DE102009038239A1

DE102009038239A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Segmentierung des bestimmten Gewebevolumens

Info

Publication number: DE102009038239A1
Application number: DE102009038239A
Authority: DE
Inventors: Arne Dr. Hengerer; Thomas Dr. Mertelmeier; Sven Dr. Meyburg; Marcus Dr. Pfister; Martin Dr. Requardt; Andreas Dr. Kappel; Andrea Dr. Lichte; Christoph Dr. Petry; Luis Lasalvia
Original assignee: Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH; Siemens Healthcare Diagnostics GmbH Germany; Siemens AG; Siemens Healthcare Diagnostics Inc
Current assignee: Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH; Siemens Healthcare Diagnostics GmbH Germany; Siemens AG; Siemens Healthcare Diagnostics Inc
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-03-03
Also published as: US20110046455A1; DE102009038239A8

Abstract

Zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper (5) wird eine Spitze einer länglichen Vorrichtung (10) in das bestimmte Gewebevolumen navigiert und ein Teil des Gewebevolumens mittels eines Biosensors (1) in Echtzeit analysiert. Dabei kann der Biosensor (1) entweder an der Spitze der Vorrichtung (10) angeordnet sein oder die Vorrichtung (10) umfasst einen Katheter (4), über welchen ein zu analysierender Stoff aus dem Gewebevolumen von der Spitze zu dem am proximalen Ende des Katheters (4) angeordneten Biosensor (1) transportiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen, um ein bestimmtes Gewebevolumen in einem insbesondere menschlichen Körper zu untersuchen sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung, um eine Segmentierung dieses bestimmten Gewebevolumens durchzuführen.
Eine Lokalisierung von beispielsweise molekularen Biomarkern ist für verschiedene Diagnoseverfahren in der Onkologie, wie z. B. für eine Therapie-Planung, für eine Planung eines Eingriffs, für eine Therapie-Überwachung, für eine Kontrolluntersuchung, notwendig. Dafür werden nach dem Stand der Technik mittels einer Biopsie Proben eines zu untersuchenden Gewebes entnommen und anschließend von einem Fachmann der Histopathologie analysiert. Bei diesem Vorgehen handelt es sich um ein etabliertes Verfahren, was allerdings den Nachteil aufweist, dass es zu einer Unterbrechung bei der Untersuchung z. B. eines Patienten kommt, da die histopathologische Analyse zeitaufwändig ist. Die Dauer der Untersuchung oder eine Unterbrechung der Untersuchung, um die Ergebnisse der Histopathologie abzuwarten, ist für einen Patienten von Nachteil und kann sogar das Ergebnis einer Therapie negativ beeinflussen. Darüber hinaus sind eine spezielle Infrastruktur und ein Pathologe erforderlich, was die Kosten der Untersuchung nicht unerheblich erhöht. Häufig ist es nach dem Stand der Technik daher üblich, diese Biomarker nur systemisch, d. h. nicht ortsaufgelöst, über Blutproben zu bestimmen.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lokalisierung von Biomarkern und damit die Untersuchung eines bestimmten Gewebes gegenüber dem Stand der Technik zu beschleunigen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, durch eine Analyseeinrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens nach Anspruch 10, eine Segmentierungsvorrichtung zur Segmentierung eines bestimmten Volumens nach Anspruch 11, ein Verfahren zur Segmentierung eines bestimmten Volumens nach Anspruch 12 und ein Verfahren zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem insbesondere menschlichen Körper bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Führungsvorrichtung und einen Biosensor, welcher an einer geeigneten Stelle an der Führungsvorrichtung angebracht ist. Die Vorrichtung ist derart ausgestaltet, dass der Biosensor mit Hilfe der Führungsvorrichtung durch den Körper zu einem Teil des zu untersuchenden Gewebevolumens geführt werden kann und dass der Biosensor für eine Echtzeit-Analyse dieses Teils des Gewebevolumens ausgebildet ist, indem der Biosensor beispielsweise Körperflüssigkeiten, wie z. B. interstitielle Flüssigkeiten, und Gewebe analysiert. Dabei ist der Biosensor insbesondere an einem distalen Ende der Führungsvorrichtung angebracht.
Es ist zum einen möglich, dass der Biosensor quasi das distale Ende der Vorrichtung bildet, um so durch die Führungsvorrichtung zu dem bestimmten Gewebevolumen geführt zu werden. Es kann aber auch vorteilhaft sein, den Biosensor etwas abgesetzt (entfernt) vom distalen Ende der Führungsvorrichtung anzuordnen, damit der Biosensor durch Zelltrümmer, welche durch eine Bewegung der Führungsvorrichtung zu dem bestimmten Gewebevolumen gelöst werden, den Biosensor nicht zusetzen oder gar beschädigen. Dabei ist es zum einen möglich, den Biosensor außen an der Führungsvorrichtung anzuordnen. Darüber hinaus ist es möglich den Biosensor innerhalb der Führungsvorrichtung anzuordnen, so dass der Biosensor quasi durch die Führungsvorrichtung geschützt wird. Wenn der Biosensor abgesetzt von der Spitze bzw. dem distalen Ende der Vorrichtung angeordnet wird, hat sich ein Abstand von 1 cm bis 5 cm von der Spitze der Vorrichtung als vorteilhaft erwiesen.
Die Führungsvorrichtung ist dabei irgendeine Vorrichtung, welche den Biosensor zu dem zu untersuchenden Gewebevolumen führt. Die Führungsvorrichtung kann dabei eine Biopsienadel, eine laparoskopische Vorrichtung für die minimal invasive Chirurgie, ein Sondierungsinstrument, ein Führungsdraht oder auch ein Katheter sein, wie es im Folgenden noch ausgeführt wird.
Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter der Echtzeit-Analyse eine Analyse eines Gewebeteils verstanden, welche mit Hilfe des Biosensors erfolgt, ohne dass hierzu eine Vorrichtung zur Probenverarbeitung außerhalb des Körpers eingesetzt wird, wie es bei pathologischen Verfahren nach dem Stand der Technik üblich ist. Unter einem Biosensor wird dabei ein Messfühler verstanden, welcher mit biologischen Komponenten ausgestattet ist. Ein Biosensor basiert dabei auf einem biologischen Erkennungselement (biochemischer Rezeptor) und einem Signalumwandler (Transduktor), die sich in direktem räumlichen Kontakt befinden, und einem elektronischen Verstärker. Für die Erkennung der zu bestimmenden Substanzen nutzt ein Biosensor biologische Systeme, wie z. B. Antikörper, Enzyme, Organellen oder Mikroorganismen, Oligonukleotide, Aptamere, Peptide, Rezeptoren, Zuckerstrukturen.
Indem die Untersuchung des bestimmten Gewebevolumens durch den Biosensor erfolgt, welcher in einen direkten Kontakt mit dem zu analysierenden Gewebevolumen oder der zu analysierenden Körperflüssigkeit tritt, kann das Gewebevolumen im Vergleich zu einer auf einer Biopsie basierenden Untersuchung nach dem Stand der Technik sehr schnell analysiert werden.
Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Führungsvorrichtung einen Katheter oder bei der Führungsvorrichtung handelt es sich um einen Katheter. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Vorrichtung darüber hinaus eine Pumpe und einen Behälter. An einem proximalen Ende des Katheters sind die Pumpe und der Behälter derart mit dem Katheter verbunden, dass die Pumpe in der Lage ist, einen in dem Behälter befindlichen Stoff (z. B. eine Flüssigkeit) durch den Katheter zu dem distalen Ende des Katheters zu pumpen. Wie bereits vorher angedeutet ist, kann der Biosensor an dem distalen Ende des Katheters angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass der Biosensor abgesetzt von der Spitze (von dem distalen Ende) des Katheters angeordnet ist. Dazu kann z. B. eine seitliche Öffnung in dem Katheter mit dem Biosensor verbunden sein, so dass dem Biosensor über den Katheter und diese Öffnung ein Teil des zu untersuchenden Gewebevolumens zugeführt werden kann. Es ist aber auch denkbar, dass der Biosensor innerhalb des Katheters angeordnet ist, wobei dem Biosensor auch über den Katheter ein Teil des zu untersuchenden Gewebevolumens zugeführt werden kann.
Unter dem distalen Ende wird dabei ein Ende verstanden, welches zu dem bestimmten Gewebevolumen bzw. in einen direkten Kontakt mit dem bestimmten Gewebevolumen geführt wird, während das proximale Ende das andere Ende einer zweiendigen Vorrichtung (z. B. der erfindungsgemäßen Vorrichtung, des Katheters, der Führungsvorrichtung) ist.
Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zum einen ein Stoff zu dem zu untersuchenden Teil des bestimmten Gewebevolumens transportiert werden, mit welchem der Biosensor seine Echtzeit-Analyse durchführt. Darüber hinaus kann auch abhängig von der Echtzeit-Analyse des Biosensors ein Stoff dem bestimmten Gewebevolumen zugeführt werden, um mit Hilfe dieses Stoffs eine Therapie in Abhängigkeit der von dem Biosensor ermittelten Ergebnisse einzuleiten. Auch eine Kombination dieser beiden Varianten ist möglich, so dass mit derselben erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Stoff zur Echtzeit-Analyse mittels des Biosensors und ein Stoff zur Therapie zugeführt werden kann. Dabei kann es sich auch um denselben Stoff handeln.
An dem Biosensor kann eine RF-Spule (RF, („Radio Frequency”) angebracht sein, um eine Bildgebung und Lokalisierung des Biosensors mittels einer Magnetresonanzanlage zu verbessern. Dazu gibt die Magnetresonanzanlage bestimmte Pulsfolgen, welche auf die an dem Biosensor angebrachten Spule bzw. Spulen angepasst sind, ab, um den Biosensor in Echtzeit möglichst genau zu lokalisieren.
Durch eine Lokalisierung des Biosensors, beispielsweise in einem Bild desjenigen Körperabschnitts, in welchem der Biosensor zu dem zu untersuchenden Gewebevolumen geführt wird, wird eine Bedienperson darin unterstützt, den Biosensor möglichst exakt zu dem vorher bestimmten Teil des Gewebevolumens zu führen.
Die Ergebnisse des Biosensors können über ein Kabel (elektrischer Leiter oder Lichtwellenleiter) innerhalb der Führungsvorrichtung oder über eine Funkverbindung (z. B. Bluetooth) nach außen übertragen werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine weitere Vorrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper bereitgestellt. Diese weitere erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Probenerfassungsvorrichtung, einen Katheter und einen Biosensor. Dabei ist die Probenerfassungsvorrichtung mit dem distalen Ende des Katheters und der Biosensor mit dem proximalen Ende des Katheters verbunden, so dass eine Probe durch den Katheter von der Probenerfassungsvorrichtung zu dem Biosensor transportiert werden kann. Die Vorrichtung ist derart ausgestaltet, dass die Probenerfassungsvorrichtung durch den Körper in einen vorher bestimmten Teil des Gewebevolumens geführt werden kann und dass der Biosensor zu einer Echtzeit-Analyse der Probe eingerichtet ist.
Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Biosensor außerhalb der Fünf-Gauß-Linie angeordnet sein, so dass der Biosensor auch ferromagnetische Materialien aufweisen kann, welche bei einem Einsatz einer Magnetresonanzanlage die Bildgebung und damit die Führung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand dieser Bildgebung negativ beeinflussen würde (beispielsweise könnte ein Messwertwandler des Biosensors aus ferromagnetische Materialien aufgebaut sein). Darüber hinaus wird der Biosensor, wenn er sich außerhalb der Fünf-Gauß-Linie befindet, beim Einsatz bei einer Magnetresonanzanlage nicht von dem Magnetfeld der Magnetresonanzanlage negativ beeinflusst. Unter der Fünf-Gauß-Linie wird dabei eine Linie verstanden, auf welcher das Magnetfeld die Stärke von fünf Gauß aufweist, so dass das Magnetfeld in einem Bereich außerhalb der Fünf-Gauß-Linie eine Stärke von weniger als fünf Gauß aufweist. Um die negativen Auswirkungen des Magnetfelds der Magnetresonanzanlage zu vermeiden, kann der Biosensor auch innerhalb der Fünf-Gauß-Linie angeordnet werden, wenn der Biosensor entsprechend magnetisch abgeschirmt wird.
Auch die weitere erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich eine Pumpe und einen Behälter umfassen. Dabei sind die Pumpe und der Behälter zusammen mit dem Biosensor derart an dem proximalen Ende des Katheters angeordnet, dass die Pumpe einen in dem Behälter befindlichen Stoff durch den Katheter zu dem distalen Ende des Katheters pumpen kann.
Dadurch ist es beispielsweise möglich, einen bestimmten Stoff, beispielsweise Nanopartikel, dem zu untersuchenden Gewebevolumen zuzuführen und anschließend einen Teil dieses Stoffes, welcher insbesondere mit dem zu untersuchenden Gewebevolumen reagiert hat, mittels der Probenerfassungsvorrichtung über den Katheter zu dem Biosensor zu transportieren. Eine Analyse dieses zu dem Biosensor transportierten Stoffes mittels des Biosensors ermöglicht eine Analyse des vorbestimmten Gewebevolumens.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bei einem Vorliegen einer bestimmten Analyse des bestimmten Gewebevolumens mittels des Biosensors diesem Gewebevolumen einen bestimmten Stoff durch den Katheter in unmittelbare Nähe der Pathologie zuzuführen, um dadurch eine Therapie, beispielsweise die Bekämpfung eines Tumors, einzuleiten.
Zur besseren Lokalisierung bei der Bildgebung mittels einer Magnetresonanzanlage kann die Probenerfassungsvorrichtung eine RF-Spule umfassen.
Während die Probenerfassungsvorrichtung auch in der Lage ist, einen Teil des zu untersuchenden Gewebes abzutrennen, wobei dieses Teil dann über den Katheter zum Biosensor transportiert wird, kann es sich bei der Probenerfassungsvorrichtung auch (nur) um einen Applikator handeln, mit welchem der im Behälter vorhandene Stoff in das Gewebeteil appliziert wird. In diesem Fall wird eine im Wesentlichen flüssige Probe über den Katheter (z. B. mit Hilfe der Pumpe) abgesaugt, um dann von dem Biosensor untersucht zu werden.
Die folgenden erfindungsgemäßen Ausführungsformen betreffen Ausführungsformen von beiden vorab beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
Gemäß einer ersten dieser erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Behälter zur Aufnahme von Partikeln (d. h. Kügelchen, Beads, Mikrobeads, o. ä. (Durchmesser im μm-Bereich) oder Nanopartikel (Durchmesser im nm-Bereich)) mit Fangantikörpern (oder anderen Molekülen mit einer hohen Affinität zu einem nachzuweisenden Biomolekül) oder (Antisense-)Oligonucleotiden ausgestaltet. Die Vorrichtung ist dabei derart eingerichtet, dass die Partikeln durch den Katheter mittels der Pumpe zu dem distalen Ende des Katheters (und damit in das zu untersuchende Gewebevolumen hinein) gepumpt werden können und dass der Biosensor anhand der Partikeln, welche zumindest teilweise wieder aus dem zu untersuchenden Gewebevolumen zurück zu dem proximalen Ende des Katheters transportiert worden sind, eine Achtzeit-Analyse durchführen kann.
Dabei setzten sich die Fangantikörper oder (Antisense-)Oligonucleotiden an die Analyten (insbesondere Biomarker) innerhalb des zu untersuchenden Gewebes an, so dass diese Analyten zusammen mit den Fangantikörpern oder (Antisense-)Oligonucleotiden zur Analyse zu dem Biosensor transportiert werden.
Der Biosensor kann zumindest auf einer der folgenden Techniken oder Verfahren basieren:

• Die Schwingquarz-Mikrowägungs-Technik (QCM („Quartz Crystal Microbalance”) Bei dieser Technik wird die Frequenzänderung eines Quarz-Kristall-Resonators gemessen. Diese Technik ermöglicht die Wägung kleinster Massen bis in den Nanogramm-Bereich hinein, eine Dickenbestimmung von dünnen Schichten bis in den Sub-Nanometer-Bereich hinein, und bietet vielfache sensorische Möglichkeiten, wie beispielsweise die Bestimmung der Viskosität, des Quellungsgrads, der Gaskonzentration, der Dichte und der Feuchte. Darüber hinaus ist die Untersuchung rheologischer Eigenschaften im Hochfrequenzbereich (> 10⁶ Hz) möglich.
• Surface Plasmone Resonance: Mit Hilfe der Surface Plasmone Resonance (SPR) kann eine biochemische Interaktion – beispielsweise eines Antikörpers mit einem Protein – mit unmarkierten Molekülen nachgewiesen werden. Die Technologie beruht darauf, dass polarisiertes Licht beim Eintreffen auf eine dünne Goldschicht total reflektiert wird und gleichzeitig in der Goldschicht eine Plasmonresonanz auslöst. Ein daraus resultierender Schattenwurf im reflektierten Licht ändert sich proportional zu der auf der Chipoberfläche gebundenen Masse, wodurch kleinste Massenänderungen nachgewiesen werden können. Die Änderung der gebundenen Masse wird in RU ausgedrückt, wobei 1 RU der Masse von 1 pg/mm² entspricht
• Kalorimetrie: Exotherme chemischen Reaktionen führen zu einer Freisetzung von Wärme. Die daraus resultierende Temperaturerhöhung ist von der Stoffmenge der chemischen Reaktionspartner abhängig. Die Temperaturerfassung erfolgt mit miniaturisierten Halbleiter-Thermistoren.
• Elektrochemische Detektion (Amperometrie oder Potentiometrie): Bei der Amperometrie wird der Stromfluss mit Hilfe von Elektroden bei konstanter Spannung gemessen. Sie ist geeignet für Stoffwechselprodukte, die leicht oxidiert bzw. reduziert werden können. Die Potentiometrie wird bei ionischen Reaktionsprodukten eingesetzt (z. B. NH₄ ⁺; CO₃ ^2–; H⁺). Die quantitative Bestimmung dieser Ionen erfolgt anhand ihres elektrochemischen Potentials an einer Messelektrode. Auf diese Weise können auch pH-Wert-Änderungen innerhalb eines Gewebevolumens bestimmt werden.
• Detektion von evaneszenten Feldern oder Wellen bezüglich des zu untersuchenden Gewebes.
• Messung der elektrischen Impedanz des zu untersuchenden Gewebes.
• Durchführung einer fluoreszenz-optischen Untersuchung, wie z. B. einer Fluoreszenzspektroskopie, des zu untersuchenden Gewebes.
• Durchführung einer spektrophotometrischen Analyse, d. h. Bestimmung der Extinktion oder Transmission von elektromagnetischer Strahlung innerhalb des Gewebes und der umgebenden Flüssigkeit.
• Durchführung einer enzymatischen Analyse, d. h. eine Analyse der Enzyme, des zu untersuchenden Gewebes, oder der Nachweis von Enzymsubstraten durch gekoppelte enzymatische Reaktionen, wobei die Enzyme Bestandteil des Biosensors sind.

Der Biosensor kann auf einer beliebigen Messwertumformungs-Technologie basieren, welche miniaturisiert und automatisiert werden kann.
Bei einer weiteren beide erfindungsgemäße Vorrichtungen betreffenden Ausführungsform ist der Biosensor aus einer Anordnung von mehreren einzelnen Biosensoren aufgebaut, wobei jeder dieser Biosensoren eine Analyse eines oder mehrerer bestimmter Parameter des zu untersuchenden Gewebevolumens durchführt.
Der Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung, an welchem sich je nach Realisierung der Biosensor oder die Probenerfassurgsvorrichtung befindet, oder die Führungsvorrichtung bzw. Katheter kann aus einem Material bestehen, welches in MR-Bildern eine leichte Störung verursacht. Als weitere Möglichkeit kann die Spitze oder die Führungsvorrichtung bzw. Katheter mit einem Material beschichtet sein, welches die Relaxationskonstante des umgebenden Gewebes herabsetzt. Dadurch erscheint die Spitze oder die Führungsvorrichtung bzw. der Katheter kontrastiert in einem MR-Bild, was auch als passive Visualisierung bezeichnet wird.
Der Behälter kann mehrere Unter-Behälter (z. B. in Form eines rotierenden Systems) umfassen, um verschiedene Stoffe abgeben zu können.
Die Abgabe von Partikeln oder einem anderen Stoff durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie die anschließende Verteilung des Stoffes im Gewebe kann durch bildgebende Verfahren überwacht werden.
Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Analyseeinrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper bereitgestellt. Dabei umfasst die Analyseeinrichtung einen Roboterarm, eine Steuerung und eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche vorab beschrieben ist. Die Analyseeinrichtung ist derart ausgestaltet, dass der Steuerung zum einen Bilder des Körpers, welche beispielsweise von einer Magnetresonanzanlage oder von einer anderen bildgebenden Vorrichtung erstellt werden, und eine Position innerhalb des bestimmten Gewebevolumens, welche beispielsweise von einem Mediziner mittels der vorab beschriebenen Bilder bestimmt wird, vorgegeben werden kann. Je nach dem, ob der Biosensor oder die Probenerfassungsvorrichtung am distalen Ende der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist, wird der Biosensor oder die Probenerfassungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von dem Roboterarm automatisch in dem Körper navigiert. Dabei steuert die Steuerung den Roboterarm in Abhängigkeit von den Bildern und der vorgegebenen Position derart, dass der Biosensor oder die Probenerfassungsvorrichtung automatisch (ohne manuelle Bedienung) zu der vorbestimmten Position geführt wird.
Mit dieser erfindungsgemäßen Analyseeinrichtung wird eine Analyse eines bestimmten Gewebevolumens in einem beispielsweise menschlichen Körper weiter automatisiert, wodurch menschliche Fehler, wie z. B. die Führung des Biosensors oder der Probenerfassungsvorrichtung zu einer falschen Stelle innerhalb des zu untersuchenden Gewebevolumens, vermieden werden.
Des Weiteren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Segmentierungsvorrichtung zur Segmentierung eines bestimmten Volumens in einem Körper bereitgestellt. Dabei umfasst die Segmentierungsvorrichtung eine Recheneinheit und eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie vorab beschrieben ist. Die Segmentierungsvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass der Recheneinheit Bilder des bestimmten Volumens, welche beispielsweise von einer Magnetresonanzanlage oder einer anderen bildgebenden Vorrichtung erstellt werden, und die Analyseergebnisse des Biosensors der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt werden können. In Abhängigkeit von diesen Bildern und von den Analyseergebnissen des Biosensors erstellt die Recheneinheit eine Segmentierung des bestimmten Volumens. Dabei wird unter einer Segmentierung die Erzeugung von inhaltlich zusammenhängenden Bereichen (z. B. Organen, Gewebetypen, Pathologien, Genexpressionsbereichen, Zellen) durch Zusammenfassung von benachbarten Pixeln oder Voxeln entsprechend einem bestimmten Homogenitätskriterium verstanden, um diese Bereiche z. B. entsprechend eingefärbt darzustellen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Segmentierung eines bestimmten Volumens in einem Körper bereitgestellt. Dabei werden Bilder des bestimmten Volumens und Ergebnisse eines Biosensors vorgegeben und abhängig von diesen Bildern und den Ergebnissen des Biosensors die Segmentierung des bestimmten Volumens durchgeführt.
Indem die Ergebnisse der Analyse des Biosensors bei der Segmentierung berücksichtigt werden, kann die Segmentierung, beispielsweise die Unterscheidung oder die Abgrenzung von verschiedenen Organen (oder Gewebetypen, Pathologien, Genexpressionsbereichen, Zellen), genauer durchgeführt werden, als es ohne Berücksichtigung dieser Ergebnisse der Fall wäre.
Beispielsweise kann ein Volumen einer Pathologie, welches abhängig von einer Segmentierung bestimmt worden ist, welche ausschließlich abhängig von Bildern (also ohne die Ergebnisse des Biosensors), bestimmt worden ist, durch eine Stoffkonzentration, z. B. eine Biomarker-Konzentration oder eine Konzentration eines vorher zugeführten Therapeutikums, im Umfeld der Pathologie oder in der Pathologie selbst verifiziert werden. Bei Unstimmigkeiten, d. h. die Segmentierungsergebnisse stimmen nicht mit den gemessenen Stoffkonzentrationen überein, kann die Segmentierung entsprechend verändert, d. h. an die Ergebnisse des Biosensors angepasst, werden.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper bereitgestellt. Dabei wird eine längliche Vorrichtung in das bestimmte Gewebevolumen navigiert und ein Teil des Gewebevolumens mittels eines Biosensors in Echtzeit analysiert, d. h. der Biosensor führt eine Echtzeit-Analyse durch.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Biosensor dabei an der Spitze der länglichen Vorrichtung angeordnet, so dass er direkt zu dem zu untersuchenden Teil des Gewebevolumens geführt wird.
Dabei kann die Spitze der länglichen Vorrichtung unter einer direkten Bildgebung eines Bereichs des Körpers navigiert oder geführt werden. Dieser Bereich des Körpers entspricht dabei dem bestimmten Gewebevolumens und einem Abschnitt innerhalb des Körpers, in welchem die Spitze zu dem bestimmten Gewebevolumen geführt wird.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Biosensor räumlich von der Spitze des Sondierungsinstruments entfernt angeordnet. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass Gewebe- oder Zelltrümmer, die möglicherweise bei der Positionierung der Führungsvorrichtung im Gewebe entstehen, nicht unmittelbar mit der Sensoroberfläche in Berührung kommen und dadurch eine unspezifische Belegung des Sensors mit Zellen, Zelltrümmern, Gewebe oder Gewebetrümmern verhindert wird.
Die direkte Bildgebung kann dabei mittels

• Fluoroskopie,
• Magnetresonanztomographie,
• Positronen-Emissions-Tomographie,
• Computertomographie oder
• mittels eines dreidimensionalen Datensatzes, welcher mit Hilfe einer Magnetresonanztomographie, einer Computertomographie oder einer angiographischen Computertomographie von dem entsprechenden Gebiet des Körpers erstellt und einem zweidimensionalen Fluoroskopie-Bild dieses Gebietes überlagert wird,

Bei angiographischen Systemen können auch vor dem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder während dieses Einsatzes erstellte dreidimensionale Bilddatensätze (erstellt durch Computertomographie, Magnetresonanztomographie oder durch eine angiographische Computertomographie), welche anatomischer Details (z. B. des zu untersuchenden Gewebes) darstellen, registriert und einem zweidimensionalen Röntgen-Fluoroskopie-Bild überlagert werden, um die Navigation der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verbessern.
Zur Navigation der Spitze der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Spitze mittels eines elektromagnetischen, eines optischen oder eines aus verschiedenen Richtungen arbeitenden röntgentechnischen Verfahrens dreidimensional abgebildet und in einem dreidimensionalen Datensatz registriert wird. Dieser dreidimensionale Datensatz wird mit einem registrierten dreidimensionalen Datensatz des Gebietes des Körpers, in welchem die Spitze geführt wird, zusammengeführt. Mittels dieser zusammengeführten dreidimensionalen Datensätze lässt sich die Spitze vorteilhaft innerhalb des Körpers navigieren.
Unter einem registrierten Datensatz wird dabei ein Datensatz verstanden, welcher aus mehreren Bildern desselben Körperabschnitts besteht. Dabei ist für jedes dieser Bilder eine Transformation bekannt, um dieses Bild mit jedem anderen Bild des Datensatzes in eine bestmögliche Übereinstimmung zu bringen, so dass bestimmte einander entsprechende markante Bereiche der Bilder zusammenfallen. Die (zu registrierenden) Bilder des Datensatzes unterscheiden sich dabei voneinander, weil sie von unterschiedlichen Positionen und/oder mit unterschiedlichen bildgebenden Vorrichtungen aufgenommen worden sind.
Erfindungsgemäß ist es möglich, Ergebnisse einer mit dem Biosensor durchgeführten Analyse in einen (z. B. dreidimensionalen Datensatz) welcher von der direkten Bildgebung erstellt worden ist, zu übertragen und mit diesem Datensatz zusammenzuführen, um dadurch die Bildgebung und eine Analyse des vorbestimmten Gewebevolumens zu verbessern.
Durch diese Zusammenführung der Ergebnisse ist eine detailliertere Diagnose möglich, als wenn die Diagnose ausschließlich auf der Bildgebung oder ausschließlich auf den Ergebnissen des Biosensors basiert.
Insbesondere, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Angiographie-System durchgeführt wird, können Ergebnisse der mit dem Biosensor durchgeführten Analyse mit einem zweidimensionalen Fluoroskopie-Bild des Gewebevolumens zusammengeführt werden, um dadurch die Bildgebung und eine Analyse des bestimmten Gewebevolumens zu verbessern.
Darüber hinaus ist es auch möglich, Ergebnisse einer mit dem Biosensor durchgeführten Analyse mit Ergebnissen einer Segmentierung, welche abhängig von der Bildgebung durchgeführt worden ist, zusammenzuführen, um die Ergebnisse der Segmentierung zu verbessern.
Beispielsweise können die Analyseergebnisse des Biosensors mit einem registrierten dreidimensionalen Datensatz des entsprechenden Gewebeabschnitts zusammengeführt werden, wobei diese Ergebnisse des Biosensors mit einer Information korrelieren, welche im Rahmen eines Preprozesses von dem dreidimensionalen Datensatz (z. B. in Form einer automatischen, manuellen oder halbautomatischen Segmentierung) gewonnen worden ist. Dabei korreliert beispielsweise eine bestimmte Konzentration eines Biomarkers oder eine bestimmte Konzentration eines vorher in den zu untersuchenden Gewebeabschnitt zugeführten Therapeutikums (wobei diese Konzentration mit dem oder einem anderen Biosensor gemessen worden ist) mit derjenigen Organgröße oder Bereichsgröße des zu untersuchenden Gewebeabschnitts, welche mittels der Segmentierungsergebnisse abgeschätzt worden ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine mit einer Gitterstruktur versehene Platte in der Nähe des zu untersuchenden Gewebevolumens angeordnet. Mit Hilfe der direkten Bildgebung wird der Teil des Gewebevolumens, welcher mittels des Biosensors analysiert werden soll, abhängig von der Gitterstruktur lokalisiert.
Dadurch ist es möglich, dass die Spitze der erfindungsgemäßen Vorrichtung automatisch durch einen Roboterarm abhängig von Bildern, welche von einem Magnetresonanztomograph erstellt werden, zu dem vorgegebenen Teil des Gewebevolumens geführt wird.
Beispielsweise kann bei einer Mammographie ein Brustabschnitt zwischen zwei Kompressionsplatten angeordnet werden, wobei eine dieser Platten eine Gitterstruktur aufweist. Mittels einer einen Kontrast verstärkt darstellenden Bildgebung eines Magnetresonanztomographen wird die Position eines Tumors innerhalb des Brustabschnitts lokalisiert. Dabei wird die Position des Tumors oder der Läsion im Bezug auf die Gitterstruktur bestimmt und abhängig davon eine Stellung zur Einführung einer Nadel (entspricht dem Katheter der erfindungsgemäßen Vorrichtung) und eine Einführungstiefe berechnet. Nach einer Einführung der Nadel zu der vorbestimmten Position wird die Stellung der Nadel nochmals mittels aktuellen MR-Bildern verifiziert. Falls es notwendig erscheint, wird die Nadelstellung korrigiert, bevor eine Probe entnommen, zu dem Biosensor transportiert und analysiert wird. Die Führung der Nadel zu der vorbestimmten Position kann dabei durch einen piezoelektrisch oder pneumatisch arbeitenden Roboterarm, welcher innerhalb der Magnetresonanzanlage neben dem Patienten angeordnet ist, vorgenommen werden. Die Steuerung des Roboterarms erfolgt dabei automatisch in Abhängigkeit von MR-Bildern. Bei einem Einsatz eines Roboterarms ist ein Magnetresonanztomograph mit einem Innendurchmesser von größer 60 cm von Vorteil, um den Bewegungsbereich des Roboterarms möglichst nicht einschränken zu müssen.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eisenhaltige Partikel mit einem Katheter dem Gewebevolumen zugeführt. Abhängig von der Analyse des Gewebevolumens mit dem Biosensor wird das Gewebevolumen anschließend mit einem magnetischen Wechselfeld angeregt, um die Temperatur in dem Gewebevolumen zu erhöhen. Neben der Möglichkeit, die Temperatur in dem Gewebevolumen mittels eines magnetischen Wechselfeldes zu erhöhen, können die eisenhaltigen Partikel auch gut von mit einem Magnetresonanztomographen arbeitenden bildgebenden Verfahren dargestellt werden.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, eine Wirkstofflösung oder ein magnetisches Fluid, welches Eisenoxid-Partikel, wie z. B. VSOP-Partikel, USPIO-Partikel oder Eisenoxid-Partikel, welche beispielsweise auch mit einem Chemoterapheutikum (z. B. Doxorubicin) beschichtet sein können, in das Gewebevolumen zu injizieren. (VSOP (Very Small Iron Oxide Particle”), USPIO („Ultra Small Iron Oxide Particle”).) Dazu wird die Lösung aus einem Behälter mittels einer Pumpe und eines Leitungssystems oder eines Katheters zu dem Gewebevolumen geführt. Durch das magnetische Wechselfeld, welches von der Magnetresonanzanlage erzeugt wird und welches eine Frequenz von z. B. 100 kHz und eine variable Feldstärke von z. B. 0–18 kA/m aufweist, wird das Gewebevolumen aufgrund der Bewegung der magnetischen (eisenhaltigen) Partikel auf 2–10°C über die Körpertemperatur erhitzt, wodurch das Tumorgewebe abgetötet wird. Diese Erhitzung mittels magnetischer Partikel ist auch als lokale Hyperthermie-Therapie bekannt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die guten Darstellungseigenschaften der eisenhaltigen Partikel in der MR-Tomographie und/oder die Therapiemöglichkeit, mittels der eisenhaltigen Partikel bestimmte medizinische Wirkstoffe gezielt dem vorbestimmten Gewebevolumen zuzuführen, unabhängig von einer Hyperthermie-Therapie sind. D. h. diese Darstellungseigenschaften und/oder diese Therapiemöglichkeit sind auch ohne eine Hyperthermie-Therapie vorhanden.
Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform für eine lokale Hyperthermie-Therapie kann eine Ultraschallsonde oder eine Hochfrequenz-Ablationsvorrichtung (Vorrichtung zum Abtragen von Material durch Aufheizen) in dem Katheter vorhanden sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mittels eines Katheters Partikel, welche einen in einen thermosensitiven Stoff eingekapselten medizinischen Wirkstoff (z. B. ein Chemotherapeutikum) enthalten, dem vorbestimmten Gewebevolumen zugeführt. Abhängig von der mit dem Biosensor durchgeführten Analyse des Gewebevolumens wird das Gewebevolumen, beispielsweise durch lokale Hyperthermie, gezielt erwärmt, um möglichst nur in dem vorbestimmten Gewebevolumen den medizinischen Stoff freizugeben. Dazu ist der Wirkstoff beispielsweise in ein wärmeempfindliches Polymer eingekapselt, welches bei einem geringen Temperaturanstieg schmilzt und so den Wirkstoff freigibt.
Die vorliegende Erfindung bietet folgende Vorteile:

• Die Analyseergebnisse werden von einer unverdünnten Probe erstellt. Die Biomarker (z. B. Proteine, Peptide und Nukleinsäuren), chemischen Analyten (z. B. Ionen) oder physikalischen Marker (z. B. Temperatur, elektromagnetische Strahlung, etc.) werden an dem Ort des zu untersuchenden Gewebevolumens erfasst (und auch analysiert), anstatt sie systemisch verdünnt in dem gesamten (Blut-)Volumen des Patienten zu messen.
• Eine Echtzeitmessung von dynamischen Prozessen innerhalb des Körpers ist möglich.
• Eine wiederholte oder kontinuierliche Messung der Analyten ist möglich, sofern der Sensor über einen längeren Zeitraum im Gewebe verbleibt oder dauerhaft implantiert wird.
• Die kombinierte Erfassung von Biomarkern und Durchführung von Therapieschritten führt zu einem verbesserten Arbeitsablauf.
• Eine Lokalisierung von Analyten erfolgt durch eine Kombination aus bildgebenden Verfahren und Analyseergebnissen des Biosensors.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Analyse eines in einem Körper befindlichen Gewebes. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann auch zur Durchführung von Therapie-Schritten eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung kann darüber hinaus auch zur Steuerung oder Kontrolle einer Therapie eingesetzt werden, indem mit dem Biosensor Konzentrationen von Biomarkern für Nekrose, wie z. B. intrazelluläre Proteine (TNF-α) oder RNA, bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung kann zur Untersuchung der (weiblichen) Brust, der Leber, der Prostata, des Gehirns, der Wirbelsäule und/oder des Herzens eingesetzt werden. Beim Einsatz zur Untersuchung (Biopsie) des Gehirns stellt die vorliegende Erfindung aufgrund der Fähigkeit der Echtzeit-Analyse eines Gewebes eine Möglichkeit bereit, Läsionen vollständig zu entfernen während gleichzeitig gesundes Hirngewebe nahezu nicht verletzt wird.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
1 stellt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper schematisch dar.
2 stellt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper schematisch dar.
3 stellt eine erfindungsgemäße Analyseeinrichtung zusammen mit einer Magnetresonanzanlage schematisch dar.
4 stellt eine erfindungsgemäße Segmentierungsvorrichtung zusammen mit einer Magnetresonanzanlage schematisch dar.
In 5 ist ein Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper dargestellt.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Analyse eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper dargestellt. Die erfindungsgemäße längliche Vorrichtung 10 umfasst einen Biosensor 1, eine Pumpe 2, einen Vorratsbehälter 3 und einen Katheter 4. Dabei ist der Biosensor 1 an dem distalen Ende des Katheters 4 angebracht während die Pumpe 2 und der Behälter 3 an dem proximalen Ende des Katheters 4 angebracht sind. Die Vorrichtung 10 ist derart ausgestaltet, dass der Biosensor 1 an der Spitze des Katheters 4 in ein zu untersuchendes Gewebevolumen in einem menschlichen Körper 5 eingeführt werden kann.
Wenn der Biosensor 1 in das zu untersuchende Gewebe eingeführt worden ist, führt er dort in Echtzeit eine Untersuchung durch, indem er beispielsweise eine Konzentration von bestimmten Biomarkern bestimmt, ohne dazu eine außerhalb des Körpers 5 angeordnete Einrichtung zu benötigen. Mit Hilfe der Pumpe 2 kann ein in dem Behälter 3 befindlicher Stoff, beispielsweise eine Lösung mit einem Wirkstoff über den Katheter 4 dem Gewebe zugeführt werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, in einem Arbeitsablauf zum einen eine Untersuchung (mittels des Biosensors 1) des Gewebes durchzuführen und zum anderen, abhängig von den Untersuchungsergebnissen, eine Behandlung durchzuführen, indem ein in dem Behälter 3 befindlicher Wirkstoff über den Katheter 4 gezielt mit Hilfe der Pumpe 2 zu dem Gewebe transportiert wird.
In 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung 10 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Biosensor 1 am proximalen Ende des Katheters 4 angeordnet während am distalen Ende des Katheters 4 eine Probenerfassungsvorrichtung 6 angebracht ist. Nachdem die Probenerfassungsvorrichtung 6 mittels des Katheters 4 in das zu untersuchende Gewebe geführt worden ist, können von der Probenerfassungsvorrichtung 6 Proben entnommen werden und über den Katheter 4, beispielsweise mittels der Pumpe 2, zu dem Biosensor 1 transportiert werden.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform weißt gegenüber der in 1 dargestellten Ausführungsform den Vorteil auf, dass der Biosensor 1 in der 2 auch ferromagnetische Materialien umfassen kann und auch Messverfahren einsetzen kann, welche von einem zu starken Magnetfeld gestört werden würden, was insbesondere beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einer Magnetresonanzanlage von Vorteil ist. Aus diesem Grund ist der Biosensor 1 bei der in 2 dargestellten Vorrichtung 10 jenseits der Fünf-Gauß-Linie 7 angeordnet, was bedeutet, dass der Biosensor 1 in einem Bereich liegt, in welchem die Magnetstärke geringer als fünf Gauß ist. Es wäre auch möglich, den Biosensor 1 innerhalb der Fünf-Gauß-Linie 7 anzuordnen, wenn der Biosensor entsprechend magnetisch abgeschirmt wird.
In 3 ist eine erfindungsgemäße Analyseeinrichtung 14 dargestellt, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper 5, eine Steuerung 12 und einen Roboterarm 11 umfasst. Die erfindungsgemäße Analyseeinrichtung 14 ist derart ausgestaltet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 mit dem Roboterarm 11 automatisch zu einem vorbestimmten Punkt innerhalb des zu untersuchenden Gewebevolumens geführt wird, wobei der Roboterarm 11 dabei von der Steuerung 12 gesteuert wird. Mit anderen Worten wird der Biosensor 1, wenn es sich um eine Ausführungsform der Vorrichtung 10 handelt, bei welcher der Biosensor 1 an der Spitze des Katheters 4 oder einer Führungsvorrichtung der Vorrichtung 10 angebracht ist, oder die Probenerfassungsvorrichtung 6, wenn es sich um eine Ausführungsform handelt, bei welcher die Probenerfassungsvorrichtung 6 an der Spitze des Katheters 4 der Vorrichtung 10 angebracht ist, von dem Roboterarm 11 direkt zu dem vorbestimmten Punkt innerhalb des Gewebes navigiert.
Als Information erhält die Steuerung 12 Bilder des Körperabschnitts, in welchem die Vorrichtung 10 zu dem zu untersuchenden Gewebevolumen geführt wird, um anhand dieser Bilder den Roboterarm 11 und damit das distale Ende der Vorrichtung 10 zu steuern. Die Bilder des Körperabschnitts können mittels irgendeines bildgebenden Verfahrens erstellt werden, wie beispielsweise einem Verfahren, welches mit einer Magnetresonanzanlage 13 arbeitet, wie es in 3 dargestellt ist.
In 4 ist eine erfindungsgemäße Segmentierungsvorrichtung 16 dargestellt, welche neben einer Recheneinheit 15 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst. Der Recheneinheit 15 werden Bilder eines Körperabschnitts zugeführt, in welchem auch ein bestimmtes Gewebevolumen mittels des Biosensors 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung analysiert wird. Anhand dieser Bilder, welche durch irgendein bildgebendes Verfahren erstellt werden (im dargestellten Fall durch eine Magnetresonanzanlage 13), führt die Recheneinheit eine Segmentierung durch, um bestimmte Organe oder Bereiche beispielsweise einem Mediziner in entsprechender Weise darstellen zu können. Dabei wertet das in der Recheneinheit 15 implementierte Segmentierungsverfahren auch Ergebnisse des Biosensors 1 aus, um dadurch Ergebnisse des Segmentierungsverfahrens zu verbessern oder zu korrigieren.
Dabei ist anzumerken, dass sowohl die Ergebnisse des Segmentierungsverfahrens durch die Analyseergebnisse des Biosensors 1 als auch die Diagnoseergebnisse des Biosensors 1 durch die Ergebnisse des Segmentierungsverfahrens verbessert werden. D. h. die beiden Verfahren ergänzen sich synergistisch. Die Bildgebung oder Segmentierung liefert den anatomischen Kontext, während der Biosensor 1 insbesondere molekularbiologische Informationen, wie z. B. Informationen zum Antigenstatus, Informationen zur Genexpression, usw., beisteuert.
In 5 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper 5 dargestellt.
Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt V1 die Probenerfassungsvorrichtung 6 zu dem zu analysierenden Gewebeteile geführt oder navigiert. Mit der Probenerfassungsvorrichtung 6 wird in einem zweiten Verfahrensschritt V2 eine Probe aus dem zu analysierenden Gewebevolumen entnommen und in einem dritten Verfahrensschritt V3 über den Katheter 4 zu dem Biosensor 1 transportiert. Daraufhin analysiert der Biosensor 1 in einem vierten Verfahrensschritt V4 diese Probe in Echtzeit und übermittelt seine Ergebnisse einer nicht dargestellten Einrichtung, welche diese Ergebnisse beispielsweise einem Mediziner in angemessener Weise darstellt.

Claims

Vorrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper (5), wobei die Vorrichtung (10) eine Führungsvorrichtung (4) und einen Biosensor (1) an der Führungsvorrichtung (4) umfasst, wobei die Vorrichtung (10) derart ausgestaltet ist, dass der Biosensor (1) mittels der Führungsvorrichtung (4) durch den Körper (5) in einen Teil des Gewebevolumens führbar ist und dass der Biosensor (1) für eine Echtzeit-Analyse des Teils des Gewebevolumens ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung einen Katheter (4) umfasst, dass die Vorrichtung (10) darüber hinaus eine Pumpe (2) und einen Behälter (3) umfasst, dass der Katheter (4) einen distalen Bereich, an welchem der Biosensor (1) angeordnet ist, mit einem davon beabstandeten proximalen Bereich verbindet, dass bei dem proximalen Bereich die Pumpe (2) und der Behälter (3) derart mit dem Katheter (4) verbunden sind, dass die Pumpe (2) einen in dem Behälter (3) befindlichen Stoff durch den Katheter (4) zu dem distalen Bereich pumpen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Biosensor (1) eine Spule angeordnet ist, um eine Bildgebung des Biosensors (1) mittels einer Magnetresonanzanlage zu verbessern.
Vorrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper (5), wobei die Vorrichtung (10) eine Probenerfassungsvorrichtung (6), einen Katheter (4) und einen Biosensor (1) umfasst, wobei der Katheter (4) die Probenerfassungsvorrichtung (6) mit dem Biosensor (1) verbindet, so dass eine Probe durch den Katheter (4) von der Probenerfassungsvorrichtung (6) zu dem Biosensor (1) transportierbar ist, wobei die Vorrichtung (10) derart ausgestaltet ist, dass die Probenerfassungsvorrichtung (6) durch den Körper (5) in einen Teil des Gewebevolumens führbar ist und dass der Biosensor (1) zu einer Echtzeit-Analyse der Probe eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) darüber hinaus eine Pumpe (2) und einen Behälter (3) umfasst, dass an einem proximalen Ende des Katheters (4), an welchem der Biosensor (1) angeordnet ist, auch die Pumpe (2) und der Behälter (3) derart mit dem Katheter (4) verbunden sind, dass die Pumpe (2) einen in dem Behälter (3) befindlichen Stoff durch den Katheter (4) zu dem distalen Ende des Katheters (4) pumpen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Probenerfassungsvorrichtung (6) eine Spule angeordnet ist, um eine Bildgebung der Probenerfassungsvorrichtung (6) mittels einer Magnetresonanzanlage zu verbessern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (3) zur Aufnahme von Partikeln mit Antikörpern, Oligonukleotiden, Enzymen oder anderen spezifischen Bindungsmolekülen ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass mittels der Pumpe (2) die Partikel durch den Katheter (4) zu dem distalen Ende des Katheters (4) gepumpt werden können, und dass der Biosensor (1) zur Durchführung der Echtzeit-Analyse mittels der Partikel ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biosensor (1) zumindest eine von folgenden Vorrichtungen umfasst: eine Vorrichtung zur Anwendung der Schwingquarz-Mikrowägungs-Technik, einen Detektor für evaneszente Felder, einen Impedanzsensor, eine Vorrichtung zur Anwendung der Surface Plasmone Resonance Technologie, eine Vorrichtung zur Anwendung der Kalorimetrie, eine Vorrichtung zur Durchführung der elektrochemischen Detektion, eine Vorrichtung zur Durchführung der fluoreszenz-optischen Analyse, eine Vorrichtung zur Durchführung der spektrophotometrischen Analyse, und eine Vorrichtung zur Durchführung der enzymatischen Analyse.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biosensor (1) eine Anordnung von mehreren Biosensoren umfasst, um eine Analyse von mehreren Parametern des Teils des Gewebevolumens durchzuführen.
Analyseeinrichtung zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper (5), wobei die Analyseeinrichtung (14) einen Roboterarm (11), eine Steuerung (12) und eine Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei die Analyseeinrichtung (14) derart ausgestaltet ist, dass der Steuerung (12) Bilder des Körpers und eine Position innerhalb des Gewebevolumens vorgebbar sind, dass der Biosensor (1) oder die Probenerfassungsvorrichtung (6) der Vorrichtung (10) von dem Roboterarm (11) in dem Körper (5) navigierbar ist, dass die Steuerung (12) den Roboterarm (11) abhängig von den Bildern und der Position derart steuert, dass der Biosensor (1) oder die Probenerfassungsvorrichtung (6) zu der Position geführt wird.
Segmentierungsvorrichtung zur Segmentierung eines bestimmten Volumens in einem Körper (5), wobei die Segmentierungsvorrichtung (16) eine Recheneinheit (15) und eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1–9 umfasst, wobei die Segmentierungsvorrichtung (16) derart ausgestaltet ist, dass der Recheneinheit (15) Bilder des bestimmten Volumens und Analyseergebnisse des Biosensors (1) der Vorrichtung (10) zuführbar sind, dass die Recheneinheit (15) abhängig von den Bildern und den Analyseergebnissen eine Segmentierung des bestimmten Volumens erstellt.
Verfahren zur Segmentierung eines bestimmten Volumens in einem Körper (5), wobei Bilder des bestimmten Volumens und Ergebnisse eines Biosensors (1) vorgegeben werden, und wobei abhängig von den Bildern und den Ergebnissen des Biosensors (1) die Segmentierung des bestimmten Volumens durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Organgröße, welche aufgrund einer Segmentierung bestimmt wird, die ausschließlich abhängig von den Bildern vorgenommen wird, abhängig von einer Stoffkonzentration, welche mittels des Biosensors (1) bestimmt wird, angepasst wird.
Verfahren zur Untersuchung eines bestimmten Gewebevolumens in einem Körper (5), wobei eine Spitze einer länglichen Vorrichtung (10) in das bestimmte Gewebevolumen navigiert wird, und wobei ein Teil des Gewebevolumens mittels eines Biosensors (1) in Echtzeit analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Biosensor (1) an der Spitze der länglichen Vorrichtung (10) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Biosensor (1) abgesetzt von der Spitze der länglichen Vorrichtung (10) an der länglichen Vorrichtung (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze unter einer direkten Bildgebung eines Gebietes des Körpers (5), welches das bestimmte Gewebevolumen und einen Bereich, in welchem die Spitze zu dem bestimmten Gewebevolumen bewegt wird, umfasst, navigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Bildgebung zumindest mittels Fluoroskopie oder mittels Magnetresonanztomographie oder mittels Positronen-Emissions-Tomographie oder mittels Computertomographie oder mittels eines dreidimensionalen Datensatzes, welcher mit Hilfe einer Magnetresonanztomographie, einer Computertomographie oder einer angiographischen Computertomographie von dem Gebiet des Körpers erstellt wird und einem zweidimensionalen Fluoroskopie-Bild überlagert wird, vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze der länglichen Vorrichtung (10) mittels eines elektromagnetischen, eines optischen oder eines aus verschiedenen Richtungen arbeitenden röntgentechnischen Verfahrens dreidimensional abgebildet und in einem dreidimensionalen Datensatz registriert wird, dass dieser dreidimensionale Datensatz mit einem registrierten dreidimensionalen Datensatz des Gebietes des Körpers (5) zusammengeführt wird, und dass die Spitze mit Hilfe der zusammengeführten dreidimensionalen Datensätze navigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–19, dadurch gekennzeichnet, dass Ergebnisse einer mit dem Biosensor (1) durchgeführten Analyse in einen Datensatz, welcher von der direkten Bildgebung erstellt wird, übertragen und mit diesem zusammengeführt werden, um dadurch die Bildgebung und eine Analyse des bestimmten Gewebevolumens zu verbessern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–19, dadurch gekennzeichnet, dass Ergebnisse einer mit dem Biosensor (1) durchgeführten Analyse mit einem zweidimensionalen Fluoroskopie-Bild des Gewebevolumens zusammengeführt werden, um dadurch die Bildgebung und eine Analyse des bestimmten Gewebevolumens zu verbessern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–21, dadurch gekennzeichnet, dass Ergebnisse einer mit dem Biosensor (1) durchgeführten Analyse mit Ergebnissen einer Segmentierung, welche mittels der Bildgebung durchgeführt wird, zusammengeführt werden, um die Ergebnisse der Segmentierung zu verbessern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platte mit einer Gitterstruktur in der Nähe des Gewebevolumens angeordnet wird, und dass mit Hilfe der direkten Bildgebung der Teil des Gewebevolumens abhängig von der Gitterstruktur lokalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze der länglichen Vorrichtung (10) automatisch mittels eines Roboterarms basierend auf von einem Magnetresonanztomographen erstellten Bildern navigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–24, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Bildgebung mittels der Magnetresonanztomographie vorgenommen wird, und dass eine Spule auf der Spitze der länglichen Vorrichtung (10) angeordnet wird, um eine Bildgebung der Spitze zu verbessern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–25, dadurch gekennzeichnet, dass der Biosensor (1) zumindest eine von folgenden Vorrichtungen umfasst: eine Vorrichtung zur Anwendung der Schwingquarz-Mikrowägungs-Technik, einen Detektor für evaneszente Felder, einen Impedanzsensor, eine Vorrichtung zur Anwendung der Surface Plasmone Resonance Technologie, eine Vorrichtung zur Anwendung der Kalorimetrie, eine Vorrichtung zur Durchführung der elektrochemischen Detektion, eine Vorrichtung zur Durchführung der fluoreszenz-optischen Analyse, eine Vorrichtung zur Durchführung der spektrophotometrischen Analyse, und eine Vorrichtung zur Durchführung der enzymatischen Analyse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–26, dadurch gekennzeichnet, dass der Biosensor (1) eine Anordnung von mehreren Biosensoren umfasst, um eine Analyse von mehreren Parametern des Teils des Gewebevolumens durchzuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–27, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Katheters (4) eine Probe von dem Teil des Gewebes zu dem Biosensor (1) zur Analyse geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Biosensor (1) außerhalb des Fünf-Gauss-Bereiches angeordnet wird, wobei der Fünf-Gauss-Bereich einen Bereich definert, in welchem die Magnetfeldstärke größer als 5 Gauss ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–29, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Katheters (4) Partikel mit Antikörpern, Oligonukleotiden, Enzymen oder anderen spezifischen Bindungsmolekülen dem Gewebevolumen zugeführt werden, und dass mit Hilfe der Partikel die Analyse des Gewebevolumens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–30, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Katheters (4) eisenhaltige Partikel dem Gewebevolumen zugeführt werden, und dass abhängig von der Analyse des Gewebevolumens das Gewebevolumen mit einem magnetischen Wechselfeld angeregt wird, um die Temperatur in dem Gewebevolumen zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–31, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Katheters (4) Partikel, welche einen in einen thermosensitiven Stoff eingekapselten medizinischen Stoff enthalten, dem Gewebevolumen zugeführt werden, und dass abhängig von der Analyse des Gewebevolumens das Gewebevolumen erwärmt wird, um gezielt in dem Gewebevolumen den medizinischen Stoff freizusetzen.