DE10015670A1 - Kopfhalter sowie Verfahren zur Messung physiologischer Merkmale bei Lebewesen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kopfhalter sowie Verfahren zur Messung physiologischer Merkmale bei Lebewesen. DOLLAR A Bei Messsungen im Bereich des Zentralnervensystems von Tieren werden physiologische Merkmale durch Meßmethoden wie magnetische Resonanz oder Photoelektronenspektrometrie gemessen. Um eine genaue Zuordnung der Hirnregion zu einer Ortskoordinate treffen zu können, muß ein Bezugssystem geschaffen werden, dem die unterschiedlichen Bildinformationen einander zugeordnet werden können. Die nach dem Stand der Technik verfügbaren Kopfhalter zerstören in der Regel das Trommelfell der Versuchstiere oder führen zu derartigen Verletzungen, daß das Tier nach dem Verscuh getötet werden muß. Weiterhin müssen diese Kopfhalter eine ausreichende Fixierung des Kopfes ermöglichen, da anderenfalls keine präzise Lokalisierung der Hirnregionen möglich ist. Gleichzeitig muß bei den Kopfhaltern eine Inhalationsnarkose der Tiere realisierbar sein. Das nach dem Stand der Technik verfügbare Meßverfahren und dessen Bezugssystem ermöglicht kein reproduzierbares Auffinden der aktivierten Hirnregion. Erfindungsgemäß wird ein Kopfhalter zur Verfügung gestellt, der mindestens 3 Marker umfaßt, welche in den jeweiligen Meßverfahren registrierbar sind und die ein Bezugssystem für die Ortung der Hirnregion darstellen. Weiterhin ermöglicht dieses Bezugssystem eine Ausgestaltung des Kopfhalters, die das Tier verletzungsfrei läßt, so daß es nicht getötet werden muß.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kopfhalter sowie ein Ver­ fahren zur Messung physiologischer Merkmale bei Lebewe­ sen, insbesondere kleiner Labortiere.

Für die Neurowissenschaften gewinnen bildgebende Unter­ suchungen des lebenden Gehirns kleiner Labortiere zu­ nehmend Bedeutung. Mit dem Ziel der Quantifizierung der Funktion und stofflichen Zusammensetzung verschiedener Hirnregionen bei bestmöglicher anatomischer Zuordnung kommen verschiedene Verfahren wie die Positronen-Emis­ sionstomografie (PET) und die Kernspintomografie (MRT) zur Anwendung. Diese Untersuchungsverfahren liefern in unterschiedlicher Weise Daten zur Morphologie (MRT), Durchblutung (MRT, PET) und Biochemie (PET, MRT) des Gehirns über einen vorgegebenen Meßzeitraum (Volkow N. D. et al., 1997, Imaging the living human brain: magnetic resonance imaging and positron emission to­ mography. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 94: 2787-2788). Mit der PET und MRT ist die Messung physiologischer Merkma­ le möglich. Als physiologische Merkmale können bioche­ mische Merkmale, wie Rezeptordichte, metabolische Rate, Sauerstoff- oder Glucoseverbrauch oder physiologische Merkmale, wie Blutdurchfluß, Permeabilität von Stoffen bei cerebraler Mikrozirkulation beispielhaft genannt werden. Die Merkmale können zeitlich konstant oder zeitlich variabel sein. Weiterhin können Merkmale auch anderen Meßmethoden als PET oder MRT zugänglich sein.

Am Tiermodell tragen Positronen emittierende Radioli­ ganden wesentlich zur Erforschung der Pathophysiologie neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen bei. Neben Untersuchungen an Primaten (Boy C. et al., 1998, Imaging dopamine D4 receptors in the living primate brain: a positron emission tomography study using the novel D1/D4 antagonist [11C]SDZ GLC 756. Synapse 30: 341-350; Coenen H. H. et al., 1988, PET measurement of D2 and S2 receptor binding of 3-N-[(2'-18F]fluoro­ ethyl)spiperone in baboon brain. Eur. J. Nucl. Med. 14: 80-87; Pike V. W. et al., 1998, [carbonyl-11C]Desmethyl- WAY-100635 (DWAY) is a potent and selective radioligand for central 5-HT1A receptors in vitro and in vivo. Eur. J. Nucl. Med. 25: 338-3; Shah N. S. et al., 1999, Magne­ tic resonance imaging of primate brain and heart using a standard clinical scanner; Verhandlungen der Tagung: High Resolution Imaging in Small Animals (HiRes), Ams­ terdam 1999 - im Druck -), führen in jüngster Zeit bild­ gebende Messungen an Nagern trotz der geringen Organ­ größe von mitunter weniger als 1 cm im Querdurchmesser zu reproduzierbaren Befunden (Chatziioannou et al., 1999; Deutz N. E. et al., 1986, Brain 31P NMR spectros­ copy in the conscious rat. J. Neurosci. Methods 16: 151-161; Kamiryo T. et al., 1995, Enhanced magnetic re­ sonance imaging of the rat brain using a stereotactic device with a small head coil: technical note. Acta Neurochir. (Wien) 133: 87-92; Lahti K. M. et al., 1998, Imaging brain activity in conscious animals using func­ tional MRI. J. Neurosci. Methods 82: 75-83; Tornai M. P. et al., 1999, Small-animal PET: advent of a new era of PET research. J. Nucl. Med. 40: 1176-1179). Mittlerwei­ le werden weltweit Kleintier-PET-Systeme von verschie­ denen Arbeitsgruppen evaluiert; durch Verbesserungen der Detektorsysteme, der Meßgeometrie und Elektronik besitzen diese neu entwickelten Scanner gegenüber den PET Großgeräten eine höhere Auflösung, die sie für den Einsatz in der präklinischen Evaluierung neuer Radio­ pharmaka prädestiniert (Chatziioannou A. F. et al., 1991, Performance evaluation of microPET: a high­ resolution lutetium oxyorthosilicate PET scanner for animal imaging. J. Nucl. Med. 40: 1164-1175 und 1999; Rajeswaran S. et al., 1999, Dynamic monitoring of [11C]diprenorphine in rat brain using a prototype po­ sitron imaging device. J. Nucl. Med. 40: 1164-1175; Tornai M. P. et al. 1999, Small-animal PET: advent of a new era of PET research. J. Nucl. Med. 40: 1176-1179; Weber S., 1997, Entwicklung eines hochauflösenden Po­ sitronen-Emissions-Tomographen mit kleinem Meßvolumen. Univ.- Dissertation, Münster.).

Ferner sind durch die Fortschritte auf dem Gebiet der Kernspintomografie morphologische Hirnuntersuchungen auch bei kleineren Säugetieren möglich. Von der Anmel­ derin wurden MRT-Sequenzen entwickelt, die im Gehirn der Ratte eine Abgrenzung kortikaler und subkortikaler Strukturen auch bei geringen Feldstärken bis 1,5 Tesla zulassen (Steinhoff S. et al., 1999, Optimization of a standard 3D sequence and RF coil development for small animal imaging on a standard clinical MR-scanner. Ver­ handlungen der Tagung: High Resolution Imaging in Small Animals (HiRes), Amsterdam 1999 - im Druck -). Durch die Verwendung einer für Kleintiermessungen optimierten Spule (Kleintierspule) kann in der Kernspintomografie die Meßzeit bei hinreichendem Kontrast und einer Auflö­ sung von < 1 mm weiter reduziert werden.

Nach dem Stand der Technik werden zur PET-Messung (al­ ternativ CT oder SPECT) an Kleintieren Kopfhalterungen verwendet, die über symmetrisch angeordnete spitze Dor­ ne verfügen, die von beiden Seiten in den Gehörgang hinein gebohrt werden. Die Dorne werden mittels Stell­ schrauben verstellt und bis dicht an die Knochenoberfläche vorgeschoben. Dabei ist eine Verletzung des Trommelfells und des Schädelskeletts die Regel. Bei den meisten Haltern liegt der Oberkiefer im Bereich des Zahnhalses der ersten beiden Schneidezähne auf einem Balken auf. Auf diese Weise wird der Kopf fixiert. Eine Untersuchung ist möglich, ohne daß ein Verrutschen der Position des Tieres befürchtet werden muß, welches die Untersuchung zunichte machen würde. Bei dieser Positio­ nierungsart muß das Tier nach Beendigung des Versuchs, der in Narkose erfolgt, in der Regel getötet werden. Wiederholte Messungen eines Tieres sind somit nicht möglich.

Gegenwärtig werden zur Positionierung des Tieres wäh­ rend der Bildgebung verschiedene Halterungen verwendet, die sich weitgehend an den auch bei nicht-bildgebenden Untersuchungen verwendeten stereotaktischen Fixierungs­ rahmen orientieren (Grant L. et al., 1971, An operating table plus head holder for rats. Med. Biol. Eng. 9: 703-704; Marchand E. R. et al., 1979, Self-centering head holder system for small animal stereotaxy. Brain Res. Bull. 4: 141-143; Rawlins J. N. et al., 1980, A head holder for visually guided surgery in rats. Physi­ ol. Behav. 24: 415-416; Wedeking P. W. et al., 1974, A head holder for inhalation anesthesia or resuscitation of rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 2: 127-129). Unter Verwendung des stereotaktischen Fixierungsrahmens wäh­ rend der bildgebenden Untersuchung erfolgt dabei die Identifizierung der jeweiligen Hirnregion unter Zuhil­ fenahme eines sich auf äußere Landmarken beziehenden Atlassystems. Von außen zugänglichen knöchernen Struk­ turen des Tieres (Gehörgang, Schädelnähte) werden hier bestimmte Koordinaten im jeweiligen Atlassystem zuge­ wiesen. Der stereotaktische Atlas wird jeweils durch histologische Serienschnitte eines altersentsprechenden Kontrollkollektives definiert (Paxinos, 1986, Stereotactic acuracy. In: Paxinos (Hrsg.) The Rat Brain in stereotactic coordinates. 2. Aufl., Academic Press, San Diego; Zilles K., 1985, Aspects of Cortical Variabili­ ty. In: Zilles K. (Hrsg.) The cortex of the rat. Sprin­ ger, Berlin, S. 103-104).

Anhand der anatomischen Orientierungspunkte, wie bei­ spielsweise dem Gehörgang oder den Schädelnähten, ist bedingt durch eine individuelle Variabilität bei jedem Tier nur eine beschränkte Genauigkeit der Lokalisierung einer Hirnregion bei der Reproduktion einer Messung möglich. Aufgrund abweichender individueller Lage die­ ser anatomischen Merkmale kann dieselbe Hirnregion in dem Bezugssystem eine andere Koordinate annehmen als ihr im jeweiligen Atlassystem zugewiesen wird. Selbst bei optimaler Versuchsdurchführung kommt es noch zu ei­ ner erheblichen interindividuellen Variabilität der Lo­ kalisierung gleicher Hirnregionen für unterschiedliche Tiere. Selbst bei optimaler Anwendung eines konven­ tionellen stereotaktischen Fixierungsrahmens unter Ver­ nachlässigung der Meßungenauigkeiten, kann die Genauig­ keit in der Bestimmung einer Hirnregion nicht größer sein, als die Variabilität der knöchernen Referenz­ punkte, die Variabilität des Abstandes der Punkte von der Hirnregion und schließlich die Variabilität der Hirnregion selber. Zudem bezieht sich ein stereotakti­ scher Atlas nur auf gesunde Ratten einer Spezies eines Geschlechts und eines bestimmten Lebensalters. Eine Übertragbarkeit der Koordinaten für eine bestimmte Hirnregion ist so für andere Rattenkollektive oder Tiere mit pathologischen Veränderungen des zentralen Nervensystems nicht gegeben.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Kopfhal­ ter und ein Verfahren zur Messung physiologischer Merk­ male im Gehirn eines Lebewesens zu schaffen, die es ermöglichen, eine Hirnregion, welche hinsichtlich eines bestimmten Meßparameters charakterisiert wird, präzise und reproduzierbar anatomisch zu lokalisieren. Basie­ rend auf der individuellen Hirnmorphologie im MRT soll die Lokalisation der Hirnregion dabei unabhängig von der genauen Orientierung des Tierschädels im Kopfhalter identifizierbar sowie reproduzierbar sein.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Auf­ gabe erfindungsgemäß gelöst mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal.

Mit dem erfindungsgemäßen Kopfhalter und dem Verfahren ist es nunmehr möglich, bestimmte Hirnregionen bezüg­ lich ihrer Position höchst genau zu lokalisieren. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Arretierung des Kopfes verletzungsfrei, so daß die Tiere den Versuch überleben können. Dies ermöglicht in einer Weiterbildung der Vorteile, daß zu einem späteren Zeitpunkt Wiederholungsversuche vorgenommen werden kön­ nen, bei denen der Kopf des Tieres neu arretiert werden muß. Durch die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kopfhalters bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ist ein genaues Wiederauffinden der jeweiligen Hirnregion mög­ lich, obwohl bei einem Wiederholungsversuch davon aus­ gegangen werden muß, daß der Kopf des zu untersuchenden Tieres nicht in der exakt gleichen Lage positioniert werden kann, wie beim ersten Versuch.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Zeichnungen zeigen beispielhaft eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kopfhalters.

Es zeigt:

Fig. 1: Eine Seitenansicht des Kopfhalters

Fig. 2: Eine Aufsicht auf den Kopfhalter

Fig. 3: Eine Aufsicht auf ein Mundstück

Fig. 4: Eine Seitenansicht des Mundstückes

Fig. 5: Einen Narkosekegel

Fig. 6: Eine andere Perspektive des Narkosekegels

Fig. 7: Eine tunnelförmige Abschirmung

Fig. 8: Eine Kunststoffhalbschale

Fig. 9: Eine andere Perspektive der Kunststoff­ halbschale

Fig. 10: Eine andere Perspektive der Kunststoff­ halbschale

Fig. 11: Einen Kopfhalter

Fig. 12: Einen Kopfhalter in einer Kleintier­ spule

Fig. 13: Frontalanblick des Kopfhalters gemäß Fig. 1

Fig. 14AB: Meßfeld mit einem Gehirn G

Der in Fig. 1 dargestellte Kopfhalter umfaßt eine Grundplatte 1, auf die seitlich Wände 2a, b angebracht sind, welche von zwei Stäben 3a, b fixiert werden. Die Wand 2 ist herausnehmbar angebracht. Am Kopfende befin­ det sich ein Mundstück 4, welches auf der dem Boden ab­ gewandten Seite parallel zur Unterlage 1 verläuft und sich auf der der Grundplatte 1 zugewandten Seite in Richtung zu den Wänden 2a, b verjüngt. In die Grundplat­ te 1 sind Bohrungen 5 angebracht, welche eine Arretierung des Kopfhalters auf einer Auflage eines Meßgerätes ermöglichen.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Kopfhalter der Fig. 1. In ihr sind denselben Vorrichtungsmerkmalen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet. In der Aufsicht läßt sich erkennen, daß in die Wände 2a, b Stifte 6a, b aufge­ nommen sind, die im wesentlichen senkrecht zur Wand 2 ausgerichtet sind und die in den Innenraum des Kopfhal­ ters ragen. Weiterhin zeigt die Aufsicht, daß das Mund­ stück 4 eine Bohrung 7 aufweist, welche der Aufnahme der Schneidezähne eines Tieres dient. Weiterhin befin­ den sich in dem in Fig. 3 dargestellten Kopfhalter drei Marker 8a, b, c, die zur Positionsbestimmung die­ nen.

Fig. 3 zeigt die Aufsicht auf das Mundstück 4 mit der Bohrung 7 zur Aufnahme der Schneidezähne eines Tieres sowie eine Markierungslinie 9, welche die Stelle andeu­ tet, an der sich das Mundstück 4 in Richtung der dem Tier zugewandten Seite hin verjüngt.

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht des Mundstückes 4 mit Bohrung 7 und Markierungslinie 9. Das Mundstück 4 ist in axialer Richtung 10 frei verschiebbar.

Fig. 5 zeigt die Seitenansicht des Narkosekegels mit einer Hülse 11 für die Narkosegaszuführung.

Fig. 6 zeigt die Aufsicht auf den Narkosekegel gemäß Fig. 5, der auf das Mundstück 4 aufgesetzt werden kann.

Fig. 7 zeigt die Einpassung des Kopfhalters in die In­ nenmaße der Kleintierspule.

Fig. 8 zeigt die Kunststoffhalbschale 13 zur Einpas­ sung des Kopfhalters in die Kleintierspule.

Fig. 9 zeigt die Halbschale 13 in Seitenansicht.

Fig. 10 zeigt die Halbschale 13 in frontaler Sicht.

Fig. 11 zeigt eine Aufsicht einer anderen Ausführungs­ form von Fig. 1 mit der Narkoseeinheit 14, welche das Mundstück 4 trägt. Innerhalb der Narkoseeinheit 14 fin­ den sich die Vorrichtungen der Narkosegaszuführung 15 bzw. der Narkosegasabsaugung 16. Die seitliche Fixie­ rung des Kopfes ist durch die S-förmige Konstruktion der Stifte 6a, b in alternativer Weise gelöst.

Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht von Fig. 11.

Fig. 13 zeigt die Frontalansicht des Kopfhalters gemäß Fig. 1. In ihr ist die Abschirmung 17 frei beweglich im Sockel 18 gelagert. Der Sockel 18 ist mit einer Ka­ mera verbunden, welche die funktionelle Bildgebung be­ wirkt.

Fig. 14 zeigt eine Aufsicht beider Ausführungsformen der Kopfhalter in maßstabsgleicher Darstellung mit dem Meßfeld 19 der funktionellen Bildgebung, in welchem das Gehirn G mit drei schematisch dargestellten Zielregio­ nen eingezeichnet ist. Es wird deutlich, daß bei A ein geringer Teil des Gehirns seitlich von den Wänden 2a, b abgeschirmt wird. Die Bezugszeichen entsprechen den der vorhergehenden Figuren.

Das Bezugszeichen G skizziert die Lage des Gehirns des zu untersuchenden Tieres.

Im folgenden soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden.

Zu Versuchszwecken wird das Tier in der Medianlinie auf die Grundplatte 1 des Kopfhalters gelegt. Am anterioren Fixationspunkt befindet sich das Mundstück 4, welches mit der Bohrung 7 zur Aufnahme der beiden Oberkiefer­ schneidezähne versehen ist. Vorteilhafterweise wird zur Fixierung der Oberkieferschneidezähne bzw. des Oberkie­ ferskeletts zusätzlich eine nicht toxische, thermoplas­ tische Kittmasse verwendet, die in die Bohrung 7 einge­ bracht wird. Die Wände 2a, 2b mit den Stiften 6a, 6b befinden sich in der Höhe der Gehörgänge. Zur endgülti­ gen Fixierung des Schädels sind die Stifte 6a, 6b an der Kontaktstelle zum Schädel vorzugsweise abgerundet, beziehungsweise stumpf und somit nicht traumatisierend in der Horizontalebene verschiebbar angeordnet. Die er­ findungsgemäße Kopfhalterung führt daher gezielt zur Vermeidung von beispielsweise Weichteilschäden, Schä­ delfrakturen und Trommelfellrissen. Weiterhin ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Kopfhalters für das Versuchstier schmerzfrei. Bei der Positionierung des Kopfes sind invasive Manipulationen aufgrund der Ausle­ gung der Fixierungspunkte 6a, b, 4, 7 nicht erforderlich. Somit sind bei einem Tier wiederholte Messungen mög­ lich. Das Tier muß nach der Untersuchung nicht getötet werden.

Die in Fig. 2 dargestellten Marker 8a, b, c in den Mar­ kerpositionen sind in Verbindung mit der angewendeten Meßmethode zur Bestimmung der Meßparameter der Emis­ sionstomographie entscheidend für die exakte Lokalisa­ tion der jeweiligen Hirnregion. Sie stellen ein Bezugs­ system dar, welches eine relative Lokalisation des Meß­ signals zu den Markern 8 ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist, wie in Fig. 2 dargestellt, mindestens 3 Markerpositionen auf, welche eine gedachte Fläche aufspannen. Die Markerpositionen sind frei wählbar und können seitlich am Rand der Grundplatte 1 und in den Aufbauten liegen. Mit einer höher werdenden Anzahl von Markern wird die Genauigkeit der Lokalisation erhöht. So können für eine exakte Po­ sitionierung bis zu 6, vorzugsweise auch 8 oder mehr Marker eingesetzt werden. Bei den Markern 8 handelt es sich um positionsgebende Mittel, welche von den ent­ sprechenden Meßmethoden räumlich erfaßt werden können. Die Marker 8 sind für die zur Detektion der neuronalen Aktivität eingesetzten Meßmethode signalgebend, so daß neben den Meßsignalen auch die Signale der Marker 8 aufgenommen werden können. Die Signale der Marker 8 sind im Kopfhalter statisch fixiert, so daß sie jeden­ falls keine Positionsänderungen erfahren. Sie stellen ein Bezugssystem dar, welches eine relative Lokalisa­ tion der neuronalen Aktivität zu den Markern 8 ermög­ licht. Es steht somit ein Bezugssystem zur Verfügung, welches eine auf der individuellen Hirnmorphologie ba­ sierende Identifizierung der Hirnregion ermöglicht. Wird das Versuchstier mit dem transportablen Kopfhalter zu einem anderen Meßinstrument gebracht, so ist eine reproduzierbare Positionierung der Hirnregion möglich. Die von den Markern 8 abgegebenen Positionssignale wer­ den von einer EDV gespeichert. Aufgrund der gespeicher­ ten Meß- und Positionsdaten der Marker 8 ist es mög­ lich, die erhaltenen Meßsignale rechnergesteuert zu transformieren, so daß auch um einen Winkel gedrehte Ansichten der Signalverteilung möglich sind. Wird die neuronale Aktivierung im Gehirn in einem Experiment mittels kernmagnetischer Resonanzmethoden erfaßt, so umfaßt der Marker Substanzen, welche mit kernmagneti­ schen Resonanzmethoden detektierbar sind. Die in Fig. 2 dargestellten Marker 8a, b, c in den Markerpositionen sind in Verbindung mit der angewendeten Meßmethode zur Bestimmung der Meßparameter der Emissionstomografie entscheidend für die exakte Lokalisation der jeweiligen Hirnregion. Sie stellen ein Bezugssystem dar, welches eine relative Lokalisation der Radioaktivität zu den Markern 8 ermöglicht. Die durch die chemische Verschie­ bung der Markersubstanzen verursachte Ungenauigkeit in der räumlichen Abbildung der Markerpositionen kann mit bekannten mathematischen Methoden rechnerisch korri­ giert werden. Als geeignete Substanzen können bevorzugt Lebertran, Öl, tierische und pflanzliche Fette, Stea­ rin, Vitamin E sowie langkettige Fette genannt werden. Die Signalintensitäten der Markersubstanzen machen sie eindeutig gegenüber der Umgebung unterscheidbar. Das bedeutet, daß ein guter Kontrast gegenüber der Umgebung besteht. Wird das physiologische Merkmal mit anderen Meßmethoden, wie z. B. PET verfolgt, so kann der Marker auch strahlungs- oder partikelabgebend sein. Zum Bei­ spiel können Röntgenstrahlung oder Photoelektronen ab­ gegeben werden. Beim Wechsel zwischen verschiedenen Meßmethoden ist es möglich, verschiedenartige Marker gegeneinander auszutauschen, da diese auswechselbar an der Grundplatte befestigt sind. Hierdurch ist eine spä­ tere Überlagerung von Datensätzen aus verschiedenen Meßmethoden möglich, so daß Meßergebnisse, die bei gleicher neuronaler Aktivierung unter Verwendung ver­ schiedener Meßmethoden entstehen, miteinander vergli­ chen werden können. Für die Minimierung des Meßfehlers ist die Zahl der Markerposition mit ≧ 6 deutlich größer als nur mit 3 Markerposition, die der entsprechend mi­ nimal zur Definition des Raumvolumens notwendigen An­ zahl von Markerpositionen entspricht. In einer vorteil­ haften Ausgestaltung der Erfindung sind die Markerposi­ tionen 8a, b, c, d, e usw. asymmetrisch angeordnet, so daß aufgrund der relativen Position der Markerpositionen zueinander zwischen verschiedenen Ansichten einer räumlich transformierten Abbildung unterschieden werden kann.

Die Markersubstanzen befinden sich innerhalb einer Kap­ sel, die aus leichtgängigem und robustem Kunststoff, vorzugsweise Teflon, besteht. Die Kunststoffkapseln der Marker sind leicht montierbar und derart hergestellt, daß die Markersubstanzen der MRT und der PET in identi­ sche Positionen verbracht werden können. Beim Wechsel zwischen verschiedenen Meßmethoden ist es somit mög­ lich, verschiedenartige Marker gegeneinander auszutau­ schen, da diese auswechselbar an der Grundplatte befes­ tigt sind. Letztlich können die Marker auch, falls er­ forderlich, während des laufenden Experimentes montiert oder demontiert werden, ohne daß die Positionierung des Tieres im Halterungssystem verändert wird. Hierdurch ist eine spätere Überlagerung von Datensätzen aus ver­ schiedenen Meßmethoden möglich, so daß Meßergebnisse, die in einer Zielregion unter Verwendung verschiedener Meßmethoden entstehen, miteinander verglichen werden können. Die von den Markern in den Markerpositionen 8 im jeweiligen Meßverfahren gewonnenen Ortskoordinaten werden zusammen mit den jeweiligen Meßdaten in der EDV gespeichert. Aufgrund der gespeicherten Meß- und Posi­ tionsdaten der Marker 8 ist es möglich, mittels geeig­ neter Bildverarbeitung die entsprechenden Markerpositi­ onen aus der PET und der MRT einander zuzuordnen. Es steht somit ein Bezugssystem zur Verfügung, welches ei­ ne auf der individuellen Hirnmorphologie basierende Identifizierung der Hirnregion ermöglicht. Wird das Versuchstier mit dem transportablen Kopfhalter zu einem anderen Meßinstrument gebracht, so ist eine reprodu­ zierbare Positionierung der Hirnregion möglich. Für ei­ ne eindeutige Überlagerung zweier dreidimensionaler Da­ tensätze sind minimal 3 Markerpositionen erforderlich. Mit einer höher werdenden Anzahl von Markern wird die Genauigkeit der Lokalisation erhöht. So können hier für eine exakte Positionierung 6 oder mehr Marker einge­ setzt werden. Die Markerpositionen können in unter­ schiedlichen Höhen am Rande bzw. außerhalb des Meßvolu­ mens der eigentlichen Emissionstomografie seitlich am Rand der Grundplatte 1 und in den Aufbauten angeordnet sein. Dabei sind die Markerpositionen vorzugsweise asymmetrisch angeordnet, um bei der späteren Datenauf­ arbeitung eine automatisierte und eindeutige Identifi­ zierung der Ortskoordinaten zu gewährleisten. Der Kopf­ halter ist während der PET-Untersuchung mittels einer elektronisch geregelten Feinmechanik fest mit der PET- Kamera verbunden und nach Festlegung eines Bezugspunk­ tes reproduzierbar im Raum zu bewegen. Damit können auch Markerpositionen aufgesucht und ausgemessen wer­ den, deren Abstand größer ist als die Dimensionierung des Meßvolumens der PET-Kamera. Diese Anordnung der Markerpositionen ist vorteilhaft zur Minimierung des Meßfehlers der Überlagerung von PET und MRT, da dieser sich mit zunehmendem Abstand der Marker verringert. Letztlich können die PET-Markerpositionen - beziehungs­ weise Markerpositionen für funktionelle Bildgebung im Allgemeinen - auch unabhängig von der eigentlichen Un­ tersuchung des Tieres ausgemessen werden, wodurch sich die Untersuchungs- bzw. die Narkosedauer günstigerweise verkürzt. Es ist nur ein einzelner PET-Marker notwen­ dig, der nacheinander in allen Positionen ausgemessen wird, wodurch sich eine Kostenreduktion bedingt. Die Messung der jeweiligen Markerposition mittels PET, kann im Zentrum des Meßvolumens der Kamera erfolgen, also im Bereich ihrer höchsten Ortsauflösung. Letztlich ergeben sich bei dieser Bestimmungsmethode der jeweiligen Mar­ kerpositionen keine störenden Einflüsse durch zusätz­ lich im Meßvolumen befindliche Radioaktivität oder nicht vom PET-Marker bedingte Streustrahlung.

Je nach angewendeter Meßmethode können Anforderungen hinsichtlich des Materials, aus welchem der Kopfhalter besteht, gestellt werden. So ist es notwendig, daß der gesamte mobile Teil des Kopfhalters, welcher beim Tier verbleibt, aus nicht magnetisierbarem Material besteht. Der beim Tier verbleibende Teil kann insbesondere die Grundplatte 1, die Wände 2a, b, die Stifte 6a, b und das Mundstück 4 umfassen. Auch die Narkoseeinheit und die Marker 8a, b, c können aus nicht magnetisierbarem Materi­ al bestehen. Bevorzugt sollte das Material zudem eine möglichst geringe Streuung und Abschwächung der Gamma­ strahlung bewirken, insbesondere in Kopfnähe.

In einer bevorzugten Ausführungsform sollte das Materi­ al des mobilen Teils, oder Teile davon, der Grundplatte 1 mit Aufbauten sowie der Sockel aus besonders statisch stabilem Kunststoff, wie Carbon bestehen. Insbesondere im Nasenbereich des zu untersuchenden Lebewesens sollte die Auflage des Kopfes mit Material ausgestattet sein, welches eine Abfederung des sensiblen Nasenbereiches des zu untersuchenden Lebewesens ermöglicht. Hierzu kommt beispielsweise Moosgummi in Frage. Der Nasenbe­ reich soll vorzugsweise keinen direkten Kontakt mit den Kunststoffteilen der Aufbauten haben. So kann eine, die Meßdaten störende, Reizung in dieser Körperregion ver­ mieden werden. Die Notwendigkeit der variablen Abschir­ mung der Streustrahlung ergibt sich aus der individuell häufig sehr störenden Bindung bzw. Verstoffwechselung der verschiedenen Radioliganden in extrazerebralen Strukturen (Hardersche Drüsen, Muskulatur, Schleimhaut, Gastrointestinaltrakt).

Durch die Verwendung eines Metalls mit hohem Schwä­ chungskoeffizient für Gammastrahlung für die Abschir­ mung 17 (z. B. Blei oder idealerweise Wolfram) kann eine ausreichende Abschirmung der Streustrahlen erzielt werden. In diesem Zusammenhang vorteilhaft ist die bei dem vorliegenden Kopfhalter freie Verschiebbarkeit der kra­ nialen und kaudalen Elemente der Abschirmung in axialer Richtung 10, die der jeweiligen Meßsituation angepaßt werden kann.

Der erfindungsgemäße Kopfhalter ist als multimodale Transport- und Fixiereinrichtung primär für die Ratte vorgesehen und kann zusätzlich an die Anatomie anderer kleiner Säuger adaptiert werden. Um verschiedene Unter­ suchungsergebnisse miteinander korrelieren zu können, wird diese mobile Einheit zusammen mit dem Tier von ei­ ner Untersuchungseinrichtung in die nächste gebracht. In der mobilen Einheit kann die narkotisierte Ratte in Rückenlage oder alternativ im Bauchlage positioniert werden. Die Rückenlage ermöglicht eine optimale Fixie­ rung des relativ platten Schädeldaches auf der Grund­ platte 1, bei gleichzeitig erhaltener Interventionsmög­ lichkeit. Die Schneidezähne werden dabei von unten in die Bohrung 7 des Mundstücks 4 eingeführt. So sind ve­ nöse Zugänge auch im Halsbereich möglich und es besteht eine gute Durchführbarkeit einer Infusions- oder Inha­ lationsnarkose. Dabei können die Tiere entweder spontan Raumluft atmen, oder es können über den Narkosegas­ trichter (Fig. 5 und 6) zugeführte Narkosegase spontan oder über einen endotrachealen Tubus angeboten werden. Das Prinzip der Narkosegaszuführung sowie die Absaugung der ausgeatmeten Gase erfolgt nach üblichen Standards der Kleintierbeatmung. Dabei können ggf. toxische exha­ lierte Narkosegase, wie halogenierte Ether (z. B. I­ sofluoran), in ausreichendem Maß abgesaugt und über kommerziell erhältliche Absorber eliminiert werden.

Claims (20)

1. Kopfhalter umfassend Mittel zum Halten eines Kopfes in einer Position, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 3 Marker (8) umfaßt.

2. Kopfhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 3 bis 8 Marker (8) umfaßt.

3. Kopfhalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Marker (8) in ihrer Position frei wählbar sind.

4. Kopfhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Marker (8) in einer nicht-symmetrischen An­ ordnung zueinander positioniert sind.

5. Kopfhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Marker (8) eine Markersubstanz umfassen, welche ein kernmagnetisches Resonanzsignal des Was­ serstoffs liefert.

6. Kopfhalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Markersubstanz mindestens eine Komponente aus der Gruppe Lebertran, Öl, pflanzliches Fett, Vitamin E und langkettiges Fett, Stearin ist.

7. Kopfhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Marker (8) eine Markersubstanz beinhaltet, die strahlungs- oder partikelabgebend ist.

8. Kopfhalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Marker Röntgenstrahlung oder Photoelektro­ nen abgibt.

9. Kopfhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel umfaßt, die den Kopf von der linken und der rechten Seite des Schädels nicht traumati­ sierend arretieren.

10. Kopfhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er einen anterioren Fixationspunkt aufweist, der Mittel zur Arretierung der Schneidezähne auf­ weist.

11. Kopfhalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Arretierung ein Mundstück (4) mit einer Bohrung (7) ist, in welches die Schneide­ zähne eingelegt werden können.

12. Kopfhalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrung (7) eine nichttoxische thermoplas­ tische Kittmasse zugeordnet ist, welche dem Halt und der Fixierung der Scheidezähne dient.

13. Kopfhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er aus nichtmagnetischem Material besteht.

14. Kopfhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Kunststoff besteht.

15. Kopfhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil seines Materials in Kopfnä­ he aus Carbon besteht.

16. Kopfhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel umfaßt, welche für eine weiche Abfe­ derung des sensiblen Nasenbereiches des zu untersu­ chenden Lebewesens sorgen.

17. Verfahren zur Messung physiologischer Merkmale bei faunischen Lebewesen, bei dem der Kopf des Lebewe­ sens arretiert wird, und das physiologische Merkmal mit Detektoren registriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Lokalisation des phy­ siologischen Merkmals Marker (8) fest positioniert angebracht werden, welche für den Detektor signal­ gebend sind, und deren Signal vom Detektor empfan­ gen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedenartige Markersubstanzen eingesetzt werden, welche während eines Versuches gegeneinan­ der ausgetauscht werden.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß Markersubstanzen eingesetzt werden, welche für die Positronen-Emissions-Tomografie oder für die Kernspintomografie signalgebend sind.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Marker verwendet wird, der nacheinander in mindestens drei Markerpositionen eingebracht und vermessen wird.