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Die
Erfindung betrifft eine Magnet-Resonanz-Spule zur Magnet-Resonanz-Spektroskopie.
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Die
Magnet-Resonanz-Spektroskopie (im Folgenden durch MRS abgekürzt) beruht
wie die Magnet-Resonanz-Tomographie auf dem Prinzip der magnetischen
Kernspinresonanz. Im Gegensatz zur Tomographie ist die primäre Zielsetzung
der Spektroskopie jedoch nicht die Bildgebung, sondern eine Analyse
eines Stoffes. Isotope, die ein magnetisches Moment besitzen, wie
beispielsweise 1H, 13C
oder 31P, weisen unterschiedliche Resonanzfrequenzen
auf. Die jeweilige Resonanzfrequenz hängt zusätzlich von der chemischen Struktur
eines Moleküls,
in dem ein Isotop gebunden ist ab. Denn Elektronen des Moleküls schirmen
das Grundmagnetfeld des Magnet-Resonanz-Geräts (MR-Geräts)
ab, was zu einer lokalen Änderung
des Magnetfelds am Ort eines Atomkerns des Moleküls führt und somit zu einer Variation
der Resonanzfrequenz. Diese Variation der Resonanzfrequenz wird
als chemische Verschiebung bezeichnet und erlaubt eine Identifizierung
von Molekülen.
Sie wird relativ zu einem Referenzsignal, z. B. dem Signal von Tetramethylsilan
(TMS), in ppm (parts per million) angegeben.
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Über die
Signalintensität
bzw. die Peakfläche der
verschiedenen Resonanzfrequenzen kann auch auf eine, zumindest relative,
Konzentration der entsprechenden Moleküle geschlossen werden.
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Unter
klinischer MRS wird die MRS unter Verwendung klinischer MR-Geräte verstanden.
Die Verfahren der lokalisierten MRS unterscheiden sich von denen
der Magnet-Resonanz-Bildgebung im Wesentlichen dadurch, dass bei
der Spektroskopie zusätzlich
zur tomographischen Ortsauflösung
auch die chemische Verschiebung aufgelöst wird. Zurzeit dominieren
in der klinischen Anwendung zwei Lokalisationsverfahren der MRS.
Dies sind einerseits auf Echoverfahren beruhende Einzelvolumentechniken, bei
denen ein Spektrum eines zuvor ausgewählten Zielvolumens aufgezeichnet
wird. Andererseits sind dies spektroskopische Bildgebungsverfahren,
sogenannte CSI-Verfahren
(Chemical Shift Imaging), die simultan die Aufzeichnung von Spektren
vieler räumlich
zusammenhängender
Zielvolumina ermöglichen.
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Ein
Anwendungsgebiet für
die MRS ist beispielsweise die Neurologie, wobei z. B. der Zusammenhang
zwischen der neuronalen Aktivität
und den damit verbundenen Stoffwechselvorgängen untersucht wird. Ein anderes
großes
Anwendungsgebiet ist die Onkologie. Dabei ermöglicht die MRS beispielsweise über die
Identifikation verschiedener Metaboliten (Stoffwechsel(zwischen)produkte)eine
Unterscheidung von malignen (bösartigen)
und benignen (gutartigen) Tumoren oder auch eine schnelle Verlaufskontrolle
einer Chemo- oder Strahlentherapie zur Behandlung von malignen Tumoren.
Auch mögliche
vitale Restbefunde nach einer Therapie oder einem operativen Eingriff
können
identifiziert werden. Ein Vorteil der MRS gegenüber Bildgebungstechniken ist
hierbei, dass sich beispielsweise bei einer Therapie der Metabolismus
eines Tumors schneller ändert
als seine anatomische Struktur. Somit kann frühzeitig erkannt werden, ob
eine Therapie die gewünschte
Wirkung hat oder nicht.
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Einige
in der Onkologie wichtige Metaboliten sind beispielsweise N-Acetylaspartat
(NAA), Laktat (Lac), und Cholin (Cho). Beispielsweise das Signal von
NAA ist in der Regel in Tumoren geringer als in gesundem Gewebe.
Eine erhöhte
Cho-Konzentration markiert z. B. Tumorgewebe oder auch Multiple-Sklerose-Plaques.
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Kommt
ein Stoff nur in sehr kleiner Konzentration in einem Untersuchungsobjekt
vor, kann es erforderlich sein das Signal-Rausch-Verhältnis zu
verbessern, um den Stoff detektieren zu können. Eine relativ einfache
Methode dies zu erreichen, ist eine Vergrößerung des Zielvolumens. Eine
andere ist die Erhöhung
des Grundmagnetfeldes. Die erstgenannte Methode ist durch die Größe des Untersuchungsobjekts
limitiert, über
das das Zielvolumen nicht hinausgehen soll. Die zweite Methode ist
eine Frage der technischen Reife des MR-Geräts und damit der Kosten.
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Bei
einer Messung werden die Konzentrationen der verschiedenen interessierenden
Metaboliten in der Regel relativ zu der Konzentration eines anderen
im Untersuchungsobjekt vorkommenden Stoffes, beispielsweise eines
anderen Metaboliten oder des internen Wassers, angegeben. Man spricht
hierbei auch von einer relativen Quantifizierung. Dies bringt jedoch
einige Unsicherheiten mit sich. Insbesondere bei Therapieverlaufskontrollen
ist das Verhalten anderer Stoffe, auch des internen Wassers, während der
Therapie weitgehend unbekannt. Eine Angabe einer Konzentration eines
Metaboliten in Bezug auf die Konzentration eines anderen Stoffes,
die sich in unbekannter Weise geändert
haben kann, bringt aber keine gesicherten Ergebnisse.
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Auch
eine absolute Quantifizierung der Metaboliten-Konzentrationen ist nicht ohne weiters
möglich.
Eine einfache Kalibrierung mit Hilfe von Phantomlösungen bekannter
Konzentration wird vor allem dadurch erschwert, dass eine zur Aufnahme
verwendete Spule in Abhängigkeit
ihrer Beladung ihre Empfindlichkeit ändert.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung
zu schaffen, die in aufwandsarmer Weise eine schnelle und zuverlässige Quantifizierung
von chemischen Stoffen in einem Untersuchungsvolumen erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist eine
Magnet-Resonanz-Spule zur Magnet-Resonanz-Spektroskopie
mit mindestens einem Aufbewahrungsbe hältnis für je eine Referenzsubstanz
vorgesehen, wobei das mindestens eine Aufbewahrungsbehältnis an
einer fixen Position mit einem Gehäuse der Magnet-Resonanz-Spule
verbunden ist.
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Eine
derartige Magnet-Resonanz-Spule ermöglicht es auf einfache Weise
eine Referenzmessung an einer nicht im Untersuchungsobjekt befindlichen
Referenzsubstanz durchzuführen.
Durch die fixe Position kann eine Messung der Referenzsubstanz ohne
langwieriges Einstellen des Zielvolumens vorgenommen werden. Da
die Referenzsubstanz außerhalb
des Untersuchungsobjekts liegt, ist sie nicht den Auswirkungen einer
etwaigen Therapie des Untersuchungsobjekts unterworfen. Gleichzeitig
ist die Magnet-Resonanz-Spule bei der Messung der Referenzsubstanz
in gleicher Weise beladen wie bei der Messung im Untersuchungsobjekt.
Damit liegt bei beiden Messungen die gleiche Empfindlichkeit der Magnet-Resonanz-Spule
vor. Unter dem Begriff Referenzsubstanz ist hierbei ein chemischer
Stoff (Reinstoff oder Gemisch) zu verstehen, der in einem beliebigen
Aggregatzustand, möglicherweise
in Lösung mit
einem Lösemittel
vorliegt.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens
eine Aufbewahrungsbehältnis
innerhalb des Detektionsbereichs der Magnet-Resonanz-Spule angeordnet.
So ist eine Analyse der in dem mindestens einen Aufbewahrungsbehältnis befindlichen
Referenzsubstanz auf einfache Weise möglich.
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Zweckmäßig ist
das mindestens eine Aufbewahrungsbehältnis an einer definierten
Position in Bezug auf eine Leiteranordnung der Magnet-Resonanz-Spule
angeordnet. Wird die definierte Position als Zielvolumen für die Referenzmessung
gespeichert, kann die Analyse der Referenzsubstanz in dem mindestens
einen Aufbewahrungsbehältnis
auch automatisiert durchgeführt
werden. Zudem ist auch die Empfindlichkeit der Magnet-Resonanz-Spule an einer definierten,
fixen Position nur von der Beladung der Magnet-Resonanz-Spule abhängig.
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Vorzugsweise
ist das mindestens eine Aufbewahrungsbehältnis austauschbar, damit beispielsweise
eine andere Referenzsubstanz in die Magnet-Resonanz-Spule eingebracht
werden kann, oder ein altes Aufbewahrungsbehältnis bei z. B. altersbedingter,
stofflicher Veränderung
erneuert werden kann.
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Dabei
stellt in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ein Verbindungselement sicher, dass das mindestens
eine Aufbewahrungsbehältnis
auch nach einem Austausch wieder an exakt derselben Position gehalten
wird. So kann der Betrieb der Magnet-Resonanz-Spule nach einem Austausch
des mindestens einen Aufbewahrungsbehältnisses ohne Anpassungsmaßnahmen
weitergeführt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die
Magnet-Resonanz-Spule Befestigungsmittel zum Befestigen der Magnet-Resonanz-Spule
auf einer Patientenliege eines MR-Geräts auf. Die Befestigungsmittel
verhindern auf einfache Weise eine nicht gewünschte Bewegung der Magnet-Resonanz-Spule während der
Messung in einem MR-Gerät.
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Besonders
einfach lässt
sich eine Quantifizierung eines Stoffes in einem Untersuchungsobjekt durchführen, wenn
die Referenzsubstanz in dem mindestens einen Aufbewahrungsbehältnis einen
natürlich
im Untersuchungsobjekt vorkommenden Stoff enthält.
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In
einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform
enthält
die Referenzsubstanz isotonische Kochsalzlösung. Isotonische Kochsalzlösung ist
die preisgünstigste
Infusionslösung und
entspricht mit einer Osmolarität
von 308 mosmol/l annähernd
der des Blutplasmas. Es enthält
wie menschliches Serum Wasser sowie Natrium- und Chloridionen.
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Für eine möglichst
genaue Quantifizierung ist es vorteilhaft, dass die Referenzsubstanz
den Stoff, dessen Konzentration im Untersuchungsobjekt bestimmt
werden soll, enthält.
Beispielsweise enthält die
Referenzsubstanz zweckmäßig Cholin,
wenn zur Untersuchung eines Tumors die Konzentration von Cholin,
insbesondere t-Cholin, bestimmt werden soll.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnung. Die aufgeführten
Beispiele stellen keine Beschränkung
der Erfindung dar. Es zeigt:
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Figur
eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Magnet-Resonanz-Spule am
Beispiel einer Brustspule.
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Die
Figur zeigt eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Magnet-Resonanz-Spule am
Beispiel einer Brustspule 1. In analoger Weise können auch
andere Magnet-Resonanz-Spulen für andere
Körperteile
wie beispielsweise Kopf, Nacken oder Extremitäten aufgebaut sein. Die Darstellung
ist nicht maßstabsgetreu.
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Die
Brustspule 1 weist zwei Aussparungen 11 zur Aufnahme
einer rechten und einer linken Brust einer Patientin auf. Die Brüste können durch
Kompressionsplatten 13, die sich in Ruhelage jeweils in dem
nach außen
weisenden Bereich der Aussparungen 11 befinden, fixiert
werden. Dies geschieht, indem die Kompressionsplatten 13 in
Richtung Körpermitte
der Patientin (Pfeilrichtung) verfahren werden, und somit die Aussparungen 11 verengen.
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Jeweils
um die Aussparungen 13 und somit um das Untersuchungsgebiet
herum sind Leiteranordnungen 7 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist nur eine Leiteranordnung 7 um eine Aussparung 13 schematisch
dargestellt. Über
die Leiteranordnungen 7 werden die von den angeregten Kernseins
ausgesendeten Signale empfangen.
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Ein
Aufbewahrungsbehältnis 3 ist
symmetrisch zwischen den Aussparungen 13 angeordnet und
befindet sich im Detektionsbereich der Leiteranordnungen 7 der
Magnet-Resonanz-Spule 1.
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Ein
Verbindungselement 9, das mit dem Gehäuse 5, beispielsweise
der Bodenplatte, der Brustspule 1 verbunden ist, hält das Aufbewahrungsbehältnis 3 fest
an einer definierten Position in Bezug auf die Leiteranordnungen 7 der
Brustspule 1. Gleichzeitig ermöglicht es das Verbindungselement 9 das
Aufbewahrungsbehältnis 3 auszutauschen,
wobei sich das (evtl. neue) Aufbewahrungsbehältnis 3 nach einem
Austausch wieder exakt an derselben Position in Bezug auf die Leiteranordnungen 7 der Brustspule 1 befindet.
Dazu sind Aufbewahrungsbehältnis 3 und
Verbindungselement 9 beispielsweise derart geformt, dass
das Verbindungselement 9 clipartig in mindestens eine Rille
des Aufbewahrungsbehältnisses
greift. Alternativ kann z. B. auch eine bajonettverschlussartige
oder schraubenartige Verbindung zwischen Aufbewahrungsbehältnis 3 und Verbindungselement 9 die
eindeutige Positionierung des Aufbewahrungsbehältnisses 3 in Bezug
auf die Leiteranordnungen 7 der Brustspule 1 garantieren.
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Idealerweise
ist das Aufbewahrungsbehältnis 3 mit
einem Bauteil, beispielsweise der Bodenplatte, des Gehäuses 5 der
Magnet-Resonanz-Spule 1 verbunden, das ohne Eingriff in
den inneren Aufbau der Hardware der Magnet-Resonanz-Spule ausgetauscht
werden kann. Auf diese Weise können
auch vorhandene Magnet-Resonanz-Spulen ohne großen Aufwand mit einem Aufbewahrungsbehältnis nachgerüstet werden.
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Die
Abmessungen des Aufbewahrungsbehältnisses 3 sind
derart zu wählen,
dass die Referenzsubstanz in dem Aufbewahrungsbehältnis ein ausreichend
großes
Volumen einnimmt, um eine gesicherte Messung vornehmen zu können. Meist
ist die Größe des Aufbewahrungsbehältnisses 3 durch den
in der Magnet-Resonanz-Spule 1 verfügbaren Raum
limitiert. Da die Konzentration der Referenzsubstanz sehr hoch sein
kann, kann das Volumen des Aufbewahrungsbehältnisses sehr klein gewählt werden.
Das Aufbewahrungsbehältnis
ist mindestens so bemessen, dass ein Standard-Zielvolumenelement
(Voxel) der Referenzmessung darin Platz findet. Idealerweise ist
das Volumen des Aufbewahrungs behältnisses
jedoch mindestens doppelt so groß wie ein Standard-Zielvolumenelement
der Referenzmessung.
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Das
Aufbewahrungsbehältnis 3 kann,
wie im dargestellten Beispiel, als ein zylinderartiges Fläschchen
ausgebildet sein. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen, wie
z. B. glühbirnenartig
oder würfelartig
o. ä. denkbar.
Es ist jedoch insbesondere bei weniger symmetrischen Formen zu beachten,
dass das Aufbewahrungsbehältnis 3 austauschbar
ist, und in Verbindung mit dem Verbindungselement 9 wieder in
exakt dieselbe Position gebracht werden kann.
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Bei
Bedarf können
auch mehrere Aufbewahrungsbehältnisse
an geeigneter Stelle in dem Gehäuse
der Magnet-Resonanz-Spule 1 angebracht werden.
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Die
Magnet-Resonanz-Spule 1 verfügt über Befestigungsmittel 15 mit
denen sie auf einer Patientenliege 17 eines MR-Gerätes befestigt
werden kann. Beispielsweise werden die Befestigungsmittel 15 in formschlüssigen Vertiefungen
der Patientenliege 17 verankert. Dadurch wird eine ungewünschte Bewegung
der Magnet-Resonanz-Spule vermieden.
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Des
Weiteren verfügt
die Magnet-Resonanz-Spule über
Lokalisierungsmittel, beispielsweise in Form einer Markierung 19 in
Verbindung mit einem handelsüblichen
Lichtvisier eines MR-Geräts (nicht dargestellt),
mittels derer die Position der Magnet-Resonanz-Spule und damit gleichzeitig
auch die Position des Aufbewahrungsbehältnisses in Bezug auf das Messkoordinatensystem
des MR-Geräts
eindeutig feststellbar und einstellbar ist. Es ist dem Fachmann überlassen,
anstelle eines Lichtvisiers des MR-Geräts und einer Markierung 19 einen
anderen Lokalisationsmechanismus einzusetzen.
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Weitere
Komponenten der Magnet-Resonanz-Spule, wie z. B. Elektronik, Abschirmung,
Kompressionsmechanik etc., sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Ihr Aufbau gleicht dem der jeweiligen Komponenten in handelsüblichen
Magnet-Resonanz-Spulen.