WO2005102173A1 - Diagnosegerät - Google Patents

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WO2005102173A1
WO2005102173A1 PCT/EP2005/004511 EP2005004511W WO2005102173A1 WO 2005102173 A1 WO2005102173 A1 WO 2005102173A1 EP 2005004511 W EP2005004511 W EP 2005004511W WO 2005102173 A1 WO2005102173 A1 WO 2005102173A1
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support
generating
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diagnostic device
diagnostic
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PCT/EP2005/004511
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Ilan Elias
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Ilan Elias
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    • A61B6/50—Clinical applications
    • A61B6/508—Clinical applications for non-human patients

Definitions

  • the invention relates to a diagnostic device with a device for generating a series of image recordings and a device for generating a passive movement of an object with a motor-driven, pivotable about at least one axis support for storing at least part of the object, which in the device for generating a Series of image recordings is retractable.
  • Magnetic resonance tomographs are also used, which also enable the display of soft structures.
  • the movement sequence of a (healthy) joint with tendons, cartilages and the like can be researched using such a method.
  • Magnetic resonance tomographs are also often used to test materials and to test the behavior of different objects.
  • a manipulator for positioning medical instruments on the patient in a magnetic resonance tomograph (MRT) or a computer tomograph (CT) is known.
  • MRT magnetic resonance tomograph
  • CT computer tomograph
  • the patient is kept calm on a patient couch so that no injuries to the patient can occur.
  • a device for generating a passive movement of a patient in a magnetic resonance tomograph is known from WO 03/082107.
  • magnetic resonance tomography the influence and density of atoms and the relaxation times for magnetization of the materials are recorded by a strong magnetic field in order to be reconstructed computationally with the help of a computer to form a sectional image. Different materials can therefore be displayed differently well with magnetic resonance tomography.
  • the duration of an MRI scan is comparatively long even in modern devices, so that image involvement, which can reduce diagnostic significance, can be caused by involuntary movements of a patient, such as breathing or swallowing movements, which are referred to as artifacts. This also extends the duration of the examination, which some patients find unpleasant.
  • the device for generating a series of image recordings is a computer tomography device, an ultrasound device, a gamma camera, a thermography device, an X-ray device or a sonography device, in which, in addition to the device for generating a Passive movement of an object is arranged at least one device that can be moved stereotactically and is driven by a motor to carry out a treatment or examination, and that the drive for pivoting the support and / or the Drive of the device for carrying out a treatment or examination is controlled via a control unit or control unit in such a way that the series of image recordings is generated in real time during a passive movement of the object or the device for carrying out a treatment or examination.
  • the device for generating a series of image recordings is preferably a spiral computer tomograph or an electron beam computer tomograph.
  • a spiral computer tomograph a patient or an object is scanned continuously by a rotating X-ray tube while a support, for example a patient bed, is being moved.
  • the examination time is considerably shortened and the radiation dose can also be reduced be reduced.
  • the diagnostic informative value increases, since image errors caused by breathing or involuntary movements practically no longer occur. This applies in particular to examinations of the chest cavity, the lungs or the abdominal cavity. This applies in the same way to diagnoses in the area of the neck or head, which can be of great importance, for example, for orthopedic questions.
  • a modern sixteen-line spiral computer tomograph delivers a variety of images in a very short time, which enable the representation of an organ from different spatial perspectives. Up to 16 data lines are recorded during one revolution of the X-ray tube, which takes about 0.4 s. Such a spiral computer tomograph is therefore particularly suitable for real-time recordings of a defined passive movement for the diagnostic assessment of joint mechanics, bone or cartilage gliding, fracture gap manipulation or other movement analyzes. Electron beam computer tomographs are also suitable for such examinations, and are also characterized by very fast recording times of approximately 100 ms. With such devices, it is possible to take slice images of moving organs in real time.
  • the device for generating a series of image recordings can also be used as a positron emission tomograph (PET), a single photon emission computer tomograph (SPECT), a gamma camera for static or dynamic scintigraphy, a digital infrared thermography device, a dynamic area thermography device or a digital X-ray device.
  • PET positron emission tomograph
  • SPECT single photon emission computer tomograph
  • a gamma camera for static or dynamic scintigraphy for static or dynamic scintigraphy
  • a digital infrared thermography device a dynamic area thermography device or a digital X-ray device.
  • the drive for pivoting the support or the treatment or examination device being carried out by means of a piezoelectric motor.
  • a piezoelectric motor to drive the support or the treatment or examination device
  • pneumatic or hydraulic drives for this.
  • the drive for pivoting the support is preferably controlled via a control unit or control unit which is grounded and shielded from magnetic radiation.
  • the drives can also be connected to the control system via grounded lines shielded from magnetic radiation and / or wirelessly, for example via an infrared remote control.
  • the position between the part of the body to be examined and the diagnostic device can remain unchanged during the entire diagnostic process. At the same time, however, precisely defined movements controlled by motors can be carried out for the first time during the recording process. On the one hand, this enables the examiner to create a specific image in a targeted manner, but on the other hand it also shows the movement itself in terms of a real-time image.
  • control of the support can be further improved in that the control unit is provided with at least one sensor, in particular with an optical encoder, for detecting the position of the support or the motors.
  • the support can be pivoted about two axes independently of one another and driven by a motor. This allows the physiological movements of the body parts to be examined to be represented even better.
  • the physiological course of movement of an ankle can be reproduced particularly well with the device according to the invention if the support is inclined about a first horizontal axis and a second second axis inclined by approximately 35 ° in the horizontal plane and by approximately 18 ° in the sagittal plane is pivotable.
  • This inclination of the second axis speaks the average geometric axis of the lower ankle determined by Van den Bogard.
  • the pressure forces acting on the ankle for example, when running can be simulated in the diagnostic device during the examination in that means are provided for fixing the at least one part of the patient's body on the support and that the support is at least partially relative to the means for fixing is movable.
  • the support is preferably pneumatically or hydraulically movable relative to the means for fixing the body part. In this way, a gradual compression of the body part to be examined can take place, which also leads to a change in the configuration of the individual parts of the body, which are simulated, for example, when walking or the like.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the channel of a diagnostic device with a device according to the invention arranged on a patient couch
  • FIG. 2 shows a sectional view of the device perpendicular to the sectional plane of FIG. 1,
  • Fig. 3 is a side view of the device of Fig. 2 and
  • the diagnostic device shown in the figures consists of a device for generating a series of image recordings, which is formed by an ultrasound device or a computed tomography device, hereinafter referred to briefly as a recording device, such as a spiral computer tomograph or an electron beam computer tomograph, and one in the following Device described in detail for generating a passive movement of an object, in particular a body part of a patient.
  • a recording device such as a spiral computer tomograph or an electron beam computer tomograph
  • the diagnostic device can have a device for carrying out a treatment or examination that is stereotactically movable and motor-driven, independently of the device for generating a passive movement, which device is not shown in the figures.
  • This device makes it possible to carry out examinations, such as taking tissue samples or optical examinations, or alternative treatments with a scalpel, a syringe or the like.
  • These instruments can be moved relative to a part of a patient's body in a targeted manner on two levels in space are images of this examination or treatment are simultaneously generated in real time by the recording device. The position of the instrument on or in the body part of a patient can thus be monitored at any time and optimally controlled.
  • both the device for carrying out the treatment or examination and the associated control and drive elements are made of a material that is compatible with the recording device.
  • the recording device is indicated in FIG. 1 by its channel 38.
  • the device for generating a passive movement is set up to examine the ankle.
  • the device has a support 14 for the heel of the foot and an angled support 17 for the sole of the foot.
  • the inner and outer ankles of the foot are stabilized by side walls 15, while the support 17 for the sole of the foot is held on a rear wall 16.
  • the foot to be examined is indicated schematically by reference number 19.
  • the device for generating a passive movement is fastened on a patient couch 35 by means of an indicated connection unit 30.
  • a patient lying on his back can be inserted with the patient bed 35 into the channel 38 of the recording device, the device being arranged at one end of the patient bed 35.
  • the foot can be kept fixed in the device with buckles 18.
  • the foot that is not to be examined can be placed on a further support 29 and is not included in the examination.
  • the device for generating a passive movement arranged on the patient couch 35 further comprises two vertical side walls 1 and a vertical front wall 2 which merges into a horizontal front wall 3.
  • a vertical rear wall 4 is provided on the side opposite the vertical front wall 2, which is connected to a lower horizontal rear wall 5.
  • a further vertical wall 6 runs parallel to the side walls 1 and is pivotally connected to the side walls 1 via ball bearings 13 about a horizontal axis 33.
  • the vertical walls 6 are connected to one another via a rear wall 11 and a V-shaped bottom wall 12.
  • the fastening unit 9 In the V-shaped bottom wall 12 two recesses 27 are provided, in which a fastening unit 9 can be received. Via an intermediate part 8, the fastening unit 9 carries a further fastening unit 10 with a gearwheel on which the support 14 for the heel and the rear wall 16 with the support 17 for the sole of the foot are attached.
  • the pad 14 for the heel and the Back wall 16 with the support 17 for the sole of the foot can be rotated relative to the mounting unit 9 via the fastening unit 10, the support 14 for the heel with the back due to the inclination of the V-shaped bottom wall 12 and the corresponding design of the fastening units 9 and 10 - Wall 16 and the support 17 for the sole of the foot by about 35 ° in the horizontal plane and by about 18 ° in the sagittal plane with respect to the vertical axis 34 are rotatable.
  • a piezoelectric motor 22 is assigned to the fastening units 9 and 10 and carries a gear 7 with a conical tip for moving the fastening unit 10 relative to the fastening unit 9.
  • a piezoelectric motor 23 is provided on the vertical side wall 1, which carries a first gearwheel 24, which can be brought into engagement with a gearwheel 26 via a further gearwheel 25, which gearwheel is non-rotatably connected to one of the side walls 6. In this way, the side walls 6 can be pivoted relative to the side walls 1 driven by the motor 23.
  • a pressure valve unit 20 is arranged on the rear wall 16, with which the support 17 for the sole of the foot can be displaced relative to the rear wall 16. In this way, pressure can be continuously applied to the sole of the foot.
  • Two optical encoders 21 are positioned in one of the side walls 1 and can detect the position of the side walls 6 relative to the side walls 1.
  • the data determined by the encoders 21 can be forwarded via lines (not shown) to an electrical box 28, which in turn is connected to a control unit 32 (control unit) via a shielded cable 36.
  • the motors 22 and 23 are also controlled by the control unit 32 via shielded cables 37.
  • ferrite cores 31 are arranged on the shielded lines 36 and 37.
  • the lines 36 and 37 are connected to the control unit 32 via likewise shielded cable connectors 39.
  • the materials used for the device for generating a passive movement do not generate image artifacts that make diagnosis impossible. These are, for example, VA4 stainless steel screws and threads, aluminum plates, pins, screws and air pressure nozzles made of brass, plastic screws, and glass and ceramic ball bearings.
  • the use of polyoxymethylene semi-tools (POM) is particularly favorable, since this plastic can absorb a high-frequency field (HF) and therefore does not generate any interfering radiation.
  • the embodiment of the device for generating a passive movement shown is specifically designed for the examination of ankle joints.
  • the motors 22 and 23 can rotate the support 14 for the heel and the support 17 connected to the rear wall 16 for the sole of the foot in such a way that the physiological movement of the ankle is simulated.
  • the recording device is connected to the drive of the device for generating a passive movement such that the recordings can be made while the passive movement is being generated.
  • kinematic (real-time) recordings during the passive movement of the body part and static recordings from different positions within the channel 38 of the recording device for research and routine clinical diagnosis.
  • These real-time recordings of the movement sequence thereby considerably expand the possible uses of the recording devices known per se. 4 shows that the channel 38, in which the patient bed 35 can be displaced, is arranged in a computer tomograph as a recording device in a computer tomograph room 40, while the control unit 32 and possibly a power supply unit 41 with on - Connected to a power source for energy supply outside the room 40 are positioned.
  • the device for generating a passive movement is supplied with energy and controlled via cables 36 and 37. However, it is also possible to carry out the control and / or the power supply wirelessly.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Diagnosegerät mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen, wie bspw. einem Computertomographiegerät oder einem Ultraschallgerät. Zudem sind in dem Diagnosegerät eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Gegenstandes sowie ein unabhängig hiervon stereotak­tisch bewegbares und motorisch angetriebenes Gerät zur Durchführung einer Be­handlung oder Untersuchung angeordnet. Über eine Steuerung des Diagnosegerätes ist es möglich, in Echtzeit eine Serie von Bildaufnahmen während einer Passivbewe­gung eines Gegenstandes oder des Gerätes zur Durchführung einer Behandlung oder Untersuchung zu erzeugen.

Description

Diagnosegerät
Die Erfindung betrifft ein Diagnosegerät mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen und einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Gegenstandes mit einer motorisch angetriebenen, um wenigstens eine Achse verschwenkbaren Auflage zur Lagerung von zumindest einem Teil des Gegenstandes, die in die Vorrichtung zur Erzeugung einer Serie von Bildaufnahmen einfahrbar ist.
Zur biomechanischen Untersuchung von z. B. menschlichen oder tierischen Gelenken oder Pflanzen werden u. a. auch Magnet-Resonanz-Tomographen (MRT) eingesetzt, die auch eine Darstellung weicher Strukturen ermöglichen. So kann der Bewegungsablauf eines (gesunden) Gelenks mit Sehnen, Knorpeln und dgl. mit einem derartigen Verfahren erforscht werden. Hierzu ist es häufig erforderlich, das betroffene Körperteil je nach Bedarf verschiedenartig und definiert zu lagern, bzw. bewegen zu können. Auch in der Materialprüfung und bei der Erprobung des Werkstoffverhaltens von verschiedenen Gegenständen wer- den häufig Untersuchungen mit Magnet-Resonanz-Tomographen durchgeführt.
Bislang werden außer statischen Momentaufnahmen daher statische Bilder in verschiedenen Stellungen erzeugt, wobei die Positionen manuell über eine Mechanik eingestellt werden, und die Betrachtung der resultierenden Bilder durch eine Bildschleife (cine-mode) erfolgt. Dieses bspw. aus der US 5,541,515 und der US 5,899,859 bekannte Verfahren ist jedoch besonders zeitaufwendig und kann daher nur in Einzelfällen angewandt werden, so dass die Möglichkeiten eines modernen Magnet-Resonanz-Tomographen, der auch sehr schnelle Bildaufnahmen ermöglicht, nicht ausgenutzt werden. Somit werden die Untersu- chungsmöglichkeiten von Materialien, Gegenständen oder Körperteilen mit ei- nem Magnet-Resonanz-Tomographen, die sowohl die knöchernen und knorpeligen Anteile des menschlichen Körpers als auch Weichteilstrukturen exzellent darstellen kann, nicht optimal eingesetzt.
Zudem besteht der Nachteil, dass durch statische Momentaufnahmen nicht alle Schäden an Gegenständen oder Erkrankungen bzw. Verletzungen am menschlichen Körper detektieren lassen, insbesondere, da es bisher nicht möglich ist, Aufnahmen in Bewegung in hinreichender Qualität zu erstellen. Dies beeinträchtigt jedoch die exakte Materialforschung sowie die klinische Diagnostik, da somit die Wahrscheinlichkeit (Sensitivität) einen vorhandenen Schaden bzw. pathologischen Befund bei diversen Strukturen zu ermitteln, noch nicht optimal bzw. teilweise nicht möglich ist. Im Gegensatz zur Röntgenuntersuchung gibt es nämlich in der Magnet-Resonanz-Tomographie bisher keine zuvor fest definierten und reproduzierbaren Einstellungen für Darstellungsmöglichkeit von Echtzeit- bewegungen.
Dies liegt insbesondere daran, dass aufgrund des starken Magnetfeldes in einem Magnet-Resonanz-Tomographen die Verwendung herkömmlicher Bewegungsapparate nicht möglich ist. Herkömmliche elektromechanische Motoren, die üblicherweise in Bewegungsapparaten eingesetzt werden, bestehen aus Magneten und Spulen, die in den hohen Magnetfeldern (0,2 - 3 Tesla) eines Magnet-Resonanz-Tomographen besonders stark deflektieren und damit zu Bildverzerrungen, sog. Bildartefakten, führen. Sobald derartige Bildartefakte auftreten, ist eine sachgemäße Untersuchung jedoch nicht mehr möglich.
Weiter ist aus der DE 100 30 507 A1 ein Manipulator zur Positionierung von medizinischen Instrumenten am Patienten in einem Magnetresonanztomographen (MRT) oder einem Computertomographen (CT) bekannt. Um eine Operation oder dgl. mit diesem Manipulator am Patienten auszuführen, muss der Patient ruhig auf einer Patientenliege gehalten werden, so dass keine Verletzungen des Patienten auftreten können.
Aus der WO 03/082107 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewe- gung eines Patienten in einem Magnetresonanztomographen bekannt. Bei der Magnetresonanztomographie werden die Beeinflussung und Dichte von Atomen und die Relaxationszeiten für Magnetisierungen der Materialien durch ein starkes Magnetfeld aufgenommen, um mit Hilfe eines Computers rechnerisch zu einem Schnittbild rekonstruiert. Unterschiedliche Materialien lassen sich daher mit der Magnetresonanztomographie verschieden gut darstellen. Zudem ist die Dauer einer MRT-Aufnahme auch bei modernen Geräten vergleichsweise lang, so dass durch unwillkürliche Bewegungen eines Patienten, wie bspw. durch die Atmung oder Schluckbewegungen, als Artefakte bezeichnete Bildfehler hervorgerufen werden können, die die diagnostische Aussagekraft verringern. Zudem wird hierdurch auch die zeitliche Dauer der Untersuchung, die von einigen Patienten als unangenehm empfunden wird, verlängert.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Diagnosegerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem Körperteile eines Patienten oder Gegenstände in kurzer Zeit untersucht werden können und wobei ggf. gleichzeitig eine Behandlung durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen ein Computertomo- graphiegerät, ein Ultraschallgerät, eine Gammakamera, ein Thermographiege- rät, ein Röntgengerät oder ein Sonographiegerät ist, in dem zusätzlich zu der Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Gegenstandes wenigstens ein unabhängig von dieser stereotaktisch bewegbares und motorisch angetriebenes Gerät zur Durchführung einer Behandlung oder Untersuchung ange- ordnet ist, und dass der Antrieb zum Verschwenken der Auflage und/oder der Antrieb des Gerätes zur Durchführung einer Behandlung oder Untersuchung über eine Steuereinheit oder Controlunit derart gesteuert wird, dass die Serie von Bildaufnahmen in Echtzeit während einer Passivbewegung des Gegenstandes oder des Gerätes zur Durchführung einer Behandlung oder Untersuchung erzeugt wird.
Die Aufnahmen selbst werden dabei deutlich schneller erstellt als bei der herkömmlichen Erzeugung einer Folge von Einzelaufnahmen, zwischen denen jeweils der Gegenstand bewegt wird. Als Ergebnis dieses Verfahren erhält man eine Serie von Bildern, d. h. einen Film, der den untersuchten Gegenstand nicht in Ruhe sondern während der Bewegung zeigt. Hierzu werden gleichzeitig mit der Erzeugung der definierten Passivbewegung Aufnahmen von menschlichen oder tierischen Körperteilen, von Pflanzen oder Gegenständen aus anderen Materialien, wie Instrumenten, gemacht, die dann bspw. von einem Materialprüfer, Biomechaniker oder ggf. in Kombination mit diagnostischen Untersuchungsergebnissen von einem Arzt ausgewertet werden können. Einige biomechanische Vorgänge lassen sich nur bei der Untersuchung dieser tatsächlichen Bewegungsabläufe in z. B. einem Gelenk erklären, was bei der bisher bekannten Aneinanderreihung statischer Aufnahmen im sog. "cine-mode" nicht möglich ist. Auch in der Materialforschung ist bspw. die Risseinleitung und der Rissfortschritt in Materialien ein dynamischer Vorgang, der häufig nur durch die erfindungsgemäßen Echtzeitaufnahmen bewertet werden kann, nicht jedoch in statischen Aufnahmen.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen ein Spiral-Computertomograph oder ein Elektronenstrahl-Computertomograph. Bei einem Spiral-Computertomographen erfolgt die Abtastung eines Patienten oder eines Gegenstandes durch eine kreisende Röntgenröhre kontinuierlich, während eine Auflage, bspw. eine Patientenliege, verfahren wird. Hierdurch wird die Untersuchungszeit erheblich verkürzt und es kann auch die Strahlendosis reduziert werden. Gleichzeitig erhöht sich die diagnostische Aussagekraft, da durch Atmung oder unwillkürliche Bewegungen hervorgerufene Bildfehler praktisch nicht mehr auftreten. Dies trifft insbesondere auf Untersuchungen der Brusthöhle, der Lunge oder des Bauchraumes zu. Dies gilt in gleicher Weise für Diagnosen im Bereich des Halses oder Kopfes, die bspw. für orthopädische Fragestellungen von großer Bedeutung sein können. Ein moderner Sechzehn- zeilenspiral-Computertomograph liefert bspw. in kürzester Zeit eine Vielfalt von Bildern, die die Darstellung eines Organs aus verschiedenen räumlichen Perspektiven ermöglichen. Hierbei werden während einer Umdrehung der Röntgen- röhre, welche etwa 0,4 s dauert, bis zu 16 Datenlinien aufgenommen. Ein derartiger Spiral-Computertomograph eignet sich daher insbesondere für Echtzeitaufnahmen einer definierten Passivbewegung zur diagnostischen Beurteilung von Gelenkmechaniken, Knochen- oder Knorpelgleiten, Frakturspaltmanipulationen oder anderen Bewegungsanalysen. Für derartige Untersuchungen eignen sich auch Elektronenstrahl-Computertomographen, die sich ebenfalls durch sehr schnelle Aufnahmezeiten von etwa 100 ms auszeichnen. Mit derartigen Geräten ist es möglich, Schichtaufnahmen von sich bewegenden Organen in Echtzeit anzufertigen. Alternativ kann die Vorrichtung zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen auch als ein Positronen-Emissionstomograph (PET), ein Single- Photon-Emissions-Computertomograph (SPECT), eine Gammakamera für statische oder dynamische Szintigraphie, ein digitales Infrarot Thermographiegerät, ein dynamisch-flächiges Thermographiegerät oder ein digitales Röntgengerät ausgebildet sein.
Es wurde herausgefunden, dass das Auftreten von Bildartefakten dadurch weiter unterbunden werden kann, dass der Antrieb zum Verschwenken der Auflage bzw. des Behandlungs- oder Untersuchungsgerätes mittels eines Piezoelektro- motors erfolgt. Neben der Verwendung eines Piezoelektromotors zum Antrieb der Auflage bzw. des Behandlungs- oder Untersuchungsgerätes ist es auch möglich, hierzu pneumatische oder hydraulische Antriebe einzusetzen. Vorzugsweise ist der Antrieb zum Verschwenken der Auflage über eine Steuereinheit bzw. Control Unit gesteuert, die geerdet und gegenüber magnetischer Strahlung abgeschirmt ist. Die Antriebe können dabei ebenfalls über geerdete und gegenüber magnetischer Strahlung abgeschirmte Leitungen und/oder kabellos, bspw. über eine Infrarot-Fernbedienung mit der Steuerung verbunden sein. Mit dem erfindungsgemäßen Diagnosegerät lassen sich die Bewegungen daher elektronisch und automatisch kontrolliert in immer denselben exakt reproduzierbaren Positionen einstellen. Dabei kann die Lage zwischen dem zu unter- suchenden Körperteil und dem Diagnosegerät während des gesamten diagnostischen Vorgangs unverändert bleiben. Gleichzeitig können jedoch erstmals durch Motoren gesteuerte genau definierte Bewegungen während des Aufnahmevorgangs vorgenommen werden. Dies ermöglicht dem Untersuchenden zum Einen eine bestimmte Aufnahme gezielt zu erstellen, zum Anderen aber auch die Bewegung selbst im Sinne einer Echtzeitaufnahme darzustellen.
Die Steuerung der Auflage kann dadurch weiter verbessert werden, dass die Steuereinheit mit wenigstens einem Sensor, insbesondere mit einem optischen Encoder, zur Erfassung der Position der Auflage bzw. der Motoren versehen ist.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass die Auflage um zwei Achsen unabhängig von einander motorisch angetrieben verschwenkbar ist. Damit lassen sich die physiologischen Bewegungsabläufe der zu untersuchenden Körperteile noch besser darstellen.
Der physiologische Bewegungsablauf eines Sprunggelenks lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann besonders gut nachbilden, wenn die Auflage um eine erste horizontale Achse und eine zweite gegenüber der vertikalen um etwa 35° in der Horizontalebene und um etwa 18° in der Sagittalebene ge- neigte zweite Achse verschwenkbar ist. Diese Neigung der zweiten Achse ent- spricht der von Van den Bogard ermittelten durchschnittlichen geometrischen Achse des unteren Sprunggelenks.
Die bspw. beim Laufen auf das Sprunggelenk etc. einwirkenden Druckkräfte können während der Untersuchung in dem Diagnosegerät dadurch nachgebildet werden, dass Mittel zum Fixieren des zumindest einen Körperteils des Patienten auf der Auflage vorgesehen sind und dass die Auflage wenigstens bereichsweise relativ zu den Mitteln zum Fixieren bewegbar ist.
Vorzugsweise ist die Auflage dabei pneumatisch oder hydraulisch relativ zu den Mitteln zum Fixieren des Körperteils bewegbar. Auf diese Weise kann eine stufenweise Komprimierung des zu untersuchenden Körperteils stattfinden, die e- benfalls zu einer Änderung der Konfiguration der Einzelteile des Körpers führt, die den Belastungen bspw. beim Laufen oder dgl. nachgebildet sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kanal eines Diagnosegerätes mit einer auf einer Patientenliege angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung senkrecht zu der Schnittebene von Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 2 und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Diagnosegerät nach einer wei- teren Ausführungsform. Das in den Figuren dargestellte Diagnosegerät besteht aus einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen, die durch ein im Folgenden kurz mit Aufnahmegerät bezeichnetes Ultraschallgerät oder ein Computertomogra- phiegerät, wie ein Spiral-Computertomograph oder ein Elektronenstrahl- Computertomograph, gebildet ist und eine im Folgenden im Detail beschriebene Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Gegenstandes, insbesondere eines Körperteils eines Patienten.
Weiter kann das Diagnosegerät ein unabhängig von der Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung stereotaktisch bewegbares und motorisch angetriebenes Gerät zur Durchführung einer Behandlung oder Untersuchung aufweisen, welches in den Figuren nicht dargestellt ist. Dieses Gerät ermöglicht die Durchführung von Untersuchungen, wie bspw. der Entnahme von Gewebepro- ben oder optische Untersuchungen, oder alternative Behandlungen mit einem Skalpell, einer Spritze oder dgl. Dabei können diese Instrumente relativ zu einem Körperteil eines Patienten zielgesteuert in zwei Ebenen im Raum bewegt werden, während gleichzeitig in Echtzeit durch das Aufnahmegerät Bildaufnahmen dieser Untersuchung oder Behandlung erzeugt werden. Die Position des Instruments an oder in dem Körperteil eines Patienten ist dadurch jederzeit ü- berwachbar und optimal steuerbar. Um hierbei keine störenden Bildartefakte zu erzeugen, bestehen sowohl das Gerät zur Durchführung der Behandlung oder Untersuchung sowie die damit verbundenen Steuerungs- und Antriebselemente aus einem mit dem Aufnahmegerät kompatiblen Material.
Das Aufnahmegerät ist in Fig. 1 durch seinen Kanal 38 angedeutet. In der gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung zur Untersuchung des Sprunggelenks eingerichtet. Es ist jedoch möglich, mit dieser Vorrichtung andere Körperteile oder allgemein Gegenstände aus be- liebigen Materialien zu untersuchen. Die Vorrichtung weist dabei eine Auflage 14 für die Ferse des Fußes und eine dazu abgewinkelt verlaufende Auflage 17 für die Fußsohle auf. Die Innen- und Außenknöchel des Fußes werden durch Seitenwände 15 stabilisiert, während die Auflage 17 für die Fußsohle auf einer Rückwand 16 gehalten ist. In Fig. 1 ist der zu untersuchende Fuß schematisch durch Bezugsziffer 19 angedeutet.
Die Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung ist, wie in Fig. 1 gezeigt, mittels einer angedeuteten Verbindungseinheit 30 auf einer Patientenliege 35 befestigt. Ein Patient kann dabei auf dem Rücken liegend mit der Patientenliege 35 in den Kanal 38 des Aufnahmegerätes eingeschoben werden, wobei die Vorrichtung an einem Ende der Patientenliege 35 angeordnet ist. Mit Schnallen 18 kann der Fuß dabei in der Vorrichtung fixiert gehalten werden. Der nicht zu untersuchende Fuß kann auf einer weiteren Auflage 29 abgelegt werden und wird bei der Untersuchung nicht miterfasst.
Die auf der Patientenliege 35 angeordnete Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung umfasst weiter zwei vertikale Seitenwände 1 und eine vertikale Frontwand 2, die in eine horizontale Frontwand 3 übergeht. Auf der der vertikalen Frontwand 2 gegenüberliegenden Seite ist eine vertikale Rückwand 4 vorge- sehen, die mit einer unteren horizontalen Rückwand 5 verbunden ist. Parallel zu den Seitenwänden 1 verläuft eine weitere vertikale Wand 6, die über Kugellager 13 um eine horizontale Achse 33 schwenkbar an den Seitenwänden 1 angelenkt ist. Die vertikalen Wände 6 sind dabei über eine Rückwand 11 und eine V- förmige Bodenwand 12 miteinander verbunden.
In der V-förmigen Bodenwand 12 sind zwei Aussparungen 27 vorgesehen, in welcher eine Befestigungseinheit 9 aufnehmbar ist. Über ein Zwischenteil 8 trägt die Befestigungseinheit 9 eine weitere Befestigungseinheit 10 mit einem Zahnrad, auf der die Auflage 14 für die Ferse sowie die Rückwand 16 mit der Auflage 17 für die Fußsohle angebracht ist. Die Auflage 14 für die Ferse sowie die Rückwand 16 mit der Auflage 17 für die Fußsohle sind dabei über die Befestigungseinheit 10 relativ zu der Befestigungseinheit 9 verdrehbar, wobei durch die Neigung der V-förmigen Bodenwand 12 und die entsprechende Ausgestaltung der Befestigungseinheiten 9 und 10 die Auflage 14 für die Ferse mit der Rück- wand 16 und der Auflage 17 für die Fußsohle um eine um etwa 35° in der Horizontalebene und um etwa 18° in der Sagittalebene gegenüber der Vertikalen geneigten Achse 34 verdrehbar sind.
Den Befestigungseinheiten 9 und 10 ist ein Piezoelektromotor 22 zugeordnet, der ein Zahnrad 7 mit konischer Spitze zur Bewegung der Befestigungseinheit 10 relativ zu der Befestigungseinheit 9 trägt. In gleicher Weise ist an der vertikalen Seitenwand 1 ein Piezoelektromotor 23 vorgesehen, welcher ein erstes Zahnrad 24 trägt, das über ein weiteres Zahnrad 25 mit einem Zahnrad 26 in Eingriff bringbar ist, das drehfest mit einer der Seitenwände 6 verbunden ist. Auf diese Weise lassen sich die Seitenwände 6 relativ zu den Seitenwänden 1 durch den Motor 23 angetrieben verschwenken.
An der Rückwand 16 ist eine Druckventileinheit 20 angeordnet, mit welcher die Auflage 17 für die Fußsohle relativ zu der Rückwand 16 verschoben werden kann. Auf diese Weise kann stufenlos Druck auf die Fußsohle erzeugt werden.
In einer der Seitenwände 1 sind zwei optische Encoder 21 positioniert, welche die Position der Seitenwände 6 relativ zu den Seitenwänden 1 erfassen können. Die durch die Encoder 21 ermittelten Daten können über nicht dargestellte Lei- tungen an eine Elektrobox 28 weitergeleitet werden, die wiederum über ein abgeschirmtes Kabel 36 mit einer Steuereinheit 32 (Control Unit) verbunden ist. Von der Steuereinheit 32 werden auch die Motoren 22 und 23 über abgeschirmte Kabel 37 angesteuert. Außerhalb des Kanals 38 des Aufnahmegerätes sind auf den abgeschirmten Leitungen 36 und 37 Ferritkerne 31 angeordnet. Die Verbindung der Leitungen 36 und 37 mit der Steuereinheit 32 erfolgt dabei über ebenfalls abgeschirmte Kabelstecker 39.
Die für die Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung verwendeten Ma- terialien erzeugen keine Bildartefakte, die eine Diagnostik unmöglich machen. Dies sind bspw. VA4-Edelstahlschrauben und -gewinde, Aluminiumplatten, Stifte, Schrauben und Luftdruckdüsen aus Messing, Kunststoffschrauben, und Glas- und Keramikkugellager. Dabei ist der Einsatz von Polyoxymethylen- Halbwerkzeugen (POM) besonders günstig, da dieser Kunststoff ein Hochfre- quenzfeld (HF) absorbieren kann und daher keine störende Strahlung erzeugt.
Die gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung ist speziell für die Untersuchung von Sprunggelenken eingerichtet. Dabei können durch die Motoren 22 und 23 die Auflage 14 für die Ferse sowie die mit der Rückwand 16 verbundene Auflage 17 für die Fußsohle derart verdreht werden, dass die physiologische Bewegung des Sprunggelenks nachgebildet wird. Durch die Verschiebung der Auflage 17 für die Fußsohle relativ zu der Rückwand 16 mittels der Druckventileinheit 20 kann zudem eine Gewichtsbelastung des Fußes imitiert werden.
Das Aufnahmegerät ist dabei derart mit dem Antrieb der Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung verbunden, dass die Aufnahmen während der Erzeugung der Passivbewegung erstellt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl kinematische (Echtzeit-)Aufnahmen während der Passivbewe- gung des Körperteils als auch statische Aufnahmen aus unterschiedlichen Positionen innerhalb des Kanals 38 des Aufnahmegerätes für die Forschung und die klinische Routinediagnostik anzufertigen. Diese Echtzeitaufnahmen des Bewegungsablaufs erweitern dadurch die Einsatzmöglichkeiten der an sich bekannten Aufnahmegeräte erheblich. Aus der schematischen Darstellung der Fig. 4 ist ersichtlich, dass der Kanal 38, in welchem die Patientenliege 35 verschiebbar ist, bei einem Computertomographen als Aufnahmegerät in einem Computertomographen-Raum 40 angeordnet sind, während die Steuereinheit 32 sowie ggf. ein Netzteil 41 mit An- schluss an eine Stromquelle zur Energieversorgung außerhalb des Raumes 40 positioniert sind. In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird die Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung über Kabel 36 und 37 mit Energie versorgt und angesteuert. Es ist jedoch auch möglich, die Steuerung und/oder die Energieversorgung kabellos durchzuführen.
Bezugszeichenliste:
1 Seitenwand 22 Motor
2 vertikale Frontwand 23 Motor
3 horizontale Frontwand 24 Zahnrad
4 vertikale Rückwand 25 Zahnrad
5 horizontale Rückwand 26 Zahnrad
6 Seitenwand 27 Aussparung
7 Zahnrad mit konischer Spitze 28 Elektrobox
8 Zwischenteil 29 Auflage Befestigungseinheit 30 Verbindungseinheit
10 Befestigungseinheit 31 Ferritkerne
11 Rückwand 32 Steuereinheit
12 Bodenwand 33 horizontale Achse-x
13 Kugellager 34 vertikale Achse-y
14 Auflage (Ferse) 35 Patientenliege
15 Seitenwand 36 abgeschirmte Elektrokabel
16 Rückwand 37 abgeschirmte Motorkabel
17 Auflage (Fußsohle) 38 Kanal
18 Schnalle 39 Kabelstecker 9 Fuß 40 CT-Raum 0 Druckventileinheit 41 Netzteil 1 optische Encoder

Claims

Ansprüche:
1. Diagnosegerät mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen und einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Gegenstandes mit einer motorisch angetriebenen, um wenigstens eine Achse (33, 34) verschwenkbaren Auflage (14, 17) zur Lagerung von zumindest einem Teil (19) des Gegenstandes, die in die Vorrichtung zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen einfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen ein Computertomographiegerat (38), ein Ultraschallgerät, eine Gammakamera, ein Thermographiegerät, ein Röntgengerät oder ein Sonographiegerät ist, in dem zusätzlich zu der Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Gegenstandes wenigstens ein unabhängig von dieser stereotaktisch bewegbares und motorisch angetriebenes Gerät zur Durchführung einer Behandlung oder Untersuchung angeordnet ist, und dass der Antrieb (22, 23) zum Verschwenken der Auflage (14, 17) und/oder der Antrieb des Gerätes zur Durchführung einer Behandlung oder Untersuchung über eine Steuereinheit (32) oder Control Unit derart gesteuert wird, dass die Serie von Bildaufnahmen in Echtzeit während einer Passivbewegung des Gegenstandes oder des Gerätes zur Durchführung einer Behandlung oder Untersuchung erzeugt wird.
2. Diagnosegerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (38) zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen ein Spiral- Computertomograph, ein Elektronenstrahl-Computertomograph, ein Positronen- Emissionstomograph, ein Single-Photon-Emissions-Computertomograph, eine Gammakamera für statische oder dynamische Szintigraphie, ein digitales Infrarot Thermographiegerät, ein dynamisch-flächiges Thermographiegerät oder ein digitales Röntgengerät ist.
3. Diagnosegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zur Durchführung einer Behandlung oder Untersuchung ein auswechselbar mit dem motorischen Antrieb verbind bares Entnahmegerät, Skalpell oder eine Spritze ist.
4. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verschwenkbaren Auflage (14, 17) gemeinsam mit einer Patientenliege (35) oder dgl. in die Vorrichtung (38) zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen einfahrbar ist.
5. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Verschwenken der Auflage (14, 17) mittels wenigstens eines Piezoelektromotors (22, 23) erfolgt.
6. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) bzw. Control Unit geerdet und gegenüber magnetischer Strahlung abgeschirmt ist.
7. Diagnosegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) in einem von der Vorrichtung (38) zum Erzeugen einer Serie von Bildaufnahmen separaten Raum angeordnet und mittels geerdeten und abgeschirmten Leitungen (36, 37) und/oder einer Infrarot-Fernbedienung mit den Antrieben (22, 23) verbunden ist.
8. Diagnosegerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) mit wenigstens einem Sensor, insbesondere mit einem optischen Encoder (21), zur Erfassung der Position der Auflage (14, 17) versehen ist.
9. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (14, 17) um zwei Achsen (33, 34) unabhängig voneinander motorisch angetrieben verschwenkbar ist.
10. Diagnosegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (14, 17) um eine erste horizontale Achse (33) und um eine gegenüber der Vertikalen um etwa 35° in der Horizontalebene und um etwa 18° in der Sagittalebene geneigte zweite Achse (34) verschwenkbar ist.
11. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (18) zum Fixieren zumindest eines Körperteils (19) eines Patienten auf der Auflage (14, 17) vorgesehen ist und dass die Auflage (17) wenigstens bereichsweise relativ zu den Mitteln (18) zum Fixieren bewegbar ist.
12. Diagnosegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (17) pneumatisch oder hydraulisch relativ zu den Mitteln (18) zum Fixieren des Körperteils (19) bewegbar ist.
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