DE202012104523U1

DE202012104523U1 - Mittel für eine mehrdimensionale Modellierung eines in vivo räumlichen Bildes eines MRT-Kontrastmittels

Info

Publication number: DE202012104523U1
Application number: DE202012104523U
Authority: DE
Original assignee: Aspect Imaging Ltd
Current assignee: Aspect Imaging Ltd
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-11-23

Abstract

Eine mehrdimensionales Modellierungssystem umfassend: a. Mittel zum Einführen eines wirksamen Maßes zumindest eines MCA in einen Körper eines Patienten oder eines von dessen Organen; b. ein MRD zur Bildgebung besagten MCAs innerhalb zumindest eines Teil von besagtem Körper oder dessen Organ; c. lesbare Computerdaten, die ein mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; d. zumindest ein mehrdimensionaler Drucker in Kommunikation mit besagten Daten zur mehrdimensionalen Modellierung besagten MCAs.

Description

Gebiet der Erindung
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der dreidimensionalen (3D) Modellierung. Insbesondere liegt die vorliegende Erfindung auf dem Gebiet der Mittel für eine mehrdimensionale Modellierung eines in vivo räumlichen Bildes eines MRT-Kontrastmittels.
Hintergrund der Erfindung
MRT-Kontrastmittel:
MRT-Kontrastmittel können auf vielen Weisen klassifiziert werden einschließlich durch ihre: chemische Zusammensetzung; ihren Verabreichungsweg; ihre magnetische Eigenschaften; ihren Einfluss auf das Bild; Metallzentrumspräsenz und -art; Biodistribution und Anwendungen, wie z. B. als (a) Extrazelluläre Fluidmittel (auch bekannt als intravenöse Kontrastmittel); (b) Bloodpoolmittel (auch bekannt als intravaskuläre Kontrastmittel); (c) organspezifische Mittel (d. h. gastrointestinale Kontrastmittel und hepatobiliäre Kontrastmittel); (d) aktive targetierende/zellkennzeichnende Mittel (d. h. tumorspezifische Mittel); (e) responsive (auch bekannt als smarte oder bioaktivierte) Mittel, und (f) pH-sensitive Mittel.
Gadolinium (III) enthaltende MRT-Kontrastmittel (oft einfach als ”Gado” oder ”Gad” bezeichnet) sind die am Häufigsten verwendeten für die Bildkontrastverstärkung von Hohlgefäßen in der MR-Angiographie oder für die Gehirntumorbildkontrastverstärkung verbunden mit der Degradation der Blut-Gehirn-Barriere. Für große Hohlgefäße wie die Aorta und ihre Verzweigungen kann die Gadolinium(III)-Dosis so niedrig wie 0,1 mmol pro kg Körpermasse sein. Höhere Konzentrationen werden oft für feinere Blutgefäße verwendet. Gd(III)-Chelate passieren nicht die Blut-Gehrin-Barriere, da sie hydrophil sind. Daher sind diese nützlich zur Verstärkung bei Läsionen und Tumoren, bei denen das Gd(III) durchsickert. Im Rest des Körpers bleibt das Gd(III) zunächst in der Zirkulation, verteilt sich dann aber in den interstitiellen Raum oder wird von den Nieren eliminiert. Gadolinium(III)-Kontrastmittel können kategorisiert werden in: Extrazelluläre Fluidmittel: (a) Ionisch (d. h. Magnevist und Dotarem); Neutral (d. h. Omniscan, Prohance, Gadavist, OptiMARK); Bloodpoolmittel: (a) Albumin-bindend; Gadolinium-Komplexe (d. h. Ablavar und Gadocoletische Säure); (b) Polymerische Gadolinium-Komplexe (d. h. Gadomelitol und Gadomer 17); und Organspezifische Mittel (d. h. Primovist^TM und Multihance, die als hepatobiliäre Mittel verwendet werden).
Derzeit sind neun verschiedene Typen von Gadolinium enthaltenden Kontrastmittel in verschiedenen Gebieten verfügbar. In europäischen Länden umfassen Gd-chelatierte Kontrastmittel, die von der European Medicines Agency (EMA) genehmigt sind: Gadoterat (Dotarem); Gadodiamid (Omniscan); Gadobenat (MultiHance); Gadopentetat (Magnevist, Magnegita, Gado-MRT ratiopharm); Gadoteridol (ProHance); Gadoversetamid (OptiMARK); Gadoxetat (Primovist); Gadobutrol (Gadovist).
In den USA umfassen Gd-chelatierte Kontrastmittel, die von der U. S. Food and Drug Administration (FDA) genehmigt sind: Gadodiamid (Omniscan); Gadobenat (MultiHance); Gadopentetat (Magnevist); Gadoteridol (ProHance); Gadofosveset (Ablavar, zuvor Vasovist); Gadoversetamid (OptiMARK); Gadoxetat (Eovist); und Gadobutrol (Gadavist).
CT-Kontrastmittel:
Radiokontrastmittel sind eine Art von medizinischen Kontrastmitteln, die benutzt werden, um die Sichtbarkeit von internen körperlichen Strukturen in röntgenstrahlbasierten Bildgebungstechniken wie Computertomographie (CT) und Radiographie (allgemein bekannt als Röntgenstrahlbildgebung). Radiokontrastmittel sind typischerweise Iod- oder Bariumverbindungen.
Obwohl sie Teil der Radiologie ist, funktionieert die Magnetresonanzbildgebung (MRI) durch anderen Prinzipien und benutzt daher andere Kontrastmittel. Diese Verbindungen arbeiten durch Verändern der magnetischen Eigenschaften eines in der Nähe befindlichen Wasserstoffkerns.
Iodbasierte Kontrastmedien werden üblicherweise als ionisch oder nicht ionisch klassifiziert. Beide Typen sind wegen ihrer relativ unschädlichen Wechselwirkung mit dem Körper und ihrer Löslichkeit weit verbreitet in der Radiologie. Es wird hauptsächlich benutzt, um Gefäße zu visualisieren und Veränderungen in Geweben in der Radiographie und CT, kann aber auch benutzt werden für Prüfungen des Harntraktes, des Uterus und der Eileiter. Es kann verursachen, dass der Patient fühlt als ob er oder sie auf sich selbst uriniert hätte. Es führt auch zu einem metallischen Geschmack im Mund des Patienten.
Moderne intravenöse Kontrastmittel sind typischerweise auf Iod basiert. Dieses kann entweder in einer organischen (nicht-ionischen) Verbindung oder einer ionischen Verbindung gebunden sein. Ionische Mittel wurden zuerst entwickelt und sind immer noch, abhängig von den Erfordernissen, weitverbreitet im Gebrauch, können aber zu zusätzlichen Komplikationen führen. Organische Mittel, die das Iod kovalent binden, haben weniger Nebenwirkungen, da sie nicht in Molekülbestandteile zerfallen. Viele der Nebenwirkungen werden von der injizierten hyperosmolaren Lösung verursacht, d. h. sie stellen mehr Iodatome pro Molekül bereit. Je mehr Jod, desto ”dichter” der Röntgeneffekt.
Es gibt viele verschiedene Moleküle. Einige Beispiele für organische Iodmoleküle sind Iohexol, Iodixanol, Andioversol. Iodbasierte Kontrastmedien sind wasserlöslich und unschädlich für den Körper. Diese Kontrastmittel werden als klare, farblose wässrige Lösungen verkauft, die Konzentration wird üblicherweise in mg l/ml ausgedrückt. Moderne jodhaltige Kontrastmittel können fast überall im Körper verwendet werden. Am Häufigsten werden sie intravenös benutzt, sie können für verschiedene Zwecke aber auch intraarteriell, intrathekal (wie bei der Diskographie der Wirbelsäule) und intraabdominal verwendet werden – fast für jede Körperhöhle oder möglichen Raum.
Iodkontrastmittel werden für das Folgende benutzt: Angiographie (arterielle Untersuchungen); Oraphie (venöse Untersuchungen); VCUG (Miktionszytourethographie); HSG (Hysterosalpinogramm); IVU (intravenöse Urographie) usw.
Ionische Kontrastmedien haben typischerweise, aber nicht immer, eine höhere Osmolalität und mehr Nebenwirkungen. Allgemein benutzte iodhaltige Kontrastmittel.
Bariumsulfat wird hauptsächlich bei der Bildgebung des Verdauungssystems benutzt. Die Substanz existiert als wasserlösliches weißes Pulver, das in eine Aufschlämmung mit Wasser gemacht wird, und das direkt in den Gastrointestinaltrakt verabreicht wird: Bariumeinlauf (große Darmuntersuchung) und DCBE (Doppelkontrastbariumeinlauf); Bariumschlucken (Speiseröhrenuntersuchung); Bariummahlzeit (Magenuntersuchung) und Doppelkontrastbariummahlzeit; Bariumpassage (Magen- und Dünndarmuntersuchung); und CT Pneumocolon/virtuelle Koloskopie.
Bariumsulfat, ein unlösliches weißes Pulver, wird typischerweise benutzt zur Verbesserung des Kontrastes im GI-Trakt. Abhängig davon, wie es verabreicht werden soll, wird die Verbindung mit Wasser, Dickungsmitteln, Entklumpungsmitteln und Geschmacksstoffen vermischt, um das Kontrastmittel zu machen. Da sich das Bariumsulfat nicht löst, ist diese Art von Kontrastmittel eine opake weiße Mischung. Es wird nur im Verdauungstrakt benutzt; es wird üblicherweise geschluckt oder als Einlauf verabreicht. Nach der Untersuchung verlässt es den Körper mit dem Kot.
Beide, Luft und Barium, können zusammen benutzt werden (daher der Begriff ”Doppelkontrast”-Bariumeinlauf), Luft kann als Kontrastmaterial benutzt werden, weil es weniger radioopak ist als die Gewebe, die es definiert. Im Bild hebt es das Innere des Darms hervor. Ein Beispiel für eine Technik, die nur Luft als das Kontrastmedium benutzt, ist ein Luft-Arthogramm, wobei die Injektion von Luft in eine gemeinsame Höhle es erlaubt, den Knorpel, der die Enden der Knochen bedeckt, zu visualisieren.
Kohlendioxid hat ebenfalls einen Platz in der Angiographie. Es ist risikoarm, da es es ein natürliches Produkt ist ohne das Risiko von allergischem Potential. Es kann jedoch nur unter dem Diaphragma benutzt werden, da es ein Embolierisiko bei neurovaskulären Verfahren gibt. Es muss vorsichtig benutzt werden, um eine Kontamination mit Raumluft zu vermeiden, wenn es injiziert wird. Es ist ein negatives Kontrastmittel, da es Blut verdrängt, wenn es intravaskulär injiziert wird.
Ein älterer Typ eines Kontrastmittels, Thorotrast, basierte auf Thoriumdioxid, aber es wurde abgeschafft, seit es sich als karzinogen herausgestellt hatte.
In vivo Fluoreszenzbildgebung:
Die in vivo Fluoreszenzbildgebung benutzt eine sensitive Kamera, um die Fluoreszenzemission von Fluorophoren in ganzkörperlich lebenden kleinen Tieren zu detektieren.
Um die Photonendämpfung im lebenden Gewebe zu überwinden, werden Fluorophore mit einer langen Emission in der nahen Infrarotregion (NIR) im Allgemeinen bevorzugt, einschließlich der verbreitet benutzten kleinen Indocarbocyanin-Farbstoffe.
Moleküle, die in der nahen Infrarotregion (NIR), 700–1000 nm, absorbieren, können effizient dazu benutzt werden, um in vivo molekulare Ziele sichtbar zu machen und zu untersuchen, da die meisten Gewebe wenig NIR-Fluoreszenz generieren. Die üblichsten organischen NIR-Fluorophore sind Polymethine. Unter diesen wurden Pentamethin- und Heptamethincyanide, die Benzoaxol, Benzothiazol, Indolyl, 2-Quinolin oder 4-Quinolin enthalten, als am Nützlichsten gefunden.
Fluoreszenzbilder ermöglichen eine Bestimmung von Zelltypen, Zellaktivität und Proteinaktivität, liefern aber wenig Informationen über die Struktur des untersuchten Körpers oder Körperteils. Die Kombination von in vivo Fluoreszenzbildgebung mit anderen Techniken wie CAT-Scans, Ultraschallbildgebung, Infrarotbildgebung, Röntgenstrahlradiographie, Ramanspektroskopie, Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie oder Mikrowellenbildgebung wird Synergien ermöglichen zwischen den Arten von Informationen, die von den verschiedenen Untersuchungen bereitgestellt werden, was beispielsweise ein genaues Wissen über den Ort von Zelltypen und Zellaktivitäten innerhalb von Organen und Strukturen der Körpers erlaubt.
Die Patentanmeldung US 2005/0028482 offenbart Systeme und Verfahren zur multimodalen Bildgebung mit Licht und einer zweiten Form der Bildgebung. Die Bildgebung mit Licht beinhaltet die Erfassung von niedrigintensivem Licht von einem lichtemittierenden Objekt. Eine Kamera empfängt eine zweidimensionale räumliche Verteilung des Lichtes, das von der Oberfläche des Subjektes emittiert wird. Eine auf einem in Kommunikation mit der Kamera stehenden Computer betriebene Sofware mag dann die zweidimensionale räumliche Datenverteilung von einem oder mehreren Bildern in eine dreidimensionale räumliche Darstellung konvertieren. Der zweite Bildgebungsmodus kann irgendeine Bildgebungstechnik umfassen, die Bildgebung mit Licht ergänzt. Beispiele umfassen MRT und CT. Ein Objekthandhabungssystem bewegt das abzubildende Objekt zwischen dem Lichtbildgebungssystem und dem zweiten Bildgebungssystem und ist dazu ausgelegt, an jedes System anzukoppeln. Jedoch wird die Energie, die die Fluoreszenz innerhalb des Lebewesens induziert, von einer Quelle außerhalb des Lebewesen bereitgestellt.
Bildgebende Tumorangigenese mit fluoreszenten Proteinen:
Das grüne fluoreszente Protein (GFP) ist ein Protein bestehend aus 238 Aminosäureresten (26,9 kDa), das eine helle grüne Fluoreszenz zeigt, wenn es Licht im blauen bis ultravioletten Bereich ausgesetzt wird. [1][2] Obwohl viele andere Meeresorganismen ähnliche grüne fluoreszente Proteine haben, bezieht sich GFP traditionell auf das Protein, das zuerst aus der Qualle Aequorea victoria isoliert wurde. Das GFP aus der A. Victoria hat einen größeren Anregungspeak bei einer Wellenlänge von 395 nm und einen kleineren bei 475 nm. Sein Emissionspeak ist bei 509 nm, was im unteren grünen Bereich des sichtbaren Spektrum ist. Die Quantenfluoreszenzausbeute (QY) von GFP ist 0,79. Das GFP von der Seequalle (Renilla reniformis) hat einen einzigen größeren Anregungspeak bei 498 nm.
In der Zell- und Molekularbiologie wird das GFP-Gen häufig als Berichterstatter der Expression benutzt. [3] In modifizierten Formen ist es benutzt worden, um Biosensoren zu machen, und viele Lebewesen sind geschaffen worden, die GFP exprimieren, als Konzeptnachweis, dass ein Gen durch einen gegebenen Organismus exprimiert werden kann. Das GFP-Gen kann in Organismen eingeführt und in ihrem Genom aufrechterhalten werden durch Zucht, Injektion mit einem viralen Vektor oder Zelltransformation. Bis heute ist das GFP-Gen in viele Bakterien, Hefen und andere Pilze, Fische (wie den Zebrabärbling), Pflanzen, Fliegen und Säugetierzellen, einschließlich menschlicher, eingeführt und exprimiert worden.
Die Verfügbarkeit von GFP und seiner Derivative hat die Fluoreszenzmikroskopie und die Art, wie sie in der Zellbiologie und anderen biologischen Disziplinen benutzt wird, vollständig neu definiert. Während die meisten kleinen fluoreszenten Moleküle wie FITC (Fluoresceinisothiocyanat) stark phototoxisch sind, wenn sie in lebenden Zellen benutzt werden, sind fluoreszente Proteine wie GFP im Allgemeinen sehr viel weniger gefährlich, wenn sie in lebenden Zellen illuminiert werden. Dies hat die Entwicklung von hochgradig automatisierten Lebendzellfluoreszenzmikroskopiesystemen ausgelöst, die dazu benutzt werden können, um Zellen über die Zeit zu beobachten, die ein oder mehrere Proteine exprimieren, an die fluoreszente Proteine angebracht sind. Beispielsweise ist GFP verbreitet bei der Kennzeichnung von Samenzellen von verschiedenen Organismen, wie in Drosophila melanogaster, für Identifizierungszwecke benutzt worden, wo die Expression von GFP als Marker für eine spezielle Charakteristik benutzt werden kann. GFP kann auch in verschiedenen Strukturen exprimiert werden, was eine morphologische Unterscheidung erlaubt. In solchen Fällen wird das Gen für die Produktion von GFP in das Genom des Organismus in der Region der DNA eingebunden, die das Targetprotein kodiert, und die durch die gleiche regulatorische Sequenz gesteuert wird; d. h. die regulatorische Sequenz des Gens steuert nun die Produktion von GFP zusätzlich zu dem/den markierten Protein(en). In Zellen, wo das Gen exprimiert ist und die markierten Proteine produziert werden, wird zur gleichen Zeit GFP produziert. Daher werden nur solche Zellen, in denen das markierte Gen exprimiert ist oder die Zielproteine produziert werden, fluoreszieren, wenn sie unter Fluoreszenzmikroskopie beobachtet werden. Die Analyse von solchen Zeitrafferfilmen hat das Verständnis vieler biologischer Prozesse einschließlich Proteinfaltung, Proteintransport und RNA-Dynamik neu definiert, die in der Vergangenheit unter Verwendung fixierten (d. h. toten) Materials studiert worden waren. Die erhaltenen Daten werden auch benutzt, um mathematische Modelle von intrazellulären Systemen zu kalibrieren und Raten der Genexpression abzuschätzen.
Das Vertico SMI Mikroskop, das die SPDM Phymod-Technologie benutzt, nutzt den sogenannten Effekt des ”reversiblen Photobleichens” von fluoreszenten Farbstoffen wie GFP und seiner Derivative, um sie als einzelne Moleküle mit einer optischen Auflösung von 10 nm zu lokalisieren. Dies kann auch as Co-Lokalisierung von zwei GFP-Derivativen (2CLM) ausgeführt werden.
Es wurde argumentiert, dass Tumorprogression und Angiogenese eng miteinander zusammenhängen. Um die Wechselbeziehung zwischen diesen beiden Prozessen zu verstehen, kann die Echtzeitbildgebung einen großen Beitrag leisten. In diesem Bericht wurden fluoreszente Proteinbildgebung (FPI) und Magnetresonanzbildgebung (MRT) benutzt, um die Wirkungen von Selen auf die Tumorprogression und Angiogenese in einem orthotopischen Modell des menschlichen Darmkrebs zu demonstrieren. GEO-Zellen (gut differenzierte menschliche Darmkarzinome), transfiziert mit einem grünen fluoreszenten Protein (GFP), wurden orthotopisch in den Darm von athymischen Nacktmäusen implantiert. Beginnend fünf Tage nach der Implantation wurde Ganzkörper-FPI durchgeführt, um das Tumorwachstum in vivo zu überwachen. Nach erfolgreicher Visualisierung des Tumorwachstums durch FPI, wurden Tiere zufällig entweder einer Kontrollgruppe oder einer Behandlungsgruppe zugeordnet. Die Behandlung bestand aus einer täglichen oralen Verabreichung der Organoselenverbindung Methylselenocystein (MSC; 0,2 mg/Tag × Wochen). Eine dynamische kontrastverstärkte MRT wurde durchgeführt, um die Veränderung des Tumorblutvolumens nach der Behandlung zu untersuchen. CD31 Immunfärbung von Tumorsektionen wurde ebenfalls ausgeführt, um die Mikrogefäßdichte (MVD) zu quantifizieren. Während T1- und T2-gewichtete MRT einen angemessenen Kontrast und eine volumetrische Beurteilung des GEO-Tumorwachstums lieferte, erlaubte die GFP-Bildgebung eine Visualisierung der Tumorprogession in vivo mit hohem Durchsatz. Die Selenbehandlung resultierte in einer signifikanten Reduktion des Blutvolumens und der Mikrogefäßdichte von GEO-Tumoren. Eine signifikante Inhibition des Tumorwachstums wurde ebenfalls bei mit Selen behandelten Tieren beobachtet im Vergleich zu den unbehandelten Kontrolltieren. Zusammen heben diese Ergebnisse die Nützlichkeit der multimodalen Bildgebungsherangehensweise hervor, um die Antitumor- und Antiangiogenesewirksamkeit und die Aussichten der Selenbehandlung von Darmkrebs zu demonstrieren. Siehe Bhattacharya et al., "Magnetic resonance and fluorescence-protein imaging of the anti-angiogenic and anti-tumor efficacy of selenium in an orthotopic model of human colon cancer"; Anticancer Res. 2011 Feb; 31(2): 387–93.
In der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff ”MRD-Kontrastmittel” (oder ”MCAs”) in nicht beschränkender Weise auf jedes und alle der MRT-, CT- und ESR-Kontrastmittel, Mittel für die Fluoreszenzemissionenkamera wie NIR-Fluorophore, fluoreszente Proteine und oben definierte Isotope und auf jedwede Kombination davon.
Es ist daher ein lange gefühltes Bedürfnis, eine 3D-Modellierung von festen, halbfesten, flüssigen oder gasphasigen bearbeiteten Dinge bereitzustellen, um Körperbilder in Echtzeit oder zeitaufgelöst bereitzustellen, die derzeit nicht 3D-modellierbar sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein mehrdimensionales Modellierungssystem zu offenbaren. Das System umfasst Mittel zum Einführen eines wirksamen Maßes zumindest eines MCA in einen Körper eines Patienten oder eines von dessen Organen; ein MRD zur Bildgebung des MCA innerhalb zumindest eines Teils des Körpers oder dessen Organs; lesbare Computerdaten, die ein mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; zumindest ein mehrdimensionaler Drucker in Kommunikation mit den Daten zur mehrdimensionalen Modellierung des MCAs.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein System wie oben definiert zu offenbaren, wobei das MRD ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem CAT-Scanner, einem Ultraschallbildgeber, einem Infrarotbildgeber, einer Röntgenstrahldetektionsvorrichtung, einem Ramanspektroskop, einem Detektor eines Einzelphotonen-Emissionscomputertomographen, einem Mikrowellenbildgeber, NMR, MRT, ESR, CT und einer Kombination davon.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein System wie oben definiert zu offenbaren, wobei das mehrdimensionale Model ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem 2D-Modell und einem 3D-Modell, und wobei der mehrdimensionale Drucker ein 2D-Drucker bzw. ein 3D-Drucker ist.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung ein komplexes mehrdimensionales Modellierungssystem zu offenbaren. Das System umfasst Mittel zum Einführen eines wirksamen Maßes zumindest eines ersten MCA und zumindest eines zweiten MCA in einen Körper eines Patienten oder eines von dessen Organen; zumindest ein erstes MRD zur Bildgebung zumindest eines ersten MCA innerhalb zumindest eines Teils des Körpers oder dessen Organs und zumindest ein zweites MRD zur Bildgebung zumindest eines zweiten MCA innerhalb zumindest eines Teils des Körpers oder dessen Organs; lesbare Computerdaten, die zumindest ein erstes mehrdimensionales Bild und zumindest ein zweites mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; eine Computerverarbeitungseinheit zur Überlagerung oder anderweitigen Einbettung des zumindest einen ersten mehrdimensionalen Bildes mit dem zumindest einen zweiten mehrdimensionalen Bild; zumindest ein mehrdimensionaler Drucker in Kommunikation mit den Daten zur mehrmehrsionalen Modellierung der überlagerten oder anderweitig eingebetteten zumindest einen ersten MCA und zumindest eines zweiten Bildes.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, das System wie oben definiert zu offenbaren, wobei das MRD ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus MRT, ESR, CT und einer Kombination davon.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein System wie oben definiert zu offenbaren, wobei das mehrdimensionale Model ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem 2D-Modell und einem 3D-Modell, und wobei der mehrdimensionale Drucker ein 2D-Drucker bzw. ein 3D-Drucker ist.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein System zur mehrdimensionalen Modellierung von Kontrastmittel-Fluorophoren-Heterogenquellen zu offenbaren. Das System umfasst Mittel zum Einführen eines wirksamen Maßes zumindest eines ersten MCA und zumindest eines zweiten MCA in einen Körper eines Patienten oder eines von dessen Organen; zumindest ein MRD, nützlich zum (i) Scannen von dem zumindest einem ersten MCA, das sich zumindest an einem Teil von dem Körper oder dessen Organ befindet, und (ii) Bereitstellen von Daten, die ein mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; zumindest ein optischer Detektor, nützlich zum (i) Detektieren zumindest eines zweiten MCA, das sich zumindest an einem Teil von dem Körper oder dessen Organ befindet, und (ii) Bereitstellen von Daten, die eine räumliche Emission des selbigen definieren; eine Grundkommunikation zum Laden oder anderweitigen Streamen des zumindest einen ersten MRD-Bildes und des zumindest einen zweiten MRD-Bildes an zumindest einen mehrdimensionalen Drucker; und mehrdimensionales Modellieren der MCAs derart, dass ein komplexes mehrdimensionales Model der MCAs bereitgestellt wird.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, das System wie oben definiert zu offenbaren, wobei das zumindest eine erste MRD und das zumindest eine zweite MRD ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem CAT-Scanner, einem Ultraschallbildgeber, einem Infrarotbildgeber, einer Röntgenstrahlendetektionsvorrichtung, einem Ramanspektroskop, einem Detektor eines Einzelphotonen-Emissionscomputertomographen, einem Mikrowellenbildgeber, NMR, MRT, ESR, CT und einer Kombination davon.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, das System wie oben definiert zu offenbaren, wobei das mehrdimensionales Model ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem 2D-Modell und einem 3D-Modell, und wobei der mehrdimensionale Drucker ein 2D-Drucker bzw. ein 3D-Drucker ist.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, das System wie oben definiert zu offenbaren, wobei das zumindest eine zweite MRD eine Fluoreszenzemissionenkamera ist.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, das System wie oben definiert zu offenbaren, wobei das zumindest eine zweite MCA ein NIR-Fluorophor ist.
Kurze Beschreibung der Figuren
Um die Erfindung und ihre Umsetzung in die Praxis besser zu verstehen, wird nun einem Mehrzahl von Ausführungsbeispielen, jedoch nur als nicht-beschränkendes Beispiel, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
1 ein farbiges 3D-plastisches Modell eines Blutzirkulationssystems eines Menschen präsentiert, der einem MCA ausgesetzt wurde;
2a und 2b präsentieren ein farbiges 3D-plastisches Model von roten Blutkapillaren 21 auf einem weißen Organ 22; und
3a und 3b präsentieren einen konventionellen Röntgenscan (links) und ein farbiges 3D-plastisches Modell des inneren Teils des Gastrointestinaltraktes eines Patienten gemäß der vorliegenden Erfindung (rechts).
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die nachfolgende Beschreibung wird, durchgehend für alle Kapitel der vorliegenden Erfindung, bereitgestellt, um es so jedem Fachmann zu ermöglichen, von der Erfindung Gebrauch zu machen, und legt die besten Weisen dar, die vom Erfinder in Erwägung gezogen werden, um die Erfindung auszuführen. Verschiedene Modifikationen werden jedoch den Fachleuten ersichtlich bleiben, da die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Erfindung spezifisch definiert worden sind, um Mittel für eine mehrdimensionale Modellierung eines in vivo räumlichen Bildes eines Kontrastmittels eines MRD (z. B. MRT, CT, usw.) bereitzustellen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren der mehrdimensionalen Modellierung eines MRD-Kontrastmittels (MCA) zu offenbaren. Die MCA sind in nicht beschränkender Weise ausgewählt aus kommerziell erhältlichen und anderen, aus einem oder mehreren oder irgendeiner Mischung davon, einschließlich MRT-Kontrastmittel (wie Gadolinium(III) enthaltende MRT-Kontrastmittel), Mittel für eine Fluoreszenzemissionskamera (wie NIR-Fluorophore), fluoreszente Proteine und Isotope wie oben im Kapitel Hintergrund definiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren des mehrdimensionalen Modellierens eines MCA eines MRD die folgenden Schritte: Einführen eines wirksamen Maßes zumindest eines MCA in einen Körper eines Patienten oder eines von dessen Organen; Bildgebung des MCA, das sich zumindest an einem Teil des Körpers befindet, mittels eines MRD, und Bereitstellen von Daten, die ein mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; Laden oder anderweitig Streamen des MRD-Bildes zu einem mehrdimensionalen Drucker; und mehrdimensionales Modellieren des MCA.
Es wird nun auf 1 Bezug genommen, die ein farbiges 3D-plastisches Modell eines Blutzirkulationssystems eines Menschen präsentiert, der einem MCA ausgesetzt wurde. Ein MRT-Bild wurde in einer Weise aufgearbeitet, dass ein Arterien-3D-Druck (und oxidierte Teile des Herzens) (11) rot eingefärbt wurde, und Venen (und deoxidierte Teile des Herzens) (12) in blau gedruckt wurden. Das 3D-Bild von 1 ist in dem folgenden Verfahren druckbar, umfassend Schritte des (a) Einströmen mittels einer peripheren IV Linie ein wirksames Maß von z. B. einem MRT-Kontrastmittel; (b) mittels eines MRD – hier eines MRT – Scannen und Bildgeben des MCA am oberen Teil des Patienten und Bereitstellen von Daten, die ein mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; Streamen der MRT-Bilddaten zu einem mehrdimensionalen Drucker; und dann (d) mehrdimensionales Modellieren des MCA durch Lichtpolymerisation von roten und blauen Photopolymeren in einer SLA-Technik mittels eines kommerziell verfügbaren 3D-Druckers. Ähnliche Ergebnisse sind erhältlich bei Verwendung von zwei verschiedenen MCA und/oder von zwei verschiedenen MRD wie MRT und CT.
Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein komplexes mehrdimensionales Modellierungssystem offenbart. Das System umfasst medizinisch anwendbare Mittel zum Einführen eines wirksamen Maßes zumindest eines ersten MCA (MRT-Kontrastmittel wie oben definiert) und zumindest eines zweiten MCA (CT-Mittel wie oben definiert) in einen Körper eines Patienten oder dessen Organ; zumindest ein erstes MRD, hier ein MRT wie das kommerziell von ASPECTIMAGING LTD (US), siehe den derzeit verfügbaren Link: http://www.aspectimaging.com/products/) verfügbare M2^TM, zur Bildgebung zumindest eines ersten MCA innerhalb zumindest eines Teils des Körpers oder dessen Organ, und zumindest ein zweites MRD (CT wie LightSpeed* VCT Xte von GE) zur Bildgebung zumindest eines zweiten MCA innerhalb zumindest eines Teils des Körpers oder dessen Organ; lesbare Computerdaten, die zumindest ein erstes mehrdimensionales Bild und zumindest ein zweites mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; eine Computerverarbeitungseinheit zur Überlagerung oder anderweitigen Einbettung von des zumindest einem ersten mehrdimensionalen Bildes mit zumindest einem zweiten mehrdimensionalen Bild; zumindest ein mehrdimensionaler Drucker (wie das kommerziell verfügbare Easy3D model Itd) in Kommunikation mit den Daten zur mehrdimensionalen Modellierung des überlagerten oder anderweitig eingebetteten zumindest einen ersten MCA und zumindest eines zweiten Bildes.
Es wird nun auf 2a und 2b Bezug genommen, die ein farbiges 3D-plastisches Model von roten Blutkapillaren 21 auf einem weißen Organ 22 präsentieren. Die komplexe mehrdimensionale Modellierung ist wie folgt durchführbar: (1) Injizieren eines MCA, Scannen und Bildgeben des MCA, wenn es in den Arterien eines Patienten in einem vordefinierten räumlichen Ort innerhalb des Patienten fließt, mittels eines ersten MRT; (2) Scannen und Bildgeben des selben räumlichen Ortes innerhalb des Patienten mittels eines ersten MRT (Scannen des Organs in einem konventionellen Verfahren, NICHT das MCA); (3) Überlagern des ersten 3D-Bildes über das zweite 3D-Bild; und (4) 3D-Drucken der überlagerten MCA/nicht-MCA-Bilder.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein System zur mehrdimensionalen Modellierung von Kontrastmittel-Fluorophoren-Heterogenquellen. Das System umfasst, unter anderem, Mittel zur Einführung in einem Körper eines Patienten oder dessen Organ eines wirksamen Maßes zumindest eines ersten MCA wie eines schluckbaren bariumhaltigen Mittels oder eines injizierbaren Gd^III-haltigen Mittels und zumindest eines zweiten MCA wie NIR-Fluorophore, und zumindest ein erstes MRD wie ein MRT oder CT, nützlich zum (i) Scannen des zumindest einen ersten MCA, das sich zumindest an einem Teil des Körpers oder dessen Organ befindet, und (ii) Bereitstellen von Daten, die ein mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; zumindest ein optischer Detektor, nützlich zum (i) Detektieren zumindest eines zweiten MCA, wie die kommerziell verfügbare ORCA-R2 Fluoreszenzbildgebungs-CCD-Kamera der Hamamatsu Corporation (NJ), das sich zumindest an einem Teil von des Körpers oder dessen Organ befindet, und (ii) Bereitstellen von Daten, die eine räumliche Emission des selbigen definieren; eine Grundkommunikation zum Laden oder anderweitigen Streamen des zumindest einen ersten MRD-Bildes und des zumindest einen zweiten MRD-Bildes an zumindest einen mehrdimensionalen Drucker; und mehrdimensionales Modellieren der MCAs derart, dass ein komplexes mehrdimensionales Model der MCAs bereitgestellt wird.
Es wird nun auf die 3a und 3b Bezug genommen, die einen konventionellen Röntgenstrahlenscan (links) und ein farbiges 3D-plastisches Modell des inneren Teils des Gastrointestinaltraktes eines Patienten gemäß der vorliegenden Erfindung (rechts) darstellen. 3a zeigt ein 2D-Bild mit einer Darstellung eines GI-Verlaufes 31, während 3b ein 3D-Modell des selbigen (32) darstellt. Das erfindungs-gemäße System und dessen Verfahren zeigt hier ein 3D-plastisches Modell eines Hohlraumes und nicht des diesen einhüllenden Organs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Bhattacharya et al., ”Magnetic resonance and fluorescence-protein imaging of the anti-angiogenic and anti-tumor efficacy of selenium in an orthotopic model of human colon cancer”; Anticancer Res. 2011 Feb; 31(2): 387–93 [0027]
http://www.aspectimaging.com/products/ [0049]

Claims

Eine mehrdimensionales Modellierungssystem umfassend: a. Mittel zum Einführen eines wirksamen Maßes zumindest eines MCA in einen Körper eines Patienten oder eines von dessen Organen; b. ein MRD zur Bildgebung besagten MCAs innerhalb zumindest eines Teil von besagtem Körper oder dessen Organ; c. lesbare Computerdaten, die ein mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; d. zumindest ein mehrdimensionaler Drucker in Kommunikation mit besagten Daten zur mehrdimensionalen Modellierung besagten MCAs.
Das mehrdimensionales Modellierungssystem von Anspruch 1, wobei besagtes MRD ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem CAT-Scanner, einem Ultraschallbildgeber, einem Infrarotbildgeber, einer Röntgenstrahldetektionsvorrichtung, einem Ramanspektroskop, einem Detektor eines Einzelphotonen-Emissionscomputertomographen, einem Mikrowellenbildgeber, NMR, MRT, ESR, CT und einer Kombination davon.
Das mehrdimensionales Modellierungssystem von Anspruch 1, wobei besagtes mehrdimensionales Model ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem 2D-Modell und einem 3D-Modell, und wobei besagter mehrdimensionaler Drucker ein 2D-Drucker bzw. ein 3D-Drucker ist.
Ein komplexes mehrdimensionales Modellierungssystem umfassend: a. Mittel zum Einführen eines wirksamen Maßes zumindest eines ersten MCA und zumindest eines zweiten MCA in einen Körper eines Patienten oder eines von dessen Organen; b. zumindest ein erstes MRD zur Bildgebung zumindest eines ersten MCA innerhalb zumindest eines Teils von besagtem Körper oder dessen Organ und zumindest ein zweites MRD zur Bildgebung zumindest eines zweiten MCA innerhalb zumindest eines Teils von besagtem Körper oder dessen Organ; c. lesbare Computerdaten, die zumindest ein erstes mehrdimensionales Bild und zumindest ein zweites mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; d. eine Computerverarbeitungseinheit zur Überlagerung oder anderweitigen Einbettung von besagtem zumindest einem ersten mehrdimensionalen Bild mit zumindest einem zweiten mehrdimensionalen Bild; e. zumindest ein mehrdimensionaler Drucker in Kommunikation mit besagten Daten zur mehrdimensionalen Modellierung des besagten überlagerten oder anderweitig eingebetteten zumindest einen ersten MCA und zumindest eines zweiten Bildes.
Ein System zur mehrdimensionalen Modellierung von Kontrastmittel-Fluorophoren-Heterogenquellen, wobei das System umfasst: a. Mittel zum Einführen eines wirksamen Maßes zumindest eines ersten MCA und zumindest eines zweiten MCA in einen Körper eines Patienten oder eines von dessen Organen; b. zumindest ein MRD, nützlich zum (i) Scannen von besagtem zumindest einem ersten MCA, das sich zumindest an einem Teil von besagtem Körper oder dessen Organ befindet, und (ii) Bereitstellen von Daten, die ein mehrdimensionales Bild des selbigen definieren; c. zumindest ein optischer Detektor, nützlich zum (i) Detektieren zumindest eines zweiten MCA, das sich zumindest an einem Teil von besagtem Körper oder dessen Organ befindet, und (ii) Bereitstellen von Daten, die eine räumliche Emission des selbigen definieren; d. eine Grundkommunikation zum Laden oder anderweitigen Streamen von besagtem zumindest einem ersten MRD-Bildes und besagtem zumindest einem zweiten MRD-Bildes an zumindest einen mehrdimensionalen Drucker; e. mehrdimensionales Modellieren besagter MCAs derart, dass ein komplexes mehrdimensionales Model besagter MCAs bereitgestellt wird.
Das System von Anspruch 5, wobei besagtes zumindest eine erste MRD und besagtes zumindest eine zweite MRD ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem CAT-Scanner, einem Ultraschallbildgeber, einem Infrarotbildgeber, einer Röntgenstrahldetektionsvorrichtung, einem Ramanspektroskop, einem Detektor eines Einzelphotonen-Emissionscomputertomographen, einem Mikrowellenbildgeber, NMR, MRT, ESR, CT und einer Kombination davon.
Das System von Anspruch 5, wobei besagtes mehrdimensionales Model ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem 2D-Modell und einem 3D-Modell, und wobei besagter mehrdimensionaler Drucker ein 2D-Drucker bzw. ein 3D-Drucker ist.
Das System von Anspruch 5, wobei besagtes zumindest eine zweite MRD eine Fluoreszenzemissionenkamera ist.
Das System von Anspruch 5, wobei besagtes zumindest eine zweite MCA ein NIR-Fluorophor ist.