DE60035240T2 - Marker für Computertomografie und MRI-Bilderzeugung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Marker zur Bildaufnahme zur Verwendung bei der CT-Aufnahme und der MRI-Aufnahme.
  • Hintergrundinformationen
  • Bei der medizinischen Behandlung von Krankheitsherden, wie beispielsweise Tumoren, usw., in Gehirnen und Körpern von Patienten, wird im Allgemein eine Strahlentherapie eingesetzt, bei der radioaktive Strahlung von außen auf den Körper gerichtet wird. Bei dieser Strahlentherapie ist es effektiv, die Strahlungsmenge auf normale Gewebe (Zellen) zu minimieren, während eine große Menge radioaktiver Strahlen auf die betroffenen Krankheitsherde gerichtet wird. Zu diesem Zweck ist es notwendig, eine kleine Strahlenbelastung der radioaktiven Strahlen aus mehreren Richtungen präzise auf die Krankheitsherde zu richten.
  • In der Praxis einer solchen Strahlentherapie ist erforderlich, einen medizinischen Behandlungsplan bezüglich Bestrahlungspositionen, Bestrahlungsrichtungen, Strahlenbelastung, Belastungszeiten, usw. zu machen. Für einen solchen Plan ist es unerlässlich, die Größe eines betroffenen Krankheitsherdes im Körper und seine dreidimensionale Position in einer exakten Weise auszumachen. Bei solchen medizinischen Behandlungsplänen wird derzeit die Computertomographie(CT)-Aufnahme mit radioaktiven Strahlen ausgeführt, um die Größe und die Position eines Krankheitsherdes zu untersuchen, und bei der Aufnahme wird ein Marker verwendet, und Veränderungen der Positionen des Markers und des Krankheitsherdes, die auf Bildern eines Laminagramms angezeigt werden, werden gelesen und neu konfiguriert, um die Position und dergleichen eines betroffenen Krankhjeitsherdes zu bestimmen.
  • Herkömmlicherweise wurde als solcher CT-Marker ein metallischer Draht wegen seiner Eigenschaften der Röntgenstrahlenabsorption eingesetzt. Es ist wahr, dass dieser herkömmliche Marker klar auf CT-Bildern erscheint. Da jedoch ein Draht Teile eines Patienten beschädigen kann, war dies gefährlich. Beim Langzeiteinsatz rostet er, und er hat demgemäß eine schlechte Haltbarkeit und hat die Gefahr einer Kontaminierung. Als Ergebnis war ein metallischer Draht als CT-Marker im Stand der Technik weit von der Zufriedenstellung entfernt.
  • In der Praxis der obigen medizinischen Behandlungspläne wird auch eine Kernspintomographie(MRI)-Aufnahme ausgeführt, und auch in diesem Fall werden die Ergebnisse der Tomographie mit dem Marker in der gleichen Weise wie oben neu konfiguriert, um die Größe und die Position eines betroffenen Krankheitsherdes zu bestimmen.
  • Allgemein gibt es bei MRI keinen so signifikanten Unterschied zwischen der Protonendichte normaler Gewebe und jener der Krankheitsherde, wohingegen es einen deutlichen Unterschied zwischen ihren Relaxationszeiten gibt. Diese Relaxationszeit hat zwei Faktoren, d.h. Längsrelaxation (T1) und Querrelaxation (T2), wobei T1 und T2 allgemein die Eigenschaft haben, die Signalstärke zu verschieben, folglich ist es notwendig, Bilder, bei denen T1 verstärkt ist (T1-gewichtete Spin-Echo-Bilder), und Bilder wo T2 verstärkt ist (T2-gewichtete Spin-Echo-Bilder), separat aufzunehmen.
  • Herkömmlicherweise wurde als Marker für diese T1-gewichteten Spin-Echo-Bilder Margarine, Salatöl, Wasserlösungen von paramagnetischen Materialien und dergleichen eingesetzt, wohingegen Wasser als Marker für T2-gewichtete Spin-Echo-Bilder eingesetzt worden ist. Die Marker müssen vor den jeweiligen Fällen der Aufnahme T1-gewichteter Spin-Echo-Bilder und T2-gewichteter Spin-Echo-Bilder gewechselt werden, was wiederum zu einer verschlechterten Genauigkeit der Positionierung eines betreffenden Krankheitsherdes führt und weiter die Handhabung von Markern und der Aufnahme kompliziert und mühselig macht. Dies waren die Probleme mit der herkömmlichen Technik in diesem Gebiet.
  • Demgemäß stellten wir früher Marker bereit, bei denen paramagnetisches Material gleichmäßig in eine viskose hydrophile Flüssigkeit/Gel-Substanz hinzugefügt war, was das Aufnehmen sowohl T1- als auch T2-gewichteter Spin-Echo-Bilder ermöglichte. Außerdem soll die vorliegende Erfindung sie einfacher benutzbar machen und ihnen eine ausgezeichnetere Haltbarkeit verleihen.
  • Ferner offenbart das US-Patent Nr. 4,916,170 einen Prozess zum Herstellen eines Hautmarkers, der die Durchführung einer CT-Bildaufnahme und einer MRI-Bildaufnahme mit einem einzelnen Marker ermöglicht. Bei diesem herkömmlichen Prozess wird ein Hydrogel mit einer reichlichen Menge Wasser in ein Kunststoffrohr gefüllt, in dem ein nicht-magnetisches und für Röntgenstrahlen undurchlässiges Material, wie beispielsweise Bariumsulfat, verteilt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Marker zu schaffen, der für sowohl CT als auch MRI eingesetzt werden kann, der das Ausführen von CT-Bildaufnahme und MRI(T1, T2)-Bildfotografie unter Verwendung eines einzelnen Markers ermöglicht und eine ausgezeichnetere Haltbarkeit zeigt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis der Erkenntnis vervollständigt, dass wir bei unserer Suche nach einem neuen CT-Marker zum Ersetzen des herkömmlichen Metalldrahts herausfanden, dass Siliziumharz und Fluorkohlenstoffharz klar auf CT-Bildern erschienen.
  • Und als ein Marker für MRI fanden wir heraus, dass ein Elastomer aus Kautschuk und dergleichen, ein Organogel aus Polyethylengel und dergleichen hohe Antwortsignale beim Aufnehmen von T1- und T2-gewichteten Spin-Echo-Bildern ausgeben und auf den Bildern klar erscheinen, wodurch man einen MRI-Marker mit ausgezeichneter Haltbarkeit erhält.
  • Außerdem ermöglicht es eine Kombination des obigen CT-Markers und MRI-Markers, klare Bilder beim Aufnehmen aller CT, T1 und T2 in MRI-Bildern ohne gegenseitige Bildstörung zu erhalten. Demgemäß ermöglicht es den Einsatz eines einzigen Markers in sowohl den obigen CT- als MRI-Bildaufnahmevorgängen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Beim Aufnehmen von CT-Bildern werden allgemein CT-Parameter verwendet, und diese CT-Parameter werden durch die Absorptionsdosis der verwendeten Röntgenstrahlen bestimmt, sodass die Werte von –1000 bis +1000 variieren, wobei der CT-Parameter für Luft –1000 beträgt, jener für Wasser 0 beträgt und jener für eine Materie, die vollständig absorbiert, als +1000 definiert ist. Allgemein variiert der CT-Parameter von Knochen von +300 bis +1000 und jener von weichen Geweben liegt um –80 bis –50, während der von Gehirn oder Leber als Objekt einer normalen Diagnose von +35 bis +100 erscheint und jener von Lungen von –800 bis –700 erscheint, weshalb es für einen Marker bevorzugt ist, einen CT-Parameter wenigstens über 0 und vorzugsweise über 60 zu haben.
  • Der CT-Parameter des oben erwähnten Siliziumharzes liegt etwa bei +130 bis +230, und jener des oben erwähnten Fluorethylenharzes erscheint etwa gleich, weshalb sie klare Bilder beim Aufnehmen von CT-Bildern zeigen. Außerdem können diese zwei Harze gegebenenfalls gleichzeitig zusammen eingesetzt werden.
  • Es ist bevorzugt, dass diese CT-Marker normalerweise in der Form fester Stäbe mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 6 mm, vorzugsweise etwa 2 bis 4 mm, eingesetzt werden, und die Form solcher Stäbe in bestimmter Länge ermöglicht ihren Einsatz in ein Einsetzloch, das in einer stereotaktischen Röntgenbehandlung des Gehirns, einer stereotaktischen Gehirnmaske und weiteren diagnostischen Patientenverzögerern angeordnet ist, und ihre einfache Positionierung. Weiter werden sie den Patienten nicht verletzen und werden nicht rosten, weshalb sie auch eine ausgezeichnete Haltbarkeit haben. Außerdem können diese CT-Marker in Hohlstäbe geformt werden.
  • Bei der MRI-Aufnahme sind als Marker zum Antworten auf sowohl die obigen T1-gewichteten Spin-Echo-Bilder als auch die obigen T2-gewichteten Spin-Echo-Bilder Elastomere allein oder in Kombination verfügbar: Elastomere von Styrolisopren-Styrolcopolymer (SIS), Styrolethylenbutylen-Styrolcopolymer (SEES), Styrolethylenpropylen-Styrolcopolymer (SEPS), Isoprenkatuschuk (IR), Isobutylenisoprenkautschuk (IIR), natürlicher Kautschuk (NR) und dergleichen. Und als Organogel sind allein oder in Kombination verfügbar: Organogel aus Polyethylengel, Acrylgel, Urethangel und dergleichen. Obiges Elastomer und Organogel können gegebenenfalls in Kombination verwendet werden.
  • Das obige Polyethylengel ist eines, bei dem ein Weichmacher in Ethylenstyrolcopolymer gemischt ist. Als Weichmacher werden flüssiges Paraffin, Mineralöl, Phthalsäure-Weichmacher, wie beispielsweise Butylbenzylphtalat (BBP), Di-Octyl-Phtalat (DOP), Di-Butyl-Phtalat (DBP), Di-Isononyl-Phtalat (DINP) und dergleichen, Sojabohnenöl und Fettsäuren, wie beispielsweise Ölsäure, Leinölsäure und dergleichen verwendet.
  • Das obige Acrylgel wird durch eine Hauptverbindung wie 2-Ethylhexylacrylat, Butylacrylat, Methylacrylat, Methylmethacrylat und dergleichen mit Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylacetat und dergleichen copolymerisiert. Und Weichmacher werden dem hinzugefügt und durch chemische Verbindungen wie beispielsweise Isocyanat, Aziridin, Epoxysysteme und dergleichen quervernetzt. Als Weichmacher werden jene verwendet, die jenen in dem obigen Polyethylengel ähnlich sind.
  • Das obige Urethangel ist ein Gel aus Urethanharz, das durch einen Weichmacher des Phtalsäuretyps, der in dem obigen Polyethylengel eingesetzt wird, vorgeweicht ist, oder ein Gel aus Urethanharz, das durch Polyisocyanat und Polyol mit einem Molekulargewicht von etwa 3000 polymerisiert ist.
  • Hierfür gibt es zum Beispiel Cosmogel (Polyethylengel aus einem durch flüssiges Paraffin vorgeweichten Ethylenstyrolcopolymer von Cosmo Instruments Co., Ltd.), Saivinol AT-304 (Acrylgel von Saiden Chemical Industry Co., Ltd.) und dergleichen.
  • Das Elastomer und Organogel wird in ein Rohr gefüllt oder durch eine Platte in eine Stabform gebracht. Das Rohr oder die Platte wird aus Materialien gebildet, die keine Wirkung auf T1- und T2-gewichtete Spin-Echo-Bilder von MRI haben, zum Beispiel Nylon, Polyester, Polypropylen, Polyvinylchlorid und dergleichen. Das Rohr oder der Stab mit Elastomer und Organogel können bequem in der gleichen Weise wie bei der obigen CT-Bildaufnahme verwendet werden. Und sie werden in eine Stabform oder dergleichen unter Verwendung einer Form geformt.
  • Während die Erfinder Kombinationen von Elastomeren und Organogelen versuchten, die als der obige MRI-Marker verwendet werden können, und von jenen, die als der obige CT-Marker verwendet werden können, haben die Erfinder herausgefunden, dass die obige Kombination eine geeignete Röntgenstrahlenabsorption bei der CT-Aufnahme erreichte und sie hohe Signale in sowohl T1 als auch T2 bei MRI ausgeben, weshalb sie einander bei der CT-Aufnahme und der MRI-Aufnahme nicht stören.
  • D.h. der Kombinationsmarker hat eine ausreichende Empfindlichkeit als Marker für sowohl CT-Aufnahme als auch MRI-Aufnahme, wenn das Material für den obigen MRI-Marker in einen hohlen Schlauch gefüllt ist, der aus einem Material gebildet ist, das als der obige CT-Marker eingesetzt werden kann.
  • In diesem Fall kann das Material für den MRI-Marker in dem Material für den obigen CT-Marker enthalten sein, oder beide Materialien können geschichtet sein oder in Stabformen und dergleichen geformt sein.
  • Bei der obigen CT-Aufnahme ist es einfach, die Position eines betreffenden Krankheitsherdes auszumachen, aber schwierig seine Form auszumachen, während es bei der MRI-Aufnahme, bei welcher es eine für MRI besondere Bildverzerrung gibt, einfach ist, die Form und die Größe eines betroffenen Krankheitsherdes auszumachen, aber schwierig ist, seine Position auszumachen. Die Verwendung des obigen Markers, der auf sowohl die obige CT-Aufnahme als auch MRI-Aufnahme reagiert, ermöglicht das Ausführen der CT-Aufnahme mit diesem an einem Patienten fixierten Marker und dann das Ausführen der MRI-Aufnahme ohne Austauschen dieses Markers mit einem anderen. Demgemäß ist es möglich, eine Verschiebung der CT- und MRI-Bilder zu verhindern, und die Position, Form und Größe eines betroffenen Krankheitsherdes in genauerer Weise auszumachen.
  • Und in diesen Jahren haben es die Entwicklung der offenen Kernspintomographie und der Fortschritt der Computersoftware ermöglicht, Bilder zu erhalten, bei denen eine Verzerrung der MRI-Bilder verbessert ist. Beim Erzeugen künstlicher Bilder aus diesen MRI-Bildern und CT-Bildern kann der Marker gemäß der vorliegenden Erfindung bei der weiteren Erhöhung der Genauigkeit stark helfen und geeignetere medizinische Behandlungspläne machen.
  • Die Erfindung wird in mehr Einzelheiten unter Bezug auf die folgenden Referenzbeispiele und bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt.
  • BEISPIEL 1
  • Ein Marker einer festen zylindrischen Stabform aus Silizium mit einem Durchmesser von 2 mm und einer Länge 10 cm wurde vorbereitet.
  • Eine CT-Aufnahme wurde unter Verwendung dieses Markers ausgeführt, und es wurde festgestellt, dass dieser Marker eine ausreichende Absorption hat und folglich klar auf CT-Bildern erscheint, was zeigt, dass er als ein CT-Marker brauchbar ist.
  • BEISPIEL 2
  • Cosmogel IC00N (Polyehtylengel von Cosmo Instruments Co., Ltd.) wurde auf 130°C erhitzt und geschmolzen und dann in einen Polypropylenschlauch mit einem Innendurchmesser von 2 mm und einem Außendurchmesser von 3 mm gesaugt und eingefüllt und dann abgekühlt, um einen Marker mit einer Länge von 10 cm vorzubereiten.
  • Eine MRI-Aufnahme wurde unter Verwendung dieses Markers ausgeführt, und es wurde festgestellt, dass dieser Marker hohe Signale auf sowohl T1-gewichtete Spin-Echo-Bilder als auch T2-gewichtet Spin-Echo-Bilder ausgibt und demgemäß klar auf beiden Bildern erscheint, was zeigt, dass er als ein MRI-Marker brauchbar ist.
  • BEISPIEL 3
  • Cosmogel IC00N wurde auf 130°C erhitzt und geschmolzen und dann in einen Siliziumschlauch mit einem Innendurchmesser von 2 mm und einem Außendurchmesser von 3 mm gesaugt und eingefüllt und dann abgekühlt, um einen Marker mit einer Länge von 10 cm zu präparieren.
  • Eine CT-Aufnahme wurde unter Verwendung dieses Markers ausgeführt, und es wurde festgestellt, dass dieser Marker eine ausreichende Absorption besitzt und folglich klar auf CT-Bildern erscheint. Und auch eine MRI-Aufnahme wurde unter Verwendung dieses Markers ausgeführt, als deren Ergebnis dieser Marker hohe Signale auf sowohl T1-gewichtete Spin-Echo-Bilder als auch T2-gewichtete Spin-Echo-Bilder ausgibt und demgemäß klar auf beiden Bildern erschien. Dieser einzelne Marker ist für sowohl CT- als auch MRI(T1, T2)-Marker brauchbar.
  • BEISPIEL 4
  • Saivinol AT-304 (Acrygel von Saiden Chemical Industry Co., Ltd.) wurde auf ein Trennschichtpapier aufgebracht. Und sein Lösemittel wurde verflüchtigt, wodurch ein trockenes Acrylgel einer Dicke von 500 μm hergestellt wurde, und dann wurde ein Siliziumbogen einer Dicke von 1 mm auf das obige trockene Acrylgel geschichtet. Und das Trennschichtpapier aus Acrylgel wurde abgezogen, und ferner wurde ein Siliziumbogen einer Dicke von 1 mm auf das Acrylgel aufgebracht. Dann wurde das Acrylgel durch Siliziumbögen in Sandwich-Weise aufgenommen und wurde geschnitten, wodurch ein stabförmiger Marker mit einer Breite von 3 mm und einer Länge von 10 cm gemacht wurde.
  • Als Ergebnis gab dieser Marker hohe Signale auf alle CT-Bilder durch CT-Aufnahme, T1-gewichtete Spin-Echo-Bilder und T2-gewichtete Spin-Echo-Bilder durch MRI-Aufnahme aus und erschien klar auf allen diesen Bildern, wodurch festgestellt wurde, dass dieser Marker als sowohl CT- als auch MRI-Marker brauchbar ist.
  • Wie oben erwähnt, zeigt der CT-Marker gemäß der vorliegenden Erfindung eine geeignete Röntgenstrahlenabsorption bei der CT-Aufnahme und erscheint klar auf den Bildern. Dieser hat keine Verletzungsgefahr für die Patienten wie der herkömmliche Metalldraht, weshalb es möglich ist, einen Marker zu erhalten, der in einer sichereren Weise für eine lange Zeitdauer verwendet werden kann.
  • Und weiter gibt der MRI-Marker gemäß der vorliegenden Erfindung hohe Signale in sowohl T1-gewichteten Spin-Echo-Bildern als auch T2-gewichteten Spin-Echo-Bildern bei der MRI-Aufnahme aus und erscheint demgemäß klar auf den Bildern. Er hat eine ausgezeichnete Speichereigenschaft und Haltbarkeit, da er aus Elastomer und Organogel gemacht ist.
  • Außerdem erscheint eine Kombination des obigen CT-Markers und MRI-Markers klar auf Bildern, ohne sich gegenseitig zu stören, bei sowohl der CT-Aufnahme als auch MRI-Aufnahme, und es besteht außerdem keine Notwendigkeit, Marker für alle diese Aufnahmevorgänge auszutauschen, weshalb es möglich ist, eine Verschiebung in sowohl den CT- als auch MRI-Bildern zu verhindern. Folglich kann der Fachmann leicht verstehen, dass es möglich ist, mit hoher Genauigkeit markierte Bilder zu erhalten, wodurch es möglich ist, geeignetere medizinische Behandlungspläne zu machen.
  • Die Erfindung kann auch in anderen speziellen Formen realisiert werden. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele sollen deshalb als beispielhaft angesehen werden, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die anhängenden Ansprüche angegeben ist.

Claims (9)

  1. CT/MRI-Marker für CT- und MRI-Bildaufnahme, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder der gesamte Umfang eines Stabes eines Organogels mit wenigstens einem eines Siliziumharzes und/oder eines Fluorkohlenstoffharzes überzogen ist.
  2. CT/MRI-Marker für CT- und MRI-Bildaufnahme nach Anspruch 1, bei welchem das Organogel wenigstens eine Komponente aus Polyethylengel, Acrylgel und Urethangel aufweist.
  3. CT/MRI-Marker für CT- und MRI-Bildaufnahme nach Anspruch 2, bei welchem das Polyethylengel einen in ein Ethylenstyrolcopolymer gemischten Weichmacher aufweist.
  4. CT/MRI-Marker für CT- und MRI-Bildaufnahme nach Anspruch 3, bei welchem der Weichmacher eine Komponente aus flüssigem Paraffin, Mineralöl, Phtalsäure-Weichmacher, Sojabohnenöl und Fettsäure aufweist.
  5. CT/MRI-Marker für CT- und MRI-Bildaufnahme nach Anspruch 4, bei welchem der Phtalsäure-Weichmacher eine Komponente aus Butylbenzylphtalat (BBP), Di-Octylphtalat (DOP), Di-Butylphtalat (DPB) und Di-Iso-Nonylphtalat (DINP) aufweist.
  6. CT/MRI-Marker für CT- und MRI-Bildaufnahme nach Anspruch 4, bei welchem die Fettsäure eine Komponente aus Ölsäure und Leinölsäure aufweist.
  7. CT/MRI-Marker für CT- und MRI-Bildaufnahme nach Anspruch 2, bei welchem das Acrylgel durch eine Hauptkomponente einer Komponente aus 2-Ethylhexylacrylat, Methylacrylat, Methylmethacrylat und Butylacrylat und einer Komponente aus Acrylsäure, Methacrylsäure und Vinylacetat copolymerisiert ist.
  8. CT/MRI-Marker für CT- und MRI-Bildaufnahme nach Anspruch 7, ferner mit einem Weichmacher und quervernetzt durch eine chemische Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Isocyanat, Aziridin und einem Epoxid.
  9. CT/MRI-Marker für CT- und MRI-Bildaufnahme nach Anspruch 2, bei welchem das Urethangel eine Komponente eines Gels eines Urethanharzes, das durch einen Weichmacher des Phtalsäuretyps vorgeweicht ist, und eines Gels aus Urethanharz, das durch Polyisocyanat und Polyol mit einem Molekulargewicht über etwa 3000 polymerisiert ist, aufweist.
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