DE10351928A1

DE10351928A1 - Messung am visuellen System eines Probanden

Info

Publication number: DE10351928A1
Application number: DE10351928A
Authority: DE
Inventors: Axel Dr. Oeltermann
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-16
Also published as: US20050165302A1; JP2005137910A

Abstract

Es wird eine Augenmonitoreinrichtung (300) zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge (2) eines Probanden (1), insbesondere zur Verwendung in Kombination mit einem Kernspintomographen (200), die eine Sendeeinrichtung (320, 310), die zur Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Magnetfeldes eingerichtet ist, mit dem in einer Empfangseinrichtung (310, 320) eine Induktionsspannung induzierbar ist, eine Generatoreinrichtung (330) zur Erzeugung mindestens einer Anregungsspannung für die Sendeeinrichtung (320, 310) und eine Signalverarbeitungseinrichtung (350) zur Verarbeitung von Induktionsspannungs-Signalen der Empfangseinrichtung (310, 320) umfasst, wobei eine der Sende- oder Empfangseinrichtungen eine Augenspuleneinrichtung (310) mit einer Augenspule (311) aufweist, die mit dem Auge (2) verbunden werden kann und mit diesem beweglich ist, und die andere der Sende- oder Empfangseinrichtungen eine Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) mit mindesten einer Gesichtsfeldspule (321, 322) umfasst, die kleiner als ein Kopf (3) des Probanden (1) und dazu eingerichtet ist, während der Messung ortsfest vor dem Auge (2) an ein Blickfeld des Auges (2) angrenzend angeordnet zu werden. Es wird auch eine Untersuchungseinrichtung beschrieben, die eine Augenmonitoreinrichtung zur induktiven Augen-Orientierungsmessung und einen Kernspintomographen umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Augenmonitoreinrichtung zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge eines Probanden, insbesondere zur Verwendung in Kombination mit einem Kernspintomographen, eine Gesichtsfeldspuleneinrichtung zur Verwendung in einer derartigen Augenmonitoreinrichtung, eine Untersuchungseinrichtung, die eine derartige Augenmonitoreinrichtung und einen Kernspintomographen umfasst, ein Verfahren zur induktiven Orientierungsmessung und ein Verfahren zur kernspintomographischen Untersuchung eines Probanden.

Die Kernspintomographie als Verfahren zur nicht-invasiven Bildgebung ist allgemein bekannt. Sie wird insbesondere in der Medizin, der Biologie, den Materialwissenschaften und auch anderen Gebieten der Technik angewendet. Ein Kernspintomograph umfasst allgemein eine Permanentmagnetfeldeinrichtung zur Spinausrichtung in der zu untersuchenden Probe, eine Gradientenmagnetfeldeinrichtung mit einem Gradientenspulenrohr zur Erzeugung eines durch die Probe verlaufenden Magnetfeldgradienten und eine Hochfrequenzspuleneinrichtung zur resonanten Anregung von Probenbereichen, in denen unter der Wirkung des Magnetfeldgradienten eine Resonanzbedingung erfüllt ist. Zur Bildaufnahme wird der Verlauf des Gradientenmagnetfelds in der Probe mit einer bestimmten Abtastfrequenz variiert. Typische Arbeitsfrequenzen eines Kernspintomographen umfassen die Abtastfrequenz, z. B. 10 kHz und die Hochfrequenz zur Resonanzmessung, z. B. 50 MHz bis 400 MHz. Weitere Frequenzen treten durch Schaltvorgänge in den Versorgungseinrichtungen der Gradientenmagnetfeldeinrichtung auf. Diese Schaltfrequenzen besitzen bauartabhängige Beträge im kHz-Bereich mit Oberwellen bis in den MHz-Bereich.

Die Qualität der kernspintomographischen Bildgebung hängt insbesondere von der Genauigkeit ab, mit der die verschiedenen Magnetfelder im Kernspintomographen eingestellt und variiert werden. Nachteilig für die Bildqualität ist es, wenn innerhalb des Gradientenspulenrohrs magnetisierbare Materialien angeordnet sind, da diese die Magnetfelder verfälschen können. Aus diesem Grund wird bei der Kernspintomographie generell vermieden, magnetisierbare Materialien im Kernspintomographen und insbesondere im Gradientenspulenrohr anzuordnen. Des Weiteren wird bisher vermieden, Kabel im Gradientenspulenrohr zu verlegen, da in diesen Spannungen induziert werden können, die störende Magnetfelder hervorrufen. Schließlich ist insbesondere bei Kernspintomographen zur Messung an Menschen eine Hochfrequenzabschirmung vorgesehen, die in der Regel den gesamten Raum (Magnetraum) umgibt, in dem der Kernspintomograph angeordnet ist. Zur Vermeidung von Störungen muss daher der Magnetraum vollständig von jeglichen Zusatzgeräten freigehalten werden, die elektromagnetische Wechselfelder verursachen.

Eine vielversprechende Anwendung der Kernspintomographie ist die Untersuchung des visuellen Systems des Menschen oder von Tieren. Beispielsweise wird in der Hirnforschung versucht, mittels der Kernspintomographie Hirnaktivitäten zu lokalisieren und zu quantifizieren, die mit visuellen Eindrücken des Probanden in Beziehung gesetzt werden können. Es besteht bei der Untersuchung des visuellen Systems ein Interesse daran, während der kernspintomographischen Untersuchung des Gehirns des Probanden simultan einen optischen Stimulus zu präsentieren.

Problematisch ist bei diesem Verfahren jedoch, dass Zusammenhänge zwischen der Präsentation eines visuellen Stimulus und der ermittelten Schnittbilder des Gehirns reproduzierbar insbesondere nur dann ausgewertet werden könnten, wenn das Auge des Probanden tatsächlich dem Stimulus gefolgt ist und während der Messung auf den Stimulus fixiert war. Es besteht daher der Wunsch, die Augenbewegungen des Probanden während der kernspintomographischen Untersuchung zu erfassen und zu quantifizieren. Eine zuverlässige Messung der Blickrichtung des Probanden im Kernspintomographen ist bisher jedoch nicht verfügbar.

Es sind verschiedene Verfahren zur Beobachtung von Augenbewegungen eines Probanden bekannt. Ein erstes Verfahren ist die induktive Orientierungsmessung, die zuerst von D. A. Robinson in der Publikation "A method of measuring eye movement using a scleral search coil in a magnetic field" ("IEEE Trans. Biomed. Eng." Bd. BME-10, 1963, S. 137 – 145) vorgeschlagen wurde. Die induktive Orientierungsmessung beruht auf der Messung einer Induktionsspannung, die in einer so genannten Augenspule unter der Wirkung eines äußeren, homogenen magnetischen Wechselfeldes induziert wird. Das homogene Wechselfeld wird bisher mit einer Helmholtz-Spulenanordnung erzeugt, die aus mehreren Ringspulen besteht, die allseits des Kopfes des Probanden angeordnet sind und einen Durchmesser von rd. 40 cm besitzen. Die Augenspule, die in eine Kontaktlinse, die der Proband trägt, integriert oder (bei Tierversuchen) in das Auge implantiert ist, besitzt je nach der Orientierung des Auges eine verschiedene Ausrichtung relativ zum äußeren Wechselfeld. Die Amplitude der in der Augenspule induzierten Spannung kann unter Verwendung von Modulationstechniken zur Richtungsauflösung unmittelbar mit der Blickrichtung des Auges in Zusammenhang gebracht werden. Die Messung der Induktionsspannung in der Augenspule erfolgt leitungsgebunden mit einer Anschlussleitung oder berührungslos durch die Verwendung zusätzlicher Induktionsspulen, wie dies z. B. von L. J.

Bour et al. in der Publikation "The double magnetic induction method for measuring eye movement – results in monkey and men ("IEEE Trans. Biomed. Eng.", Bd. BME-31, 1984, S. 419 – 427) beschrieben ist. Eine Kontaktlinse zur Verwendung bei der induktiven Orientierungsmessung wird beispielsweise von H. Collewijn et al. in der Publikation "Precise recording of human eye movements" ("Vision Research", Bd. 15, 1975, S. 447 – 450) beschrieben.

Bisher ist war man in der Fachwelt der Ansicht, dass die Anwendbarkeit der herkömmlichen induktiven Orientierungsmessung auf Untersuchungen in abgeschirmten, geräumigen Klinikbereichen beschränkt ist, da die Helmholtz-Spulenanordnung viel Platz benötigt und wegen der Spulengröße empfindlich gegen elektromagnetische Streufelder ist.

Ein weiteres Verfahren zur Messung von Augenbewegungen ist die Video-Okulographie, bei der mit einer Kamera Videobilder der Augen aufgenommen und zur Erfassung der Blickrichtung mit Bildverarbeitungsverfahren ausgewertet werden. In der Publikation von J. N. Vandergeest et al. "Recording eye movements with video-oculography and scleral search coils: A direct comparison of two methods ("Journal of Neuroscience Methods" Bd. 114, 2002, S. 185 – 195) werden die genannten Verfahren zur Erfassung von Augenbewegungen miteinander verglichen. Ein Nachteil der Video-Okulographie kann darin bestehen, dass die Ortsauflösung und Geschwindigkeit der Bildauswertung beschränkt sind. Die Video-Okulographie könnte im Kernspintomographen nicht durchgeführt werden, da nicht genügend Platz für eine Videokamera mit der erforderlichen Ort- und Zeitauflösung verfügbar wäre und eine derartige Videokamera Materialien enthält und Betriebssignale erzeugt, die die Magnetfelder im Kernspintomographen stark stören würden.

Aus der Praxis sind Geräte bekannt, bei denen das Bild vom Auge über eine Glasfaser oder einen Spiegel zur Videokamera geleitet wird. Derartige Aufbauten sind jedoch sehr teuer. Darüber hinaus besitzen sie die Nachteile einer geringen Winkelauflösung, einer sehr aufwendigen Justierung und einer geringen Signalverarbeitungsgeschwindigkeit, die nicht für schnelle Augenbewegungen geeignet ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Augenmonitoreinrichtungen zur induktiven Orientierungsmessung am Auge bereitzustellen, mit denen die Beschränkungen der herkömmlichen Augenmonitoreinrichtungen überwunden werden und die einen erweiterten Anwendungsbereich besitzen. Die Augenmonitoreinrichtungen sollen insbesondere einen verminderten Platzbedarf und eine geringere Empfindlichkeit gegen Störfelder besitzen. Die Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine verbesserte Gesichtsfeldspuleneinrichtung bereitzustellen, die einen vereinfachten Aufbau einer Augenmonitoreinrichtung zur induktiven Orientierungsmessung ermöglicht. Die Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, eine verbesserte Untersuchungseinrichtung zur Untersuchung des visuellen Systems eines Probanden bereitzustellen, die erweiterte Diagnose- und Auswertungsmöglichkeiten besitzt. Die Aufgabe der Erfindung besteht auch in der Bereitstellung verbesserter Verfahren zur induktiven Orientierungsmessung und zur kernspintomographischen Untersuchung von Probanden.

Diese Aufgaben werden mit Augenmonitoreinrichtungen, Gesichtsfeldspuleneinrichtungen, Untersuchungseinrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 11, 23, 29, 39, 45 und 52 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Vorrichtungsbezogen wird die Aufgabe gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung durch die allgemeine technische Lehre gelöst, bei einer Augenmonitoreinrichtung mit Sende- oder Empfangseinrichtungen zur induktiven Augen-Orientierungsmessung eine der Sende- oder Empfangseinrichtungen mit mindestens einer Augenspule bereitzustellen, die mit dem Auge verbunden werden kann und mit diesem beweglich ist, während die andere der Sende- oder Empfangseinrichtungen mindestens eine Gesichtsfeldspule aufweist, die kleiner als ein Kopf des Probanden und dazu eingerichtet ist, während der Messung ortsfest vor dem Auge an ein Blickfeld des Auges angrenzend angeordnet zu werden.

Mit der Größe der Gesichtsfeldspule wird hier die größte Ausdehnung der Spulenwicklung bezeichnet, also beispielsweise der Durchmesser oder die Länge einer Ring- oder Zylinderspule oder die längere Seite einer Rechteckspule. Die Größe der Gesichtsfeldspule kann so weit vermindert werden, dass sie kleiner als der Kopfdurchmesser des Probanden, also zum Beispiel kleiner als 25 cm, insbesondere so groß wie das Auge des Probanden, also zum Beispiel kleiner als 5 cm, oder sogar kleiner, wie zum Beispiel 3 cm oder darunter bis in den mm-Bereich ist.

Die verminderte Größe der mindestens einen Gesichtsfeldspule besitzt die folgenden besonderen Vorteile. Erstens kann der unerwünschte Einfluss fremder äußerer Magnetfelder vermindert werden, da diese nur vermindert Störspannungen induzieren können. Zweitens besitzt die Augenmonitoreinrichtung einen verminderten Platzbedarf, so dass sie auch unter beengten Verhältnissen, wie zum Beispiel in einem Kernspintomographen betrieben werden kann. Schließlich wird die Gefahr unerwünscht überhöhter Induktionsspannungen vermieden.

Mit dem Augenabstand der Gesichtsfeldspule wird hier der Abstand einer Bezugsebene, die sich senkrecht zur geraden Blickrichtung des Auges erstreckt und für die Position der Gesichtsfeldspule charakteristisch ist, von der Augenspule bezeichnet. Der Augenabstand kann ebenfalls geringer als der Kopfdurchmesser des Probanden, insbesondere kleiner als das Auge des Probanden sein.

Der verminderte Augenabstand der mindestens einen Gesichtsfeldspule besitzt zusätzlich zum verminderten Platzbedarf den besonderen Vorteil, dass die magnetische Kopplung mit der Augenspule verbessert werden kann. Dies ermöglicht, die Gesichtsfeldspuleneinrichtung mit einer verminderten Anregungsspannung zu betreiben, so dass unerwünschte Störungen, die in der Umgebung durch das Wechselfeld der mindestens einen Gesichtsfeldspule entstehen können, vermindert werden.

Bei der erfindungsgemäßen Augenmonitoreinrichtung kann die mindestens eine Gesichtsfeldspule der Gesichtsfeldspuleneinrichtung an ein Blickfeld oder Blickwinkelbereich des Auges angrenzend angeordnet werden. Das Blickfeld bezeichnet hier den Raumwinkelbereich, der vom Auge während der induktiven Orientierungsmessung betrachtet werden kann.

Mit der mindestens einen Gesichtsfeldspule kann ein inhomogenes Magnetfeld erzeugt werden. Abweichend von der herkömmlichen Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes besitzt die erfindungsgemäß verwendete Gesichtsfeldspule mit einem inhomogenen Magnetfeld den Vorteil, dass die Gesichtsfeldspule mit der verringerten Größe und dem verringerten Abstand vom Auge mit der Augenspule angeordnet werden kann, ohne dass damit eine Einschränkung bei der Verarbeitung und Auswertung der Induktionsspannung der Augenspule verbunden ist.

Bisher war man der Ansicht, dass ein homogenes Anregungsmagnetfeld auch aus dem Grund zwingend erforderlich ist, um die Messung unabhängig von eventuellen Kopfbewegungen des Probanden durchführen zu können. Dieses Problem besteht aber bei den hier vorgeschlagenen neuen Anwendungen der Orientierungsmessung nicht, falls beispielsweise der Proband bei der Messung liegt oder falls gemäß einer Variante der Erfindung die Augenmonitoreinrichtung oder eine Untersuchungseinrichtung (siehe unten) mit einer Fixiereinrichtung zur Fixierung des Kopfes des Probanden ausgestattet ist.

Des Weiteren können vorteilhafterweise ggf. durch die Inhomogenität des Magnetfeldes eingeführte Nichtlinearitäten in der Abhängigkeit des Induktionssignals der Empfangseinrichtung von der Blickrichtung des Auges nach Kalibrierungsmessungen kompensiert werden. Die Kalibrierungsmessungen umfassen bei einer Vorabmessung die Aufnahme von Korrelationen zwischen Induktionssignalen und vorgegebenen Blickrichtungen und die Ermittlung eines zweidimensionalen Ausgleichsmodells als Kalibrierung für die gewünschten Orientierungsmessungen.

In der folgenden Beschreibung wird mit "Gesichtsfeldspuleneinrichtung" in den meisten Fällen eine Anordnung von mindestens einer externen Gesichtsfeldspule mit Abstand vom Auge bezeichnet, die eine Sendespule bildet, während sich der Begriff "Augenspuleneinrichtung" auf eine Empfängerspule in Form einer Augenspule am oder im Auge bezieht. Die Erfindung ist alternativ so umsetzbar, dass die Funktionen der Gesichtsfeldspule und der Augenspule ausgetauscht sind, also die Augenspule eine Sendespule bildet, während die Gesichtsfeldspule eine Empfängerspule ist.

Für zahlreiche Anwendungen der Erfindung, bei denen lediglich eine Überwachung der Konstanz der Blickrichtung gewünscht wird, genügt die Verwendung einer einzelnen Gesichtsfeldspule. Dies kann Vorteile für die Kompaktheit der Augenmonitoreinrichtung besitzen. Der Abstand zwischen der Gesichtsfeldspuleneinrichtung und der Augenspule kann insbesondere in diesem Fall besonders klein gewählt werden (z. B. sub-cm-Bereich). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Augenmonitoreinrichtung mindestens zwei Gesichtsfeldspulen aufweist, die im Raum verschieden (zum Beispiel horizontal und vertikal) orientierte Magnetfelder erzeugen. In diesem Fall können sich Vorteile für die Detektion der Blickrichtung des Auges, insbesondere der vertikalen und horizontalen Ablenkung vom gerade gerichteten Blick ergeben.

Wenn die erfindungsgemäße Augenmonitoreinrichtung mindestens zwei Gesichtsfeldspulen aufweist, die die gleiche Orientierung im Raum besitzen und zueinander entgegengesetzte Magnetfelder erzeugen, können sich die folgenden Vorteile bei der Messung und Auswertung der Induktionsspannung der Augenspule ergeben. Erstens kompensieren sich bei axialsymmetrischer Anordnung der Spulenkörper relativ zur geraden Blickrichtung des Auges die induzierten Spannungen in der Augenspule, wenn diese senkrecht zur Blickrichtung ausgerichtet ist. Es werden Spannungen induziert, die sich jedoch gegenseitig aufheben. Wenn sich die Blickrichtung ändert, verändert sich die Gesamtspannung in Abhängigkeit vom Blickwinkel. Diese Abhängigkeit entspricht einer Sinuskurve. Die gerade Blickrichtung entspricht dem Nulldurchgang der Sinuskurve. Somit ergeben sich bei Änderung der Blickrichtung starke Änderungen der Induktionsspannungen und (bei kleinen Blickwinkeln) eine nahezu linearer Zusammenhang zwischen der Induktionsspannung und dem Blickwinkel. Zweitens liefert die gegensinnige Wicklung vorteilhafterweise eine symmetrische Ausrichtung ohne eine bevorzugte Feldrichtung relativ zur Augenspule, wodurch die Linearität der erfindungsgemäß verwendeten induktiven Orientierungsmessung verbessert wird.

Gesichtsfeldspulen zur Erzeugung der genannten entgegen gesetzten Magnetfelder besitzen vorzugsweise gleiche Windungszahlen und gegensinnige Wicklungsrichtungen, so dass sie mit den gleichen Anregungsspannungen angeregt werden können. Alternativ könnten beiden Spulen mit gleichem Wicklungssinn gewickelt und für jede Spule ein eigener Generator vorgesehen sein. In diesem Fall kann sich der Vorteil ergeben, dass Nichtlinearitäten oder Fehljustierungen durch eine einstellbare unterschiedliche Amplitude der einzelnen Anregungsspannungen ausgeglichen werden können.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Gesichtsfeldspuleneinrichtung vier Gesichtsfeldspulen mit zwei gegensinnig gewickelten Horizontalspulen und zwei gegensinnig gewickelten Vertikalspulen umfasst, da bei axialsymmetrischer Anordnung der Gesichtsfeldspuleneinrichtung relativ zur geraden Blickrichtung die genannten Vorteile der Trennung der verschiedenen Raumrichtungen und der linearen Abhängigkeit der Induktionsspannung besonders ausgeprägt sind. Weitere Vorteile für die Kompaktheit der Gesichtsfeldspuleneinrichtung können sich ergeben, wenn gemäß einer weiteren Modifikation die Gesichtsfeldspulen senkrecht zur geraden Blickrichtung in einer Ebene an ein rechteckiges Fenster angrenzend angeordnet sind, das das Blickfeld des Auges umgibt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Augenmonitoreinrichtung mit einer optischen Stimulatoreinrichtung verbunden ist, die bei der erfindungsgemäßen Orientierungsmessung zur Präsentation eines optischen Stimulus verwendet wird. Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Gesichtsfeldspule auf einem Teil der optischen Stimulatoreinrichtung angeordnet. Die Stimulatoreinrichtung, wie zum Beispiel ein Gehäuseteil oder ein Projektorteil von dieser, bildet einen Träger der Gesichtsfeldspuleneinrichtung. Diese Variante kann weitere Vorteile für den kompakten Aufbau der Augenmonitoreinrichtung besitzen.

Allgemein kann die Stimulatoreinrichtung durch einen Bildgenerator gebildet werden, der beispielsweise eine feste Bilddarstellung, eine Mattscheibe mit einer Punkt- oder Bildprojektion, eine Spiegelanordnung oder eine Lichtleiteranordnung umfasst. Das im Betriebszustand zum Auge weisende Teil des Bildgenerators kann vorteilhafterweise als Spulenträger der Gesichtsfeldspule verwendet werden. Wenn die optische Stimulatoreinrichtung durch ein Videoprojektionssystem gebildet wird, kann dessen Projektor als Spulenträger verwendet werden, so dass vorteilhafterweise die mindestens eine Gesichtsfeldspule besonders dicht an das Blickfeld des Auges angrenzend angeordnet werden kann.

Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung kann die Augenspule der Augenmonitoreinrichtung induktiv mit der jeweiligen Sende- oder Empfangseinrichtung verbunden sein, zum Beispiel wie dies von L. J. Bour et al. (siehe oben) beschrieben wurde. In diesem Fall ist die Augenspule eine kurzgeschlossene Spule mit zum Beispiel einer Wicklung. Vorteilhafterweise werden bei dieser Variante zusätzliche Anschlussleitungen vermieden.

Vorrichtungsbezogen wird die Aufgabe gemäß einem zweiten, unabhängigen Gesichtspunkt der Erfindung durch die allgemeine technische Lehre gelöst, eine Augenmonitoreinrichtung zur induktiven Augen-Orientierungsmessung mit einer Generatoreinrichtung zur Erzeugung mindestens einer Anregungsspannung für eine Sendeeinrichtung auszustatten, wobei mit der Generatoreinrichtung jede Anregungsspannung so generierbar ist, dass sie keinen Frequenzanteil enthält, der gleich einer Arbeitsfrequenz eines Kernspintomographen ist. Diese erfindungsgemäße Gestaltung kann allgemein mit verschiedenen Typen von Sendeeinrichtungen (Gesichtsfeldspulen oder Augenspule) realisiert sein, also zum Beispiel mit Helmholtz-Spulen (falls die Anwendung genügend Platz für deren Aufstellung bietet), mit der o. g. mindestens einen Gesichtsfeldspule oder mit einer einzelnen Augenspule. Die erfindungsgemäß verwendete Generatoreinrichtung besitzt den Vorteil, dass eine gegenseitige Störung der Bildaufnahme des Kernspintomographen und des Betriebes der Gesichtsfeldspule der Augenmonitoreinrichtung vermieden wird.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen erzeugt die Generatoreinrichtung mindestens eine Anregungsspannung, deren Frequenzanteil von wenigstens einer der folgenden Frequenzen abweicht. Wenn sich die Anregungsfrequenz von Abtastfrequenzen eines Gradientengenerators des Kernspintomographen unterscheidet, wird eine Störung der Schichtzuordnung bei der Schnittbilderzeugung des Kernspintomographen und umgekehrt bei der Anregung der Augenspule der Augenmonitoreinrichtung vermieden. Wenn sich die Anregungsfrequenz von Kernresonanz-Anregungsfrequenzen des Kernspintomographen unterscheidet, wird die Einstellung der Resonanzbedingung und ebenfalls der Betrieb der Augenspule nicht gestört. Wenn schließlich beim Betrieb des Kernspintomographen Schaltfrequenzen, zum Beispiel infolge von Schaltvorgängen zur Leistungsoptimierung des Gradientengenerators auftreten, kann eine störende Überlagerung auch mit diesen Schaltfrequenzen oder deren höheren Harmonischen vermieden werden.

Bevorzugt ist es, wenn die Generatoreinrichtung Anregungsfrequenzen im Frequenzintervall zwischen der Abtastfrequenz des Gradientengenerators und der Kernresonanz-Anregungsfrequenz erzeugt. In diesem Fall kann ein störsicherer Abstand von beiden Betriebsfrequenzen des Tomographen gehalten werden. Besonders bevorzugt werden Anregungsfrequenzen im Frequenzbereich von 100 kHz bis 10 MHz gewählt. Dieser Frequenzbereich besitzt einen großen Abstand (rd. Faktor 10) von typischen Abtastfrequenzen des Gradientengenerators (z. B. 10 kHz), so dass sich die folgenden Vorteile ergeben. Erstens können die Anregungsfrequenzen die Bildgebung praktisch nicht stören. Zweitens kann das Band der Abtastfrequenzen aus dem Signal der Augenspule besonders leicht herausgefiltert werden. Die entsprechenden Vorteile ergeben sich wegen des großen Abstandes zu der Kernresonanz-Anregungs-frequenz (zum Beispiel 300 MHz bei einem 7T-Tomographen).

Wenn die Augenmonitoreinrichtung als Sendeeinrichtung mindestens zwei Gesichtsfeldspulen aufweist, die im Raum verschieden orientierte Magnetfelder erzeugen, enthält die Generatoreinrichtung vorzugsweise zwei getrennte Schaltungsteile zur Erzeugung von Anregungsspannungen für die verschieden orientierten Gesichtsfeldspulen. Die Schaltungsteile umfassen zum Beispiel einen Horizontalzweig und einen Vertikalzweig für horizontal und vertikal ausgerichtete Spulen. Vorteilhafterweise können die Zweige aus gleichen Schaltungskomponenten aufgebaut sein.

Gemäß einer bevorzugten Umsetzung der Erfindung umfassen die Schaltungskomponenten in jedem Zweig jeweils einen Taktgenerator, eine Teiler- und Phasenschieberschaltung und eine Pulsformerschaltung. Mit diesen Komponenten können die Anregungsspannungen vorteilhafterweise in Bezug auf alle interes sierenden Verlaufsparameter Frequenz, Phase und Amplitude mit hoher Genauigkeit frei eingestellt werden.

Wenn jeder der Schaltungsteile (zum Beispiel Horizontal- und Vertikalzweige) zur Erzeugung von Referenzsignalen eingerichtet ist, können sich Vorteile für die Verarbeitung der Induktionsspannungen der Augenspule ergeben.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung besitzen die Anregungsfrequenzen für die verschieden orientierten Gesichtsfeldspulen einen Frequenzunterschied, der wesentlich kleiner als die Anregungsfrequenzen selbst ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Merkmal, dass in einer Signalverarbeitungseinrichtung zur Auswertung des Spannungssignals der Augenspule ein gemeinsamer Bandpassfilter vorgesehen ist, mit dem die entsprechend den verschiedenen Orientierungen induzierten Spannungen simultan gefiltert werden können. Besonders bevorzugt wird der Frequenzunterschied im Bereich von 10 kHz bis 200 Hz gewählt.

Alternativ kann der Frequenzunterschied zwischen den Anregungsfrequenzen der verschieden orientierten Gesichtsfeldspulen größer gewählt sein (z. B. 500 kHz), was Vorteile für ein geringeres Übersprechen der verschiedenen orientierten Signalanteile und damit für ein vermindertes Rauschen haben kann.

Wenn in der Augenmonitoreinrichtung als Sendeeinrichtung die Augenspule verwendet wird, enthält die Generatoreinrichtung vorzugsweise einen Taktgenerator, eine Teiler- und Phasenschieberschaltung und eine Pulsformerschaltung zur Erzeugung von einer Anregungsspannung für die Augenspule. Vorteilhafterweise wird in diesem Fall der Schaltungsaufbau vereinfacht.

Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann der Taktgenerator eine Stelleinrichtung zur Veränderung der Taktfrequenz und/oder einen Wobbelgenerator enthalten. Die Stelleinrichtung kann von Vorteil sein, um gegebenenfalls einer bestimmten Störfrequenz des Gradientengenerators des Kernspintomographen auszuweichen. Vorteilhafterweise ermöglicht der Wobbelgenerator, dass vom Taktgenerator eine im Zeitverlauf ansteigende und abfallende Frequenz geliefert wird. Wenn diese Frequenzvariation derart erfolgt, dass der Wobbeltakt (z. B. 500 Hz) wesentlich niederfrequenter als die Taktfrequenz ist, können vorteilhafterweise unerwünschte Störungen, z. B. durch den Gradientengenerator im zeitlichen Mittel kompensiert werden, ohne dass eine Verstellung des Taktgenerators erforderlich ist. Vorteilhafterweise wird auch das Referenzsignal in jedem Zweig automatisch simultan gewobbelt.

Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist die Generatoreinrichtung ausgangsseitig mit einem Frequenzfilter ausgestattet, der so abgestimmt ist, dass hochfrequente Signalkomponenten aus Betriebsfrequenzen des Kernspintomographen nicht in die Generatoreinrichtung übertragen werden. Vorteilhafterweise kann damit eine Einkopplung von Störsignalen entgegengesetzt zur Signalformungsrichtung in der Generatoreinrichtung vermieden werden.

Vorrichtungsbezogen wird die oben genannte Aufgabe gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung durch die allgemeine technische Lehre gelöst, eine Augenmonitoreinrichtung zur induktiven Augen-Orientierungsmessung mit einer Signalverarbeitungseinrichtung auszustatten, die dazu eingerichtet ist, aus Induktionsspannungs-Signalen von der Empfangseinrichtung Frequenzanteile zu verarbeiten, die der mindestens einen Anregungsfrequenz der Sendeeinrichtung entsprechen und andere Frequenzanteile zu blockieren, die Arbeitsfrequenzen eines Kernspintomographen oder deren höheren Harmonischen entsprechen. Auch diese erfindungsgemäße Gestaltung kann allgemein mit verschiedenen Typen von Gesichtsfeldspulen vorgesehen sein, also zum Beispiel mit Helmholtz-Spulen (falls genügend Platz vorhanden ist), mit der mindestens einen Gesichtsfeldspule oder der Augenspule.

Die erfindungsgemäß verwendete Signalverarbeitungseinrichtung besitzt den Vorteil, dass eine Störung der Verarbeitung der Spannungssignale der Empfangseinrichtung (Augenspule oder Gesichtsfeldspule(n)) durch den Betrieb des Kernspintomographen vermieden wird. Dieser Vorteil ist besonders ausgeprägt, wenn die Signalverarbeitungseinrichtung in Kombination mit der oben genannten Generatoreinrichtung vorgesehen ist, allein ist ihr Einsatz mit einer herkömmlichen Schaltung zur Anregung der Empfangseinrichtung jedoch auch möglich.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unterdrückt die Signalverarbeitungseinrichtung mindestens einen Frequenzanteil, der wenigstens einer der folgenden Frequenzen oder deren höheren Harmonischen entspricht: Abtastfrequenzen des Gradientengenerators, Kernresonanz-Anregungsfrequenzen und Schaltfrequenzen des Kernspintomographen. In jedem Falle können vorteilhafterweise fehlerhafte Bewertungen der Augenspulen-Signale vermieden werden.

Wenn die Signalverarbeitungseinrichtung eingangsseitig mit einem Frequenzfilter ausgestattet ist, der so abgestimmt ist, dass hochfrequente Signalkomponenten aus Betriebsfrequenzen des Kernspintomographen nicht in die Generatoreinrichtung übertragen werden, kann die eine Einkopplung von Störsignalen vorteilhafterweise schon am Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung vermieden werden.

Wenn die Augenmonitoreinrichtung als Sendeeinrichtung mindestens zwei Gesichtsfeldspulen, die im Raum verschieden orientierte Magnetfelder erzeugen, und als Empfangseinrichtung die Augenspule aufweist, enthält die Signalverarbeitungseinrichtung vorzugsweise eine Trennstufe, die zur Trennung des Spannungssignals der Augenspule in verschiedene Richtungsanteile eingerichtet ist. Wenn bei einer konkreten Anwendung der Erfindung kein Interesse an der Richtungsauflösung besteht, kann zur vorteilhaften Vereinfachung der Schaltung auf die Trennstufe verzichtet werden. In diesem Fall kann durch eine einfache Messung der Amplitude des Spannungssignals festgestellt werden, ob sich die Blickrichtung des Probanden geändert hat oder nicht, wobei ggf. sogar auf das Referenzsignal verzichtet werden kann.

Wenn die Augenmonitoreinrichtung als Sendeeinrichtung die Augenspule und als Empfangseinrichtung mindestens zwei Gesichtsfeldspulen aufweist, die im Raum verschieden orientierte Magnetfelder erzeugen, enthält die Signalverarbeitungseinrichtung vorzugsweise eine Trennstufe zur getrennten Verarbeitung von Spannungssignalen der Gesichtsfeldspulen. Vorteilhafterweise kann auch in diesem Fall der Schaltungsaufbau vereinfacht werden.

Die genannten Trennstufen können allgemein durch an sich bekannte Filterschaltungen zur Trennung von Frequenzanteilen aus einem gemischten Signal gebildet werden. Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist jedoch ein ebenfalls an sich bekannter Synchrongleichrichter mit Analog-Multiplizierern vorgesehen, die zur Multiplikation des Spannungssignals der Augenspule mit den Referenzsignalen der Anregungssignale mit verschiedenen, orientierungsbezogenen Frequenzen eingerichtet sind. Bei Verwendung des Synchrongleichrichters wird die Trennstufe vorteilhafterweise vereinfacht.

Ein genereller Vorteil der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungs- und Generatoreinrichtungen besteht darin, dass sie aus kostengünstigen elektronischen Standardbauteilen aufgebaut sein können, die lediglich in üblicher Weise mit Blick auf eine geringe Temperaturdrift und eine hohe Verstärkungsstabilität ausgewählt sind.

Vorrichtungsbezogen wird die Aufgabe gemäß einem weiteren, unabhängigen Gesichtspunkt der Erfindung durch die allgemeine technische Lehre gelöst, eine Gesichtsfeldspuleneinrichtung für eine Augenmonitoreinrichtung zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge eines Probanden bereitzustellen, die einen Spulenträger aufweist, auf dem mindestens eine Gesichtsfeldspule an einem Rand einer Durchblicköffnung im Spulenträger angeordnet ist. Vorteilhafterweise bildet die Durchblicköffnung ein Fenster durch das der Proband auf eine Szene, zum Beispiel einen optischen Stimulus blicken kann.

Besondere Vorteile der erfindungsgemäßen Gesichtsfeldspuleneinrichtung können sich ergeben, wenn diese mit den oben genannten Merkmalen der Augenmonitoreinrichtung gemäß der Erfindung gebildet ist. Eine vorteilhafte Abwandlung zeichnet sich dadurch aus, dass der Spulenträger der Gesichtsfeldspuleneinrichtung auf ein Gehäuse- oder Projektorteil einer optischen Stimulatoreinrichtung positionierbar, zum Beispiel aufsteckbar ist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gesichtsfeldspuleneinrichtung ist auf dem Spulenträger eine Adaptionsschaltung mit mindestens einem Serienschwingkreis angeordnet, an den die mindestens eine Gesichtsfeldspule angeschlossen ist. Die Adaptionsschaltung besitzt den besonderen Vorteil, dass die Anregung der Gesichts feldspule exakt mit der von der Generatoreinrichtung vorgegebenen Amplitude erfolgt. Des Weiteren wird die Gesichtsfeldspule in Resonanz mit Kapazitäten in der Adaptionsschaltung betrieben, so dass sich vorteilhafterweise die Sendeleistung der mindestens einen Gesichtsfeldspule erhöht.

Ein genereller Vorteil der erfindungsgemäßen Gesichtsfeldspuleneinrichtung, auch bei der Zusammenwirkung mit den übrigen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass an die Präzision der Gesichtsfeldspulen keine besonderen Anforderungen gestellt werden müssen. Die Gesichtsfeldspulen sind kostengünstig verfügbare Bauteile.

Einen unabhängigen Gegenstand der Erfindung stellt die Verwendung einer Rechteckspule als Gesichtsfeldspule einer Augenmonitoreinrichtung zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge dar. Mit der Rechteckspule können vorteilhafterweise zeitlich veränderliche, inhomogene Magnetfelder zur Anregung einer Augenspule erzeugt werden.

Vorrichtungsbezogen wird die oben genannte Aufgabe gemäß einem fünften Gesichtspunkt der Erfindung durch die allgemeine technische Lehre gelöst, eine Untersuchungseinrichtung zur Untersuchung eines Probanden bereitzustellen, die durch die Kombination eines Kernspintomographen zur kernspintomographischen Bildgebung an einem Probanden und einer Augenmonitoreinrichtung gebildet wird. Die erfindungsgemäße Untersuchungseinrichtung besitzt den Vorteil, dass simultan zur kernspintomographischen Messung, insbesondere Bildgebung am Probanden die induktive Orientierungsmessung durchgeführt werden kann.

Bisher war die Fachwelt der Ansicht, dass in einem Kernspintomographen keine zusätzlichen Messungen insbesondere unter Verwendung alternierender elektrischer und magnetischer Felder möglich sind. Ein Problem würde insbesondere die gegenseitige Beeinflussung der Magnetfelder des Kernspintomographen einerseits und der Spulenanordnung zur induktiven Orientierungsmessung andererseits verursachen. Hierzu im Gegensatz wird mit der Erfindung erstmalig eine genaue und reproduzierbare Messung von Körpereigenschaften, wie zum Beispiel von Stoffwechselmerkmalen oder Aktivitäten von Nervenzellen im untersuchten Körperteil des Probanden mit dem Tomographen in unmittelbarer Beziehung zum aktuellen Zustand des visuellen Systems des Probanden vorgeschlagen.

Die Umsetzung der Erfindung ist nicht auf die Messung an bestimmten Körperteilen beschränkt. Besonders vorteilhaft für die Untersuchung des visuellen Systems des Probanden sind jedoch Messungen am Gehirn des Probanden. In diesem Fall kann vorteilhafterweise eine Gesichtsfeldspuleneinrichtung der Augenmonitoreinrichtung gemeinsam mit dem Kopf des Probanden in einem Gradientenspulenrohr des Kernspintomographen in Blickrichtung vor dem Auge angeordnet sein. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn mindestens eine Gesichtsfeldspule mit einem Abstand von der Hochfrequenz-Spule des Kernspintomographen angeordnet ist. In diesem Fall ist die gegenseitige magnetische Kopplung besonders gering, gegenseitige Störungen werden vermindert.

Wenn gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung elektrische Verbindungsleitungen, die durch Magnetfelder geführt sind, die beim Betrieb des Kernspintomographen erzeugt werden, schleifenfrei angeordnet sind oder Koaxialkabel umfassen, können sich weitere Vorteile für eine Verminderung unerwünschter Induktionsspannungen in den Teilen der Augenmonitoreinrichtung ergeben. Die schleifenfreie Ausrichtung der Verbindungsleitungen bedeutet, dass im Gesamtverlauf der je weiligen Verbindungsleitung durch die Magnetfelder keine große Induktionsschleife mit einer wirksamen Induktionsspannung gebildet wird. Hierzu werden jeweils zwei Verbindungsleitungen, die zu einer gemeinsamen Schaltungskomponente führen, miteinander verdrillt angeordnet. Die Verdrillung besitzt den Vorteil, dass große Induktionsströme vermieden werden, die sonst selbst störende Felder und eine Erwärmung verursachen könnten.

Der Erfinder hat festgestellt, dass die Spannungssignale der Empfangseinrichtung (Augenspule oder Gesichtsfeldspuele(n)) ohne eine Zwischenverstärkung über eine relativ große Leitungslänge an die Signalverarbeitungseinrichtung übertragen werden können. Die Generator- und die Signalverarbeitungseinrichtungen können mit einem Abstand vom Kernspintomographen, der mindestens 1 m, vorzugsweise jedoch 10 bis 20 m beträgt, und insbesondere in einem separaten Raum angeordnet sein. Daraus ergibt sich ein wesentlicher Vorteil für die Bedienung der erfindungsgemäßen Untersuchungseinrichtung. Während kernspintomographische Messungen komplett automatisch durchgeführt werden können, wird für die induktive Orientierungsmessung ein Operator benötigt, der ggf. Anweisungen an den Probanden gibt oder Einstellungen der Augenmonitoreinrichtung verändert. Der Operator soll möglichst geschützt mit einem großen Abstand vom Kernspintomographen arbeiten können.

Vorteilhafterweise ist die Anwendung der Erfindung nicht auf einen bestimmten Typen oder eine bestimmte Bauform von Kernspintomographen beschränkt. Es ist jedoch von Vorteil für die Anpassung an verschiedene Probanden, wenn ein Probandenträger vorgesehen ist, der eine ortsfeste Positionierung des Kopfes des Probanden gewährleistet. Für Untersuchungen an Menschen ist der Probandenträger vorzugsweise eine Horizontalliege, auf der der Kopf ortsfest aufgelegt werden kann.

Für Tierversuche, zum Beispiel an Affen ist vorzugsweise einen Probandensitz vorgesehen, der mit einer Fixiereinrichtung für den Tierkopf ausgestattet ist. Die Verwendung eines Stuhles oder Probandensitzes kann auch Vorteile für eine physiologische Sitzhaltung des Tieres haben.

Ein weiterer wichtiger Vorteil speziell für die Messung am Menschen ist, dass sich keine aktive elektronische Schaltung im Magnetraum befinden muss. Dadurch vermindert sich die Gefahr, dass Störungen, die die Schaltung abstrahlt, die HF-Spule des Tomographen stört. Des Weiteren vermeidet man magnetische Komponenten im Magnetraum, da diese vom Tomographen angezogen werden können und den Probanden verletzen können.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Untersuchungseinrichtung einen Kernspintomographen und die erfindungsgemäße Augenmonitoreinrichtung mit den hier beschriebenen, vorteilhaften Maßnahmen zur gegenseitigen Entstörung von Tomographen- und Monitorbetrieb.

Verfahrensbezogen wird die oben genannte Aufgabe gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung durch die allgemeine technische Lehre gelöst, ein Verfahren zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge eines Probanden mit der erfindungsgemäßen Augenmonitoreinrichtung derart durchzuführen, dass die komplett neben dem Kopf und vor dem Auge positionierte Gesichtsfeldspuleneinrichtung mit der Generatoreinrichtung angeregt und eine orientierungsabhängige Induktionsspannung in der Augenspule induziert werden, oder dass umgekehrt die Augenspule mit der Generatoreinrichtung angeregt und eine orientierungsabhängige Induktionsspannung in der komplett neben dem Kopf und vor dem Auge positionierten Gesichtsfeldspuleneinrichtung induziert wird, wobei die Induk tionsspannung mit der Signalverarbeitungseinrichtung zur Ermittlung einer Orientierungsinformation ausgewertet wird.

Die Orientierungsinformation kann gemäß einer ersten Variante der Erfindung die Feststellung repräsentieren, ob und ggf. wie lange die Blickrichtung des Probanden unverändert geblieben ist. Gemäß einer weiteren Variante kann die Orientierungsinformation die Feststellung repräsentieren, in welche Richtung sich das Auge während der induktiven Orientierungsmessung bewegt hat.

Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Verfahren mit herkömmlichen induktiven Orientierungsmessungen am Auge kompatibel, so dass während der Orientierungsmessung auch die Erzeugung eines visuellen Stimulus im Blickfeld vor dem Auge vorgesehen sein kann.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich zur Orientierungsmessung eine bildgebende Messung am Probanden vorgesehen, bei der mindestens ein Körperteil, vorzugsweise der Kopf des Probanden in einem Kernspintomographen angeordnet ist. Erfindungsgemäß erfolgt die Orientierungsmessung vorzugsweise wenigstens während der Messung im Tomographen. Je nach der Anwendung kann auch eine Orientierungsmessung vor und/oder nach der Tomographie vorgesehen sein.

Ein kernspintomographisches Messverfahren, insbesondere zur bildgebenden Untersuchung eines Probanden in Kombination mit der induktiven Orientierungsmessung an mindestens einem Auge des Probanden stellt einen unabhängigen, allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung dar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden aus der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
1 und 2: schematische Übersichtsdarstellungen verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Untersuchungseinrichtungen für die Kernspintomographie,
3: eine schematische Darstellung der gegenseitigen Ausrichtung der Augenspuleneinrichtung und der Gesichtsfeldspuleneinrichtung einer erfindungsgemäßen Augenmonitoreinrichtung,
4: eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäß verwendete Gesichtsfeldspuleneinrichtung,
5: eine Blockdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Augenmonitoreinrichtung,
6: Kurvendarstellungen zur Illustration einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennung von Horizontal- und Vertikalsignalen der Augenspuleneinrichtung, und
7: ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Augenmonitoreinrichtung.
Die 1 und 2 zeigen Komponenten einer erfindungsgemäßen Untersuchungseinrichtung 100 für die Kernspintomographie unter beispielhaftem Bezug auf zwei Ausführungsformen, die einerseits bevorzugt für die Messung an menschlichen Probanden (1) und andererseits an tierischen Probanden (2) eingerichtet sind. Es wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung nicht auf die schematisch illustrierten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern allgemein auch mit allen anderen bekannten Bauformen und Anwendungen von Kernspintomographen möglich ist. Obwohl die Erfindung bei passender Dimensionierung des Kernspintomographen auch mit einer Helmholtzspulen-Anordnung realisiert werden kann, die den Vorteil einer erhöhten Homogenität des Feldes am Ort der Augenspule besitzt, wird die im folgenden beispielhaft erläuterte Gesichtsfeldspuleneinrichtung vor dem Auge bevorzugt. Die Sende- und Empfangsfunktionen der Gesichtsfeldspuleneinrichtung und der Augenspuleneinrichtung können ausgetauscht sein, wie in den 3, 4 und 5 einerseits und in 7 andererseits dargestellt ist.
Gemäß 1 umfasst die Untersuchungseinrichtung 100 den Kernspintomographen 200, die Augenmonitoreinrichtung 300 und eine Hauptsteuereinrichtung 400, die im Folgenden mit weiteren Einzelheiten beschrieben werden.
Der Kernspintomograph 200 umfasst eine Permanentmagnetfeldeinrichtung 210, eine Gradientenmagnetfeldeinrichtung 220, eine Hochfrequenzspuleneinrichtung 230, einen Probandenträger 240 und eine Tomographen-Steuereinrichtung 250. Diese Komponenten werden beispielsweise bei einem 7T-NMR-Scanner (Hersteller: Brucker) realisiert.
Die Permanentmagnetfeldeinrichtung 210 ist in an sich bekannter Weise aufgebaut. Sie enthält insbesondere ein Quelle für ein permanentes Magnetfeld, wie z. B. supraleitende Spulen, und ggf. feldformende Einrichtungen. Die Gradientenmagnet feldeinrichtung 220 umfasst ein Gradientenspulenrohr 221 und einen Gradientengenerator (oder: Gradientenverstärker) 222, der mit der Tomographen-Steuereinrichtung 250 verbunden ist und der Anregung der Gradientenspulen im Gradientenspulenrohr 221 dient. Das Gradientenspulenrohr 221 ist in an sich bekannter Weise aufgebaut. Es enthält Spulenteile, die in glasfaserverstärkten Kunststoff eingegossen sind, und besitzt beispielsweise einen Innendurchmesser von 60 cm.
Die Hochfrequenzspuleneinrichtung 230 ist ebenfalls in an sich bekannter Weise aufgebaut. Sie umfasst eine Hochfrequenzspule 231, die ebenfalls mit der Tomographen-Steuereinrichtung 250 verbunden ist. Die Hochfrequenzspule 231 ist eine Spule geringen Durchmessers (z. B. wenige cm), die innerhalb des Gradientenspulenrohrs 221 beweglich ist, oder eine Spule größeren Durchmessers (z. B. einige dm), die an der Innenwand des Gradientenspulenrohr 221 befestigt ist. Beim genannten 7T-NMR-Scanner wird die Spule 231 mit einer Anregungsfrequenz von 300 MHz betrieben. Bei einem 1.5T-NMR-Scanner kann eine Anregungsfrequenz von 60 MHz vorgesehen sein.
Der Probandenträger 240 umfasst insbesondere für die Untersuchung von menschlichen Probanden 1 eine Horizontalliege 241 (1). Für die Untersuchung von tierischen Probanden 1, insbesondere von Affen wird die Verwendung eines Probandensitzes 242 zum Beispiel aus glasfaserverstärktem Kunststoff, ggf. mit einer Fixiereinrichtung 244 für den Kopf bevorzugt (2). Der Probandensitz 242 ist mit einer Stelleinrichtung 243 vertikal in den rohrförmigen Aufbau aus Permanentmagnetfeld- und Gradientenmagnetfeldeinrichtungen verfahrbar (2).
Die Augenmonitoreinrichtung 300 umfasst die Augenspuleneinrichtung 310, die Gesichtsfeldspuleneinrichtung 320, die Generatoreinrichtung 330, die Signalverarbeitungseinrichtung 350 und die optische Stimulatoreinrichtung 370. Das Bezugszeichen 315 bezieht sich auf einen Transformator, der aus Sicherheitsgründen zur Vermeidung von Induktionsspannungen in der Augenspuleneinrichtung 310 vorgesehen ist. Weitere Einzelheiten der genannten Komponenten werden unten unter Bezug auf die 3 bis 7 erläutert.
Die Hauptsteuereinrichtung 400 stellt eine Schnittstelle zur Bedienung der Untersuchungseinrichtung 100 durch einen Operator dar und dient insbesondere der Eingabe und Anzeige von Betriebsparametern und Messergebnissen. Die Hauptsteuereinrichtung 400 umfasst bspw. einen oder mehrere Rechner.
Gemäß 3 umfasst die Augenspuleneinrichtung 310 (zum Beispiel als Empfangseinrichtung) die Augenspule 311, eine Anschlussleitung 312 und eine Anschlussplatte 313. Das illustrierte Beispiel bezieht sich auf die Untersuchung an einem Affen 1 (Makake), in dessen einem Auge 2 die Augenspule 311 in an sich bekannter Weise implantiert ist. Die Anschlussleitung 312 führt subkutan zur Anschlussplatte 313, die am Kopf 3 des Probanden-Affen 1 angebracht ist, und von dieser über ein Koaxialkabel 314 zur Signalauswertungseinrichtung 350 (siehe 1, 2, 5). Entlang der Länge des Koaxialkabels 314, vorzugsweise an einer Anschlussplatte außerhalb des Permanentmagneten des Tomographen ist ein Transformator 315 vorgesehen. Mit dem Transformator 315 ist vorteilhafterweise eine galvanische Unterbrechung des Koaxialkabels 314 und damit eine Sicherheit gegen unbeabsichtigte Induktionsspannungen gegeben, die für das Auge des Probanden schädlich sein könnten. Zur Vermeidung von Störungen des To mographenbetriebes wird der Transformator 315 aus nichtmagnetischen Materialien hergestellt.
Die implantierte Augenspule 311 besitzt z. B. einen Durchmesser von 15 mm und drei Spulenwindungen. Der Spulendraht besteht aus Edelstahl mit einer Polyethylen-Isolation (Hersteller: Cooner Wire, USA). Die Anschlussleitung 312 besteht aus einem nicht-magnetischen Material, z. B. Kupfer und besitzt einen Gleichstromwiderstand von 84 Ohm, oder aus dem selben Material wie die Augenspule.
Für Messungen an Menschen ist die Augenspule in an sich bekannter Weise in eine Kontaktlinse integriert, die auf das zu vermessende Auge aufgesetzt und fixiert wird.
3 illustriert die Positionierung der optischen Stimulatoreinrichtung 370 im Gradientenfeld des Kernspintomographen (nicht dargestellt) vor dem Kopf 3 des Affen in dessen Blickfeld 4. Als Stimulatoreinrichtung 370 wird das kommerziell verfügbare Videoprojektionssystem (Typ: "Silent Vision") des Herstellers AVOTEC verwendet, dessen Projektorgehäuse 371 mit der Austrittslinse 372 in an sich bekannter Weise auf das Auge 2 gerichtet ist. Durch die Austrittslinse 372 wird der visuelle Stimulus, z. B. ein Punkt oder Kreis zum fixierten Betrachten ruhend oder bewegt angezeigt. Mit der optischen Stimulatoreinrichtung 370 wird dem Probanden 1 ein Bild präsentiert, das während einer kernspintomographischen Untersuchung betrachtet wird. Das Projektorgehäuse 371 dient gleichzeitig als Träger wenigstens der Spulen der Gesichtsfeldspuleneinrichtung 320 (zum Beispiel als Sendeeinrichtung), die in schematischer Draufsicht in 4 gezeigt ist. Der Abstand der Vorderseite des Projektorgehäuses 371 (oder des Trägers 323) mit den Gesichtsfeldspulen 321 von der Augenspule 311 beträgt z. B. 2 cm.
Vorteilhafterweise ist die magnetische Kopplung der Gesichtsfeldspulen 321, 322 mit der Augenspule stärker als die gegenseitige Kopplung der Gesichtsfeldspulen, so dass eine gegenseitige Störung vermieden wird.
Die Gesichtsfeldspuleneinrichtung 320 umfasst gemäß 4 zwei Paare von Gesichtsfeldspulen mit zwei Horizontalspulen 321 und zwei Vertikalspulen 322, die das Blickfeld 4 des Auges 2 umgebend am Rand eines Fensters 327 auf dem Spulenträger 323 angeordnet sind. Die jeweils einer der Horizontal- und Vertikalrichtungen zugeordneten Gesichtsfeldspulen sind in Reihe geschaltet. Sie besitzen entgegengesetzte Wicklungsrichtungen und gleiche Windungszahlen.
Die Gesichtsfeldspulen 321, 322 sind aus einem unmagnetischen, gut elektrischen leitenden Drahtmaterial, z. B. Cu-Draht mit einem Durchmesser von 0.2 mm gewickelt. Die Wicklung besitzt eine Rechteckform, z. B. mit den Seitenlängen 2 cm·0.5 cm. Es sind bspw. acht bis zehn Windungen auf jeder Spule vorgesehen. Es können zur Optimierung der magnetischen Kupplung und Spulengröße andere Dimensionen und/oder andere Windungszahlen vorgesehen sein.
Das Fenster 327 des Spulenträgers 323 kann eine freie Öffnung für einen freien Blickwinkelbereich auf einen visuellen Stimulus oder gemäß dem in 3 gezeigten Beispiel die Austrittslinse 372 der Stimulatoreinrichtung 370 sein. Gemäß einer Abwandlung können die Gesichtsfeldspulen 321, 322 auf der vom Auge 2 abgewandten Seite der Stimulatoreinrichtung 370 angeordnet sein.
Auf dem Träger 323 sind neben den Gesichtsfeldspulen eine Anschlussplatte 324 und eine Adaptionsschaltung 325 angeordnet (4). Die Adaptionsschaltung 325 umfasst für jedes Paar von Horizontal- und Vertikalspulen 321, 322 jeweils einen Parallelschwingkreis mit einem Kondensator und der Augenspule, der mit dem Abschlusswiderstand des Koaxialkabels 326 auf die in den Horizontal- und Vertikalzweigen 334, 335 (siehe unten) der Generatoreinrichtung 330 bereitgestellten Anregungsfrequenzen abgestimmt sind.
Die Gesichtsfeldspuleneinrichtung 320 ist mit dem Koaxialkabel 326 an die Generatoreinrichtung 330 angeschlossen. Sowohl die Koaxialkabel 326 als auch die Anschlussleitungen zwischen den Gesichtsfeldspulen und der Anschlussplatte 324 sind gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung verdrillt angeordnet. Dies besitzt den Vorteil, dass induzierte Spannungen, die durch unerwünschte Magnetfelder in den Leitungen generiert werden, sich gegenseitig kompensieren.
Einzelheiten der Generatoreinrichtung 330 werden im Folgenden unter Bezug auf die Blockdarstellung in 5 erläutert. Die Generatoreinrichtung 330 umfasst zwei Schaltungsteile zur Bereitstellung der Anregungsspannungen der Horizontal- und Vertikalspulen 321, 322, die auch als Horizontal- und Vertikalzweige 334, 335 bezeichnet werden. Diese Zweige unterscheiden sich beim dargestellten Beispiel lediglich in Bezug auf die generierte Horizontal- oder Vertikal-Anregungsfrequenz, wobei sie im Übrigen identisch aufgebaut sind. Daher wird im Folgenden lediglich der Horizontalzweig 334 beschrieben.
Im Horizontalzweig 334 ist zunächst ein externer Taktgenerator 336.1 zur Erzeugung einer Taktfrequenz vorgesehen, die als TTL-Signal mit der Frequenz 16 GHz ausgegeben wird. Der Taktgenerator 336.1 kann eine Stelleinrichtung zur Veränderung der Taktfrequenz enthalten (nicht dargestellt). Des Wei teren kann der Taktgenerator 336.1 einen Wobbelgenerator enthalten, so dass vom Taktgenerator 336.1 eine im Zeitverlauf abwechselnd ansteigende und abfallende Frequenz z. B. im Bereich von 16 MHz bis 17 MHz geliefert wird.
Nach dem Taktgenerator 336.1 teilt sich der Horizontalzweig 334 in einen Anregungsgenerator 331 und einen Referenzgenerator 332. Zur Bereitstellung des Horizontal-Anregungssignals EXC mit einer gewünschten Frequenz und Phaseneinstellung wird das Taktsignal des Generators 336.1 an die Teiler- und Phasenschieberschaltung 337 eingegeben. In der Schaltung 337 erfolgt eine Frequenzteilung auf 1/16 der Taktfrequenz und eine Phaseneinstellung entsprechend mit der Schrittweise 360°/16. Die Phaseneinstellung ist für die Überlagerung von Induktions- und Referenzsignalen im Synchrongleichrichter 357, 358 erforderlich (siehe unten). Eine weitere Feinabstimmung der Phase kann mit der optional vorgesehenen Schaltung 340 vorgesehen sein (siehe unten).
Die Pulsfolge mit der gewünschten Anregungsfrequenz und Phasenlage wird anschließend in der Pulsformerschaltung 338 einer Amplitudeneinstellung unterzogen. Die Pulsformerschaltung 338 enthält CMOS-Gatter, mit denen rechteckige Pulsformen mit einer definierten Pulshöhe (z. B. 5 V_pp) erzeugt werden. Die mit der Pulsformerschaltung 338 erzielte Stabilität der Pulshöhen ist von besonderer Bedeutung für die Genauigkeit der induktiven Orientierungsmessung.
Anschließend erfolgt bei der Pulsleistungsschaltung 339 eine Verstärkung der eingestellten Pulshöhe auf einen festen Amplitudenwert. Die Pulsleistungsschaltung 339 ist optional vorgesehen. Die Amplitudeneinstellung kann alternativ in der Ausgangsstufe 342 erfolgen. Anschließend erfolgt ebenfalls optional die Phasenfeineinstellung mit dem analogen Phasen schieber 340. Der analoge Phasenschieber 340 ist z. B. für eine Feineinstellung um +/– 15° vorgesehen. Anschließend werden am Tiefpassfilter 341 aus der Rechteckpulsfolge höherfrequente Signalanteile herausgefiltert. Im Ergebnis der Filterung wird eine sinusförmige Anregungsspannung mit vorgegebenen Werten der Frequenz (hier: 1 MHz), Amplitude und Phasenlage erzeugt, wobei das Blockieren der hohen Frequenzen zusätzlich den Vorteil eines verminderten Einflusses auf die kernspintomographische Bildgebung besitzt. Unerwünschte Störungen der Hochfrequenzspule 231 durch die Anregung der Gesichtsfeldspulen 321, 322 werden vermieden. Der Tiefpassfilter 341 ist so ausgelegt, dass die erste und höheren Harmonischen möglichst stark herausgefiltert werden. Hierzu wird ein Tiefpassfilter von 7. Ordnung verwendet. Schließlich folgt bei der Ausgangsstufe 342 (Leistungsendstufe) eine Nachverstärkung. Eine sinusförmige Anregungsspannung besitzt bspw. eine Amplitude von 3 V_SS.
Die Erzeugung der sinusförmigen Anregungsspannung mit den illustrierten Elementen der Generatoreinrichtung 330 ist zur Umsetzung der Erfindung nicht zwingend erforderlich. Alternativ können an sich bekannte Verfahren zur Erzeugung von Sinusspannungen mit definierten Wellenformparametern, insbesondere herkömmliche Amplitudenregelungen oder PLL-Schaltungen verwendet werden.
Vor der Eingabe der sinusförmigen Anregungsspannung EXC(H) in die Gesichtsfeldspuleneinrichtung 320 erfolgt erfindungsgemäß mit dem Frequenzfilter 343 eine weitere Filterung. Der Hochfrequenzfilter 343 ist ein passiver Filter mit zwei L-C-Gliedern, die so abgestimmt sind, dass hochfrequente Signalkomponenten, die von der Hochfrequenzspule 231 des Kernspintomographen 200 (siehe 1) in der Gesichtsfeldspuleneinrichtung induziert werden, nicht in die Generatoreinrichtung 330 durchgelassen werden. Andernfalls könnte die Funktion der Ausgangsstufe 342 nachteilig beeinflusst werden. Beim beschriebenen Beispiel blockiert der Frequenzfilter 343 die Frequenz 300 MHz.
Vom Ausgang des Hochfrequenzfilters 343 führen ein Koaxialkabel 326 zur Gesichtsfeldspuleneinrichtung 320. Die Induktion und Kapazität der Koaxialkabel sind so eingestellt, dass eine frequenzunabhängige Übertragungscharakteristik gewährleistet ist. Es werden vorzugsweise 50 Ohm-Kabel verwendet.
Die Gesichtsfeldspulen 321, 322 und die Augenspule 311 wirken wie ein Transformator zusammen, dessen Ausgangssignal (Induktionsspannung der Augenspule 311) von der Ausrichtung (Neigung in die verschiedenen Raumrichtungen) der Augenspule 311 relativ zu den Gesichtsfeldspulen 321, 322 abhängig ist. Die induzierte Spannung wird über das Koaxialkabel 314 in die Signalverarbeitungsschaltung 350 eingegeben (siehe unten).
Der Referenzgenerator 332 enthält zusätzliche Schaltungen 337', 338' und 341' zur Erzeugung eines Horizontal-Referenzsignals REF(H) für die Signalverarbeitungsschaltung 350. Die genannten Schaltungskomponenten besitzen die entsprechenden Merkmale der Phasenschieber- und Teilerschaltung 337, der Pulsformerschaltung 338 und des Tiefpassfilters 341.
Im Vertikalzweig 335 sind die entsprechenden Schaltungskomponenten zur Erzeugung der Vertikal-Anregungsspannungen EXC(V) und eines Vertikal-Referenzsignals REF(V) vorgesehen. Der externe Taktgenerator 336.2 zur Erzeugung einer Vertikal-Taktfrequenz wird relativ zum Taktgenerator 336.1 mit einem Frequenzabstand bei der Frequenz 16.16 GHz betrieben. Im Ergebnis liefert der Vertikalzweig 335 eine sinusförmige Anregungsspannung mit der Frequenz 1.01 MHz.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 350 umfasst zur Verstärkung und Trennung der Richtungsanteile der Induktionsspannungs-Signale der Augenspule 311 eine Verstärkerstufe 351 und eine Trennstufe 356 mit den folgenden Schaltungskomponenten.
In der Verstärkerstufe 351 ist zunächst ein Hochfrequenzfilter 352 vorgesehen, der mit seiner Funktion dem Hochfrequenzfilter 343 der Generatoreinrichtung 330 entspricht. Das gefilterte Signal wird in den Vorverstärker 353 eingegeben, der optional zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses vorgesehen ist und ggf. der Einstellung der Signalamplitude für die folgenden Verstärkerschaltungen dient. Der Vorverstärker 353 besitzt z. B. einen Verstärkungsfaktor 10. Anschließend erfolgt im Bandpass-Verstärker 354 eine weitere Verstärkung im Durchlassbereich von rd. 0.95 MHz bis 1.05 MHz. Vorteilhafterweise können in diesem Bereich die Frequenzanteile beider Horizontal- und Vertikalkomponenten passieren. Der Verstärkungsfaktor beträgt z. B. 30. Anschließend kann beim ebenfalls optional vorgesehenen Verstärkungswähler 355 eine Nachverstärkung mit einstellbarem Verstärkungsfaktor vorgesehen sein.
Von der Verstärkerstufe 351 wird das gefilterte und verstärkte Signal IND der Augenspule 311, das noch beide Richtungsanteile enthält, in die Trennstufe 356 eingegeben. Die Trennstufe 356 umfasst eingangsseitig einen Synchrongleichrichter mit zwei Analog-Multiplizierern 357, 358. Die Funktion der Analog-Multiplizierern 357, 358 ist aus den in 6 beispielhaft dargestellten Signalverläufen ersichtlich. Beispielsweise erhält der Analog-Multiplizierer 357 für die horizontalen Signalanteile als Eingangsgrößen das gefilterte und verstärkte Signal IND der Augenspule 311 und das (horizontale) Referenzsignal REF(H) des Horizontal-Zweiges 334 der Generatoreinrichtung 330. Das Ausgangssignal OUT des Multiplizierers 357 ist gleich dem Produkt aus den Signalen IND und REF(H). Für deren Signalanteile mit gleicher Phase und Frequenz ergibt die Multiplikation ein positives OUT-Signal, das im Wesentlichen aus sin²-Halbwellen zusammengesetzt ist. Für phasen- und frequenzverschiedene Signalanteile entstehen im Ausgangssignal OUT des Multiplizierers positive und negative Komponenten, die sich im zeitlichen Mittel jedoch kompensieren. Hierzu ist die Mittelwertschaltung 359 vorgesehen, deren Ausgangssignal HOR das zeitlich gemittelte Ausgangssignal OUT des Multiplizierers 357 repräsentiert und für die horizontale Ablenkung der Blickrichtung des Auges 2 von der geraden Blickrichtung charakteristisch ist. Wenn sich die Blickrichtung ändert, ergeben sich die im rechten Teil von 6 gezeigten Signalverläufe. Während das Referenzsignal REF(H) erhalten bleibt, führt eine Änderung der Blickrichtung von links nach rechts (oder entsprechend für die Vertikalanteile von oben nach unten) zu einem Umklappen des Signals IND der Augenspule. Die Multiplikation ergibt entsprechend eine Vorzeichenumkehr beim Ausgangssignal OUT des Multiplizierers 357. Ebenso ändert sich das Vorzeichen HOR des Ausgangssignals der Mittelwertschaltung 360.
Der im linken Teil von 6 eingezeichnete Zeitabschnitt t umfasst bspw. rd. 1 μs. Entsprechend wird die Grenzfrequenz der Mittelwertschaltung 359 auf 50 Hz eingestellt. Falls die Signalfrequenzen der Augenmonitoreinrichtung 300 verändert werden, muss die Zeitkonstante der Mittelwertschaltung 359 verändert werden. Hierzu kann die Mittelwertschaltung 359 mit einer Stelleinrichtung zur Einstellung der Zeitkonstante der zeitlichen Mittelwertbildung ausgestattet sein.
Abschließend wird das gemittelte Signal HOR in eine Offsetwählerschaltung 360 eingegeben, die der Einstellung der Sig nalgröße in Relation zu Betriebsparametern der Stimulatoreinrichtung 370 dient. Hierzu werden beispielsweise auf dem Display der Hauptsteuereinrichtung 400 (1) sowohl ein visueller Stimulus, auf den der Proband fixiert, als auch das von der Empfangseinrichtung ermittelte und ausgewertete Signal punktweise angezeigt. Die Offsetwählerschaltung 360 wird manuell oder mit an sich verfügbaren Programmen automatisch so eingestellt, dass beide Punkte wenigstens im Rahmen vorgegebener Toleranzen übereinstimmen. Diese Einstellung wird mehrfach an verschiedenen Positionen des visueller Stimulus durchgeführt. Das Bezugszeichen 361 bezieht sich auf eine Schnittstelle, an der das Ausgangssignal an die Hauptsteuereinrichtung 400 (siehe 1) gegeben wird, die bspw. einen Analog-Digital-Konverter zur weiteren Signalverarbeitung enthält. Das Bezugszeichen 362 bezieht sich auf einen Überlastdetektor, mit dem unerwünscht hohe Signalamplituden angezeigt werden.
Gemäß einem wichtigen Vorteil der Erfindung können die Funktionen der Augenspule 311 und der Gesichtsfeldspulen 321, 322 vertauscht werden. Beispielsweise kann die Augenspule 311 mit einer Anregungsspannung beaufschlagt werden, die in den Gesichtsfeldspulen 321, 322 eine Signalspannung induziert, die von der Ausrichtung der Augenspule 311 abhängig ist. In diesem Fall vereinfacht sich der Aufbau der Generatoreinrichtung 330 und der Signalverarbeitungseinrichtung 350, wie dies schematisch in 7 illustriert ist.
Gemäß 7 umfasst die Generatoreinrichtung 330 einen einzigen Taktgenerator 336.3 zur Erzeugung eines Taktsignals mit der Taktfrequenz 1 MHz. Das Taktsignal wird mit der Pulsformerschaltung 338 in eine Rechteck-Wellenform mit vorgegebener Amplitude umgewandelt. Anschließend folgt am Tiefpassfilter 341 analog zur oben beschriebenen Funktionsweise die Bildung der sinusförmigen Anregungsspannung für die Augenspule 311. Die Induktionsspannungs-Signale der Gesichtsfeldspuleneinrichtung 320 werden über Koaxialkabel an die Verstärkerstufe 351 der Signalauswertungseinrichtung 350 gegeben. Die Verstärkerstufe 352 umfasst zwei Schaltungsteile analog zu den oben genannten Horizontal- und Vertikalzweigen, in denen jeweils eingangsseitig zunächst ein Hochfrequenzfilter 352 vorgesehen ist. Anschließend folgt bei den Bandpassverstärkern 354 und den Verstärkungswählern 355 die Bereitstellung des gefilterten und verstärkten Induktionsspannungs-Signals IND(V) und IND(H).
Die Trennstufe 356 funktioniert analog zu den oben beschriebenen Prinzipien, wobei in diesem Fall für beide Multiplizierer 357, 358 ein gemeinsames Referenzsignal REF der Generatorschaltung 330 verwendet wird.
Zur bestimmungsgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Untersuchungseinrichtung 100 sind die folgenden Schritte vorgesehen. Nach einer Positionierung des Probanden an oder im Kernspintomographen erfolgt die Fixierung des Kopfes des Probanden und die Ausrichtung der optischen Stimulatoreinrichtung relativ zum Auge des Probanden. Anschließend folgen die kernspintomographische Untersuchung des jeweils gewünschten Körperteils und die induktive Orientierungsmessung, wobei diese Verfahren in Bezug auf die Steuerung des Kernspintomographen und die Erzeugung und Verarbeitung von visuellen Stimuli nach an sich bekannten Prozeduren durchgeführt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirkli chung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

1: Proband
2: Auge
3: Kopf
4: Blickfeld
100: Untersuchungseinrichtung
200: Kernspintomograph
210: Permanentmagnetfeldeinrichtung
220: Gradientenspuleneinrichtung
221: Gradientenspulenrohr
222: Gradientengenerator
230: Hochfrequenzspuleneinrichtung
231: Hochfrequenzspule
240: Probandenträger
241: Horizontalliege
242: Vertikalsitz
243: Stelleinrichtung
244: Fixiereinrichtung
250: Tomographen-Steuereinrichtung
300: Augenmonitoreinrichtung
310: Augenspuleneinrichtung
311: Augenspule
312: Anschlussleitung
313: Anschlussplatte
314: Koaxialkabel
315: Transformator
320: Gesichtsfeldspuleneinrichtung
321: Horizontalspulen
322: Vertikalspulen
323: Spulenträger
324: Anschlussplatte
325: Adaptionsschaltung
326: Koaxialkabel
327: Fenster
330: Sendegenerator
331: Anregungsgenerator
332: Referenzgenerator
334: Horizontalzweig
335: Vertikalzweig
336.1, 336.2, 336.3: Taktgeneratoren
337: Teiler- und Phasenschieberschaltung
338: Pulsformerschaltung
339: Pulsleistungsschaltung
340: Phasenschieber
341: Tiefpassfilter
342: Ausgangsstufe
343: Hochfrequenzfilter
350: Filtereinrichtung
351: Verstärkerstufe
352: Hochfrequenzfilter
353: Vorverstärker
354: Bandpass-Verstärker
355: Verstärkungswähler
356: Trennstufe
357: Horizontal-Multiplizierer
358: Vertikal-Multiplizierer
359: Mittelwertschaltung
360: Offsetwählerschaltung
361: Ausgangs-Schnittstelle
362: Überlastdetektor
370: Stimulatoreinrichtung
371: Projektorgehäuse
372: Austrittslinse
400: Hauptsteuereinrichtung

Claims

Augenmonitoreinrichtung (300) zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge (2) eines Probanden (1), insbesondere zur Verwendung in Kombination mit einem Kernspintomographen (200), die umfasst: – eine Sendeeinrichtung (320, 310), die zur Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Magnetfeldes eingerichtet ist, mit dem in einer Empfangseinrichtung (310, 320) eine Induktionsspannung induzierbar ist, – eine Generatoreinrichtung (330) zur Erzeugung mindestens einer Anregungsspannung für die Sendeeinrichtung (320, 310), und – eine Signalverarbeitungseinrichtung (350) zur Verarbeitung von Induktionsspannungs-Signalen der Empfangseinrichtung (310, 320), wobei – eine der Sende- oder Empfangseinrichtungen eine Augenspuleneinrichtung (310) mit einer Augenspule (311) aufweist, die mit dem Auge (2) verbunden werden kann und mit diesem beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die andere der Sende- oder Empfangseinrichtungen eine Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) mit mindestens einer Gesichtsfeldspule (321, 322) umfasst, die kleiner als ein Kopf (3) des Probanden (1) und dazu eingerichtet ist, während der Messung ortsfest vor dem Auge (2) an ein Blickfeld des Auges (2) angrenzend angeordnet zu werden.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) mindestens zwei Gesichtsfeldspulen (321, 322) umfasst, die mit verschiedenen räumlichen Orientierungen angeordnet sind.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) mindestens zwei Gesichtsfeldspulen (321, 322) umfasst, die mit der jeweils gleichen Orientierung relativ zum Blickfeld (4) angeordnet sind und gegensinnige Wicklungsrichtungen besitzen.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 3, bei der die Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) vier Gesichtsfeldspulen (321, 322) mit zwei gegensinnig gewickelten Horizontalspulen (321) und zwei gegensinnig gewickelten Vertikalspulen (322) umfasst.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 4, bei der die Horizontal- und Vertikalspulen (321, 322) in einer Ebene mit einer Rechteckform angeordnet sind, in der ein Fenster (327) gebildet ist, durch das das Blickfeld (4) des Auges (2) gerichtet werden kann.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Gesichtsfeldspule (321, 322) mit einem Abstand vom Auge angeordnet werden kann, der geringer als 10 cm insbesondere geringer als 10 mm ist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) auf einem Spulenträger (323) angeordnet ist, der Teil einer optischen Stimulatoreinrichtung (370) ist.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 7, bei der der Spulenträger (323) Teil eines Videoprojektionssystems (371) der optischen Stimulatoreinrichtung (370) ist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Augenspule (311) induktiv mit der jeweiligen Sende- oder Empfangseinrichtung verbunden ist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Generatoreinrichtung (330) zur Erzeugung der mindestens einen Anregungsspannung für die Sendeeinrichtung (320, 310) derart eingerichtet ist, dass die mindestens eine Anregungsspannung keinen Frequenzanteil enthält, der mit Arbeitsfrequenzen eines Kernspintomographen (200) zusammenfällt.
Augenmonitoreinrichtung (300) zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge (2) eines Probanden (1), insbesondere zur Verwendung in Kombination mit einem Kernspintomographen (200), die umfasst: – eine Sendeeinrichtung (320, 310), die zur Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Magnetfeldes eingerichtet ist, mit dem in einer Empfangseinrichtung (310, 320) eine Induktionsspannung induzierbar ist, – eine Generatoreinrichtung (330) zur Erzeugung mindestens einer Anregungsspannung für die Sendeeinrichtung (320, 310), und – eine Signalverarbeitungseinrichtung (350) zur Verarbeitung von Induktionsspannungs-Signalen der Empfangseinrichtung (310, 320), wobei – eine der Sende- oder Empfangseinrichtungen eine Augenspuleneinrichtung (310) mit einer Augenspule (311) aufweist, die mit dem Auge (2) verbunden werden kann und mit diesem beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoreinrichtung (330) zur Erzeugung der mindestens einen Anregungsspannung für die Sendeeinrichtung (320, 310) derart eingerichtet ist, dass die mindestens eine Anregungsspannung keinen Frequenzanteil enthält, der mit Arbeitsfrequenzen eines Kernspintomographen (200) zusammenfällt.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die mindestens eine Anregungsspannung keinen Frequenzanteil enthält, der zu der Gruppe der Arbeitsfrequenzen gehört, die Abtastfrequenzen eines Gradientengenerators (222), Kernresonanz-Anregungsfrequenzen und Schaltfrequenzen des Kernspintomographen (200) oder deren höheren Harmonischen enthält.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 12, bei der die mindestens eine Anregungsspannung eine Anregungsfrequenz im Frequenzintervall zwischen der Abtastfrequenz und der Kernresonanz-Anregungsfrequenz besitzt.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 13, bei der die mindestens eine Anregungsfrequenz im Frequenzbereich von 100 kHz bis 10 MHz gewählt ist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der die Sendeeinrichtung (320) Horizontal- und Vertikalspulen (321, 322) der Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) umfasst und die Generatoreinrichtung (330) einen Horizontalzweig (334) und einen Vertikalzweig (335) zur Erzeugung von mindestens zwei Anregungsspannungen mit Horizontal- und Vertikal-Anregungsfrequenzen zur Anregung der Horizontal- und Vertikalspulen (321, 322) aufweist.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 15, bei der jeder der Horizontal- und Vertikalzweige (334, 335) einen Taktgenerator (336.1, 336.2), eine Teiler- und Phasenschieberschaltung (337) und eine Pulsformerschaltung (338) aufweist.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der jeder der Horizontal- und Vertikalzweige (334, 335) zur Erzeugung von Horizontal- und Vertikal-Referenzsignalen eingerichtet ist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der die Horizontal- und Vertikal-Anregungsfrequenzen der Horizontal- und Vertikalzweige (334, 335) einen Frequenzunterschied besitzen, der wesentlich kleiner als die Horizontal- und Vertikal-Anregungsfrequenzen ist.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 18, bei der der Frequenzunterschied im Bereich von 10 kHz bis 200 Hz gewählt ist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der die Sendeeinrichtung (310) eine Augenspule (311) des Probanden umfasst und die Generatoreinrichtung (330) einen Taktgenerator (336.3), eine Teiler- und Phasenschieberschaltung (337) und eine Pulsformerschaltung (338) zur Erzeugung von einer Anregungsspannung für die Augenspule (311) aufweist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 20, bei der die Generatoreinrichtung (330) ausgangsseitig einen Hochfrequenzfilter (343) aufweist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (350) dazu eingerichtet ist, Arbeitsfrequenzen eines Kernspintomographen (200) oder deren höhere Harmonische zu blockieren.
Augenmonitoreinrichtung (300) zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge (2) eines Probanden (1), insbesondere zur Verwendung in Kombination mit einem Kernspintomographen (200), die umfasst: – eine Sendeeinrichtung (320, 310), die zur Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Magnetfeldes eingerichtet ist, mit dem in einer Empfangseinrichtung (310, 320) eine Induktionsspannung induzierbar ist, – eine Generatoreinrichtung (330) zur Erzeugung mindestens einer Anregungsspannung für die Sendeeinrichtung (320, 310), und – eine Signalverarbeitungseinrichtung (350) zur Verarbeitung von Induktionsspannungs-Signalen der Empfangseinrichtung (310, 320), wobei – eine der Sende- oder Empfangseinrichtungen eine Augenspuleneinrichtung (310) mit einer Augenspule (311) aufweist, die mit dem Auge (2) verbunden werden kann und mit diesem beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (350) dazu eingerichtet ist, Arbeitsfrequenzen eines Kernspintomographen (200) oder deren höhere Harmonische zu blockieren.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 22 oder 23, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (350) dazu eingerichtet ist, mindestens eine Frequenz, die zu der Gruppe der Arbeitsfrequenzen gehört, die Abtastfrequenzen eines Gradientengenerators (222), Kernresonanz-Anregungsfrequenzen des Kernspintomographen (200) und Schaltfrequenzen des Kernspintomographen (200) enthält, oder deren höheren Harmonischen zu blockieren.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 24, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (350) eingangsseitig mindestens einen Hochfrequenzfilter (352) aufweist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 25, bei der die Empfangseinrichtung (310) eine Augenspule (311) umfasst und die Signalverarbeitungseinrichtung (350) eine Trennstufe (356) aufweist, die zur Trennung eines Spannungssignals der Augenspule (311) in verschiedene Richtungsanteile eingerichtet ist.
Augenmonitoreinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 25, bei der die Empfangseinrichtung (310) Horizontal- und Vertikalspulen (321, 322) einer Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) umfasst und die Signalverarbeitungseinrichtung (350) eine Trennstufe (356) aufweist, die zur getrennten Verarbeitung von Spannungssignalen der Horizontal- und Vertikalspulen (321, 322) eingerichtet ist.
Augenmonitoreinrichtung nach Anspruch 26 oder 27, bei der die Signalverarbeitungseinrichtung (350) einen Synchrongleichrichter (357, 358) aufweist.
Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) für eine Augenmonitoreinrichtung (300) zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge (2) eines Probanden (1), umfassend: – einen Spulenträger (323) mit einem Fenster (327) und mindestens einer Gesichtsfeldspule (321), die an einem Rand des Fensters (327) angeordnet ist.
Gesichtsfeldspuleneinrichtung nach Anspruch 29, bei der die mindestens eine Gesichtsfeldspule (321, 322) kleiner als ein Kopf (3) des Probanden (1) und dazu eingerichtet ist, während der Messung ortsfest vor dem Auge (2) an ein Blickfeld des Auges (2) angrenzend angeordnet zu werden.
Gesichtsfeldspuleneinrichtung nach Anspruch 29 oder 30, bei der mit der mindestens einen Gesichtsfeldspule (321, 322) am Auge (2) ein inhomogenes Magnetfeld erzeugt werden kann.
Gesichtsfeldspuleneinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 29 bis 31, bei der die Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) mindestens zwei Gesichtsfeldspulen (321, 322) umfasst, die mit verschiedenen räumlichen Orientierungen auf dem Spulenträger (323) angeordnet sind.
Gesichtsfeldspuleneinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 29 bis 32, bei der die Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) mindestens zwei Gesichtsfeldspulen (321, 322) umfasst, die mit der gleichen Orientierung relativ zum Blickfeld (4) auf dem Spulenträger (323) angeordnet sind und gegensinnige Wicklungsrichtungen besitzen.
Gesichtsfeldspuleneinrichtung nach Anspruch 33, bei der die Gesichtsfeldspuleneinrichtung (320) vier Gesichtsfeldspulen (321, 322) mit zwei gegensinnig gewickelten Horizontalspulen (321) und zwei gegensinnig gewickelten Vertikalspulen (322) umfasst.
Gesichtsfeldspuleneinrichtung nach Anspruch 34, bei der die Horizontal- und Vertikalspulen (321, 322) in einer Ebene mit einer Rechteckform angeordnet sind, in der ein Fenster (327) gebildet ist, durch das ein Blickfeld (4) des Auges (2) gerichtet werden kann.
Gesichtsfeldspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 35, bei der der Spulenträger (323) Teil einer optischen Stimulatoreinrichtung (370) ist.
Gesichtsfeldspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 36, bei dem auf dem Spulenträger (323) eine Adaptionsschaltung (325) mit mindestens einem Serienschwingkreis angeordnet ist.
Verwendung einer Rechteckspule als Gesichtsfeldspule (321, 322) einer Augenmonitoreinrichtung zur induktiven Orientierungsmessung an einem Auge.
Untersuchungseinrichtung (100) zur Untersuchung eines Probanden (1), die umfasst: – einen Kernspintomographen (200) zur kernspintomographischen Untersuchung des Probanden (1), und – eine Augenmonitoreinrichtung (300), die für eine induktive Orientierungsmessung am Auge (2) des Probanden (1) während der Untersuchung eingerichtet ist und eine Sendeeinrichtung (320, 310), die zur Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Magnetfeldes eingerichtet ist, mit dem in einer Empfangseinrichtung (310, 320) eine Induktionsspannung induzierbar ist, eine Generatoreinrichtung (330) zur Erzeugung mindestens einer Anregungsspannung für die Sendeeinrichtung (320, 310), und eine Signalverarbeitungseinrichtung (350) zur Verarbeitung von Induktionsspannungs-Signalen der Empfangseinrichtung (310, 320) umfasst, wobei eine der Sende- oder Empfangseinrichtungen eine Augenspuleneinrichtung (310) mit einer Augenspule (311) aufweist, die mit dem Auge (2) verbunden werden kann und mit diesem beweglich ist.
Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 39, bei der die Sende- und Empfangseinrichtungen (310, 320) in einem Gradien tenspulenrohr (221) des Kernspintomographen (200) neben dem Körperteil (2) oder mit dem Körperteil (2) verbunden und mit Abstand von einer Hochfrequenz-Spule (230) des Kernspintomographen (200) angeordnet sind.
Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 39 und 40, bei der elektrische Verbindungsleitungen im Kernspintomographen (200) verdrillt angeordnet sind oder Koaxialkabel umfassen.
Untersuchungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 41, bei der die Generatoreinrichtung (330) und die Signalverarbeitungseinrichtung (350) mit einem Abstand vom Kernspintomographen (200) angeordnet sind, der mindestens 1 m beträgt.
Untersuchungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 42, bei der der Kernspintomograph (200) einen Probandenträger (240) aufweist, der eine Horizontalliege (241) oder einen Probandensitz (242) umfasst.
Untersuchungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 43, bei der die Augenmonitoreinrichtung (300) die Merkmale von mindestens einem der Ansprüche 1 bis 32 aufweist.
Verfahren zur induktiven Orientierungsmessung an einem Körperteil (2) eines Probanden (1), mit den Schritten: – Positionierung des Probanden (1) und einer Augenmonitoreinrichtung (300) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 32 derart, dass eine der Sende- oder Empfangseinrichtungen (310, 320) neben dem Auge (2) des Probanden (1) angeordnet ist, während die andere der Sende- oder Empfang seinrichtungen (310, 320) mit dem Auge (2) beweglich verbunden ist, – Betätigung der Generatoreinrichtung (330), so dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt und eine orientierungsabhängige Induktionsspannung in der Empfangseinrichtung (310, 320) induziert wird, und – Verarbeitung mindestens eines Signals der Empfangseinrichtung (310, 320) mit der Signalverarbeitungseinrichtung (350).
Verfahren nach Anspruch 45, bei dem im Ergebnis der Verarbeitung des Signals der Empfangseinrichtung (310, 320) ermittelt wird, ob sich das Auge (2) während der Messung bewegt hat.
Verfahren nach Anspruch 46, bei dem im Ergebnis der Verarbeitung des Signals der Empfangseinrichtung (310, 320) ermittelt wird, in welche Richtung sich das Auge (2) während der Messung bewegt hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 47, bei dem eine kernspintomographische Bildaufnahme am Probanden (1) erfolgt, bei der ein Körperteil (2) des Probanden (1) in einem Kernspintomographen (200) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 48, bei dem der Proband (1) so positioniert wird, dass der Kopf (3) des Probanden (1) im Kernspintomographen (200) angeordnet ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 45 bis 49, bei dem während der Orientierungsmessung mit einer optischen Stimulatoreinrichtung (370) ein visueller Stimulus erzeugt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 49 oder 50, bei dem die Orientierungsmessung während der Bildaufnahme erfolgt.
Verfahren zur Bildaufnahme an einem Probanden (1), wobei eine Erzeugung mindestens eines Schnittbildes eines Probanden mit einem Kernspintomographen (200) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Auge (2) des Probanden (1) mit einer Augenmonitoreinrichtung (300) eine induktive Orientierungsmessung durchgeführt wird, wobei mit einer Generatoreinrichtung (330) der Augenmonitoreinrichtung (300) mindestens eine Anregungsspannung für eine Sendeeinrichtung (320) erzeugt wird, mit der ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt wird, mit dem in einer Empfangseinrichtung (310, 320) eine Induktionsspannung induziert wird, 310), die mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (350) verarbeitet wird, wobei als eine der Sende- oder Empfangseinrichtungen eine Augenspuleneinrichtung (310) mit einer Augenspule (311) verwendet wird, die mit dem Auge (2) verbunden und mit diesem beweglich ist.
Verfahren nach Anspruch 52, bei dem zur induktiven Orientierungsmessung mindestens eine Anregungsspannung für eine Sendeeinrichtung (320, 310) derart erzeugt wird, dass die mindestens eine Anregungsspannung keinen Frequenzanteil enthält, der mit Arbeitsfrequenzen eines Kernspintomographen (200) zusammenfällt.
Verfahren nach Anspruch 52 oder 53, bei dem eine Verarbeitung von Signalen der induktiven Orientierungsmessung eine Frequenzfilterung umfasst, bei der Arbeitsfrequenzen des Kernspintomographen (200) oder deren höhere Harmonische blockiert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 52 bis 54, bei dem die induktive Orientierungsmessung mit der Augenmonitoreinrichtung (300) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 28 oder mit der Gesichtsfeldspuleneinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 29 bis 37 durchgeführt wird.