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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Sonde zur Verwendung in Verbindung
mit einem Gerät
für die
magnetische Kernresonanz, wobei die Sonde so konzipiert ist, dass
sie in den Körper
eines Patienten eingeführt
und aus dem Körper
herausgezogen wird und wobei die Sonde einen Spulenkörper umfasst, auf
dem eine HF-Spule angebracht ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Kalibrieren eines
extern erzeugten Energiebündels,
bei dem eine derartige Sonde während eines
Eingriffs am Patienten verwendet wird.
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Eingeführte oder
implantierte NMR-Spulen können
in vielen Fällen
nahe der Läsion
platziert werden, die durch die Anwendung einer ferngesteuert auf
die Läsion
gerichteten externen Therapie behandelt werden soll. Viele interventionelle
Therapien sind thermischer Natur und beinhalten Energien, die das Gewebe
absichtlich lokal zerstören.
Derartige Therapien umfassen HF-Hyperthermie, Laserablation und fokussierten
Ultraschall. Diese Therapien hängen
bei der Beurteilung ihrer genauen Energieprofile und der Position
des Fokus oder der Hauptregion der Wärmedeposition von Annahmen
in Bezug auf die Gewebeeigenschaften ab. Aufgrund der Unsicherheiten
bei In-vivo-Temperaturmessungen stellen Pilotenergiedepositionen
keine zufriedenstellende Methode zur Bestimmung der Energiemuster
in menschlichen Körpern
dar. Es ist zwar möglich,
die Spot-Position aus
externen Daten zu schätzen,
aber ehe eine Region erhitzt wird, um zu sehen, wo der Spot liegt, kann
man sich nur schwer sicher sein, wo er liegen sollte. Reflexion,
Refraktion und Streuung können seine
Position erheblich beeinflussen. Ein Erhitzen auf genügend hohe
Temperaturen, um mit Hilfe von MRI zuverlässig gesehen werden zu werden,
bedeutet, dass Gewebe geschädigt
wird, so dass bei einer fehlerhaften Positionierung versehentlich
normales Gewebe zerstört
werden könnte.
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In
der Patentschrift EP-A-0 558 029 wurde vorgeschlagen, eine Sonde
mit einer MRI-Spule mit Temperatur- und Intensitätssensoren auf der Außenseite
eines Ballons zu schaffen, der um die Sonde herum aufgeblasen werden
kann, so dass er an dem außenliegenden
Gewebe anliegt. Anschließend
werden die Maximalwerte der während
der Ultraschallbehandlung gemessenen Temperatur und Intensität mit den
für die
Behandlung be rechneten Werten verglichen, mit dem Ziel, die Abweichungen
zu minimieren. Die Temperatur- und Intensitätssensoren werden allerdings
die in ihrer direkten Nachbarschaft vorliegende Temperatur und Intensität messen,
jedoch handelt es sich hierbei dann lediglich um Richtwerte für die Temperatur
und Intensität
an dem beabsichtigten Fokus der Wärmedeposition, weil die Temperatur-
und Intensitätsgradienten
groß und
veränderlich sind.
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Die
vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Sonde und ein Verfahren
der in den einleitenden Absätzen
genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe das oben genannte Problem
gemildert wird.
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Um
diese Aufgabe zu erfüllen,
ist eine erfindungsgemäße Sonde
dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper auch mindestens einen
Wandler oder Sensor in einem festen Verhältnis zu der genannten HF-Spule
trägt,
um das Ziel der Energie im Zusammenhang mit einem Eingriff sowohl
hinsichtlich der Position als auch in Hinblick auf die Stärke zu steuern.
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Um
diese Aufgabe zu erfüllen,
ist ein erfindungsgemäßes Verfahren
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
In den Patienten eine Sonde einführen,
die einen Spulenkörper und
eine auf dem Spulenkörper
angebrachte HF-Spule zur Verwendung mit einem Gerät zur Bildgebung
mittels Magnetresonanz umfasst; das Strahlenbündel mit einer Leistung, bei
der eine Schädigung
des Gewebes nicht möglich
ist, auf mindestens einen Wandler oder Sensor in der Sonde lenken;
und die tatsächliche
Position des Wandlers abgeleitet von dem Gerät zur Bildgebung mittels Magnetresonanz mit
der angegebenen Position abgeleitet von dem Steuergerät für das extern
erzeugte Energiebündel vergleichen.
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Die
Zielwertermittlung für
die Energie bei der Behandlung selbst wird somit verbessert. Das
hier vorgeschlagene Verfahren ist vor allem relevant für die HF-Hyperthermie und
für fokussierten
Ultraschall. Bei beiden ist eine exakte Energieverteilung in dem relevanten
Gewebe wichtig, aber schwer zu bestimmen.
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Wenn
interne Spulen (von denen für
Anus, Tectum usw.) verwendet werden, um die inneren Strukturen bei
der Therapie mit bessere Bildqualität darzustellen, können die
Spulenkörper
der Spulen benutzt werden, um Wandler zu lokalisieren, die die betreffende
Strahlung bei geringer Intensität
(weit unterhalb des Pegels, bei dem das Gewebe geschädigt wird)
erkennen können.
Die Strahlenbündel
der Energiequelle können
dann so gelenkt werden, dass die Wandler anvisiert werden, die leicht
empfindlich genug sein können,
um eine längere
Erhitzung des lokalen Gewebes zu vermeiden, und dass auf diese Weise
die Strahlenbündeleigenschaften
der Strahlungsquelle nahe der Zielregion ermittelt werden. Die Position
der Spule in dem Gewebe kann aus den Bildern bestimmt werden. Wenn
die Position der Wandler in dem Spulenkörper bekannt ist, können Form und
Größe des Strahlenbündels bestimmt
werden, wenn die Wandler der Therapiequelle justiert werden.
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Geeigneterweise
können
mehrere Wandler um die NMR-Spule herum angeordnet werden, um ein
schnelleres Mittel zur Erkennung der Form und Größe des Strahlenbündels zu
erhalten, wenn es nicht sehr gut lokalisiert ist, wie bei der HF-Hyperthermie,
und um durch die Lieferung zusätzlicher
Informationen für
eine Triangulierung dazu beizutragen, einen besseren Wert für die effektive
Position des Strahlenbündels
in Bezug auf die Wandler zu liefern. Dies hilft dabei, die Bewegungen
auszuarbeiten, die erforderlich sind, um die Therapiequellen so
zu justieren, dass sie genau auf das Ziel gerichtet werden. Mehrere
Sensoren sind vorteilhaft, wenn die Spule groß genug ist (z.B. bei einer
Prostataspule bei der Überwachung
der Ablation einer Prostata, wo drei eine nützliche Zahl ist), so dass
die Strahlenbündelprofile
umfangreicher abgefragt werden können
und das Verhalten beim Lenken besser unterschieden werden kann.
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Für den fokussierten
Ultraschall (Ultraschall-Ablation) können piezoelektrische PLZT-Wandler
(Blei Lanthan Zirconat Titanat) verwendet werden, weil sie direkt
kompatibel mit MR sind. Für
die HF-Hyperthermie können
mehrere Dipole (geeignet abgestimmte Spulen) verwendet werden (wobei
das E-Feld und nicht das H-Feld untersucht wird, obwohl letzteres
ebenfalls überwacht
werden kann).
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Im
Folgenden werden eine erfindungsgemäße Sonde zur Verwendung in
Verbindung mit einem Gerät
zur Bildgebung mittels Magnetresonanz und ein erfindungsgemäßes Verfahren,
bei dem die Sonde angewendet wird, unter Bezugnahme auf die begleitende
Figur beschrieben, bei der es sich um eine perspektivische, teilweise
ausgeschnittene Ansicht der Sonde handelt.
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Die
allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Sonde eignet
sich für
die Rektaleinführung und
kann zum Beispiel für
die Darstellung der Prostata verwendet werden. Die Sonde besteht
aus einem festen Spulenkörper 2,
der eine ungefähr
rechteckige HF-Spule 3 trägt, welche die Abstimmkondensatoren 4 und
Leitungen 5 umfasst, die an dem Handgriff der Sonde, der
teilweise ausgeschnitten ist, herunter zur Verarbeitungselektronik
führen,
welche nicht dargestellt ist.
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Die
Sonde wird in Verbindung mit dem nicht dargestellten Gerät zur Bildgebung
mittels Magnetresonanz verwendet, bei dem ein Hauptmagnetfeld durch
den Patienten aufgebaut wird, und es wird ein HF-Impuls durch eine
Spule oder Spulen zugeführt, damit
sich die auf das Feld ausgerichteten Protonen umorientieren. Der
HF-Impuls kann von separaten Spulen oder von der Spule 3 in
der Sonde 1 zugeführt werden.
Der resultierende Relaxationsprozess, bei dem sich die Protonen
umorientieren, verursacht einen magnetischen Fluss durch die Spule 3,
der einen Strom in ihr erzeugt, welcher durch die Verarbeitungselektronik
gemessen wird. Das gemessene Signal wird mit Hilfe von Gradienten
im Hauptmagnetfeld räumlich
codiert.
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Die
Erfindung betrifft vor allem Anwendungen, bei denen Gewebe durch
die Anwendung einer auf das Gewebe gerichteten externen Energiequelle behandelt
wird, um zum Beispiel krankes Gewebe zu zerstören. Die externe Energiequelle
könnte
zum Beispiel ein fokussiertes Ultraschallsystem beinhalten.
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Nach
der Identifizierung der erkrankten Region in dem MR-Bild können dem
Steuersystem für
das extern montierte fokussierte Ultraschallsystem geeignete Daten
zugeführt
werden, um für
eine Größe, Form
und Position des Fokalspots zu sorgen, die der Region, die thermisch
zerstört
werden soll, entspricht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die tatsächliche
Position des Fokalspots nicht unbedingt die gleiche sein wird wie
in dem Steuersystem eingestellt.
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Erfindungsgemäß trägt der Spulenkörper 2 der
Sonde 1 mindestens einen Wandler (eigentlich vier) 6 – 9,
die das Ultraschall-Strahlenbündel
erkennen können.
Auf diese Weise wird das Ultraschallsystem auf eine niedrige Einstellung
gebracht, bei der keine Gewebeschädigung möglich ist, und das Strahlenbündel wird
gelenkt, bis der Wandler 6 – 9 (der über Verbindungen
im Handgriff der Sonde mit der Verarbeitungselektronik verbunden
ist) angibt, dass das Strahlenbündel
auf die Sonde fokussiert ist. Die angegebene Position des Fokalspots,
wie sie vom Steuersystem für
den Ultraschall gelesen wird, kann jetzt mit der tatsächlichen
Position des Fokalspots verglichen werden, wie sie aus dem Magnetresonanzbild
(MRI) bestimmt wird, und es können geeignete
Korrekturen am Steuersystem für
das Ultraschallbild vorgenommen werden, um letzteres zu kalibrieren.
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Wenn
dann die Behandlung mit der operationellen Intensität stattfindet,
wird das Strahlenbündel genauer
auf den gewünschten
Bereich gerichtet sein als bisher.
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Die
Wandler können
piezoelektrisch sein (zum Beispiel PLZT-Wandler). Die Wandler könnten jedoch
durch Sensoren zum Erkennen von Wärme, zum Beispiel Inf rarotsensoren,
ersetzt werden, die mit am Handgriff der Sonde nach unten führenden Lichtwellenleitern
verbunden sind und einen Temperaturwert geben könnten, oder es könnten Temperaturwandler,
zum Beispiel Thermoelemente, verwendet werden. Dies hängt davon
ab, ob es sich bei der Behandlung um fokussierten Ultraschall, Laserablation
oder HF-Hyperthermie
handelt.
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Für die Behandlung
durch Laserablation könnte
ein Infrarotsensor verwendet werden, um die lokale Nekrotisierung
durch Bezugnahme auf lokale Gewebeoxygenation zu erkennen. Dies
kann durch Erfassen der relativen Mengen an Hämoglobin und Deoxyhämoglobin
erkannt werden. Letztere haben Absorptionsflanken im nahen Infrarot,
die in Bezug zueinander verschoben sind. Es können Infrarotstrahlen in mehreren
Wellenlängen
durch das Gewebe ausgesendet werden, um eine relative Quantifizierung
der beiden zu ermöglichen.
Typischerweise wird ein einzelner Detektor benutzt, um zwei oder
drei Wellenlängen,
die abwechselnd von einzelnen Laserlichtquellen ausgesendet werden,
zu erkennen.
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Für die Behandlung
durch HF-Hyperthermie könnten
Dipole verwendet werden, um das extern angewandte Feld bei der Sonde
zu erkennen.
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Es
könnte
eine Kombination aus Photodetektoren, piezoelektrischen Sensoren
und Dipolen verwendet werden.
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Lagekorrekturmarken
(Objekte wie Wasser mit Kugeln, die auf dem Magnetresonanzbild gut
zu sehen sind) könnten
benutzt werden, um die Lokalisierungsgenauigkeit der Spule auf dem
Magnetresonanzbild zu verbessern. Eine Lagekorrekturmarke könnte auf
dem Spulenkörper
auf der Spulenachse positioniert werden, und die Spule könnte um
die Lagekorrekturmarke auf dem Magnetresonanzbild modelliert werden.
Wenn die Spule von Gewebe umgeben ist, das ein RR-Signal (ein Herzsignal)
ausgibt, was recht oft der Fall ist, ist die Spule selbst auf dem Magnetresonanzbild
zu sehen und es sind keine Lagekorrekturmarken erforderlich.
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Obwohl
die abgebildete Sonde für
die Rektaleinführung
zur Bilddarstellung der Prostata geeignet ist, beschränkt sich
die Erfindung nicht auf Rektalsonden, sondern ist auch auf Sonden
anwendbar, die in andere Passagen eines menschlichen oder tierischen
Körpers
eingeführt
und daraus entfernt werden.