CN1646060A - 磁共振断层成像仪中的病人的被动运动 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使一物体或病人的一个身体部位在一个带有一个用于支承至少一个身体部位(19)例如病人的踝关节的支承部(14，17)的磁共振断层成像仪中产生被动运动的装置，所述支承部可和一个病床(35)等一起进入一个磁共振断层成像仪的通道(38)中。支承部(14，17)应可由电机驱动地在磁共振断层成像仪的内绕至少一个轴线(33，34)摆动。位于磁共振断层成像仪的通道(38)内的支承部(14，17)的部件及其驱动装置由非铁磁性的材料制成，以防止出现图像伪差。发明还涉及了一种在物体在磁共振断层成像仪中产生被动运动的同时实现(图像)成像的方法。

Description

磁共振断层成像仪中的病人的被动运动
技术领域
本发明涉及一种产生(图像)成像的方法以及一种使病人的一个身体部位或物体例如仪器在一个带有一个用于支承病人的至少一个身体部位的支承部的磁共振断层成像仪中产生被动运动的装置，所述装置可和一个病床等一起进入一个磁共振断层成像仪的通道中。
背景技术
也使用磁共振断层成像仪(MRT-Magnet-Resonanz-Tomographen)对人或动物的关节或植物进行生物力学检查，它也可以显示软的结构。这样可以利用此种方法研究一个带有腱、软骨等的(健康的)关节的运动过程。在材料检测和不同物体的材料特性实验中也经常使用磁共振断层成像仪来进行检查。
为了实现最优地诊断关节例如踝关节的受伤和病变，目前的做法是，用磁共振断层成像仪拍摄一个病人或至少是重要的身体部位并且根据所得到的图像做出诊断。为此通常要求，所涉及的身体部位根据需要可以以不同的方式并确定地放置和运动。
因此到目前为止，除了静态瞬时成像，还在不同位置产生静态图像，其中位置由人工通过一个机构来调整，并且通过一个图像循环列(电影模式)对所产生图像进行观察。但这种例如由US 5,541,515和US 5,899,859公开的方法特别耗费时间，且因此仅在个别情况下应用，从而未能充分利用一种可非常快速地成像的现代化的磁共振断层成像仪。因此利用既可以很好地显示人体的骨和软骨部位还可以很好地显示无骨部位结构的磁共振断层成像仪来进行材料、物体或身体部位检查的可能性还未达到最优。
此外，存在这样的缺点，即通过静态的瞬间成像，不是物体上所有的损伤或人体上的所有病变及受伤处都可以被发现，特别是因为到目前为止还不能获得具有足够质量的运动中产生的图像。这妨碍了精确的材料研究和临床诊断，因为由此在各种不同的结构中发现存在损伤或病理学状态的可能性(灵敏性)，还未达到最优或者有时是不可能的。与X射线检查相反，在磁共振断层成像仪中目前为止还不存在确切确定的和可再现的设置(方式)以能够显示实时运动。
这特别是因为，由于磁共振断层成像仪中的强磁场，使用通用的移动装置是不可能的。通用的通常装在移动装置内的电机式马达由磁体和线圈组成，它们在一个磁共振断层成像仪的强磁场内(0.2-3特斯拉)会发生特别强烈的(磁场)偏转并由此导致图像失真即所谓的图像伪差。一但出现图像伪差，就不再可能得到一个符合事实的检查结果。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种在物体被动运动期间产生图像的方法，这称为实时图像，以及提供一种开头所述种类的装置，该装置使一个身体部位或物体可在磁共振断层成像仪内作确定的可再现的被动运动，而不会产生使分析处理无法进行的图像失真，即图像伪差(Bildartefakt)。
根据发明基本上这样来实现所述目的，即在物体被动运动期间实时地进行(图像)成像，此时不会出现伪差。在此明显比常见单一图像的序列的生成快地产生图像，在所述各单一图像之间使物体运动。作为此方法的结果得到一系列图片，即一段示出不是在静止状态中而是在运动期间的所检查的物体的影像。为此在实现确定的被动运动的同时，由一个技术人员对人体或动物的身体部位、植物或由其它材料制成的物体如仪器成像，然后例如可由一个材料检测人员、生物力学家或结合一个医生的诊断检查结果对所述图像进行分析处理。一些生物力学过程只有通过对例如一个关节内的实际运动过程的研究才可被解释，对于目前已知的顺序排列的静态的所谓“电影模式”的图像来说这是不可能的。还有在材料研究领域，例如材料内的裂纹开始和裂纹扩展是一个动态的而不是以静态的图像形式进行的过程，这种过程通常仅可通过根据本发明的实时图像来进行分析处理。
发明的目的还通过一个装置基本上这样来实现，即所述支承部在磁共振断层成像仪的通道内由马达驱动地可绕至少一个轴线摆动，且置于磁共振断层成像仪的通道内的支承部的部件和其驱动装置由非铁磁性的材料制成。通过所述装置的这种设计，由于可设定预先确定的连续运动且可再现所述运动，以可以产生实时图像(在线或实时扫描)，例如在关节检查区域内的磁共振检查的灵敏度显著提高。在此所述装置使得身体部位可在磁共振断层成像仪中在全部运动范围内被动地且根据每个检查状态的需要移动。通过由此改善和扩展的材料检验和(身体)检查的可能性，可比迄今为止的情况好得多地对损伤和推测的受伤等进行确定和验证。此外，由于在磁共振断层成像仪的通道内使用的部件由非铁磁性的材料形成，给检查造成困难的图像伪差的出现减少了。利用所述装置还可在磁共振断层成像仪的通道内使仪器运动，这样不仅可以检查而且可以同时加工或处理被检查的物体。为了避免图像伪差，所述仪器必须与磁共振断层成像仪是兼容的，即由合适的材料制成。
已经发现，可以这样进一步地阻止图像伪差的出现，即借助于一个压电电机实现用于摆动支承部的驱动装置。
优越地，通过一个控制单元或者说Control Unit来控制用于摆动支承部的驱动装置，将所述控制单元接地并相对于磁力线对其进行屏蔽。利用根据本发明的装置，在从磁共振断层成像仪空间的外部进行的电子的和自动的控制下，可将所述运动调整到总是相同的可精确再现的位置。因此，被检查的身体部位和磁共振断层成像仪之间的位置在整个的诊断过程期间保持不变。但对于第一次，在成像过程中同时可实现由马达控制的精确确定的运动。这使得检查人员一方面可以有意地拍摄一个特定的图像，另一方面还可描述在实时成像意义上的运动本身。除采用一压电电机作为支承部的驱动装置之外，此外还可使用气动或液力驱动装置。
如果控制单元设置在磁共振断层成像仪的运行期间磁通量大于或等于0.2特斯拉的区域的外部，则控制单元的的功能不会受磁共振断层成像仪的强磁场损害。同时还可避免由控制单元引起的图像伪差。
可这样进一步改善对支承部的控制，即控制单元设有至少一个传感器，特别是一个光学编码器，来检测支承部或电机的位置。
为了能够有效地避免出现使诊断困难的图像伪差，控制单元与支承部的驱动装置和在一些情况下与传感器通过接地和屏蔽的导线相连，所述导线在磁共振断层成像仪的通道的外部设有铁氧体部(Ferrite)。
在本发明的思想的一种改进中，支承部可绕两个轴线相互独立地由电机驱动地摆动。由此可以更好地描述被检查的身体部位的生理运动过程。
如果支承部可绕一第一水平轴线和一个相对于垂直方向在水平面内倾斜约35°，而在矢平面内倾斜约18°第二轴线摆动，则利用根据本发明的装置可以特别好地模仿一个踝关节的生理运动过程。所述第二轴的倾斜角对应于由Van den Bogard得出的下踝关节的平均的几何轴线。
在磁共振断层成像仪内的检查期间可以这样模拟例如在跑动时作用在踝关节等上的压力，在支承部上设有用于固定病人的至少一个身体部位的装置，且支承部至少局部地可相对于所述用于固定的装置运动。
这里支承部最好可气动或液力地相对于用于固定身体部位的装置运动。用这种方式可以对待检查的身体部位进行分/逐级的同样会导致身体的单个部位的结构形态变化的压迫，所述变化模拟例如跑动等中的负载。
如果根据本发明的装置这样与磁共振断层成像仪连接，即在产生被动运动的同时进行(图像)拍摄，则利用根据本发明的装置可产生一个物体的实时图像。
附图说明
下面参考附图根据一个实施形式对本发明进行详细说明。附图示出：
图1一带有一个设置在病床上的根据本发明的装置的磁共振断层成像仪的通道的纵向剖视图，
图2所述装置垂直于图1的剖视平面的剖视图，和
图3图2中的装置的侧视图。
具体实施方式
在图中所示的装置设计成用于一例如具有0.2-3.0特斯拉之间的磁通量的磁共振断层成像仪(MRT)中。磁共振断层成像仪在图1中由其通道38表示。在所示的实施形式中所述装置设置成用于检查踝关节。但利用此装置还可以检查其它身体部位或由任意材料制成的一般的物体。所述装置具有一个用于脚后跟的支承部14和一个与其成角度延伸的用于脚底板的支承部17。脚的内和外踝骨由侧壁15固定，而用于脚底板的支承部17保持在一后壁16上。在图1中待检查的脚示意性地用标号19表示。
如图1中所示，该装置借助于一个(示意性)示出的连接单元30安装在一个病床35上。在此病人可以仰卧地和病床35一起推入磁共振断层成像仪的通道38内，其中该装置设置在病床35的一端。在此利用一带扣18可以将脚固定地保持在装置内。不需检测的脚可以放置在另一个支承部29上，且在检查时不一同被检测。
设置在病床35上的装置包括另外两个垂直的侧壁1和一个过渡成一水平的前壁3的垂直的前壁2。与垂直的前壁2相对的一侧设置了一个和一个下部的水平后壁5相连的垂直的后壁4。另一个垂直的壁6平行于侧壁1延伸，所述壁6通过球轴承13可绕一个水平轴线33摆动地铰接在侧壁1上。这里垂直的壁6通过后壁11和一个V形的底壁12彼此相连。
在V形的底壁12内设置了两个其中可接纳一个固定单元9的开口27。固定元件9通过一中间件8支承另一个带有一齿轮的固定单元10，用于脚后跟的支承部14以及带有用于脚底板的支承部17的后壁16安装在固定单元10上。此时用于脚后跟的支承部14以及带有用于脚底板的支承部17的后壁16可通过固定单元10相对于固定单元9转动，其中由于V形的底壁12的斜度和固定单元9和10相应的结构，带有后壁16的用于脚后跟的支承部14和用于脚底板的支承部17可绕一个相对于垂直方向在水平面内倾斜约35°且在矢平面内倾斜约18°的轴线34转动。
固定单元9和10配设有一个压电电机22，所述电机携带一个带有锥形尖部的用于使固定单元10相对于固定单元9的运动的齿轮7。以同样的方式在垂直的侧壁1上设置一个携带一个第一齿轮24的压电电机23，可通过另一个齿轮25使所述齿轮24和一个与侧壁6之一不可相对转动地连接的齿轮26相接合。用这种方式，通过电机23可驱动侧壁6相对于侧壁1转动。
在后壁16上设置有一个压力阀单元20，利用该阀单元用于脚底板的支承部17可相对于后壁16移动。用这种方式可在脚底板上产生无级的压力。
在侧壁1之一中定位有两个可以检测侧壁6相对于侧壁1的位置的光学编码器21。由编码器21获得的数据可以通过未示出的导线传递到一个接电箱28，该接电箱又通过一个屏蔽的导线36和一个控制单元(ControlUnit)32相连。电机22和23也通过屏蔽的导线37由控制单元32控制。在磁共振断层成像仪的通道38外在屏蔽导线36和37上设有铁氧体芯31。通过同样屏蔽的电缆插接器39实现导线36和37与控制单元32的连接。
如果对于设置在磁共振断层成像仪的通道38内的组件采用非铁磁性材料，则用于所述装置的材料不会受磁共振断层成像仪的磁场影响，并且不会产生使诊断无法进行的图像伪差。这例如是VA4合金钢螺栓和螺纹件，铝板，由黄铜制成的销、螺栓和空气压力喷嘴，塑料螺栓，玻璃和金属陶瓷球轴承。在此使用聚甲醛(POM)制半成品特别有利，因为这种塑料材料吸收高频场，并且此后不产生干扰性的辐射。
用于产生被动运动的装置所示的实施形式特别设置成用于踝关节的检查。在此通过电机22和23这样转动用于脚后跟的支承部14以及与后壁16相连的用于脚底板的支承部17，以模仿踝关节的生理运动。为此，通过借助于压力阀单元20相对于后壁16移动用于脚底板的支承部17，可模仿脚的重量载荷。
在此磁共振断层成像仪这样与该装置的驱动装置连接，即可在产生被动运动期间图像。用这种方式可以实现为研究工作和临床常规诊断既提供身体部位的被动运动期间的运动学(实时)图像也提供在磁共振断层成像仪的通道38内不同位置的静态图像。由此运动过程的实时图像明显扩展了本身已知的磁共振断层成像仪的使用可能性。
除了病人身体部位的被动运动外可选地或附加地，利用该装置还可对由一种和磁共振断层成像仪兼容的材料制成以不产生干扰性的图像伪差的仪器进行利用电机的即被动的驱动。
                        附图标号表
1     侧壁                  21    光学编码器
2     垂直前壁              22    电机
3     水平前壁              23    电机
4     垂直后壁              24    齿轮
5     水平后壁              25    齿轮
6     侧壁                  26    齿轮
7     带有锥形尖部的齿轮    27    开口
8     中间件                28    接电箱
9     固定单元              29    支承部
10    固定单元              30    连接单元
11    后壁                  31    铁氧体芯部
12    底壁                  32    控制单元
13    球轴承                33    横轴x
14    支承部(脚后跟)        34    纵轴y
15    侧壁                  35    病床
16    后壁                  36    屏蔽的电缆
17    支承部(脚底板)        37    屏蔽的电机导线
18    带扣                  38    磁共振断层成像仪通道
19    脚                    39    电缆插接器
20    压力阀单元

Claims (12)

1.用于产生在磁共振断层成像仪中的物体的被动运动的图像的方法，包括以下步骤：
-将物体固定在一个支承部(14，17)等上，
-通过在磁共振断层成像仪的通道(38)中用马达驱动所述支承部(14，17)实现所述物体的确定的被动运动，和
-在所述物体的被动运动期间实时地进行一系列成像。
2.用于在一按权利要求1所述的方法中在一个磁共振断层成像仪中实现一个病人的一身体部位和/或与磁共振断层成像仪兼容的仪器或物体的被动运动的装置，具有一个用于放置一个病人的至少一个身体部位(19)的支承部(14，17)，所述支承部可和一个病床(35)等一起进入一个磁共振断层成像仪的通道(38)中，其特征在于，所述支承部(14，17)可由马达驱动地在磁共振断层成像仪的通道(38)内绕至少一个轴线(33，34)转动；且位于所述磁共振断层成像仪的通道(38)内的支承部(14，17)的部件和支承部驱动装置由非铁磁性材料制成。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，借助至少一个压电电机(22，23)实现用于摆动所述支承部(14，17)的驱动装置。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，通过一个控制单元(32)或Control Unit控制用于摆动所述支承部(14，17)的驱动装置，该控制单元接地并相对于磁力线被屏蔽。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制单元(32)设置在磁共振断层成像仪的这样的区域的外部，运行时在所述区域中磁通量大于或等于0.2特斯拉。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述控制单元(32)设有至少一个传感器，特别是设有一个光学编码器(21)，以检测支承部(14，17)的位置。
7.如权利要求4至6之一所述的装置，其特征在于，所述控制单元(32)通过接地和屏蔽的导线(36，37)与支承部(14，17)的驱动装置(22，23)和在一些情况下与传感器(21)连接，所述导线在磁共振断层成像仪的通道(38)外部带有铁氧体部(31)。
8.如权利要求2至7之一所述的装置，其特征在于，支承部(14，17)可由马达驱动地绕两个轴线(33，34)相互独立地摆动。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述支承部(14，17)可绕一第一水平轴线(33)和绕一个相对于垂直方向在水平面内倾斜约35°且在矢平面内倾斜约18°的第二轴线(34)摆动。
10.如权利要求2至9之一所述的装置，其特征在于，设有用于将一个病人的至少一个身体部位(19)固定在支承部(14，17)上的装置(18)；且支承部(17)至少局部地可相对于用于固定的装置(18)运动。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述支承部(17)可气动或液力地相对于用于固定身体部位(19)的装置(18)运动。
12.如权利要求2至11之一所述的装置，其特征在于，所述支承部(14，17)的马达驱动装置例如通过一个控制装置这样与磁共振断层成像仪相连，即在产生一个病人的身体部位和/或仪器或物体的被动运动的同时由磁共振断层成像仪产生图像。
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