Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von (Bild-) Aufnahmen sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Körperteils eines Patienten oder von Gegenständen, bspw. Instrumenten, in einem Magnet- Resonanz-Tomographen mit einer Auflage zur Lagerung von zumindest einem Körperteil eines Patienten, die gemeinsam mit einer Patientenliege oder dgl. in den Kanal eines Magnet-Resonanz-Tomographen 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. Auch in der Material- prüfung und bei der Erprobung des Werkstoffverhaltens von verschiedenen Gegenständen werden häufig Untersuchungen mit Magnet-Resonanz- Tomographen durchgeführt.

Auch um eine optimale Diagnose von Verletzungen und Erkrankungen von Gelenken, wie bspw. des Sprunggelenkes, zu ermöglichen, ist es bekannt, einen Patienten oder zumindest relevante Körperteile mit einem Magnet- Resonanz-Tomographen aufzunehmen und anhand der erstellten Aufnahmen eine Diagnose zu stellen. Hierzu ist es häufig erforderlich, das betroffene Kör- perteil je nach Bedarf verschiedenartig und definiert zu lagern, bzw. bewegen zu können.

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 Möglichkei- ten 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 einem Magnet-Resonanz-Tomographen, die sowohl die knöchernen und knor- peligen Anteile des menschlichen Körpers als auch Weichteilstrukturen exzel- lent darstellen kann, nicht optimal eingesetzt.

Zudem besteht der Nachteil, dass durch statische Momentaufnahmen nicht alle Schäden an Gegenständen oder Erkrankungen bzw. Verletzungen am mensch- lichen Körper detektieren lassen, insbesondere, da es bisher nicht möglich ist, Aufnahmen in Bewegung in hinreichender Qualität zu erstellen. Dies beeinträch- tigt jedoch die exakte Materialforschung sowie die klinische Diagnostik, da somit die Wahrscheinlichkeit (Sensitivität) einen vorhandenen Schaden bzw. patholo- gischen 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 definier- ten und reproduzierbaren Einstellungen für Darstellungsmöglichkeit von Echt- zeitbewegungen.

Dies liegt insbesondere daran, dass aufgrund des starken Magnetfeldes in einem Magnet-Resonanz-Tomographen die Verwendung herkömmlicher Bewe- gungsapparate nicht möglich ist. Herkömmliche elektromechanische Motoren, die üblicherweise in Bewegungsapparaten eingesetzt werden, bestehen aus Magneten und Spulen, die in den hohen Magneffeldem (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.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Erzeugen von Aufnah- men während einer Passivbewegung eines Gegenstands, d. h. Echtzeitaufnah- men, sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine definierte reproduzierbare Passivbewegung eines Körperteils oder Gegen- stands in einem Magent-Resonanz-Tomographen ermöglicht, ohne dabei Bild- verzerrungen, d. h. Bildartefakte, zu erzeugen, die eine Auswertung unmöglich machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die (Bild-) Aufnahmen in Echtzeit während der Passivbewegung von Gegenständen erzeugt werden, ohne dass hierbei Artefakte auftreten. 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 wäh- rend der Bewegung zeigt. Hierzu werden von einem Techniker 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 Materialprü- fer, Biomechaniker oder in Kombination mit diagnostischen Untersuchungser- gebnissen von einem Arzt ausgewertet werden können. Einige biomechanische Vorgänge lassen sich nur bei der Untersuchung dieser tatsächlichen Bewe- gungsabläufe 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 erfindungsge-

mäßen Echtzeitaufnahmen bewertet werden kann, nicht jedoch in statischen Aufnahmen.

Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit einer Vorrichtung im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Auflage motorisch angetrieben innerhalb des Kanals des Magnet-Resonanz-Tomographen um wenigstens eine Achse verschwenk- bar ist und dass die innerhalb des Kanals des Magnet-Resonanz-Tomographen liegenden Komponenten der Auflage und ihres Antriebs aus nicht- ferromagnetischen Materialien bestehen. Durch diese Ausbildung der Vorrich- tung wird die Sensitivität der Magnet-Resonanz-Untersuchung bspw. im Bereich der Gelenkuntersuchung deutlich erhöht, indem vordefinierte kontinuierlichen Bewegungen eingestellt und die Bewegungen reproduziert werden können, um Echtzeitaufnahmen (Online-bzw. Realtime-Aufnahmen) darstellen zu können.

Die Vorrichtung ermöglicht es dabei, ein Körperteil im Magnet-Resonanz- Tomographen in vollem Bewegungsumfang passiv und der jeweiligen Untersu- chungssituation wunschgemäß zu bewegen. Durch die damit verbesserten und erweiterten Materialprüfungs-und Untersuchungsmöglichkeiten lassen sich Schäden und vermutete Verletzungen und dgl. weit besser als bisher feststellen und verifizieren. Durch die Ausbildung der in dem Kanal des Magnet-Resonanz- Tomographen eingesetzten Komponenten aus nicht-ferromagnetischen Materia- lien wird zudem das Auftreten von Bildartefakten, die eine Untersuchung erschweren, reduziert. Mit dieser Vorrichtung lassen sich auch Instrumente in dem Kanal des Magnet-Resonanz-Tomographen bewegen, so dass nicht nur eine Untersuchung sondern auch eine gleichzeitige Bearbeitung oder Behandlung der untersuchten Gegenstände möglich ist. Zur Vermeidung von Bildartefakten müssen diese Instrumente mit Magnet-Resonanz-Tomographen kompatibel sein, d. h. aus einem geeigneten Material bestehen.

Es wurde herausgefunden, dass das Auftreten von Bildartefakten dadurch wei- ter unterbunden werden kann, dass der Antrieb zum Verschwenken der Auflage mittels eines Piezoelektromotors erfolgt.

Vorzugsweise ist der Antrieb zum Verschwenken der Auflage über eine Steuer- einheit bzw. Control Unit gesteuert, die geerdet und gegenüber magnetischer Strahlung abgeschirmt ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich die Bewegungen daher elektronisch und automatisch kontrolliert von außerhalb des Magnet-Resonanz-Tomographen-Raumes in immer denselben exakt repro- duzierbaren Positionen einstellen. Dabei kann die Lage zwischen dem zu unter- suchenden Körperteil und dem Magnet-Resonanz-Tomographen während des gesamten diagnostischen Vorgangs unverändert bleiben. Gleichzeitig können jedoch erstmals durch Motoren gesteuerte genau definierte Bewegungen wäh- rend des Aufnahmevorgangs vorgenommen werden. Dies ermöglicht dem Un- tersuchenden zum Einen eine bestimmte Aufnahme gezielt zu erstellen, zum Anderen aber auch die Bewegung selbst im Sinne einer Echtzeitaufnahme darzustellen. Neben der Verwendung eines Piezoelektromotors zum Antrieb der Auflage ist es auch möglich, hierzu pneumatische oder hydraulische Antriebe einzusetzen.

Wenn die Steuereinheit außerhalb der Zone um den Magnet-Resonanz- Tomographen angeordnet ist, in welcher im Betrieb die magnetische Flußdichte größer oder gleich 0,2 Tesla ist, wird die Funktion der Steuereinheit durch das starke Magnetfeld des Magnet-Resonanz-Tomographen nicht beeinträchtigt.

Gleichzeitig können durch die Steuereinheit verursachte Bildartefakte vermieden werden.

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.

Um das Auftreten von die Diagnostik erschwerenden Bildartefakten noch wir- kungsvoller vermeiden zu können, kann die Steuereinheit mit dem Antrieb der Auflage und ggf. mit den Sensoren über geerdete und abgeschirmte Leitungen verbunden sein, welche außerhalb des Kanals des Magnet-Resonanz- Tomographen mit Ferriten versehen sind.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass die Auflage um zwei Achsen unabhängig von einander motorisch angetrieben verschwenk- bar ist. Damit lassen sich die physiologischen Bewegungsabläufe der zu unter- suchenden 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 vertika- len um etwa 35° in der Horizontalebene und um etwa 18° in der Sagittalebene geneigte zweite Achse verschwenkbar ist. Diese Neigung der zweiten Achse entspricht 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 Magnet-Resonanz-Tomographen 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

ebenfalls zu einer Änderung der Konfiguration der Einzelteile des Körpers führt, die den Belastungen bspw. beim Laufen oder dgl. nachgebildet sind.

Die Erzeugung von Echtzeitaufnahmen eines Gegenstandes ist mit der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung möglich, wenn diese derart mit dem Magent- Resonanz-Tomographen gekoppelt ist, dass die (Bild-) Aufnahmen gleichzeitig mit der Erzeugung der Passivbewegung durchgeführt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kanal eines Magent-Resonanz- Tomographen mit einer auf einer Patientenliege angeordneten er- findungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung senkrecht zu der Schnittebene von Fig. 1 und Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 2.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung ist zum Einsatz in einem Magnet- Resonanz-Tomographen (MRT) bspw. mit einer magnetische Flußdichte zwi- schen 0,2 und 3,0 Tesla vorgesehen. Der Magnet-Resonanz-Tomograph ist in Fig. 1 durch seinen Kanal 38 angedeutet. In der gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Untersuchung des Sprunggelenks eingerichtet. Es ist jedoch möglich, mit dieser Vorrichtung andere Körperteile oder allgemein Gegenstände aus beliebigen 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 wer- den 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 ist, wie in Fig. 1 gezeigt, mittels einer angedeuteten Verbin- dungseinheit 30 auf einer Patientenliege 35 befestigt. Ein Patient kann dabei auf dem Rücken liegend mit der Patientenliege 35 in den Kanal 38 des Magnet- Resonanz-Tomographen 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 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 vorgesehen, die mit einer unteren horizonta- len 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 Zahn- rad, 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 Befesti- gungseinheit 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 Hori- zontalebene 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 vertika- len 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 Leitungen 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 abgeschirm- te Kabel 37 angesteuert. Außerhalb des Kanals 38 des Magnet-Resonanz- Tomographen 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 verwendeten Materialien werden dabei vom Magnetfeld des Magnet-Resonanz-Tomographen nicht beeinflusst und erzeugen daher keine Bildartefakte, die eine Diagnostik unmöglich machen, wenn für die inner- halb des Kanals 38 des Magnet-Resonanz-Tomographen angeordneten Kom- ponenten nicht-ferromagnetische Materialien verwendet werden. Dies sind bspw. VA4-Edelstahlschrauben und-gewinde, Aluminiumplatten, Stifte, Schrau- ben und Luftdruckdüsen aus Messing, Kunststoffschrauben, und Glas-und Kermamikkugellager. Dabei ist der Einsatz von Polyoxymethylen- Halbwerkzeugen (POM) besonders günstig, da dieser Kunststoff das Hochfre- quenzfeld (HF) absorbiert und daher keine störende Strahlung erzeugt.

Die gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbe- wegung 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 ver- dreht werden, dass die physiologische Bewegung des Sprunggelenks nachge- bildet wird. Durch die Verschiebung der Auflage 17 für die Fußsohle relativ zu der Rückwand 16 mittels der Druckventileinheit 20 kann zudem eine Gewichts- belastung des Fußes imitiert werden.

Der Magent-Resonanz-Tomograph ist dabei derart mit dem Antrieb der Vorrich- tung verbunden, dass die Aufnahmen während der Erzeugung der Passivbewe- gung erstellt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl kinemati- sche (Echtzeit-) Aufnahmen während der Passivbewegung des Körperteils als auch statische Aufnahmen aus unterschiedlichen Positionen innerhalb des Kanals 38 des Magnet-Resonanz-Tomographen für die Forschung und die klinische Routinediagnostik anzufertigen. Diese Echtzeitaufnahmen des Bewe- gungsablaufs erweitern dadurch die Einsatzmöglichkeiten des an sich bekann- ten Magnet-Resonanz-Tomographen erheblich.

Mit der Vorrichtung lassen sich alternativ oder zusätzlich zu der Passivbewe- gung von Körperteilen eines Patienten auch Instrumente motorisch, d.. h. pas- siv, antreiben, die aus einem mit Magnet-Resonanz-Tomographen kompatiblen Material bestehen, so dass sie keine störenden Bildartefakte erzeugen.

Bezugszeichenliste : 1 Seitenwand 2 vertikale Frontwand 3 horizontale Frontwand 4 vertikale Rückwand 5 horizontale Rückwand 6 Seitenwand 7 Zahnrad mit konischer Spitze 8 Zwischenteil 9 Befestigungseinheit 10 Befestigungseinheit 11 Rückwand 12 Bodenwand 13 Kugellager 14 Auflage (Ferse) 15 Seitenwand 16 Rückwand 17 Auflage (Fußsohle) 18 Schnalle 19 Fuß 20 Druckventileinheit 21 optische Encoder 22 Motor 23 Motor 24 Zahnrad 25 Zahnrad 26 Zahnrad 27 Aussparung 28 Elektrobox 29 Auflage 30 Verbindungseinheit 31 Ferritkerne 32 Steuereinheit 33 horizontale Achse-x 34 vertikale Achse-y 35 Patientenliege 36 abgeschirmte Elektrokabel 37 abgeschirmte Motorkabel 38 MRT Kanal 39 Kabelstecker