetfeldstärke übereinstimmt oder Fortsetzen mit Teilschritt (S51) wenn der erfasste Messwert nicht mit der ermittelten Magnetfeldstärke übereinstimmt.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Prozessor einer programmierbaren Steuerung (23) ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 12 auszuführen, wenn das Programmprodukt auf der Steuerung (23) ausgeführt wird.
Computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Speichermediums in einer Steuerung (23) eines Magnetresonanztomographen (1) nach Anspruch 4 bis 8 das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12 durchführen.