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Die
Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in und in Bezug auf Magnetresonanzbildgebung (MRI),
insbesondere auf die Erzeugung von Magnetresonanzbildern invasiver
Vorrichtungen, z. B. während
chirurgischer Prozeduren.
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Während chirurgischer
und therapeutischer Prozeduren ist es für den Arzt oft erwünscht fähig zu sein,
invasive Vorrichtungen, die in den Körper eingeführt sind (z.B. Katheter, Führungsdrähte, Biopsienadeln
etc.) zu lokalisierten oder zu führen,
wenn diese nicht für
das bloße
Auge direkt sichtbar sind.
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Aufgrund
der verringerten Invasivität
von chirurgischen Prozeduren haben MRI-geführte
interventionelle Prozeduren eine steigende Bedeutung in den letzten
Jahren erlangt. Derartige MRI-geführte Prozeduren können eingeteilt
werden in zwei Kategorien: intraoperative Prozeduren, die Chirurgie
mit MRI und interventionelle Prozeduren zum Führen, Überwachen und Steuern der Therapie
integrieren.
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Intraoperative
Prozeduren erfordern allgemein einen offenen Magnet-MR-Bildgeber,
und sind erwünscht,
da die MRI verwendet werden kann, um die Anatomie zu definieren
und eine Gewebefunktion zu überwachen,
wenn sie sich während
der Chirurgie ändert.
Durch Überwachen
der Anatomie und der Funktion auf diese Weise kann der klinische
Gewinn für
den Patienten verbessert werden, da Komplikationen verringert werden
können
durch Verringern des Grads der Invasivität der Chirurgie.
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Interventionelle
Prozeduren erfordern allgemein nur begrenzten Zugang zum Patienten
und daher können
herkömmliche
geschlossene Magnet-MR-Bildgeber verwendet werden. Die hohe räumliche
und zeitliche Auflösung,
die in MRI verfügbar ist,
ermöglicht
eine genaue „nahezu
Echtzeit"-Führung von
Vorrichtungen, wie Katheter, Führungsdrähte, Biopsienadeln
etc.
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Der
Erfolg einer MRI-geführten
interventionellen oder intraoperativen Prozedur hängt allgemein von
der Fähigkeit
der MRI-Technik ab, ausreichend genaue Sichtbarmachung der Instrumente
und der Vorrichtungen, die in den Körper des Patienten eingeführt sind,
bereitzustellen. Gegenwärtig
wurden entweder aktive oder passive Sichtbarmachungstechniken verwendet
zum Überwachen
und Sichtbarmachen derartiger Instrumente und Vorrichtungen (hier
allgemein bezeichnet als „invasive
Vorrichtungen").
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In
der aktiven Sichtbarmachung ist die invasive Vorrichtung mit einer
kleinen Signalempfangsantenne versehen (z. B. auf der Spitze der
Vorrichtung). Das Magnetresonanzsignal von Wasserprotonen in der
Nachbarschaft der Antenne wird von der Antenne detektiert und in
das MR-Bild, das durch den MR-Bildgeber erzeugt wird, eingebaut.
Das Ergebnis ist eine „Straßenkarte", die die Bewegung
der Antenne (und daher der Vorrichtung) innerhalb des Patienten
zeigt. Es gibt jedoch zwei Probleme, die mit der aktiven Sichtbarmachung
verbunden sind. Zuerst kann Wärme,
die innerhalb der Antenne erzeugt wird, groß sein, falls große Magnetfeldgradienten
oder ein schnelles Gradientenumschalten in der MRI-Prozedur verwendet
werden. Zweitens kann, da das Signal von der Vorrichtung über dem
ursprünglichen MR-Bild überlagert
ist, eine beliebige Gewebebewegung zu einem Verlust in der Genauigkeit
der räumlichen
Information in Bezug auf die Vorrichtungsposition führen.
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Der
Begriff „passive
Sichtbarmachung" wird verwendet,
um den Fall zu beschreiben, bei dem eine Sichtbarmachung der Vorrichtung
auf einer Differenz in der magnetischen Suszeptibilität zwischen
dem Material, aus dem die Vorrichtung erzeugt ist, und dem umgebenden
biologischen Gewebe oder Fluid beruht. Um diese Suszeptibilitätsdifferenz
zu vergrößern, war
es üblich,
die Vorrichtung mit einem magnetischen (d.h. paramagnetischen, ferrimagnetischen,
ferromagnetischen oder superparamagnetischen) Material zu markieren,
wie z.B. Dysprosiumoxid (Dy2O3).
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Um
eine übermäßige Markierungen
zu vermeiden, die zu Unschärfeartefakten
in den MR-Bildern führen,
war es üblich,
kleine Bänder
oder Ringe von Dy2O3 oder
eines Materials, das z. B. 10% g/g Dy2O3 enthält,
einzubauen. In-vitro-Studien haben gezeigt, dass derartige Dy2O3-markierte Vorrichtungen
genau in „nahezu
Echtzeit"-Bildgebungsprozeduren
sichtbar gemacht werden können,
ohne signifikante Bildartefakte (wie z.B. Unschärfe oder Verzerrung) zu verursachen,
solange die Vorrichtung parallel zum primären Magnetfeld des MR-Bildgebers
ist. Wo die Vorrichtung jedoch senkrecht zum primären Feld
ist, treten Unschärfe-
und Verzerrungsartefakte auf, die zu einer Überbewertung der Vorrichtungsgröße und zu
einer Abnahme in der räumlichen
Auflösung
führen.
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US 5 609 153 A beschreibt
eine passive Sichtbarmachungstechnik, bei der ein kontrastverstärkendes,
z.B. ein physiologisches Lösungs-,
Fluid durch einen getrennten vorpolarisierenden Hochfeldmagneten
geleitet wird. Das vorpolarisierte kontrastverstärkende Fluid wird in das Subjekt über den
Katheter eingeführt.
Der vorpolarisierende Magnet fügt eine
zusätzliche
teure Komponente dem MRI-Apparat hinzu.
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Biopsie-Nadeln
werden gegenwärtig überwacht
unter Verwenden einer passiven Sichtbarmachung; jedoch erzeugen
die gegenwärtig
verwendeten Nadeln schwere Bildartefakte, die die beobachtete Größe und Position
der Nadeln verzerren. Um dies zu kompensieren, wurden zwei Techniken
entwickelt. Zuerst ein Laserführungssystem,
das verwendet werden kann, um die Nadel zum Zielgewebe zu führen; jedoch
ist es unter Verwenden dieser Technik immer noch schwierig, die
Nadeltiefe innerhalb des Gewebes zu bestimmen. Demgemäß wurden
Nadeln erzeugt, die eine kleine innere Bohrung an der Nadelspitze
besitzen. Diese wird mit einer Gadolinium-Chelatlösung gefüllt (z.B.
einer Lösung
aus Gd-DTPA, Gd-DTPA-Bismethylamid
oder Gd-HP-DO3A), was eine Sichtbarmachung der Nadelspitze im MR-Bild
ermöglicht.
Jedoch verteilen sich die verwendeten Gadolinium-Chelate schnell
in den extravaskulären
Raum und sogar mit einzelnen oder mehrfachen Injektionen der Gadoliniumchelatlösung wird
nur eine zeitweilige Unterstützung
der passiven Sichtbarmachung der Nadelspitze erreicht.
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Die
vorliegende Erfindung ist gerichtet auf das Vereinfachen der passiven
Sichtbarmachung invasiver Vorrichtungen und beruht stattdessen auf Einführen eines
chemischen Bloodpool-MR-Mittels in die Vaskulatur, d.h. eines MR-Kontrastmittels,
das sich nicht im extravaskulären
Raum verteilt, sondern stattdessen im wesentlichen im intravaskulären Raum
während
des Zeitverlaufs der Sichtbarmachungsprozedur bleibt. Der Effekt
des Kontrastmittels ist es, die Relaxationseigenschaften des Blutes
(d.h. um T1 und/oder T2*
für das
Blut) relativ zu jenen der invasiven Vorrichtung zu verstärken. So
können
unter Verwenden der Erfindung die invasiven Vorrichtungen, die traditionell
in einer intraoperativen und interventionellen MRI genutzt werden,
verwendet werden.
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So
stellt von einem Aspekt aus gesehen die Erfindung ein Verfahren
zum Vereinfachen der passiven Sichtbarmachung einer invasiven Vorrichtung
in der Vaskulatur eines menschlichen oder nicht-menschlichen Körpers oder
in vaskularisiertem Gewebe in dem Körper bereit, durch Erzeugen
eines MR-Bildes mindestens eines Teils des Körpers, der die Vorrichtung
enthält
und der ein chemisches Bloodpool-Kontrastmitel enthält, wobei
das Bloodpool-Kontrastmittel derart ausgewählt wurde, dass es in dem intravaskulären Raum
während
des Zeitverlaufs der Sichtbarmachungsprozedur bleibt.
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Mit
einem chemischen Bloodpool-MR-Kontrastmittel ist gemeint ein magnetisches
(z.B. paramagnetisches, ferromagnetisches, ferrimagnetisches oder
superparamagnetisches) Material, dass zum Verringern der T1 und/oder T2* von
Wasserprotonen fähig
ist, und das, falls es in den vaskulären Raum verabreicht wird,
nicht beträchtlich
in das Interstitium ausläuft
während
des Zeitverlaufs der interventionellen oder intraoperativen Prozedur,
d. h. es ist im wesentlichen auf den vaskulären Raum beschränkt, bis
es ausgeschieden oder metabolisiert wird. Beispiele derartiger Bloodpool-Mittel
umfassen polymere Chelate (z.B.
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Kaskadenpolymere
oder Dendrimere, die metallierte Chelatgruppen tragen) und Teilchen,
insbesondere Eisenoxide und Liposome. Allgemein sollte das Mittel
eine Bluthalbwertszeit von mindestens 5 min besitzen, bevorzugt
mindestens 30 min. Im Gegensatz dazu sind die ersten parenteralen
MR-Kontrastmittel Gd-DTPA (Magnevit® von
Schering) Gd-DTPA-bismethylamid (Omniscan® von
Nycomed Amersham) und Gd-HP-DO3A (ProHance®) alle
extrazelluläre
fluide MR-Mittel; sie sind alle wasserlösliche Monochelate, die nach
der Verabreichung in die Vaskulatur schnell in das Interstitium
als Extravasat austreten.
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Chemische
Bloodpool-Mittel von besonderer Verwendung im Verfahren dieser Erfindung
umfassen Niedrigmolekulargewichts-Chelate, die an Blutproteine binden,
z.B. Blutproteine, wie Albumin, z.B. DTPA oder DOTA, die mit Proteinbindungsgruppen derivatisiert
sind, z.B. lipophile Seitenketten, wie aromatische Einheiten, z.B.
eine oder mehrere Phenylringsysteme. Ein derartiges Beispiel ist
MS-325/Angiomark von EPIX.
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Geeignete,
auf Polymer basierende Kontrastmittel zur Verwendung im Verfahren
der vorliegenden Erfindung können
auf Kohlenhydrat oder Protein basieren, z.B. CMD-DTPA-Gd von Guerbet (Carboxymethyldextran-Gd-DTPA-Konjugate), GdDTPA-Polylysinkonjugate
oder Kaskaden- oder Dendrimerpolymere, z.B. Gadomer 17 der Schering AG
oder ähnliche
Kaskadenpolymere, wie beschrieben in US-A-5874061 (von Schering
AG).
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Geeignetes
auf Eisenoxid (oder dotiertes Eisenoxid) basierende Kontrastmittel
zur Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung sind im Fachgebiet
unter dem Namen SPIO (superparamagnetische Eisenoxide) oder USPIO
(ultrakleine superparamagnetische Eisenoxide) bekannt. Beispiele umfassen
Kohlenhydratstabilisierte Eisenoxidteilchen, z.B. Dextran-stabilisierte
Teilchen, wie Combidex von Advanced Magnetics und NC 100150 (Clariscan,
Nycomed Amersham).
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Insbesondere
ist das magnetische Eisenoxidkontrastmittel bevorzugt ein in Wasser
dispergierbares Material, das magnetische Eisenoxidpartikel umfasst,
die auf ihren Oberflächen
(z.B. als eine Beschichtung) ein gegebenenfalls modifiziertes Kohlenhydrat
oder Polysaccharid oder Derivat davon besitzen, z.B. eine Glucoseeinheit,
die ein gegebenenfalls modifiziertes Polysaccharid oder Derivat
davon enthalten, bevorzugt ein gegebenenfalls modifiziertes Dextran
oder eine Stärke
oder ein Derivat davon, z.B. eine gespaltene (z.B. oxidativ gespaltene)
Stärke oder
carboxyliertes Dextran. Derartige Eisenoxidkomplexe umfassen bevorzugt
auch ein weiteres Material (z.B. Beschichtungsmaterial), speziell
eines, das die Opsonisierung inhibiert, z.B. ein hydrophiles Polymer,
bevorzugt ein funktionalisiertes Polyalkylenoxid, mehr bevorzugt
ein funktionalisiertes Polyethylenglykol (PEG), insbesondere Methoxy-PEG-Phosphat
(MPP).
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Die
Eisenoxidkomplexe besitzen bevorzugt einen Kern- (d.h. Eisenoxidteilchen-)durchmesser (Modusdurchmesser)
von 1 bis 15 nm, bevorzugter 2 bis 10 nm, speziell 3 bis 7 nm, einen
Gesamtdurchmesser (Modusteilchengröße) von 1 bis 100 nm, bevorzugter
5 bis 50 nm, speziell bevorzugt 10 bis 25 nm, ein r2/r1-Verhältnis bei
0,47 T und 40°C
von weniger als 3, bevorzugt weniger als 2,3, noch bevorzugter weniger
als 2,0, speziell bevorzugt weniger als 1,8. Die Sättigungsmagnetisierung
(Msat) bei 1 T beträgt
bevorzugt 100 emu/gFe, bevorzugter 30-90 emu/gFe.
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Andere
auf Teilchen basierende Systeme der Verwendung im Verfahren der
vorliegenden Erfindung umfassen liposomale oder auf einer Emulsion basierende
Mittel.
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Außerdem kann
die Verbindung 7228 von Advanced Magnetics im Verfahren der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, wie auch die Materialien, die beschrieben sind
in WO 91/12025, WO 90/01899, WO 88/00060, WO 91/12526 und WO 95/05669,
alle für
Advanced Magnetics, und jene, die beschrieben sind in WO 92/11037
und WO 90/01295.
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Die
Verwendung von chemischen Bloodpool-Kontrastmitteln, die im vaskulären Raum
während
der MRI-geführten
Prozedur bleiben, ermöglicht ein
umfassendes Überwachen
der invasiven Vorrichtung während
der Prozedur. Das Verfahren der Erfindung, eine „induzierte passive Sichtbarmachungs"-Technik, ermöglicht nicht
nur die Sichtbarmachung von statischen Vorrichtungen, wie Stents, sondern
können
auch verwendet werden, um die Anordnung von Vorrichtungen zu führen, z.B.
sie kann verwendet werden in einer Ablatio-Therapie, um Gefäße zu markieren
und/oder bei der Anordnung der Ablationsvorrichtung zu unterstützen.
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Gegenwärtig sind
drei Typen von Ablationsprozeduren klinisch in Gebrauch: interstitielle
Laser-induzierte Thermotherapie (LITT); fokussierter Ultraschall
und rf-Ablation.
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LITT
wird verwendet für
die Zerstörung
von lokalen Tumoren in festen Organen – Laserlicht wird an den Tumor
durch optische Fasern geliefert, und die Tumorzerstörung erfolgt
durch direktes Heizen durch das Laserlicht. Die optische Faser wird
in die MRI-geführten
Prozeduren eingeführt
unter Verwenden eines MRI-geführten Katheters;
induzierte passive Sichtbarmachung gemäß der Erfindung wird eine genaue
Sichtbarmachung des Katheters ermöglichen und eine korrekte Anordnung
der Spitze der optischen Faser sicherstellen.
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Während einer
MRI-geführten,
fokussierten Ultraschall-Ablatio-Therapie wird ein Ultraschall-Transducer
hydraulisch über
den Patienten bewegt, und die Tiefe und Position des Ultraschallfokus
werden bestimmt durch laseroptische Fasern, die auf einem Ziel von
einem MR-Bild eingestellt sind. Eine induzierte passive Sichtbarmachung
gemäß der Erfindung
wird unterstützen
durch Vergrößern der Genauigkeit
der Fokuspositionierung, da die Technik die Überwachung aller Hauptgefäße, die
den Tumor umgeben, wie auch von Tumor selbst über die ganze Prozedur ermöglichen.
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In
der rf-Ablatio-Therapie wird eine Radiofrequenzelektrode im Gewebe
angeordnet, in die zuvor Salz injiziert worden ist. Das Gewebe um
die Elektrode wird dann erwärmt
durch Anwenden von 1500-1600 mA auf die Elektrode. Die Technik ist
relativ unspezifisch, da die Behandlungsregionen in der Form variieren
und abhängig
von der lokalen Salzkonzentration sind; eine induzierte passive
Sichtbarmachung gemäß der Erfindung
wird die Spezifität vergrößern durch
Ermöglichen
einer genaueren Anordnung der Elektrode und einer genaueren Bestimmung
der Salzkonzentration. Wieder können
sowohl der Tumor als auch die umgebenden Gefäße über die ganze Prozedur überwacht
werden.
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Während aller
intraoperativen und interventionellen Prozeduren vergrößern Komplikationen
aufgrund von Ausbluten die Risiken, die mit den Prozeduren verbunden
sind. Eine induzierte passive Sichtbarmachung gemäß der Erfindung
ermöglicht
jedoch eine genaue Überwachung
und Einschätzung
des Ausblutens während
der Prozedur. Da das chemische Bloodpool-MR-Kontrastmittel im Blut
während der
Prozedur bleibt, kann jeglicher Schaden an Blutgefäßen, der
Veränderungen
in der Gefäßpermeabilität verursacht,
beobachtet werden.
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Die
invasiven Vorrichtungen, die gemäß der Erfindung überwacht
werden können,
umfassen, sind aber nicht beschränkt
auf Katheter, Ballone, optische Fasern, Führungsdrähte, Nadeln (z.B. Biopsienadeln),
Elektroden, Elektrodendrähte,
Implantate, Stents und Stentgraphs. Allgemein werden diese Vorrichtungen
diamagnetisch sein und große
T1-Werte zeigen. Falls erwünscht, können die
Vorrichtungen mit einem magnetischen Suszeptivitätsmittel markiert werden, z.B.
Bändern
oder Streifen, die Dysprosiumoxid enthalten – jedoch ist ein derartiges
Markieren nicht nötig
und wird erwünschterweise
vermieden. Wie in allen MRI-geführten Prozeduren
sind jedoch die verwendeten Vorrichtungen bevorzugt nicht im wesentlichen
ferromagnetisch oder ferrimagnetisch, da dies Bilddefekte verursachen
wird und ein Gradientenumschalten eine unerwünschte Bewegung der Vorrichtungen
verursachen kann.
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Die
MRI-Bildgebungsprozedur, die im Verfahren der Erfindung verwendet
wird, kann z.B. eine beliebige herkömmliche MRI-Prozedur sein,
z.B. T1 oder T2*-gewichtete
Spinecho- oder Gradientenechosequenzen. Jedoch sind schnelle Bildgebungsprozeduren,
wie ein Gradientenecho und Echoplanarbildgebungsprozeduren bevorzugt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung
beinhaltet die Bildgebungsprozedur die Verabreichung eines Eisenoxid-Bloodpool-MR-Kontrastmittels,
Gradientenechobildgebung unter Verwenden kleiner Flip-Winkel (z.B.
10 bis 45°)
und kurze Echozeiten (z.B. 0,5 bis 5 ms) und unter Verwenden größerer Flip-Winkel
(z.B. 55 bis 75°)
und längerer
Echozeiten (z.B. 6-20 ms). In den größeren Flip-Winkel/längeren Echozeit-Bildern wird
das Signal vom Kontrastmittel enthaltenden Blut vermindert und unter
Verwenden beider Bilder kann die Sichtbarmachung der invasiven Vorrichtung
vereinfacht werden (speziell, wo die Vorrichtung eine Gadoliniumchelatlösung als
einen Marker enthält).
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Von
einem anderen Aspekt aus gesehen stellt die Erfindung ein Verfahren
zum Vereinfachen der passiven Sichtbarmachung einer invasiven Vorrichtung
in der Vaskulatur eines menschlichen oder nicht-menschlichen Körpers oder
in vaskularisiertem Gewebe in dem Körper bereit durch Erzeugen
eines MR-Bildes mindestens eines Teils des Körpers, der die Vorrichtung
enthält,
und der ein chemisches Bloodpool-Kontrastmittel enthält, wobei
das Bloodpool-Kontrastmittel ausgewählt worden ist, um so in dem
intravaskulären
Raum während
des Zeitverlaufs der Sichtbarmachungsprozedur zu bleiben, damit
die Differenz in T1 und/oder T2 und/oder
T2* zwischen dem Blut und der Vorrichtung,
die ein paramagnetisches oder diamagnetisches Material enthält, genutzt
werden kann, um einen Bildkontrast zwischen Glut und der Vorrichtung
zu erzeugen.
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Mit
es enthalten ist gemeint, dass die Vorrichtung das paramagnetische
oder diagnostische Material enthalten kann, wenn sie eingeführt ist,
oder dass das Material in der Vorrichtung angeordnet werden kann
nach deren Einführung.
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So
kann das Verfahren das Verabreichen eines chemischen Bloodpool-Kontrastmittels (z.
B. eines USPIO) in die Vaskulatur und Füllen einer invasiven Vorrichtung
(vor oder nach ihrer Einführung)
mit einem paramagnetischen Material (z. B. einem Gadoliniumchelat)
und dann Erzeugen eines Bildes der Vaskulatur unter Verwenden sehr
schneller, stark T1-gewichteter Sequenzen
beinhalten. Auf diese Weise ist das In-Übereinstimmung-Bringen der Scheibe
mit der Vorrichtung unnötig.
Die Selektivität der
Differenzierung zwischen Blut und Vorrichtung wird erreicht durch
einen minderen Anstieg in der Echozeit, der normalerweise folgen
würde in
der Sequenz, die als nicht-T1-gewichtet
bezeichnet wird.
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Von
einem weiteren Aspekt aus gesehen stellt die Erfindung auch ein
Verfahren der Vereinfachung der passiven Sichtbarmachung einer invasiven
Vorrichtung in der Vaskulatur eines menschlichen oder nicht-menschlichen
Körpers
oder in vaskularisiertem Gewebe in dem Körper durch Erzeugen eines MR-Bildes
mindestens eines Teils des Körpers, der
die Vorrichtung enthält
und der ein chemisches Bloodpool-Kontrastmittel enthält, bereit,
wobei das Bloodpool-Kontrastmittel
ausgewählt
wurde, um im intravaskulären
Raum während
des Zeitverlaufs der Sichtbarmachungsprozedur zu verbleiben, so
dass die T1 und/oder T2*
des Blutes relativ zu jener der Vorrichtung verstärkt wird,
und wobei, wenn die T1 des Blutes relativ
zur Vorrichtung verstärkt
wird, T1-gewichtete Sequenzen verwendet
werden sollten und die Vorrichtung mit diamagnetischem Material
(z. B. Salz oder Medikation) gefüllt
sein sollte, so dass das Blut hell im Vergleich zu der Vorrichtung
erscheint, und wobei, wenn die T2* des Bluts
relativ zur Vorrichtung verstärkt
wird, T2- oder T2*-gewichtete Sequenzen
verwendet werden sollten und die Vorrichtung mit paramagnetischem
Material beschichtet oder gefüllt
sein sollte (z.B. Gd-Komplex oder Mn-Komplex), so dass die Vorrichtung
hell im Vergleich zum Blut erscheint.
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Durch
anfängliches
oder nachfolgendes Enthalten ist gemeint, dass die Vorrichtung das
paramagnetische Chelat (bevorzugt ein wasserlösliches Gd- oder Mn-Monochelat) enthalten
kann, wenn sie eingeführt
wird, oder dass das Chelat in die Vorrichtung nach der Einführung gefüllt werden
kann.
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In
beiden Verfahren der Erfindung ist es erwünscht, als das chemische Bloodpool-MR-Kontrastmittel
ein superparamagnetisches Eisenoxid zu verwenden, gegebenenfalls
beschichtet mit einem Opsonisationsinhibitor, wie PEG, z.B. wie
beschrieben in WO 97/25073. Derartige Teilchen ermöglichen, dass
T1-Effekte in stark T1-gewichteten
Bildgebungssequenzen überwiegen – was zu
einer vergrößerten Signalintensität für Blut relativ
zur invasiven Vorrichtung (d. h. eine „Hell-Blut"-Technik) führt-und ermöglichen, dass T2*-Effekte überwiegen,
wenn T2-gewichtete
Bildgebungssequenzen verwendet werden – was zu einer verringerten
Signalintensität
für Blut relativ
zur invasiven Vorrichtung (d.h. eine „Schwarzblut"-Technik) führt. Derartige Schwarzblut-Techniken
werden verwendet, wo paramagnetische Vorrichtungen oder Vorrichtungen
mit paramagnetischen Markern verwendet werden. Die HellblutTechnik
wird verwendet mit diamagnetischen Vorrichtungen, die ein diamagnetisches
Material enthalten (z.B. Salzlösung
oder eine Medikation).
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Die
Dosierung des Kontrastmittels, das gemäß der Erfindung verwendet wird,
wird abhängen von
der Spezies, der longitudinalen Relaxivität des Mittels, dem magnetischen
Moment des Mittels bei der Bildgebungsfeldstärke und den Sequenzparametern,
die zum Aufnehmen des Bildes werden. Erwünschterweise wird das chemische
Bloodpool-MR-Kontrastmittel bei Dosierungen verabreicht, die ausreichend
sind, um T1-Werte im Blut im stationären Zustand
von weniger als 300 ms, bevorzugter weniger als 200 ms und noch
bevorzugter weniger als 100 ms zu erreichen.
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In
MR-Prozeduren, in denen ein Bloodpool-Kontrastmittel in die Vaskulatur
verabreicht werden soll, würde
dies normalerweise ausserhalb des Bereichs von Interesse zur Bildgebung
ausgeführt werden,
z.B. in einer peripheren Vene, und man würde nicht erwarten, dass Bilder
des Katheters entweder bei der Kontrastmittelverabreichung oder
bei der Kontrastmittelzirkulation (oder Rezirkulation) hinter dem
Katheter erzeugt werden. So kann in den Verfahren der Erfindung
die invasive Vorrichtung ein Katheter sein, der zur Verabreichung
des chemischen Bloodpool-Kontrastmittels verwendet wird; jedoch wird
allgemeiner und bevorzugt die invasive Vorrichtung eine andere sein
als eine Vorrichtung, durch die das chemische Bloodpool-Kontrastmittel
verabreicht wird.
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Das
chemische Bloodpool-Kontrastmittel wird bevorzugt verabreicht durch
Injektion oder Infusion in die Vaskulatur, z.B. infundiert über Zeitdauern von
2 s bis 5 min.
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Das
chemische Bloodpool-Kontrastmittel wird erwünschterweise in einem sterilen
wässrigen Medium
formuliert sein, gegebenenfalls enthaltend weitere Hilfsmittel,
wie pH-Modifikatoren, Osmolalitäts-Modifikatoren,
chelatierende Mittel, etc.
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Die
Verfahren der Erfindung werden nun weiter beschrieben mit Bezugnahme
auf die folgenden, nicht-beschränkenden
Beispiele und die begleitenden Zeichnungen, in denen:
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1 die
Konstruktion zweier Phantome zeigt, die zum Studieren der Machbarkeit
der Katheterüberwachung
durch MRI verwendet wird;
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2 ein
Hellblut-Bild zweier Phantome zeigt, die Katheter aufweisen, die
mit Salzlösung (oben)
oder 10 mM Omniscan (unten) gefüllt
sind und senkrecht zum angelegten Feld angeordnet sind;
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3 ein
Hellblut-Bild von Phantomen zeigt, die Katheter aufweisen, die mit
Salzlösung
(links) oder 10 mM Omniscan (rechts) gefüllt sind, und parallel zum
angelegten Feld angeordnet sind;
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4 ein
Dunkelblut-Bild eines Phantoms zeigt, das einen Katheter aufweist,
der mit 10 mM Omniscan gefüllt
ist und senkrecht zum angelegten Feld angeordnet ist;
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5 eine Zusammenfassung einer MRI-Signal-Optimierungsstudie
zeigt, die bei TR/TE=5,0/1,5 ms (5a) und
TR/TE=18,0/9,0 ms (5b) mit variierenden Flipwinkeln
und Konzentrationen ausgeführt
wurde;
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6 gestörte
GRE-Bilder von Phantomen zeigt, die mit Parametern TR/TE/FA=5,2/1,2/40° (6a)
und TR/TE/FE=18/9,0/70° (6b)
aufgenommen wurden; und
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7 gestörte
GRE-in-vivo-Bilder des Abdomen eines Schweins zeigt, die gesammelt
wurden mit Parametern TR/TE/FA=5,2/1,2/40° (7a) und TR/TE/FA=18/9,0/70° (7b).
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Ein
superparamagnetisches Eisenoxid-MR-Kontrastmittel in einer wässrigen
Lösung, hergestellt
gemäß der Beschreibung
des Beispiels 12 der WO 97/25073 wurde in diesen Beispielen verwendet.
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Die
Eigenschaften der Suspension waren wie folgt:
[Fe] = 30,2 mg
Fe/ml, Dichte = 1,0589 g/ml, r1 = 19,3 s–1mM–1,
r2 = 31,2 s–1mM–1,
r2/r1 = 1,61, Sättigungsmagnetisierung
(Msat) = 84 emu/g Fe.
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Beispiel 1
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Phantomstudie
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Eine
einfache ex-vivo-Phantomstudie wurde ausgeführt, um die Machbarkeit des
Ausführens
einer induzierten passiven Katheterüberwachung durch Verringern
der T
1 und T
2* von
Blut einzuschätzen.
Zwei Phantome wurden hergestellt durch Einordnen von Abschnitten
eines herkömmlichen
interventionellen Katheters (Pebax Souple 5F mit einem Innendurchmesser
von 1,17 mm und einem Außendurchmesser
von 1,69 mm) in zwei Plastikröhrchen von
10 mm Durchmesser und 85 mm Länge
innerhalb von Glasfläschchen
mit 21 mm Durchmesser und 60 mm Länge. Die Plastikröhrchen wurden
in dem Fläschchen
in einen 2%-igen Agargel fixiert, das Gadolinium-Polymere enthält (z. B. ein Gadolinium-Polychelat,
wie PolylysinpolyDTPA.Gd), so dass die T
1 des
Gels bei 40°C
535 ms betrug. Die Plastikröhrchen
wurden mit frischem Menschenblut (Hct=47%), das Natriumheparin enthält, gefüllt. Das Eisenoxidkontrastmedium
wurde zum Blut gegeben, so dass die Konzentration von zugegebenem
Fe 1,0 mM Fe betrug (was einer Dosis von 4 mg Fe/kg Körpergewicht äquivalent
ist). Einer der Katheter wurde dann mit Salzlösung gefüllt und versiegelt und der andere
Katheter wurde mit 10 mM Omniscan
® (10 mM
Gd DTPA-Bismethylamid)
gefüllt
und versiegelt. Die Anordnung war wie in
1 der beigefügten Zeichnungen
gezeigt. Die gesamte Bildgebung wurde ausgeführt bei 1,5 T (Philips Gyroscan
ACS-NT), unter Verwenden von T
1- und T
2-gewichteten 3D-Gradienten-Echosequenzen (FFE). Tabelle
1 zeigt die Sequenzparameter, die für alle Experimente konstant
gehalten wurden. Tabelle
1: Pulssequenzparameter für
statische in-vivo-Phantombildgebung
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Die
folgenden zwei Bildgebungsserien wurden mit den Phantomen ausgeführt:
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Serie 1:
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Phantome,
senkrecht relativ zum angelegten Feld angeordnet. Die Bilder wurden
bei Echozeiten (TE) von 2 ms (für
Hell-Blut) und 12 ms (für Schwarz-Blut)
aufgenommen.
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Die
Phantome wurden vom Magneten entfernt und mehrere Male umgedreht,
um die Homogenität
der Blutproben vor dem Einsatz der Bildgebungsserie 2 zu sichern.
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Serie 2:
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Phantome,
angeordnet parallel relativ zum angelegten Magnetfeld. Die Bilder
wurden aufgenommen unter Verwenden einer TE von 2 ms, so dass Hell-Blut
erhalten wurde.
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2, 3 und 4 der
beigefügten Zeichnungen
zeigen die Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn entweder die T1 (Hell-Blut, erhalten unter Verwenden kurzer
Echozeiten) oder T2* (Dunkel-Blut, erhalten
unter Verwenden langer Echozeiten) des Blutes relativ zur Vorrichtung
verringert war. In 2 und 4 wurden
die Phantome senkrecht relativ zum angelegten Magnetfeld angeordnet,
und 3 zeigt das Phantom, das parallel relativ zum
angelegten Feld angeordnet ist. In 2 und 3 wurden
kurze Echozeiten derart verwendet, dass die T1 des
Blutes relativ zu jener der Katheter verringert war. 2 zeigt
die Phantome, angeordnet senkrecht zum angelegten Feld. Die Katheter
waren sowohl mit Salzlösung
(oben) als auch 10 mM Gd-DTPA-BMA (unten) gefüllt. In 3 waren
die Phantome parallel zum angelegten Magnetfeld angeordnet, und
der Katheter, der die Salzlösung
enthielt, ist links gezeigt, und der Katheter, der das Gd-DTPA-BMA enthält, ist
rechts gezeigt. Der in diesen Figuren gezeigte Durchmesser repräsentiert
den gesamten Katheterdurchmesser, der durch MRI bestimmt ist. Der tatsächliche
Katheterdurchmesser für
alle Phantome betrug 1,69 mm.
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Der
Katheter, der mit Salzlösung
gefüllt
ist, repräsentiert
einen herkömmlichen
interventionellen Katheter. Der Katheter, der mit 10 mM Omniscan® gefüllt ist,
repräsentiert
einen MRI-Katheter, der einen paramagnetischen Tracer enthält. Die
Ergebnisse zeigen klar, dass die Größe des Katheters (Gesamtdurchmesser)
unterbewertet war, wenn der Katheter mit 10 mM Omniscan® gefüllt war.
Jedoch, wenn die Katheter mit Salzlösung gefüllt waren (was eine normale
interventionelle Prozedur repräsentiert),
wurden ziemlich genaue Bestimmungen der Größe erhalten. Die Unterbewertung
der Größe, die
beobachtet wurde, wenn ein paramagnetischer Tracer verwendet wurde,
beruht am wahrscheinlichsten auf der Tatsache, dass die Wand des
Katheters sehr wenig Protonen besitzt und demzufolge nicht MR-sichtbar ist.
Dies bedeutet, dass das Signal, das aus der Außenwand des Katheters kommt,
relativ zum Signal innerhalb des Katheters (der 10 mM Gd enthält) und zum
Signal des Blutes (das das Eisenoxidkontrastmedium enthält) dunkel
ist. Als eine Folge reflektiert die Größe nur den Innendurchmesser
des Katheters. Jedoch, wenn Salzlösung verwendet wird, wird ein homogenes
dunkles Signal beobachtet, dass die Kathetergröße genau reflektiert. Dies
beruht auf der Tatsache, dass der Katheter und die Salzlösung, die
den Katheter füllt,
beide hypointensiv relativ zum Blut erscheinen, das das Eisenoxidkontrastmedium
enthält (Hell-Blut
erhalten unter Verwenden kurzer Echozeiten).
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Keine
Artefakte wurden beobachtet für
jedes Phantom in einer beliebigen Orientierung relativ zum angelegten
Feld.
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4 zeigt
die Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn die T2*
des Blutes verringert ist relativ zu jener der Vorrichtung, durch
Vergrößern der
verwendeten Echozeiten. Hier erscheint das Blut schwarz, da die
Reduktion von T2* das beobachtete Signal
dominiert. Für „Schwarz-Blut" ist nur der Katheter
sichtbar, der mit 10 mM Gd gefüllt
ist (was den paramagnetischen Tracerkatheter repräsentiert).
Der gezeigte Durchmesser repräsentiert
den Durchmesser bestimmt durch MRI. Der tatsächliche Durchmesser betrug
1,69 mm. Das Phantom wurde senkrecht relativ zum Hauptfeld angeordnet.
Die durch MR erhaltene Größe des Katheters
reflektiert immer noch nur den Innendurchmesser.
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Beispiel 2
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Beispiel
2 fasst eine Studie zusammen, die ausgeführt wurde, um die optimalen
Bildgebungssequenzparameter zu bestimmen, die für eine passive induzierte Sichtbarmachung
erforderlich sind, wenn Schwarzblut-Techniken eingesetzt werden
(Katheter gefüllt
mit einem paramagnetischen Tracer, Blut enthaltend das Eisenoxidkontrastmedium
und lange Echozeiten, verwendet, um die T2*
des Bluts relativ zum Katheter zu verstärken).
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5A (TR/TE=5,0/1,5
ms) und 5B (TR/TE=18,0/9,0 ms) zeigen experimentelle Signalintensitätsprofile
von verdünnten
Gd-Lösungen
als eine Funktion der Konzentration und des Flipwinkels. Hellere
Zonen entsprechen höheren
Signalintensitäten.
Man beachte die Verschiebung des Signalmaximums in Richtung niedrigerer
Konzentrationen für längere Echozeiten.
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Ein
Katheter (0,8 mm Innendurchmesser) mit einem Omniscan®/H2O (0,01 M)-gefülltem
Leitungsdraht-Lumen wurde in ein flexibles Röhrchen (Innendurchmesser 5
mm) eingesetzt, das mit dem Eisenoxid-Kontrastmedium (0,5 mg Fe/ml)
gefüllt
war. Gestörte
2D- und 3D-Bilder (2D-Bildgebung ohne Scheibenauswahl) wurden gesammelt
mit zwei verschiedenen Echozeiten (NEX=1, 256 × 192 × 20, FOV=28 × 14 cm),
wie gezeigt in 6A (3D TR/TE/FA=5,2/1,2/40°) und 6B
(2D TR/TE/FA=18/9/70°).
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Beispiel 3
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In
diesem Beispiel wurde die Schwarzblut-Technik in vivo verwendet
durch Einführen
in die rechte Femoralarterie zweier Schweine unter einer allgemeinen
Anästhesie.
Zum Anzeigen des vaskulären
Systems wurde das Eisenoxid-Kontrastmedium intravenös bei einer
Dosis von 5 mg Fe/kg Körpergewicht
verabreicht. Über
den femoralen Zugang wurde ein 5F PTA-Katheter in die abdominale
Aorta eingeführt.
Der 40 × 12
mm-Ballon wurde gefüllt
mit einer 7,7 mm Gd-Lösung
von GdDTPA-Bismethylamid
und dargestellt mit gestörten
GRE-Sequenzen. Das Experiment wurde wiederholt mit einem 6F-Katheter,
in dem das Führungsleitungslumen
mit der Gd-Lösung gefüllt war. 7A (3D
TR/TE/FA=5,2/1,2/40°)
und 7B (2D TR/TE/FA=18/9/70°)
zeigen die resultierenden gestörten
GRE-in-vivo-Bilder des Abdomen des Schweins. Man beachte die helle
Signalintensität
sowohl des vaskulären
Systems als auch des Katheterballons in dem Kurzecho-Bild. Mit nur TE=9
ms bleiben der Ballon (Pfeil) und das Blut in der intraperitonealen
Kavität
von einem vorhergehenden Experiment sichtbar.