DE19707556C1 - Marker zur Bestimmung seiner Position in einem Hohlraum innerhalb des Organismus eines Lebewesens - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Marker, dessen Position in einem Hohlraum innerhalb des Organismus eines Lebewesens bestimmbar sein soll, so daß die Ermittlung lokaler Passage-Geschwindigkeiten des Markers durch den Magen-Darm-Trakt, bevorzugt im Dünndarmbereich möglich ist. Ein solcher Marker findet in der Anordnung gemäß dem Hauptpatent DE 195 32 676 Verwendung.

Es sind medizinische Untersuchungen bekannt, bei denen eine wiederholte Bestimmung der lokalen Passage-Geschwindigkeit eines Markers durch den Magen-Darm-Trakt erforderlich sind. Das ist z. B. bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen, wie etwa Morbus Chron, funktioneller Magen-Darm-Erkrankungen und physiologischer Unter­ suchungen des Magen-Darm-Traktes der Fall.

Die übliche Diagnose-Technik, wie Röntgen unter Verwendung von Kontrastbrei, darf in solchen Fällen wegen der Strahlenbelastung nicht angewendet werden. Dasselbe gilt für szintigraphische Methoden.

Bekannte Techniken, bei denen die Strahlenbelastung vermieden wird, sind die Kernspin-Tomographie [M. Reiser, W. Semmler(Hrsg) "Magnetresonanztomographie", Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, 1992], die Sonographie [M. Amend, C. Jakobeit, L. Greiner, Verdauungskrankheiten 13 (1995), Heft 1, S. 21], der Einsatz von Metall-Detektoren [K. Ewe, Therapiewoche 41(1991), S. 77], der induktive Nachweis weichmagnetischer Tracer [Y. Benmair, B. Fischel, E. H. Frei, T. Gilat, The American Journal of Gastroenterology 68 (1977), S. 470] und das Orten von Dauermagnet-Markern [L. Trahms, R. Stehr, J. Wedemeyer, W. Weitschies, Biomedizinische Technik 35 (1990) S. 158].

Die Kernspin-Tomographie oder Magnet-Resonanz ist ein aufwendiges und teures Verfahren, das für häufig zu wiederholende Untersuchungen nicht geeignet und zur Ermittlung einer lokalen Passage-Geschwindigkeit, die einen zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Positionsbestim­ mungen von Markern in der Größenordnung von 10 s erforderlich macht, zu langsam ist [K. Fitzgerald, IEEE Spectrum 27 (1990) S. 52].

Sonographische Untersuchungen wurden bisher nicht zur Bestimmung der lokalen Passage-Geschwindigkeit, sondern nur zum Messen pauschaler Transitzeiten größerer Abschnitte des Magen-Darm-Traktes eingesetzt. [M. Amend, C. Jakobeit, L. Greiner, Verdauungskrankheiten 13 (1995), Heft 1, S. 21]. Der Grund liegt darin, daß Luftvolumina im Bauchraum von Ultraschall nicht durchdrungen werden, was zu einer fehlerhaften Positionsbestimmung von Markern führen würde. Diese Fehler könnten zwar herabgesetzt werden, wenn der Darm vollständig mit einer Flüssigkeit gefüllt würde; wegen der dadurch veränderten Peristaltik ist aber ein gefüllter Darm zur Diagnose nicht geeignet.

Mit Metalldetektoren kann die Position von Metallteilchen bestimmt werden. Die laterale Genauigkeit bei der Positionsbestimmung nimmt jedoch mit dem Abstand von der Körperoberfläche ab und wird bei einem Abstand von < 10 cm schlechter als 1 cm [K. Ewe, Therapiewoche 41 (1991), S. 77]. Über die Genauigkeit einer Tiefenmessung wird in dieser Arbeit nichts berichtet. Da sie jedoch grundsätzlich schlechter als die laterale Genauigkeit ist, reicht dieses Verfahren für die Messung der lokalen Passage-Geschwindigkeit nicht aus.

Die Genauigkeit der Positionsbestimmung bei einer induktiven Messung weichmagnetischer Tracer genügt zur Untersuchung der zeitlichen Abnahme des Mageninhaltes an weichmagnetischem Brei mit einem Anfangsvolumen von über 100 cm³ [Y. Benmair, B. Fischel, E. H. Frei, T. Gilat, The American Journal of Gastroenterology 68 (1977), S. 170]. Eine Messung der lokalen Passage-Geschwindigkeit im Darm ist damit jedoch nicht möglich, da das große Probenvolumen sich beim Durchlaufen des Darms unkontrolliert verteilt. Das Probenvolumen kann andrerseits aber auch nicht wesentlich verkleinert werden, da dann das vom Tracer stammende Sekundärmagnetfeld so klein wird, daß es selbst bei extrem guter Kompensation eines während der Messung angelegten Primärmagnetfeldes nicht mehr von dessen Restsignal getrennt werden kann.

Weiterhin ist bekannt, permanent magnetische Marker aufzumagnetisieren, bevor sie einem Patienten verabreicht werden [W. Weitschies, J. Wedemeyer, R. Stehr, L. Trahms, IEEE Trans. Biomed. Eng. 41 (1994) S. 192], [DE 39 40 260]. Die Positionsbestimmung der Marker aus ihrem Sekundärmagnetfeld wird hierbei allerdings durch Störfelder (z. B. das Erdmagnetfeld) so stark beeinflußt, daß die Messungen in einer Spezialkammer mit extremer magnetischer Abschirmung ausgeführt werden müssen. Selbst dann ist aber dieses Verfahren nicht für die Bestimmung der lokalen Passage-Geschwindigkeit im gesamten Magen-Darm-Trakt geeignet, da wegen der Transversal- und Rotationsbewegungen der Marker die Positionsbestimmung lediglich im Magen oder im Dickdarm möglich ist und selbst in diesen Bereichen mit einer relativ hohen Verweildauer des Markers nur mit einer ungenügenden Genauigkeit.

Im Hauptpatent DE 195 32 676 C1 wurde bereits eine Anordnung zur Bestimmung der Position eines magnetisierbaren Markers vorgeschlagen, wobei der Marker aus einem halbharten Magnetmaterial mit einer Koerzitivfeldstärke im Bereich von 10⁴ bis 10⁵ A/m bestehen soll und der Marker kugelsymmetrisch ausgebildet ist. Der Marker soll gemäß Hauptpatent weiterhin aus einem isotropen Magnetmaterial bestehen, das eine relative Remanenz von vorzugsweise < 0,8 besitzt, wobei der Marker im wesentlichen aus γ-Fe₂O₃ und/oder Fe₃O₄ gefertigt ist. Das im Hauptpatent erforderliche Primärmagnetfeld zur Ummagnetisierung des Markers ist jedoch recht erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Marker zur Verwendung in einer Anordnung gemäß Hauptpatent zu schaffen, dessen Magnetisierung mit kleineren Feldstärken umkehrbar ist.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist der magnetisierbare Marker aus zwei Teilen gefertigt, von denen das erste ein kugelförmig ausgebildetes Teil ist, das der Aufnahme eines magnetisierbaren Materials oder Körpers dient. Dieses erste Teil wird vom zweiten Teil derart aufgenommen wird, daß es allseitig drehbar schwimmend im zweiten Teil gelagert ist. Die Lage des äußeren zweiten Teils wird bei der Passage durch den Magen-Darm-Trakt von Kräften bestimmt, die der Speisebrei, die Darmwandung und die Peristaltik ausüben. Dagegen ist die Orientierung des inneren, ersten kugelförmigen Teils durch das auf den Magneten wirkende Feld, z. B. Erdmagnetfeld, bestimmt. Diese Orientierung kann durch ein extern angelegtes Feld, das stärker als das Erdmagnetfeld oder ein zufällig vorhandenes Labormagnetfeld ist, willkürlich eingestellt werden. Dazu sind bereits Magnetfeldstärken von ca. 80 A/m ausreichend, die sehr einfach mit stromdurchflossenen Spulen oder Dauermagneten außerhalb des Patientenkörpers erzeugt werden können.

Um bei Einsatz des erfindungsgemäßen Markers in einer Anordnung nach Hauptpatent DE 195 32 676 den Einfluß äußerer Störfelder zu eliminieren, wird der kugelförmige erste Teil durch ein kurzzeitig angelegtes Feld H_ext in eine gewünschte Orientierung, z. B. senkrecht zur Ebene des Patientenrückens, gedreht. Danach wird das angelegte Feld kurzzeitig abgeschaltet und unmittelbar danach, so schnell wie möglich, das Markerfeld von allen im Hauptpatent vorgesehenen Sensoren gemessen. Nach dieser Messung wird das Feld H_ext in der entgegengesetzten Richtung kurzzeitig angelegt und obiger Vorgang wiederholt. Durch die Bildung der Differenz beider gemessenen Markerfelder werden alle Störfeldeinflüsse eliminiert, die sich zwischen beiden Messungen nicht stark geändert haben.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Marker gemäß vorliegender Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Marker dargestellt, der aus einem ersten kugelförmigen Teil 1 besteht. Dieses Teil 1 ist mit einem magnetisierbaren Material verfüllt oder enthält einen magnetisierbaren Körper 5. Weiterhin ist ein zweites Teil 2 vorgesehen, dem eine der Kugelform des ersten Teils angepaßte, ebenfalls kugelförmige Aufnahme 3 gegeben ist. Diese Aufnahme 3 umfaßt das erste Teil 1 allseitig, wobei die Aufnahme 3 mit einer Flüssigkeit 4 geringer Viskosität verfüllt ist, wodurch eine allseitige Drehmöglichkeit des ersten Teils 1 innerhalb der Aufnahme 3 geschaffen ist. Dem zweiten Teil 2 kann ebenfalls eine kugelförmige äußere Gestalt gegeben sein, bevorzugt im Rahmen des Verwendungszwecks des Markers ist ihm jedoch eine medikamentenkapselähnliche äußere Gestalt gegeben.

Der Vorteil eines derart ausgebildeten Markers besteht darin, daß er in einem starken Feld außerhalb des Patientenkörpers aufmagnetisiert werden kann, wodurch er zu einer Quelle eines wesentlich stärkeren Sekundärmagnetfeldes, ca. 10fach stärker gegenüber der im Hauptpatent eingesetzten Marker, wird und somit auch größere Sensorsignale erzeugt. Das gemäß Hauptpatent erzeugte Primärmagnetfeld braucht die Magnetisierung des Markers nicht mehr umzudrehen, sondern nur noch den Teil 1 zu drehen. Dazu genügt ein Feld, das maximal ein Zehnfaches der Erdmagnetfeldstärke beträgt, während nach Hauptpatent etwa die 1000fache Erdmagnetfeldstärke benötigt wird. Die dazu im Hauptpatent vorgesehenen Spulen können erheblich leichter ausgeführt werden und benötigen nur etwa 1% der dort erforderlichen elektrischen Leistung.

Claims (2)

1. Marker zur Bestimmung seiner Position in einem Hohlraum innerhalb des Organismus eines Lebewesens unter Verwendung einer Anordnung gemäß Hauptpatent DE 195 32 676, dadurch gekennzeichnet, daß der Marker aus einem ersten kugelförmigen Teil (1), welches ein magnetisierbares Material enthält, besteht und dieses erste Teil (1) von einem zweiten Teil (2), dem eine, der Kugelform des ersten Teils angepaßte, ebenfalls kugelförmige Aufnahme (3) gegeben ist, allseitig umfaßt ist, wobei die Aufnahme (3) mit einer Flüssigkeit (4) geringer Viskosität verfüllt ist.

2. Marker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Teil (2) eine medikamentenkapselähnliche äußere Gestalt gegeben ist.