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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes.
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Vorrichtungen und Verfahren zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes sind in der Fachliteratur wohl bekannt und werden in der klinischen Praxis bereits eingesetzt. Dazu gehören beispielsweise Verfahren, bei denen Marker auf anatomisch relevanten Punkten angebracht werden und diese durch Sensoren, wie zum Beispiel bei kommerziell erhältlichen optischen Tracking Systemen bekannt, zu detektieren. Andere Verfahren, die insbesondere Röntgenstrahlen zur Bildgebung verwenden, wie Computertomografie, CT, Röntgenbildgebung, oder Rotationsangiografie, rekonstruieren eine Position eines medizinischen Instrumentes mit Hilfe der Abbildung des medizinischen Instrumentes in einem Bilddatensatz, der auch räumlich sein kann.
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Ein Anwendungsgebiet, bei der die Information bezüglich der Position eines medizinischen Instrumentes von großer Wichtigkeit ist, ist die sogenannte Brachytherapie. Bei der Brachytherapie handelt es sich um ein minimalinvasives Verfahren um einen Tumor, z.B. ein Prostata-Karzinom, ein Cervix-Karzinom, ein Mamma-Karzinom, oder ein Larynx-Karzinom, mittels interner Strahlentherapie oder Strahlenbehandlung in seiner unmittelbaren Zielregion zu bestrahlen. Dazu werden eine oder mehrere Strahlenquellen in unmittelbarer Nähe des zu bestrahlenden Bereiches platziert. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Teletherapie mit einem Linearbeschleuniger, engl. External Beam Radiotherapy, EBRT, ist dabei, dass, wenn Radioisotope mit entsprechend kurzer Reichweite gewählt werden, wie es zum Beispiel bei Betastrahlern der Fall ist, die Strahlenbelastung für das umgebende Gewebe minimal ist, während bei der Teletherapie der Strahl des Linearbeschleunigers auch gesundes Gewebe durchdringen muss, um zum Ziel zu kommen.
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Zur Einbringung der Strahlenquellen werden häufig sogenannte Applikatoren oder Führungen, das sind katheterähnliche Vorrichtungen oder Hohlnadeln, in den Körper, nahe dem Tumor oder direkt in das Tumorgewebe eingeführt oder implantiert. Die Strahlenquellen können bei der sogenannten temporären Brachytherapie temporär, z.B. für einige Minuten oder Stunden, oder bei der permanenten Brachytherapie über einen längeren Zeitraum oder unbegrenzt im Körper verbleiben. Bei der permanenten Brachytherapie kann man auch von engl. low dose rate brachytherapy, LDR, und bei der temporären Brachytherapie, da zur Bestrahlung des Tumors eine stärkere Strahlenquelle verwendet wird, kann man von engl. high dose rate brachytherapy, HDR, sprechen.
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Um die genaue Zielposition der Strahlenquellen zu bestimmen, kann beispielsweise vor der Therapie eine Computertomografie-(CT) oder eine Magnetresonanztomografie-(MRT)Aufnahme der zu bestrahlenden Region angefertigt werden. Mit Hilfe dieses erhobenen Datensatzes wird an einem Bestrahlungsplanungssystem die genaue Dosisverteilung in der Zielregion errechnet. Anhand der idealen Dosisverteilung am bzw. im Tumor werden die Anzahl und die Positionen der einzubringenden Applikatoren und der Strahlenquellen bestimmt. Durch die Dosisplanung wird die Strahlung nur dort hoch dosiert appliziert, wo sich der Tumor befindet. Eine Dosisverteilung kann auch nach der Implantation der Applikatoren und ggf. noch einmal während des Einschiebens der Strahlenquellen zur Qualitätskontrolle erfolgen. Dadurch wird das umliegende und zum Teil höchst strahlensensible Gewebe nicht unnötig bestrahlt und eine Schädigung wird minimiert. Zudem wird im Gegensatz zu einer äußeren Bestrahlung die Haut nicht geschädigt, da von innen bestrahlt wird.
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Nach einer Voruntersuchung, der Dosisplanung und der Beschaffung der nötigen Materialien erfolgt die eigentliche Brachytherapie. Dazu wird der Patient in einem sterilen Umfeld (OP) sediert oder narkotisiert und die Applikatoren werden implantiert. Dies kann unter 2D-Durchleuchtung erfolgen. Nach erfolgreicher Kontrolle der Position der Applikatoren erfolgt die interne Bestrahlung mit Hilfe von radioaktiven Strahlenquellen, sogenannter Seeds, z.B. in Form von etwa ein bis fünf Millimeter langen Kapseln aus beispielsweise Caesium-137. Bei dem sogenannten Afterloading-Verfahren, d.h. Nachladeverfahren, werden die Seeds manuell oder automatisiert durch die Applikatoren in ihren Zielbereich, gegebenenfalls stufenweise, eingeführt. Über die zu erwartende Strahlungsintensität der einzelnen Seeds, sowie deren Verweildauer im Applikator bzw. im Zielbereich, wird die Strahlendosis im Zielbereich errechnet. Wenn die prognostizierte Verweildauer erreicht ist, werden im Falle einer temporären Brachytherapie die Seeds und die Applikatoren, gegebenenfalls stufenweise, wieder entfernt. Die Verweildauer sowie die errechnete applizierte Dosis können dokumentiert werden.
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Es ist ersichtlich, dass für eine Dosisberechnung eine genaue Kenntnis der Position der Applikatoren bzw. der Seeds notwendig ist. Aber auch eine genaue Darstellung des Tumors und der umgebenden Organe, engl. Organs at risk, OAR, ist wichtig, um sowohl für das Tumorvolumen als auch für die Organs at risk eine Dosisverteilung berechnen zu können. Generell können dazu verschiedene bildgebenden Verfahren verwendet werden, in der heutigen klinischen Praxis wird jedoch meist die Computertomografie verwendet, da damit ortsgetreue 3D-Datensätze geliefert werden können, in denen die Applikatoren gut erkennbar sind. Nachteilig am Einsatz der Computertomografie ist, dass sich die Zielorgane nur ungenügend abgrenzen lassen, z.B. im kleinen Becken. Geeigneter wäre hierfür die Magnetresonanztomografie, allerdings mit dem Nachteil, dass nun die Applikatoren schwer erkennbar sind. Diese müssen mühsam von einem Benutzer, z.B. von einem Arzt, identifiziert und segmentiert werden, um sie in einem Planungssystem berücksichtigen zu können. Dieser Nachteil wiegt so schwer, dass die Magnetresonanztomografie für diese Anwendung bisher kaum zum Einsatz kommt. Andere Schwächen der Magnetresonanztomografie, die in der Dosimetrie für EBRT-Verfahren eine große Rolle spielen, wie Verzeichnung, Ermittlung der Schwächungswerte der Gewebe, Hautgrenze außerhalb des Abbildungsbereichs des Geräts, spielen dagegen bei der Brachytherapie kaum eine Rolle, weil das Zielvolumen nahe dem Isozentrum des MR-Gerätes liegt, nur die direkte Umgebung des Tumors berücksichtigt werden muss und Abweichungen bei der Strahlenabsorption aufgrund der minimalen Reichweite kaum ins Gewicht fallen. Daher wäre die Magnetresonanztomografie sehr gut geeignet, um Dosisberechnungen für die Brachytherapie durchzuführen, wenn das Problem der Positionsbestimmung der Applikatoren gelöst wäre.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Patentanspruchs und einem Verfahren zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen beschrieben.
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Ein Grundgedanke der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes, wobei die Vorrichtung ein Sensormittel und ein Rechen- und Steuermittel umfasst, wobei das Sensormittel an oder in dem medizinischen Instrument angeordnet ist, wenigstens einen Magnetfeldsensor zur Gewinnung von Messwerten einer magnetischen Flussdichte umfasst und mit dem Rechen- und Steuermittel zur Datenübermittlung verbindbar ist und wobei das Rechen- und Steuermittel zur Steuerung von Magnetfeldern des Magnetresonanztomografiegerätes und zur Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes ausgeführt ist, wobei in die Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes die Messwerte des wenigstens einen Magnetfeldsensors und Steuersignale zur Steuerung der Magnetfelder des Magnetresonanztomografiegerätes eingehen.
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Dieser Grundgedanke der Erfindung beschreibt eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Position eines medizinischen Instrumentes, wie zum Beispiel eines Katheters, das sich innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes befindet, bestimmt werden kann. Die Vorrichtung umfasst ein Sensormittel und ein Rechen- und Steuermittel. Das Sensormittel ist an oder in dem medizinischen Instrument angeordnet. Die Position des medizinischen Instrumentes kann insbesondere durch den Ort, an dem das Sensormittel an dem medizinischen Instrument angeordnet ist, definiert sein. Das Sensormittel umfasst wenigstens einen Magnetfeldsensor, nachfolgend auch kurz Sensor genannt, der zur Gewinnung von Messwerten einer magnetischen Flussdichte, die am Ort des wenigstens einen Magnetfeldsensors anliegt, ausgelegt ist, und das Sensormittel ist mit dem Rechen- und Steuermittel zur Datenübermittlung, insbesondere zur Übertragung von Messwerten der magnetischen Flussdichte, verbindbar. Das Rechen- und Steuermittel ist zur Steuerung von Magnetfeldern des Magnetresonanztomografiegerätes und zur Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes ausgeführt, wobei zur Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes die Messwerte des wenigstens einen Magnetfeldsensors und die Steuersignale zur Steuerung der Magnetfelder des Magnetresonanztomografiegerätes genutzt werden. Das bedeutet, das Magnetresonanztomografiegerät wird durch das Rechen- und Steuermittel durch entsprechende Steuerbefehle zur Erzeugung eines lokalen Magnetfeldes im Patientenaufnahmeraum angesteuert. Das Sensormittel misst mittels des wenigstens einen Magnetfeldsensors die Flussdichte des lokalen Magnetfeldes und leitet die Messwerte an das Rechen- und Steuermittel, das die Position des medizinischen Instrumentes berechnet.
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Vorzugsweise ist der wenigstens eine Magnetfeldsensor als Hall-Sensor oder als XMR-Sensor oder als Magnetometer ausgeführt.
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Magnetometer, auch Teslameter oder Gaußmeter genannt, dienen der Messung magnetischer Flussdichten und sind prinzipiell bekannt. XMR-Sensoren, von engl. X-Magneto-Resistiv, sind Dünnschicht-Sensoren, deren Widerstand vom magnetischen Fluss, dem sie ausgesetzt sind, abhängt. Hall-Sensoren nutzen den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern. Solche Bauelemente sind heute in miniaturisierter Form verfügbar und eignen sich für den Einbau in einem medizinischen Instrument.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Sensormittel wenigstens drei Magnetfeldsensoren, welche wenigstens drei Magnetfeldsensoren zur Bestimmung von Stärke und Richtung der magnetischen Flussdichte in jeder Raumrichtung ausgelegt sind.
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Durch die Kombination von drei Magnetfeldsensoren, die jeder in eine unterschiedliche Raumrichtung ausgerichtet ist, können die Stärke und die Richtung des Feldes zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden. Vorzugsweise sind die drei Magnetfeldsensoren paarweise orthogonal zueinander ausgerichtet, um jeweils möglichst große Messwerte der drei Magnetfeldsensoren zu erhalten. Eine kompakte Bauweise kann erzielt werden, wenn die Magnetfeldsensoren in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Rechen- und Steuermittel neben der Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes auch zur Bestimmung der Lage des medizinischen Instrumentes innerhalb des Patientenaufnahmeraumes des Magnetresonanztomografiegerätes ausgelegt, wobei in die Bestimmung der Lage des medizinischen Instrumentes die Messwerte des wenigstens einen Magnetfeldsensors und Steuersignale zur Steuerung der Magnetfelder des Magnetresonanztomografiegerätes eingehen.
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Neben der Position bzw. dem Ort im Raum kann auch die Lage bzw. die Orientierung im Raum des medizinischen Instrumentes von Interesse sein, so dass vorteilhaft Ort und Orientierung bestimmt werden. Denkbar ist auch, durch mehrere Bestimmungen von Position und Lage über der Zeit eine Bewegung des medizinischen Instrumentes zu bestimmen. Zur Bestimmung der Lage des medizinischen Instrumentes gehen, ebenso wie zur Bestimmung der Position des medizinischen Instrumentes, die Messwerte des wenigstens einen Magnetfeldsensors und die Steuersignale zur Steuerung der Magnetfelder des Magnetresonanztomografiegerätes ein.
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Mit besonderem Vorteil ist das Rechen- und Steuermittel dazu ausgelegt, mittels eines Magnetresonanztomografie-Gradientensystems einen Feldgradienten in jede Raumrichtung zu erzeugen und das Sensormittel ist dazu ausgelegt, die jeweiligen magnetischen Flussdichten zu messen. In die Positionsbestimmung und/oder in die Bestimmung der Lage des medizinischen Instrumentes gehen die Messwerte des wenigstens einen Magnetfeldsensors und die Steuersignale zur Steuerung der Magnetfelder des Magnetresonanztomografiegerätes ein.
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Magnetresonanztomografiegeräte weisen eine Magneteinheit mit einer Gradientenspuleneinheit zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit wird mittels einer Gradientensteuereinheit des Magnetresonanztomografiegerätes gesteuert. Die Magneteinheit mit der Gradientenspuleneinheit, die Gradientenspuleneinheit und die Gradientensteuereinheit können zu dem Magnetresonanztomografie-Gradientensystem zusammengefasst werden. Durch Schalten eines Feldgradienten in jede Raumrichtung, Messen der magnetischen Flussdichten und Berücksichtigen der Steuersignale zur Steuerung der Magnetfelder des Magnetresonanztomografiegerätes können die Position und/oder die Lage des medizinischen Instrumentes bestimmt werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Rechen- und Steuermittel dazu ausgelegt ist, die Positionsbestimmung und/oder die Bestimmung der Lage des medizinischen Instrumentes während einer Bildaufnahme mit dem Magnetresonanztomografiegerät durchzuführen.
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In dieser Ausgestaltung werden die Positionsbestimmung und/oder die Bestimmung der Lage des medizinischen Instrumentes während einer MR-Bildaufnahme durchgeführt. Werden für die Positionsbestimmung und/oder die Lagebestimmung die gleichen, ähnliche oder ergänzende Magnetfeldgradienten wie für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet, ergibt sich ein Zeitvorteil.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in die Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes eine Differenz von Messwerten des wenigstens einen Magnetfeldsensors in einem B0-Feld und Messwerte des wenigstens einen Magnetfeldsensors in einem B0-Feld mit Feldgradienten in jeder Raumrichtung eingehen.
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In einer vorteilhaften Ausführung wird zunächst das B0-Feld ohne Gradientenfelder vermessen und in einer zweiten Messung das B0-Feld plus die Gradientenfelder auf den drei Raumachsen ermittelt. Durch eine Differenzbildung werden die Gradientenfelder ermittelt. Aus diesen drei Werten für die drei Achsen lässt sich direkt auf die Position des medizinischen Instrumentes bzw. des Sensormittels im Raum zurückschließen.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Sensormittel wenigstens drei Magnetfeldsensoren, welche wenigstens drei Magnetfeldsensoren zur Bestimmung von Stärke und Richtung der magnetischen Flussdichte in jeder Raumrichtung ausgelegt sind und das Rechen- und Steuermittel ist dazu ausgelegt, die Lage des medizinischen Instruments mittels Messwerten der wenigstens drei Magnetfeldsensoren in einem B0-Feld zu bestimmen.
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Die Lage bzw. Orientierung des medizinischen Instrumentes bzw. des Sensormittels bestimmt sich aus den Beträgen der drei Magnetfeldsensoren in den drei Raumrichtungen im B0-Feld, wobei sich die Richtung dann aus dem Vektor mit den jeweiligen Beträgen der drei Raumrichtungen ergibt.
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Es ist denkbar, dass die Vorrichtung ein Datenübermittlungsmittel zur Datenübermittlung von Messwerten von dem wenigstens einen Magnetfeldsensor zu dem Rechen- und Steuermittel umfasst, wobei das Datenübermittlungsmittel zu einer drahtlosen Datenübermittlung oder zu einer drahtgebundenen Datenübermittlung oder zu einer optischen Datenübermittlung ausgelegt ist.
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Das Übertragungsmittel kann als Schnittstelle mit Verbindungsmittel ausgeführt sein, die die Messwerte als Daten drahtgebunden über eine Datenleitung, drahtlos per Funktechnik, z.B. mittels einer genormten Bluetooth Datenübertragungstechnik, oder optisch über einen Lichtwellenleiter überträgt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Datenübermittlungsmittel zu einer drahtlosen Datenübermittlung ausgelegt ist und wobei eine Hochfrequenzantenneneinheit des Magnetresonanztomografiegerätes auch als Empfangsantenne für die drahtlose Datenübermittlung von Messwerten von dem wenigstens einen Magnetfeldsensor zu dem Rechen- und Steuermittel ausgelegt ist.
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Dieses Merkmal stellt eine besonders platzsparende Lösung der Datenübertragung dar, da eine Hochfrequenzantenneneinheit des Magnetresonanztomografiegerätes in Form von Spulen, die ohnehin bei einem Magnetresonanztomografiegerät vorhanden ist, auch als Empfangsantenne für die drahtlose Datenübermittlung von Messwerten von dem wenigstens einen Magnetfeldsensor zu dem Rechen- und Steuermittel genutzt wird. Techniken zur drahtlosen Übertragung von Signalen innerhalb eines Magnetresonanztomografiegerätes sind z.B. von EKG-Geräten bekannt.
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Günstig ist das Datenübermittlungsmittel zu einer drahtgebundenen Datenübermittlung ausgelegt und das Datenübermittlungsmittel umfasst eine Schnittstelle, welche Schnittstelle an dem medizinischen Instrument angeordnet ist und für die Steuerung oder Nutzung einer weiteren Funktion des medizinischen Instruments ausgelegt ist.
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Durch eine Doppelnutzung der Schnittstelle des Datenübermittlungsmittels, zum Einen als Datenübermittlung der Messwerte von dem wenigstens einen Magnetfeldsensor zu dem Rechen- und Steuermittel und zum Anderen zur Steuerung von anderen Funktionen des medizinischen Instruments, kann der konstruktive Aufwand reduziert werden. Beispielsweise kann das medizinische Instrument ein Katheter sein, der an seinem distalen Ende eine Schere aufweist, die über die Schnittstelle des Datenübermittlungsmittels gesteuert werden kann. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist ein Applikator für eine Brachytherapie, der üblicherweise eine Schnittstelle zu einem sogenannten Afterloader hat, die sich außerhalb der Patienten befindet, so dass an dieser Stelle zur Positionsbestimmung eines Applikators die Messwerte abgegriffen werden können. Da der Afterloader während einer MR-Aufnahme normalerweise nicht angeschlossen ist, wird zu diesem Zweck an das Ende des Applikators das Rechen- und Steuermittel angeschlossen. Die Schnittstelle kann auch einerseits zur drahtgebundenen Datenübermittlung ausgelegt sein und andererseits zur Aufnahme oder Führung eines Instrumentenmittels, z.B. eines Drahtes mit einem Strahlungsmittel, dienen, d.h. in diesem Fall auch eine mechanische Schnittstelle bilden.
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Zweckmäßig ist das Sensormittel an mehreren Positionen in oder an dem medizinischen Instrument angeordnet und das Sensormittel umfasst an jeder Position wenigstens einen Magnetfeldsensor zur Gewinnung von Messwerten einer magnetischen Flussdichte und das Rechen- und Steuermittel ist dazu ausgelegt, Position und/oder Lage des medizinischen Instruments zu bestimmen.
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Bei einem starren, rotationssymmetrischen medizinischen Instrument oder einem Instrument, bei dem die Positionsbestimmung von nur einer Position von Interesse ist, reicht mitunter bereits ein dreiachsiger Sensor an der Spitze des Applikators aus. Bei einem flexiblen medizinischen Instrument, wie einem katheterförmigen Instrument, wie einem Applikator für eine Brachytherapie, können mehrere Magnetfeldsensoren, die in ihrer Gesamtheit das Sensormittel bilden, angebracht sein, um den gesamten Verlauf des medizinischen Instrumentes bestimmen zu können.
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Begünstigt ist das Rechen- und Steuermittel dazu ausgelegt, die Position und die Lage des medizinischen Instrumentes in einem Bild des Magnetresonanztomografiegerätes zu registrieren und/oder ein Bild des Magnetresonanztomografiegerätes in Abhängigkeit der Position und/oder der Lage des medizinischen Instrumentes anzupassen.
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Da die Vorrichtung die Position eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes bestimmen kann, ist die genaue Lage des medizinischen Instrumentes relativ zum Gradientenfeld bekannt. Da die Koordinaten der MRT-Datensätze ebenfalls relativ zum Gradientenfeld sind, lassen sich diese Messergebnisse sehr einfach mit den MRT-Datensätzen überlagern und in ein gemeinsames Bild einzeichnen. In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Lage des medizinischen Instruments während einer Magnetresonanztomografie-Untersuchung beobachtet werden, indem das Wissen der während der MR-Untersuchung geschalteten Gradienten verwendet wird. Daher ist bekannt, zu welcher Zeit und an welchem Ort welche Magnetfeldstärke zu erwarten ist. Die mit den Magnetfeldsensoren gemessenen Magnetfelder können daher zu jeder Zeit die genaue Lage des medizinischen Instrumentes im Ortsraum bestimmen. Diese Erkenntnis kann zu einer Bewegungskorrektur eines MR-Bildes oder auch zur Verfolgung, engl. Tracking, des medizinischen Instrumentes, z.B. während eines Einsetzens eines Applikators/Seeds, verwendet werden.
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Vorteilhaft ist, wenn das Rechen- und Steuermittel ein Bildmodell des medizinischen Instrumentes umfasst und wenn das Rechen- und Steuermittel dazu ausgelegt ist, das Bildmodell des medizinischen Instrumentes positionsrichtig und/oder lagerichtig einem Bild des Magnetresonanztomografiegerätes zu überlagern.
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Das Bildmodell des medizinischen Instrumentes kann beispielsweise als 3D-Datensatz, einschließlich der Position des Sensormittels innerhalb des medizinischen Instrumentes, in einer Datenbank mit weiteren medizinischen Instrumenten oder Applikatoren abgespeichert sein und dann ausgewählt werden. Das Bildmodell bzw. der Datensatz kann dann entsprechend mit den MRT-Bildern überlagert oder eingeblendet werden.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn das medizinische Instrument ein Applikator zur Durchführung einer Brachytherapie ist.
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Wie aus den vorherigen Ausführungen ersichtlich ist, eignen sich die beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen insbesondere zur Positionsbestimmung eines Applikators zur Durchführung einer Brachytherapie innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes.
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Mit besonderem Vorteil ist das Rechen- und Steuermittel zur Übertragung von Position und/oder Lage des medizinischen Instruments an ein Brachytherapie-Planungssystem ausgebildet.
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Liegen einem Brachytherapie-Planungssystem die Position und/oder die Lage eines Applikators zur Durchführung einer Brachytherapie innerhalb eines Untersuchungsobjektes, z.B. eines menschlichen Patienten, vor, kann die Planung bzw. die Durchführung einer Brachytherapie sehr viel genauer durchgeführt werden. Vorzugsweise werden MRT-Bilddatensätze, die mit dem Magnetresonanztomografiegerät gewonnen werden können und die Informationen über die Lage der Applikatoren in ein Brachytherapie-Planungssystem übertragen und zur Planung der Therapie verwendet. Auch eine Verwendung zur MR-gestützten Implantation ist möglich, ebenso eine Behandlung im Magnetresonanztomografiegerät.
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Denkbar ist auch ein System zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes, wobei das System eine der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes und ein Magnetresonanztomografiegerät umfasst.
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Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes, wobei das Verfahren eine der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes nutzt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst dabei Verfahrensschritte zu denen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise ausgelegt sind. Bei einem Rechen- und Steuermittel, das dazu ausgelegt ist, die Position und die Lage des medizinischen Instrumentes in einem Bild des Magnetresonanztomografiegerätes zu registrieren, kann ein Verfahrensschritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens lauten: Registrieren der Position und der Lage des medizinischen Instrumentes in einem Bild des Magnetresonanztomografiegerätes durch das Rechen- und Steuermittel.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren samt Beschreibung. Es zeigen:
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1 eine Darstellung zur Beschreibung einer Brachytherapie nach dem Stand der Technik;
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2 schematisch und beispielhaft ein Sensormittel mit drei Magnetfeldsensoren zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 schematisch und beispielhaft ein medizinisches Instrument, an dem ein Sensormittel angeordnet ist;
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4 schematisch und beispielhaft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes und ein Magnetresonanztomografiegerät.
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1 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Brachytherapie nach dem Stand der Technik. Bei einem Untersuchungsobjekt 30, hier ein menschlicher Patient, wird eine Brachytherapie zur Therapie eines Zielobjekts 32, hier ein Tumor, durchgeführt. Dazu ist ein Applikator 35, hier in Form eines Katheters, in einen Zielbereich 31, eingeführt. Der Zielbereich 31 umfasst wenigstens das Zielobjekt 32, d.h. der Zielbereich ist im Allgemeinen ein Volumen innerhalb des Untersuchungsobjektes 30, innerhalb dessen zumindest das Zielobjekt 32 liegt. Mittels des Applikator 35 kann ein Strahlungsmittel 33, hier ein sogenannter Seed aus einem Radionuklid, zum Beispiel Caesium-137, Cobalt-60, Iridium-192, Iod-125, Palladium-103, oder Ruthenium-106, oder auch ein miniaturisierter Niedrig-Energie-Röntgenstrahler, in die unmittelbare Nähe des Zielobjekts 32 gebracht werden. Das Strahlungsmittel 33 emittiert hochenergetische Strahlen, in der 1 durch Linien 34 angedeutet, die das Zielobjekt 32 durchdringen. Ein großer Vorteil der Brachytherapie ist, dass die Strahlenwirkung ein sehr begrenztes Gebiet um die Strahlenquelle betrifft. Dennoch werden auch Gewebe und Organe in der Umgebung des Strahlungsmittels 33 bestrahlt, so dass der Ort der Einbringung und die Art des Strahlungsmittels 33 und die Dauer der Behandlung sehr wohl überlegt sein müssen, um die gesundheitlichen Risiken für das Untersuchungsobjekt 30 zu minimieren.
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In 2 ist schematisch und beispielhaft ein Sensormittel 52 mit drei Magnetfeldsensoren 54 zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Magnetfeldsensoren 54 sind in jeweils eine unterschiedliche Raumrichtung, hier paarweise orthogonal zueinander, ausgerichtet. Durch diese Kombination können die Stärke und die Richtung eines Magnetfeldes H zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden. Durch die Anordnung der Magnetfeldsensoren 54 in einem, durch eine Kugel angedeuteten, gemeinsamen Gehäuse kann eine kompakte Bauweise des Sensormittels 52 erzielt werden.
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3 zeigt schematisch und beispielhaft ein medizinisches Instrument 50, hier einen Applikator zur Durchführung einer Brachytherapie, an dessen distalen Ende ein Sensormittel 52, das drei nicht dargestellte Magnetfeldsensoren umfasst, angeordnet ist. Das Sensormittel 52 ist zur Gewinnung von Messwerten einer magnetischen Flussdichte innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes eines Magnetresonanztomografiegerätes ausgelegt und verfügt über ein Datenübermittlungsmittel 56 zur Datenübermittlung der Messwerte von den drei Magnetfeldsensoren zu einem Rechen- und Steuermittel 70, z.B. einem Computer. Das Datenübermittlungsmittel 56 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel metallische Leitungen 60 für eine drahtgebundene Datenübertragung und eine Schnittstelle 58. An die Schnittstelle 58 kann wahlweise das Rechen- und Steuermittel 70 oder eine Steuereinrichtung 80 zur Abgabe eines Strahlungsmittels, d.h. ein sogenannter Afterloader, angeschlossen werden. Ist der Afterloader angeschlossen, kann mittels eines Drahtes, zum Beispiel mit einer motorischen Verstelleinrichtung, ein Strahlungsmittel in einen Bereich 62 eingebracht werden.
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In 4 schließlich ist schematisch und beispielhaft eine Vorrichtungen 1 zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes 50 innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes 14 eines Magnetresonanztomografiegerätes 10 und ein Magnetresonanztomografiegerät 10 dargestellt. Das Magnetresonanztomografiegerät 10 umfasst eine Magneteinheit 11 mit einem supraleitenden Hauptmagneten 12 zum Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 13, dem B0-Feld. Zudem weist die Magnetresonanzvorrichtung einen Patientenaufnahmeraum 14 zur Aufnahme eines Untersuchungsobjektes 30, hier eines menschlichen Patienten, auf. Der Patientenaufnahmeraum 14 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zylinderförmig ausgebildet und in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 11 zylinderförmig umgeben. Grundsätzlich ist jedoch eine davon abweichende Ausbildung des Patientenaufnahmeraumes 14 jederzeit denkbar. Das Untersuchungsobjekt 30 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 25 des Magnetresonanztomografiegerätes 10 in den Patientenaufnahmeraum 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 25 weist hierzu einen innerhalb des Patientenaufnahmeraumes 14 bewegbar ausgestalteten Liegentisch 26 auf. Die Magneteinheit 11 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 16 zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 16 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 17 des Magnetresonanztomografiegerätes 10 gesteuert. Die Magneteinheit 11 umfasst weiterhin eine Hochfrequenzantenneneinheit 18 zur Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 12 erzeugten Hauptmagnetfeld 13 einstellt. Die Hochfrequenzantenneneinheit 18 wird von einer Hochfrequenzantennensteuereinheit 19 des Magnetresonanztomografiegerätes 10 gesteuert und strahlt hochfrequente Magnetresonanzsequenzen in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmeraum 14 des Magnetresonanztomografiegerätes 10 gebildet ist, ein. Zur Steuerung des Hauptmagneten 12, der Gradientensteuereinheit 17 und zur Steuerung der Hochfrequenzantennensteuereinheit 19 weist die Magnetresonanzvorrichtung eine Steuereinheit 20 auf. Die Steuereinheit 20 steuert zentral die Magnetresonanzvorrichtung, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Zudem umfasst die Steuereinheit 20 eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit zur Auswertung von Bilddaten. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanzbilder können auf einer Anzeigeeinheit 21, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, des Magnetresonanztomografiegerätes 10 für einen Bediener angezeigt werden. Zudem weist des Magnetresonanztomografiegerät 10 eine Eingabeeinheit 22 auf, mittels der Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von einem Bediener eingegeben werden können. Das dargestellte Magnetresonanztomografiegerät 10 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanztomografiegeräte gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanztomografiegerätes ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird. Die Vorrichtung 1 zur Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes 50, hier eines Applikators zur Durchführung einer Brachytherapie, innerhalb des Patientenaufnahmeraumes 14 des Magnetresonanztomografiegerätes 10 umfasst ein nicht dargestelltes Sensormittel und ein Rechen- und Steuermittel 70, zum Beispiel einen Computer. Das Sensormittel ist an oder in dem medizinischen Instrument 50 angeordnet, umfasst wenigstens einen Magnetfeldsensor zur Gewinnung von Messwerten einer magnetischen Flussdichte, und ist mit dem Rechen- und Steuermittel 70 zur Datenübermittlung verbunden. Das Rechen- und Steuermittel 70 ist zur Steuerung von Magnetfeldern des Magnetresonanztomografiegerätes 10, beispielsweise durch Senden von Steuersignalen an die Steuereinheit 20 des Magnetresonanztomografiegerätes 10, und zur Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes 50 ausgeführt, wobei in die Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes 50 die Messwerte des wenigstens einen Magnetfeldsensors und Steuersignale zur Steuerung der Magnetfelder des Magnetresonanztomografiegerätes 10 eingehen. Weiter kann das Rechen- und Steuermittel 70 zur Steuerung von Funktionen des medizinischen Instrumentes 50 ausgeführt sein, beispielsweise durch Senden von Steuersignalen, die das medizinische Instrument 50 zur Abgabe eines Strahlungsmittels veranlasst. Das Rechen- und Steuermittel 70 ist auch dazu ausgelegt, ein Bild, das das medizinische Instrument 50 umfasst, von dem Magnetresonanztomografiegerät 10 zu empfangen und die Position und die Lage des medizinischen Instrumentes 50 und insbesondere ein Bildmodell des medizinischen Instrumentes 50 in dem Bild zu registrieren und/oder zu überlagern. Das Rechen- und Steuermittel 70 kann auch in der Steuereinheit 20 des Magnetresonanztomografiegerätes 10 integriert sein. Weiter kann das Rechen- und Steuermittel 70 dazu ausgelegt sein, die Position und die Lage des medizinischen Instrumentes 50 an ein Planungssystem 82 für eine Brachytherapie weiterzugeben. Eine Kombination aus wenigstens der Vorrichtungen 1 zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes 50 innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes 14 eines Magnetresonanztomografiegerätes 10 und des Magnetresonanztomografiegerätes 10 kann auch als System zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes 50 innerhalb eines Patientenaufnahmeraumes 14 eines Magnetresonanztomografiegerätes 10 bezeichnet werden.
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Zusammenfassend werden weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung beschrieben. Die Erfindung schlägt unter anderem eine Vorrichtung vor, die es erlaubt, einen Applikator für die Durchführung einer Brachytherapie in einem Patientenaufnahmeraum eines Magnetresonanztomografiegerätes automatisch aufzufinden und dessen Position direkt zusammen mit den anatomischen Aufnahmen in einem Planungssystem für eine Brachytherapie deutlich zu machen.
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Dazu ist der Brachytherapie-Applikator mit einem Magnetfeldsensor ausgestattet, der benutzt wird, um die Position des Applikators im Magnetfeld festzustellen und diese Information in der Therapieplanung zu berücksichtigen. Vorteilhaft an diesem Vorgehen ist, dass sich Nichtlinearitäten des Gradientensystems gleichermaßen auf die Bilddaten, als auch auf die Positionsdaten des Applikators auswirken, so dass die bestimmte Position des Applikators relativ zu den Bilddaten stets richtig ist.
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Es wird ein einfaches, preisgünstiges und robustes System beschrieben, um die Brachytherapie-Applikatoren im MRT zweifelsfrei und bewegungskorrigiert zu lokalisieren.
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Auch kann die Messung jederzeit wiederholt werden. So kann zum Beispiel auch die eigentliche Therapie im Magnetresonanztomografiegerät durchgeführt werden und dabei jederzeit einfach und schnell überprüft werden, ob sich der Applikator noch an der richtigen Stelle befindet. Oder es kann zur Überprüfung der Lage während der Therapie ein Gradientensystem, ohne Grundmagnetfeld, verwendet werden, in dem der Applikator geortet werden kann.
