NL1032134C2 - Werkwijze en systeem voor het volgen van een inrichting in een lichaam met MR-beeldvorming. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en systeem voor het volgen van een in richting in een lichaam met MR-beeldvorming.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op MR-beeldvorming en meer in het bijzonder op een werkwijze en een systeem van beeldvormende inrichtingen, die een af te beelden label hebben, welk label kernen bevat, die een precessiebeweging uitvoeren bij een 5 Larmor-frequentie, die verschilt van die van waterstof, bij onderwerping aan een polariserend magnetisch veld.

Wanneer een substantie, zoals menselijk weefsel, aan een uniform magnetisch veld (polariserend veld B0) wordt onderworpen, trachten de individuele magnetische momenten van de spins in het weefsel 10 zich uit te lijnen met dit polariserende veld, maar deze spins maken een processiebeweging rond dit polariserende veld in willekeurige volgorde bij hun karakteristieke Larmor-frequentie. Indien de substantie, of het weefsel, aan een magnetisch veld (excitatieveld Bx) , dat zich in het x-y vlak en nabij de Larmor-frequentie bevindt, wordt on-15 derworpen, kan het netto uitgelijnde moment of "longitudinale magnetisatie" Mz worden geroteerd of "gekanteld" in het x-y vlak om een netto magnetisch dwarsmoment Mt te produceren. Door de geëxciteerde spins wordt, nadat het excitatiesignaal Bi is beëindigd, een signaal uitgezonden en dit signaal kan worden opgevangen en bewerkt om een beeld te 20 vormen.

Bij gebruik van deze signalen om beelden te produceren, worden magnetisch-veldgradiënten (Gx, Gy en Gz) toegepast. Het af te beelden gebied wordt typisch afgetast door middel van een sequentie van meet-cycli, waarin deze gradiënten variëren volgens de gebruikte bijzondere 25 lokaliseringsmethode. De resulterende reeks van ontvangen NMR-signalen wordt gedigitaliseerd en bewerkt om het beeld onder gebruikmaking van één van vele algemeen bekende reconstructietechnieken af te beelden.

MR-beeldvorming wordt dikwijls gebruikt voor het volgen of op andere wijze bepalen van de positie van een inrichting in een lichaam, 30 zoals een endovasculaire katheter. Hierna verwijst de term "inrichting in een lichaam" in het algemeen naar elk type inrichting, dat navi-geerbaar, beweegbaar of op andere wijze in zijn geheel of gedeeltelijk in een lichaam is in te brengen. Om de inrichting op correcte wijze te geleiden, zijn een aantal volgtechnieken ontwikkeld. Deze technieken 1032134 - 2 - vallen in het algemeen in één van twee categorieën: passieve volgwer-king of actieve volgwerking.

Passieve volgwerking gebruikt signaalleemten of beeldartefacten voor visualisatie van de medische inrichting. De medische inrichting 5 is typisch gemerkt met een paramagnetisch merkteken. Paramagnetische merktekens worden gewoonlijk gebruikt omdat de paramagnetische eigenschappen van de merktekensubstantie de relaxatietijd daarvan verkorten. Met de juiste pulssequentieparameters zal dus geen signaal van het merkteken worden opgevangen resulterend in een signaalleemte in 10 een gereconstrueerd beeld.

Andere technieken van passieve volgwerking bevatten het gebruik van susceptibiliteitsartefacten op metaaldraden, die met de medische inrichting zijn verbonden. In dit verband reflecteren de artefacten in een gereconstrueerd beeld de aanwezigheid van de medische inrichting. 15 In een verdere techniek van passieve volgwerking wordt tijdens sig-naalverwerving een elektrische stroom in de elektrische draden geïnduceerd om de intensiteit van de artefacten te wijzigen voor een verbeterde detecteerbaarheid van de inrichting. Bijkomende technieken van passieve volgwerking bevatten het gebruik van intravasculaire con-20 trastmiddelen of het door een lumen leiden van soortgelijke geschikte fluïda. Het passief volgen van inrichtingen heeft echter nadelen.

Hoewel passieve volgwerking de gelijktijdige visualisatie van endovasculaire inrichtingen en fysiologie van het subject, zoals bloedvaten en omringend weefsel, ondersteunt, zijn de ruimte- en 25 tijdsresoluties verwerving-afhankelijk en is de ruimte- en tijdsreso-lutie als gevolg daarvan onvoldoende om de endovasculaire inrichting van de anatomie van het subject te onderscheiden. Aangezien de voor het merken van de inrichtingen gebruikte merktekens hoofdzakelijk waterstof kernen bevatten, is het verder moeilijk om tussen de anatomie 30 van een subject en de inrichting te onderscheiden bij MR-beeldvorming van een precessiebeweging uitvoerend waterstof.

Actieve inrichtingsvolgtechnieken betreffen de plaatsing van een RF-ontvangerspoel op de endovasculaire inrichting of het gebruik van een geleidedraad als een lineaire ontvangerspoel. In dit verband 35 worden MR-signalen in de endovasculaire inrichting verworven en deze kunnen worden gebruikt om volgbeelden te reconstrueren. Hoewel technieken van actieve volgwerking gewoonlijk de voorkeur verdienen vanwege de hoge signaal-ruisverhouding (SNR) alsmede de hogere ruimte- en tijdsresolutie, verbinden elektrische draden de RF-ontvangerspoel met , f - 3 - het gegevensverwervingssysteem van de MR-scanner. Deze elektrische draden dragen bij aan de complexiteit van de endovasculaire inrichting en kunnen lastig zijn bij het inbrengen en positioneren van de inrichting in het subject. Het kan bovendien niet wenselijk zijn om elektri-5 sche geleidende draden, die zich vanaf een een MR-aftasting ondergaand subject uitstrekken, te hebben.

Het is daarom wenselijk om een systeem en een werkwijze te hebben, die in staat zijn een draadloze inrichting in een lichaam te volgen zonder afbreuk te doen aan de SNR alsmede aan de ruimte- en tijds-10 resolutie.

De uitvinding verschaft een systeem en een werkwijze voor het vormen van een beeld, en in een bepaalde uitvoering van volgwerking een in een lichaam te plaatsen inrichting of enige andere inrichting, die in een subject kan worden aangebracht, welke inrichting is gemerkt 15 met een af te beelden merkteken, dat van de anatomie van het subject te onderscheiden is, of een object, dat enkele van of alle hiervoor genoemde nadelen overwint.

Een systeem en een werkwijze voor volgwerking of het op andere wijze bepalen van de positionering van een inrichting in een lichaam 20 is verschaft. De uitvinding omvat een inrichting, die in een subject kan worden ingebracht en kan worden gevolgd op basis van een in de inrichting opgenomen af te beelden merkteken. Het af te beelden merkteken is ten minste gedeeltelijk gevormd van een substantie, waarvan de kernen een precessiebeweging uitvoeren bij een Larmor-frequentie, die 25 verschilt van de Larmor-frequentie van waterstof, bij onderwerping aan een polariserend magnetisch veld. MR-gegevens van het af te beelden merkteken kunnen worden verworven onder gebruikmaking van een op de Larmor-frequentie van de substantie afgestemde MR-ontvanger en worden gebruikt om beweging van de inrichting binnen het subject te volgens. 30 Volgens één aspect van de uitvinding is daarom een werkwijze van MR-beeldvorming verschaft. De werkwijze omvat het aanleggen van een polariserend magnetisch veld in een gebied van belang (ROI), waarin een inrichting is geplaatst. De inrichting bevat een af te beelden merkteken, dat is gevormd van ten minste een substantie, dat 35 onderscheidbaar aanwezig is in het ROI en dat een precessiebeweging uitvoert bij een eerste Larmor-frequentie bij onderwerping aan het polariserende magnetisch veld. De werkwijze omvat verder het onderwerpen van het ROI aan een excitatieveld bij de eerste Larmor-frequentie en het verwerven van MR-gegevens van het ROI met een op de eerste Larmor- - 4 - frequentie afgestemde ontvanger. De werkwijze omvat ook de stap van het uit de MR-gegevens bepalen van een positie van de inrichting binnen het ROI.

Volgens een ander aspect omvat de uitvinding een MRI-inrichting 5 met een magnetische-resonantiebeeldvormings(MRI)systeem, dat een aantal rond een boring van een magneet gepositioneerde gradiëntspoelen voor het aanleggen van een polariserend magnetisch veld heeft. Het MRI-systeem heeft ook een RF-zendontvangersysteem en een RF-schake-laar, die wordt bestuurd door een pulsmoduul om RF-signalen naar een 10 RF-spoelsamenstel te zenden voor het verwerven van MR-beelden van de een precessiebeweging uitvoerende waterstofkernen in een ROI. Het MRI-systeem omvat verder een computer-leesbaar opslagmedium met een daarop opgeslagen computerprogramma, dat instructies omvat, die bij uitvoering door een computer de excitatie van waterstofkernen in het ROI 15 doen veroorzaken. De computer wordt verder opgedragen om excitatie van kernen van ten minste een substantie zonder waterstof, die in het ROI is geïntroduceerd, te veroorzaken. Kernen van de substantie zonder waterstof voeren een precessiebeweging uit bij een Larmor-frequentie, die verschilt van die van waterstofkernen. De computer wordt ook opge-20 dragen om MR-gegevens van ten minste het ROI te verwerven en een beeld van het ROI te reconstrueren, welk beeld contrast tussen de substantie en andere structuren in het ROI bevat.

Volgens een ander aspect van de uitvinding omvat een werkwijze van MR-beeldvorming het in een subject inbrengen van een medische in-25 richting. De medische inrichting omvat een af te beelden merkteken, dat een precessiebeweging uitvoert bij een Larmor-frequentie, die verschilt van die van waterstof. De werkwijze omvat verder het exciteren van het subject met een Βι-veld bij de Larmor-frequentie van waterstof en het verwerven van MR-gegevens van ten minste kernen in het subject, 30 die een precessiebeweging uitvoeren bij de Larmor-frequentie van waterstof. De werkwijze omvat ook het reconstrueren van volgbeelden, die beweging van de medische inrichting binnen het subject tonen.

Volgens een verder aspect omvat de uitvinding een in een subject in te brengen medische inrichting. De inrichting heeft een li-35 chaam en ten minste één met het lichaam verbonden afgedichte kamer.

Een af te beelden substantie, die niet-waterstofkernen bevat, is in de ten minste ene afgedichte kamer geplaatst.

Volgens nog een ander aspect van de uitvinding is een in een subject in te brengen medische inrichting verschaft. De medische in - 5 - richting heeft een lichaam en één of meer holten, die in ten minste een gedeelte van een buitenoppervlak van het buisvormige lichaam zijn gevormd. Een af te beelden substantie, die in hoofdzaak van waterstof is verstoken, vult ten minste gedeeltelijk de ene of meerdere holten.

5 Volgens nog een verder aspect omvat een werkwijze van MR-beeld- vorming het plaatsen van een gefluoreerde substantie in een beperkt gedeelte van een subject. Een medische inrichting wordt in het beperkte gedeelte ingebracht. De medische inrichting is in hoofdzaak vrij van de in het beperkte gedeelte geplaatste gefluoreerde substantie ge-10 construeerd. MR-gegevens worden uit het beperkte gedeelte verworven met een ontvangerspoel, die ten minste is afgestemd om RF-signalen bij de Larmor-frequentie van de gefluoreerde substantie te verwerven. De werkwijze omvat daarbij het reconstrueren van een beeld van het beperkte gedeelte uit de MR-gegevens en het uit het beeld bepalen van 15 een relatieve positionering van de medische inrichting in de holte binnen het lichaam.

Volgens nog een ander aspect omvat de uitvinding een navigeer-bare MR-beeldvormingsinrichting, die is geconstrueerd van een substantie om een precessiebeweging uit te voeren bij een Larmor-frequentie 20 van ongeveer 60 MHz bij onderwerping aan een magnetisch veld, dat bij benadering 1,5 T bedraagt en in hoofdzaak uniform is.

Volgens nog een verder aspect omvat de uitvinding een beeldvor-mingstechniek met een middel voor het aanleggen van een in hoofdzaak uniform magnetisch veld rond een af te beelden subject en met een mid-25 del voor het transleren van een navigeerbare inrichting in het subject. De navigeerbare inrichting is geconstrueerd om een detecteerbaar merkteken te hebben, welk merkteken bestaat uit een substantie, waarvan de kernen een precessiebeweging uitvoeren bij een Larmor-frequentie anders van die van waterstofkernen. De beeldvormingstechniek heeft 30 verder een middel voor het exciteren van kernen van de substantie om een precessiebeweging uit te voeren bij de Larmor-frequentie anders dan die van waterstofkernen en een middel voor het verwerven van MR-gegevens van de kernen, die een precessiebeweging uitvoeren bij de Larmor-frequentie anders dan die van waterstofkernen. Een middel voor 35 het actief volgen van de verplaatsing van de navigeerbare inrichting in het subject is eveneens verschaft.

Verschillende andere kenmerken, doelen en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving en de tekeningen.

t - 6 -

De tekeningen tonen één voorkeursuitvoeringsvorm, die op dit moment wordt beoogd voor het uitvoeren van de uitvinding.

In de tekeningen:

Fig. 1 is een schematisch blokdiagram van een MR-beeldvormings-5 systeem voor gebruik bij de uitvinding.

Fig. 2 is een aanzicht in perspectief van een intralichaamsin-richting volgens één uitvoeringsvorm van de uitvinding, welke inrichting bruikbaar is bij een MR-beeldvormingssysteem.

Fig. 3 is een aanzicht gedeeltelijk in dwarsdoorsnede van een 10 intralichaamsinrichting volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding .

Fig. 4 is een eindaanzicht van een intralichaamsinrichting volgens één uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Fig. 5 is een aanzicht gedeeltelijk in dwarsdoorsnede van een 15 intralichaamsinrichting volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding .

Er wordt nu verwezen naar fig. 1, waarin de hoofdcomponenten van een de voorkeur verdienend magnetische-resonantiebeeldvormings-(MRI)systeem 10, dat de uitvinding belichaamt, zijn weergegeven. De 20 werking van het systeem wordt door middel van een bedienerconsole 12 bestuurd, welk console een toetsenbord of andere invoerinrichting 13, een controlepaneel 14 en een weergavescherm 16 bevat. Het console 12 communiceert via een verbinding 18 met een computersysteem 20, welk systeem een bediener in staat stelt om de productie en weergave van 25 beelden op het weergavescherm 16 te besturen. Het computersysteem 20 bevat een aantal modules, die via een moederbord 20a met elkaar communiceren. Deze modules omvatten een beeldprocessormoduul 22, een CPU-moduul 24 en een geheugenmoduul 26, bekend in de techniek als een framebuffer voor het opslaan van beeldgegevensreeksen. Het computersys-30 teem 20 is met een schijfopslag 28 en een tapestation 30 verbonden voor opslag van beeldgegevens en programma's en communiceert met een afzonderlijke systeembesturing 32 via een snelle seriële verbinding 34. De invoerinrichting 13 kan een muis, een besturingsknuppel, een toetsenbord, een draaibol, een door middel van aanraking te activeren 35 scherm, een lichtwand, een stembesturing, of een soortgelijke of equivalente invoerinrichting bevatten, en kan worden gebruikt voor interactief geometrievoorschrift.

De systeembesturing 32 bevat een reeks modules, die door middel van een moederbord 32a met elkaar zijn verbonden. Deze modules bevat- - 7 - ten een CPU-moduul 36 en een pulsgeneratormoduul 38, dat via een seriële verbinding 40 met het bedienerconsole 12 is verbonden. Via de verbinding 40 ontvangt de systeembesturing 32 commando's van de bediener om de uit te voeren aftastreeks aan te geven. Het pulsgeneratormo-5 duul 38 is geprogrammeerd om de systeemcomponenten de gewenste aftastreeks te doen uitvoeren en produceert gegevens, die de tijdsbepaling, sterkte en vorm van de geproduceerde RF-pulsen aangeven, en de tijdsbepaling en lengte van het gegevensverwervingsvenster voor het een precessiebeweging doen uitvoeren van de niet-waterstofkernen en voor 10 het afbeelden van inrichtingen, die een onderscheidbaar in een gebied van belang aanwezige substantie heeft, zoals hierin toegelicht. Het pulsgeneratormoduul 38 is verbonden met een reeks van gradiëntverster-kers 42 om de tijdsbepaling en de vorm van de gradiëntpulsen, die tijdens de aftasting worden geproduceerd, aan te geven. Het pulsgenera-15 tormoduul 38 kan ook patiëntgegevens van een fysiologische-verwer-vingsbesturing 44 ontvangen, welke besturing 44 signalen van een aantal verschillende, met de patiënt verbonden sensoren ontvangt, zoals van aan de patiënt bevestigde elektroden afkomstige ECG-signalen. Ten slotte is het pulsgeneratormoduul 38 verbonden met een aftastkamerkop-20 pelingsschakeling 46, die van verschillende sensoren, die met de toestand van de patiënt zijn verbonden, en het magneetsysteem afkomstige signalen ontvangt. Via de aftastkamerkoppelingsschakeling 46 ontvangt een patiëntpositioneringssysteem 48 commando's om de patiënt naar de gewenste positie voor de aftasting te bewegen.

25 Door het pulsgeneratormoduul 38 geproduceerde gradiëntgolfvor- men worden toegevoerd aan het gradiëntversterkersysteem 42, dat Gx-,

Gy- en Gz-versterkers heeft. Elke gradiëntversterker activeert een corresponderende fysische gradiëntspoel in een gradiëntspoelsamenstel 50, dat is aangewezen om de voor het ruimtelijk coderen van verworven sig-30 nalen gebruikte magnetisch-veldgradiënten te produceren. Het gradiëntspoelsamenstel 50 vormt een deel van een magneetsamenstel 52, dat een polariserende magneet 54 en een geheel-lichaam(RF)spoel 56 bevat. Een zendontvangermoduul 58 in de systeembesturing 32 produceert pulsen, die door een RF-versterker 60 worden versterkt en door een zend/ont-35 vangstschakelaar 62 aan de RF-spoel 56 worden toegevoerd. De door de aangeslagen kernen in de patiënt geëmitteerde resulterende signalen kunnen door dezelfde RF-spoel 56 worden gedetecteerd en via de zend/ontvangstschakelaar 62 aan een voorversterker 64 worden toegevoerd. De versterkte MR-signalen worden gedemoduleerd, gefilterd en - 8 - gedigitaliseerd in de ontvangersectie van de zendontvanger 58. De zend/ontvangstschakelaar 62 wordt door een van het pulsgeneratormoduul 38 afkomstig signaal bestuurd om tijdens de zendmodus de RF-versterker 60 elektrisch met de spoel 56 te verbinden en om tijdens de ontvangst-5 modus de spoel 56 met de voorversterker 64 te verbinden. De zend/ontvangstschakelaar 62 kan ook een afzonderlijke RF-spoel (bijvoorbeeld een oppervlaktespoel) laten gebruiken in de zend- of ontvangstmodus. Het systeem kan verder een optioneel RF-volgkanaal 65 bevatten, dat is ingericht voor het een precessiebeweging doen uitvoeren van niet-wa-10 terstofkernen, en een patiëntisolatiemoduul 63 bevatten voor het isoleren van beeldgegevens voor het aanzicht van belang uit die van de inrichting, zoals hierin beschreven.

De door de RF-spoel 56 opgepikte MR-signalen worden door het zendontvangermoduul 58 gedigitaliseerd en overgedragen aan een geheu-15 genmoduul 66 in de systeembesturing 32. Een aftasting is compleet, wanneer een reeks van ruwe k-ruimtegegevens in het geheugenmoduul 66 is verworven. Deze ruwe k-ruimtegegevens worden opnieuw gerangschikt in afzonderlijke k-ruimtegegevensreeksen voor elk te reconstrueren beeld en deze reeksen worden elk ingevoerd in een reeksprocessor 68, 20 die de gegevens Fourier-transformeert tot een reeks van beeldgegevens. Deze beeldgegevens worden via de seriële verbinding 34 naar het computersysteem 20 geleid, waarin de beeldgegevens in geheugen, zoals een schijfopslag 28, worden opgeslagen. In reactie op van het bedienercon-sole 12 ontvangen commando's kunnen deze beeldgegevens worden gearchi-25 veerd in een lange-termijnopslag, zoals het tapestation 30, of kunnen deze beeldgegevens door de beeldprocessor 22 verder worden bewerkt en naar het bedienerconsole 12 worden geleid en gepresenteerd op de weergave 16. De beeldprocessor 22 kan verder worden aangepast, bijv., met software, hardware of een combinatie daarvan, om een gereconstrueerd 30 beeld van de inrichting uit MR-gegevens over een gereconstrueerd beeld van het aanzicht van belang te leggen.

Zoals hieronder vollediger zal worden beschreven, kan de RF-spoel 56 worden afgestemd om MR-signalen bij meer dan één frequentie op te pikken. Bijvoorbeeld kan de spoel 56 worden afgestemd om MR-sig-35 nalen, die een precessiebeweging uitvoeren bij de Larmor-frequentie van waterstofkernen alsmede de Larmor-frequentie van niet-waterstof-kernen, zoals koolstof, fluor, natrium, fosfor en zuurstof, op te pikken. Bovendien kan de spoel 56 in één uitvoeringsvorm zijn geconstrueerd om van een precessiebeweging uitvoerende waterstofkernen en - 9 - een precessiebeweging uitvoerende niet-waterstofkernen afkomstige signalen gelijktijdig op te pikken. In een verdere uitvoeringsvorm kan de RF-spoel zijn geconstrueerd om een ontvangstbandbreedte hebben, welke bandbreedte de precessiebewegingsfrequentie van waterstofkernen en van 5 een gegeven niet-waterstofkern bevat. De precessiebewegingsfrequentie is gedeeltelijk een functie van de sterkte van het polariserend magnetisch veld, waaraan de kernen zijn onderworpen. De RF-spoel wordt dus afgestemd op de geschikte precessiebewegingsfrequenties afhankelijk van het feit of de MR-scanner is ontworpen om een in hoofdzaak uniform 10 magnetisch veld van 1,5 T of andere veldsterkte aan te leggen. Bovendien kan de MR-scanner zijn geconstrueerd om meer dan één RF-spoel voor MR-signaalontvangst te hebben. In deze uitvoeringsvorm wordt één RF-spoel afgestemd om een MR-signaal van een precessiebeweging uitvoerende waterstofkernen te ontvangen, terwijl een andere RF-spoel wordt 15 afgestemd om MR-signalen van een precessiebeweging uitvoerende niet-waterstof kernen, zoals fluor, natrium, koolstof, fosfor, zuurstof, zwaar water en dergelijke, te ontvangen. De Larmor-frequentie van waterstofkernen in een 1,5 T magnetisch veld bedraagt ongeveer 63,5 MHz en de Larmor-frequentie van fluor in hetzelfde magnetisch veld be-20 draagt ongeveer 60,08 MHz.

In één uitvoeringsvorm is de uitvinding gericht op de verwerving van MR-signalen van een precessiebeweging uitvoerende niet-waterstof kernen. In een andere uitvoeringsvorm is de uitvinding gericht op de gelijktijdige of nagenoeg gelijktijdige verwerving van MR-signalen 25 van een precessiebeweging uitvoerende waterstofkernen en van een precessiebeweging uitvoerende niet-waterstofkernen. In dit verband is de MR-scanner in staat een Βι-veld bij de Larmor-frequentie van waterstof alsmede bij de Larmor-frequentie van een gegeven niet-waterstofkern, zoals fluor, natrium, koolstof, fosfor en zuurstof, te creëren. In het 30 algemeen kunnen kernen met een atoomgetal van kleiner dan 20 als doel worden gebruikt voor signaalverwerving. In aanvulling op niet-waterstof kernen wordt er beoogd, dat verrijkte waterstofsamenstellingen, zoals deuterium-verrijkt water (zwaar water) en samenstellingen met hypergepolariseerd waterstof (hypergepolariseerd water) ook als doel 35 voor signaalverwerving kunnen fungeren.

Er wordt nu verwezen naar fig. 2, waarin een endovasculaire katheter 70 in perspectief is weergegeven. Hoewel de uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot een ballondilatatiekatheter, zal de vakman eenvoudig onderkennen, dat de uitvinding toepasbaar is bij an- - 10 - dere intralichaamsinrichtingen, zoals katheters voor algemene doeleinden en speciale doeleinden, biopsienaalden, laparoscopen, endoscopen en andere chirurgische gereedschappen, stents, omleidingen en andere implanteerbare inrichtingen, pillen, deeltjes, vloeistoffen, gassen en 5 andere injecteerbare, opneembare of inhaleerbare middelen, alsmede niet-intralichaamsinrichtingen, en is dus niet daartoe beperkt. De katheter 70 heeft een schachtsectie 72 met een ballonsectie 74, die in het algemeen nabij zijn distale einde 76 is aangebracht. De schachtsectie 72 is verbonden of anderszins integraal gevormd met het proxi-10 male einde van de ballonsectie 74. Een distale middelsectie 80 is verbonden of anderszins gevormd tussen een distaai einde 82 van de ballonsectie 74 en het distale einde 76 van de katheter 70.

De lumen of boring van de katheter 70 is ontworpen om de doorgang van van een fluïdumbron (niet weergegeven), die met een proximaal 15 einde 84 van de ballonsectie 74 is verbonden, afkomstig fluïdum of andere opblazend oplossing mogelijk te maken. Een pomp of andere opblazende inrichting (niet weergegeven) kan ook met de katheter zijn verbonden om het vullen en leegmaken van de ballonsectie 74 te besturen. De katheter, die algemeen kan worden gebruikt in angiografische proce-20 dures kan ook worden gebruikt om een endovasculaire (RF) spoel in de nabijheid van een doelweefsel of in het vaatstelsel voor het afbeelden van het bloed te positioneren. In dit verband kan een RF-spoel door de katheter worden getransleerd zodra de katheter correct in het vaatstelsel is gepositioneerd. De RF-spoel wordt door de katheter getrans-25 leerd nadat de katheter is gepositioneerd en het RF-spoelsamenstel beperkt dus niet de beweging of hindert niet de positionering van de katheter tijdens translatie door het subject heen.

Visualisatie van de katheter 70 wordt verkregen door middel van het bepalen van de positie van de katheter 70 in relatie tot het ROI 30 via MR-beeldvorming van het subject. De volgwerking wordt op soortgelijke wijze verkregen door het sequentieel genereren van MR-beelden, hetgeen de arts of andere professor in de gezondheidszorg behulpzaam is bij het transleren van de katheter door het vaatstelsel of andere anatomie van het subject. Om contrast tussen de katheter en de anato-35 mie van het subject te verschaffen levert in één uitvoeringsvorm een pomp (niet weergegeven) een samenstelling of andere substantie aan de katheter, die op onderscheidende wijze aanwezig is in de anatomie van het subject, bijv., omdat de samenstelling niet overheersend wordt gevonden, minimaal aanwezig is of anderszins aanwezig is in onder- - 11 - scheidbare concentraties of vormen in de anatomie van het subject of in het bepaalde ROI, bijv., fluor of gefluoreerde samenstellingen of elke andere toepasbare substantie met niet-waterstofkernen. In dit verband kan de MR-scanner een op waterstof gebaseerde MR-aftasting 5 uitvoeren, waarna MR-signalen worden verworven van een precessiebewe-ging uitvoerende waterstofkernen, of een MR-aftasting uitvoeren, waarna een precessiebeweging uitvoerende niet-waterstofkernen het onderwerp van signaalverwerving zijn. Waterstof vormt typisch de kernen waarvan MR-signalen worden verworven vanwege zijn overvloed in de ana-10 tomie van het subject. Anderzijds is fluor onderscheidbaar van de anatomie van het subject aangezien het in minimale hoeveelheid wordt gevonden in de anatomie van het subject en in het bijzonder beperkt is tot botten en tanden. Bovendien is fluor in zijn kristalvorm onbeweeglijk en heeft daardoor een relaxatietijd, die te kort is om gemakke-15 lijk detecteerbaar te zijn bij gebruik van beeldvormingswerkwijzen, die gevoelig zijn voor vrij beweegbare vloeistofvormen van gefluoreerde samenstellingen, zoals hexafluorbenzeen. Wanneer de katheter ten minste gedeeltelijk is gevuld met fluor of een gefluoreerde samenstelling, maakt het lage-niveau (of niet-bestaande) fluorachtige signaal 20 dienovereenkomstig een verbeterde visualisatie van de met fluor gevulde katheter in een gereconstrueerd beeld mogelijk, welk gereconstrueerde beeld is geconstrueerd uit MR-gegevens, die van een precessiebeweging uitvoerende fluorkernen zijn verworven. Als gevolg hiervan kan de met fluor gemerkte intralichaamsinrichting met een hogere 25 ruimte- en tijdsresolutie worden gedetecteerd, zoals een ruimteresolu-tie van minder dan 0,5 millimeter (mm) en een tijdsresolutie van minder dan 0,1 sec. Experimenteel zijn heldere beelden van een 1,5 F katheter (minder dan 0,5 mm in diameter), gevuld met gefluoreerd fluïdum, gegenereerd.

30 Er wordt beoogd, dat een aantal gefluoreerde fluïda aan de ka- theterkolom worden afgeleverd om de katheter te merken. Zoals hierboven vermeld, is hexafluorbenzeen één van dergelijke samenstellingen, die kunnen worden gebruikt. Perfluorkoolstof is een andere beoogde samenstelling. Bekende perfluorkoolstofoplossingen bevatten bij benade-35 ring 10 tot 20 fluordelen per molecuul en zijn verstoken van waterstof, en maken met perfluorkoolstof gemerkte inrichtingen dus uiterst zichtbaar met op fluor-afgestemde RF-ontvangers of -spoelen. Perfluorkoolstof wordt algemeen gezien als een synthetische vervanging voor bloed en kan als zodanig informatie over lokale bloedstroming, zuur- - 12 - stófniveaus en temperatuur verschaffen. Dit wil zeggen dat veranderingen in Τχ- en T2-relaxatietijdèn van fluor rechtstreeks met de zuur-stofspanning variëren. Deze relaxatietijden zijn in het algemeen korter bij hogere zuurstofniveaus in het fysiologische bereik. De tempe-5 ratuur beïnvloedt ook de relaxatietijden van perfluorkoolstoffen. Stijgende temperaturen zullen de Τχ-relaxatietijd vergroten en de T2-relaxatietijd verkleinen.

Ook kunnen alternatieve samenstellingen, zoals natrium bevattende samenstellingen, worden gebruikt. Natrium maakt met voordeel een 10 precessiebeweging bij een frequentie van ongeveer de helft tot eenderde van die van waterstof, hetgeen een verbeterde signaal-ruisverhouding verschaft. Een precessiebeweging uitvoerend natrium produceert ook een onderscheidbaar signaal ten opzichte van waterstof en is relatief niet-toxisch.

15 Zoals hierboven is beschreven, kan een gefluoreerd fluïdum wor den afgeleverd aan en worden geleid door de lumen van de intra-lichaamsinrichting en worden gebruikt om de inrichting te merken voor daaropvolgende visualisatie in een gereconstrueerd beeld. Indien MR-signalen van een precessiebeweging uitvoerende fluor worden verworven, 20 zal de inrichting vervolgens sterk in het beeld verschijnen en indien MR-signalen uit een precessiebeweging uitvoerend waterstof worden verworven, zal de inrichting als een signaalleemte in het gereconstrueerde beeld verschijnen. Er wordt echter beoogd, dat de inrichting op andere wijzen kan worden gemerkt. Bijvoorbeeld en verwijzend naar fig.

25 3, is een aanzicht in dwarsdoorsnede van het in het algemeen distale einde van de katheter 70 volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding weergegeven. In deze uitvoeringsvorm is een afgedichte cilinder 86 met een gefluoreerde samenstelling 87 daarin in omtreksrich-ting rond de distale middelsectie 80 weergegeven. De cilinder 86 kan 30 permanent bevestigd zijn aan de middelsectie 80 of veerkrachtig bevestigd zijn om vervanging door andere cilinders, die andere niet-water-stofgehalten of beperkte waterstofgehalten of verschillende maten van fluor hebben, mogelijk te maken. Hoewel een cilinder 86, die snappend aan de katheter is bevestigd, is weergegeven, wordt er beoogd, dat an-35 dere afgedichte gefluoreerde structuren met de katheter zijn verbonden of anderszins met de katheter zijn gevormd. Er wordt onderkend, dat de cilinder 86 op een dusdanige wijze aan de katheter dient te worden bevestigd dat ontkoppeling van de cilinder van de katheter tijdens het transleren van de katheter in het subject wordt voorkomen. Relatief - 13 - niet-toxische samenstellingen, die bijv. natriumkernen bevatten, kunnen ook in de inrichting zijn opgenomen zonder de noodzaak van een afgedichte structuur, bijv., met een de toepasbare substantie bevattende bekleding.

5 Zoals hierboven is vermeld, is de cilinder 86 een afgedichte structuur, die een gefluoreerde samenstelling of andere oplossing 87 bevat. Soortgelijk aan het doen vloeien van een dergelijke oplossing door de lumen, kan de met de cilinder 86 gemerkte katheter op eenvoudige wijze worden gevisualiseerd met een op fluor gebaseerde of water-10 stof gebaseerde aftasting. Er wordt ook beoogd, dat meer dan één afge-dichte structuur met de katheter kan zijn verbonden of anderszins met de katheter kan zijn geïntegreerd, zodat beweging of translatie van meer dan één gedeelte van de katheter kan worden gevolgd.

Onder verwijzing naar fig. 4, toont een eindaanzicht van de in 15 fig. 3 weergegeven inrichting de concentrische relatie tussen de dis-tale middelsectie 80 en de afgedichte cilinder 86. In fig. 4 is verder de holle aard van de kathetercomponenten, behoudens de afgedichte cilinder 86, die met een gefluoreerde samenstelling of andere niet-wa-terstof of in minimale mate waterstof bevattende substantie is gevuld, 20 getoond. Er dient opgemerkt te worden, dat de relatieve omvang van de afgedichte cilinder 86 in vergelijking met die van de structurele elementen van de katheter slechts bedoeld zijn voor illustratieve doeleinden en dat er beoogd wordt, dat cilinders met grotere of kleinere diameters kunnen worden gebruikt.

25 Onder verwijzing naar fig. 5, toont een aanzicht in dwarsdoor snede van het in het algemeen distale einde van de katheter 70 in een andere uitvoeringsvorm dat de distale middelsectie 80 met een poreus oppervlak 88 kan zijn geconstrueerd. De poriën van het poreuze oppervlak kunnen vervolgens ten minste gedeeltelijk met een gefluoreerde 30 oplossing 90 zijn gevuld en afgedicht in de poriën met een niet-oplos-baar afdichtmiddel of bekleding 92.

Tot nu toe is de uitvinding beschreven met betrekking tot het rechtstreeks merken van een intralichaamsinrichting met een gefluo-reerd fluïdum. De onderhavige uitvinding is echter ook gericht op het 35 indirect merken van een dergelijke inrichting. In deze uitvoeringsvorm kan een holte binnen een subject ten minste gedeeltelijk zijn gevuld met een gefluoreerd fluïdum, zoals perfluorkoolstof. Wanneer een standaard intralichaamsinrichting, verstoken van of in minimale mate fluor of ander niet-waterstofelement bevattend, in de holte wordt geplaatst, - 14 - zal als gevolg hiervan de inrichting als een opvallende signaalleemte in het gereconstrueerde beeld van MR-gegevens, die van een precessie-beweging uitvoerend fluor of anders niet-waterstofkernen zijn vèrwor-ven, verschijnen. Bij verwerving van MR-gegevens van een precessiebe-5 weging uitvoerende waterstofkernen zal de inrichting daarentegen detecteerbaar zijn op een achtergrond, dat verstoken is van signaal.

Zoals hierboven vermeld, is de SNR van een fluormerkteken zeer hoog bij het verwerven van MR-signalen van een precessiebeweging uitvoerende fluorkernen. Het fluormerkteken kan dus snel driedimensionaal 10 worden gelokaliseerd. Verder kunnen de coördinaten van het fluormerk-teken worden gebruikt om het beeldvormingsvlak op de medische inrichting te oriënteren teneinde een verbeterde beeldvorming van de inrichting en de omringende fysiologie te ondersteunen.

De uitvinding is bovendien ook gericht op de sequentiële als-15 mede in wezen gelijktijdige verwerving van MR-signalen, die afkomstig zijn van een precessiebeweging uitvoerende fluorkernen en waterstof-kernen. In dit verband kunnen gescheiden beelden worden geconstrueerd en vervolgens over elkaar worden gelegd op een enkele weergave-inrich-ting. Als gevolg hiervan verschaffen de een precessiebeweging uitvoe-20 rende waterstofkernen een resolutie van de subjectanatomie en verschaffen de een precessiebeweging uitvoerende fluorkernen een resolutie van de intralichaamsinrichting.

Tot nu toe is de uitvinding beschreven met betrekking tot de verwerving van MR-signalen, die afkomstig zijn van een precessiebewe-25 ging uitvoerende fluorkernen, in aanvulling op de verwerving van MR-signalen, die afkomstig zijn van een precessiebeweging uitvoerende waterstofkernen. De vakman zal echter onderkennen, dat andere niet-waterstofkernen als doel kunnen fungeren. In aanvulling op fluor kunnen bijvoorbeeld isotopen van koolstof-, natrium-, fosfor- en waterstof-30 kernen als doel fungeren. Bovendien kunnen edelgassen aan het inrich-tingsmerkteken worden toegevoegd om de relaxatietijden van het merkteken te wijzigen. In dit verband kunnen verschillende merktekens van dezelfde basisinhoud maar met variërende maten van edelgassen worden gebruikt om merktekens en/of inrichtingen te onderscheiden.

35 De uitvinding verschaft een inrichtingvolgwerkwijze en -sys teem, dat een ruimte- en tijdsresolutie gelijk aan de tot nu toe alleen met actieve volgtechnieken verkregen resolutie verschaft, doch dat de elektrische leidingen, die typisch voor een actieve volgspoel zijn vereist, vermijdt. In dit verband voorziet de uitvinding in een - 15 - draadloze intralichaamsinrichting en draadloze volgwerkwijze, die het mogelijk maakt de inrichting automatisch te detecteren door middel van zijn relatief hoge opvallendheid bij fluor of andere niet-waterstof-beeldvorming. Bovendien kan de uitvinding worden gebruikt om standaard 5 protonbeeldvormingsvlakken te oriënteren teneinde omringend weefsel te visualiseren.

Een werkwijze van MR-beeldvorming is verschaft. De werkwijze omvat het aanleggen van een polariserend magnetisch veld in een gebied van belang (ROI), dat een daarin geplaatste intralichaamsinrichting 10 heeft. De intralichaamsinrichting bevat een af te beelden merkteken, dat van ten minste een substantie, die in minimale mate in het ROI aanwezig is en die een precessiebeweging uitvoert bij een eerste Larmor-frequentie bij onderwerping aan het polariserende magnetisch veld, is gevormd. De werkwijze omvat verder het onderwerpen van het 15 ROI aan een excitatieveld bij de eerste Larmor-frequentie en het herhaald verwerven van van het ROI afkomstige MR-gegevens met een op de eerste Larmor-frequentie afgestemde ontvanger. De werkwijze omvat ook de stap van het volgen van de beweging van de intralichaamsinrichting binnen het ROI door middel van de MR-gegevens.

20 De uitvinding omvat ook een MRI-inrichting met een magnetische- resonantiebeeldvormer(MRI)systeem, dat een aantal rond een boring van een magneet gepositioneerde gradiëntspoelen voor het aanleggen van een polariserend magnetisch veld heeft. Het MRI-systeem heeft ook een RF-zendontvangersysteem en een RF-schakelaar, die wordt bestuurd door een 25 pulsmoduul om RF-signalen naar een RF-spoelsamenstel te zenden voor het verwerven van MR-beelden van een precessiebeweging uitvoerende waterstofkernen in een ROI. Het MRI-systeem omvat verder een computer-leesbaar opslagmedium met een daarop opgeslagen computerprogramma, welk computerprogramma instructies omvat, die bij uitvoering door een 30 computer excitatie van waterstofkernen in het ROI doen veroorzaken. De computer wordt verder opgedragen om excitatie van kernen van ten minste een substantie zonder waterstof, die in het ROI is geïntroduceerd, te veroorzaken. Kernen van de substantie zonder waterstof maken een precessiebeweging bij een Larmor-frequentie, die verschilt van die van 35 waterstofkernen. De computer wordt ook opgedragen om MR-gegevens van ten minste het ROI te verwerven en een beeld van het ROI te reconstrueren, welk beeld contrast tussen de substantie en andere structuren in het ROI bevat.

- 16 -

Een werkwijze van MR-beeldvorming is geopenbaard en omvat het in een subject inbrengen van een medische inrichting. De medische inrichting omvat een af te beelden merkteken, dat een precessiebeweging uitvoert bij een Larmor-frequentie, die verschilt van die van water-5 stof. De werkwijze omvat verder het exciteren van het subject met een Βχ-veld bij de Larmor-frequentie van waterstof en het verwerven van MR-gegevens van ten minste kernen in het subject, die een precessiebeweging uitvoeren bij de Larmor-frequentie van waterstof. De werkwijze omvat ook het herhaaldelijk reconstrueren van volgbeelden, die bewe-10 ging van de medische inrichting binnen het subject tonen.

De uitvinding omvat ook een in een subject in te brengen medische inrichting. De inrichting heeft een lichaam en ten minste één met het lichaam verbonden afgedichte kamer. Een af te beelden substantie, die niet-waterstofkernen bevat, is in de ten minste ene afgedichte ka-15 mer geplaatst.

Een in een subject in te brengen medische inrichting is verschaft. De medische inrichting heeft een lichaam en één of meer holten, die in ten minste een gedeelte van een buitenoppervlak van het buisvormige lichaam zijn gevormd. Een af te beelden substantie die 20 hoofdzakelijk van waterstof is verstoken, vult ten minste gedeeltelijk de ene of meerdere holten.

Een werkwijze van MR-beeldvorming is geopenbaard en omvat het plaatsen van een gefluoreerde substantie in een beperkt gedeelte van een subject. Een medische inrichting wordt in het beperkte gedeelte 25 ingebracht. De medische inrichting is in hoofdzaak vrij van de in het beperkte gedeelte geplaatste gefluoreerde substantie geconstrueerd. MR-gegevens worden uit het beperkte gedeelte verworven met een ontvan-gerspoel, die ten minste is afgestemd om RF-signalen bij de Larmor-frequentie van de gefluoreerde substantie te verwerven. De werkwijze 30 omvat daarbij het reconstrueren van een beeld van het beperkte gedeelte uit de MR-gegevens en het uit het beeld bepalen van een relatieve positionering van de medische inrichting in de holte binnen het lichaam.

De uitvinding is verder gericht op een navigeerbare MR-beeld-35 vormingsinrichting, die is geconstrueerd van een substantie om een precessiebeweging uit te voeren bij een Larmor-frequentie van ongeveer 60 MHz bij onderwerping aan een in hoofdzaak uniform magnetisch veld van bij benadering 1,5 T.

- 17 -

Een beeldvormingstechniek is verschaft en is gedefinieerd als een beeldvormingstechniek met een middel voor het aanleggen van een in hoofdzaak uniform magnetisch veld rond een af te beelden subject en met een middel voor het transleren van een navigeerbare inrichting in 5 het subject. De navigeerbare inrichting is geconstrueerd om een detecteerbaar merkteken te hebben, welk merkteken bestaat uit een substantie, waarvan de kernen een precessiebeweging uitvoeren bij een Larmor-frequentie anders van die van waterstofkernen. De beeldvormingstechniek heeft verder een middel voor het exciteren van kernen van de sub-10 stantie om een precessiebeweging uit te voeren bij de Larmor-frequen-tie anders dan die van waterstofkernen en een middel voor het verwerven van MR-gegevens van de kernen, die een precessiebeweging uitvoeren bij de Larmor-frequentie anders dan die van waterstofkernen. Een middel voor het actief volgen van de verplaatsing van de navigeerbare in-15 richting in het subject is eveneens verschaft.

De uitvinding is beschreven in termen van de voorkeursuitvoeringsvorm en er wordt onderkend, dat equivalenten, alternatieven en modificaties naast de uitdrukkelijk genoemde equivalenten, alternatieven en modificaties, mogelijk zijn en dat deze binnen het kader van de 20 bijgaande conclusies vallen.

-ίδιο magnetische-resonantiebeeldvorming(MRI)systeem_ 12 __bedienerconsole_ 13 __toetsenbord of andere invoerinrichting_ 14 bedieningspaneel_ 16 weergavescherm_ 18__verbinding_ 20 computersysteem_ 20a moederbord_ 22 beeldprocessormoduul_ 24__CPU-moduul_ 26__geheugenmoduul_ 28__schi j fopslag_ 30 tapestation_ 32 systeemstuureenheid 32a_moederbord_ 34__snelle seriële verbinding_ 36 CPU-moduul_ 38__pulsgeneratormoduul_ 40 seriële verbinding_ 42 reeks van gradiëntversterkers_ 44 fysiologische verwervingsstuureenheid_ 4 6 aftastkamerkoppelingsschakeling_ 48 patiëntpositioneringssysteem_ 50 gradiëntspoelsamenstel_ 52 magneetsamenstel_ 54 polariserende magneet_ 56 geheel-lichaam RF-spoel_ 58 zendontvangermoduul_ 60__RF-versterker_ 62 zend/ontvangstschakelaar_ 63 patiëntisolatiemoduul_ 64 voorversterker _ 65 optioneel RF-volgkanaal_ 66 geheugenmoduul_ 68 arrayprocessor _ 70 endovasculaire katheter_ 72__schachtsectie_ - 19 - 74 ballonsectie_ 76__distaai einde _ 78_proximaal einde_ 80 middelsectie_ 82 distaai einde_ 84 proximaal einde_ 86 __afgedichte cilinder_ 87 gefluoreerde samenstelling_ 88 poreus oppervlak_ 90 gefluoreerde oplossing_ 92 niet-oplosbaar afdichtmiddel of bekleding_

4 Λ T O λ T A

Claims (10)

1. Medische inrichting, die in een subject in te brengen is, waarbij de inrichting omvat: een lichaam (80); ten minste één afgedichte kamer (86), die met het lichaam (80) is verbonden; en 5 een hoofdzakelijk niet-waterstofkernen bevattende af te beelden substantie (87, 90), die in de ten minste ene afgedichte kamer (86) is geplaatst, waarin de af te beelden substantie (87, 90) kernen van een edelgas omvat om de relaxatietijd van de niet-waterstofkernen te wijzigen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de af te beelden substantie (87, 90) een atoomgetal van kleiner dan 20 heeft.

3. Inrichting volgens enige voorgaande conclusie, waarin de af te beelden substantie (87, 90) één van de uit natrium, fluor, zwaar water, fosfor, zuurstof en koolstof 15 bestaande groep omvat.

4. Inrichting volgens enige voorgaande conclusie, waarin de af te beelden substantie (87, 90) perfluorkoolstof of hexafluorbenzeen omvat.

5. Inrichting volgens enige voorgaande conclusie, waarin de af te beelden substantie (87, 90) 10-20 fluordelen per molecuul heeft.

6. Inrichting volgens enige voorgaande conclusie, waarin de af te beelden substantie (87, 90) op fluor is gebaseerd. 25

7. Inrichting volgens enige voorgaande conclusie, waarin het lichaam (80) een katheter (70) omvat.

8. Medische inrichting, die in een subject in te brengen is, waarbij de inrichting 30 omvat: een lichaam (80), waarbij het lichaam poreus is om een af te beelden substantie te absorberen; ten minste één afgedichte kamer (86), die met het lichaam (80) is verbonden; en waarbij de af te beelden substantie (87, 90) hoofdzakelijk niet-waterstofkernen bevat en in de ten minste ene afgedichte kamer (86) is geplaatst.

9. Inrichting volgens conclusie 8 waarin het lichaam verder een niet-oplosbare 5 bekleding (92), die aan het lichaam (80) is bevestigd, omvat om de af te beelden substantie (87, 90) in de ten minste ene afgedichte kamer(86) af te dichten.

10. Medische inrichting, die in een subject in te brengen is, waarbij de inrichting omvat: 10 een lichaam (80); ten minste één afgedichte kamer (86), die met het lichaam (80) is verbonden; en een hoofdzakelijk niet-waterstofkernen bevattende af te beelden substantie (87, 90), die in de ten minste ene afgedichte kamer (86) is geplaatst, waarin de af te beelden substantie (87, 90) ten minste een natrium groep omvat.