WO2023017124A1 - Vorrichtung und verfahren zur nicht-invasiven quantifizierung von ferritischen stoffen in gewebe - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur nicht-invasiven quantifizierung von ferritischen stoffen in gewebe Download PDF

Info

Publication number
WO2023017124A1
WO2023017124A1 PCT/EP2022/072561 EP2022072561W WO2023017124A1 WO 2023017124 A1 WO2023017124 A1 WO 2023017124A1 EP 2022072561 W EP2022072561 W EP 2022072561W WO 2023017124 A1 WO2023017124 A1 WO 2023017124A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
frequency
ferritic
substances
tissue
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/072561
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jin Yamamura
Friedrich Ueberle
Max KOLWA
Original Assignee
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf filed Critical Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Publication of WO2023017124A1 publication Critical patent/WO2023017124A1/de

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
    • A61B8/0833—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures
    • A61B8/085—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures for locating body or organic structures, e.g. tumours, calculi, blood vessels, nodules
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/48—Diagnostic techniques
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/48—Diagnostic techniques
    • A61B8/488—Diagnostic techniques involving Doppler signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/5215—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data
    • A61B8/5223—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data for extracting a diagnostic or physiological parameter from medical diagnostic data
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy

Definitions

  • the present invention relates to non-invasive quantification of ferritics in tissue.
  • Substances accumulate in the tissues of living beings as a result of natural metabolic processes and also as a result of disease, which can influence and also damage the natural function of organs and systems. These substances can be absorbed from the environment or arise elsewhere in the body through degradation or synthesis processes.
  • ferritic minerals such as iron play an important role.
  • Certain vital organ systems such as the blood are dependent on iron levels in order to be able to fulfill their natural function.
  • Iron is found in all blood-carrying organs and structures of the body. Congenital iron overload (e.g. haemochromatosis) or iatrogenic iron overload caused by blood transfusion (transfusion-dependent anemia, e.g.
  • thalassemia or sickle cell anaemia can lead to excessive accumulation in individual organs.
  • Such an accumulation is known, for example, in the heart muscle and in various parenchymatous organs of the upper abdomen, which in the long term can lead to severe or fatal courses.
  • US Pat. No. 8,454,511 B2 discloses an imaging apparatus which is designed to apply a magnetic field to a cell provided with a large number of metallic nanoparticles, the magnetic field having a frequency of 1 Hz to 10 Hz and a magnetic flux density of at least 2T. Using an ultrasonic detection device, a movement of the cell with the magnetic nanoparticle is generated.
  • the magnetic nanoparticles are so-called synthetic spies, which have a uniform size of 20 nm, for example.
  • the object of the invention is to provide a device and a method for the non-invasive quantification of ferritic substances in tissue.
  • the object is achieved by a device having the features of claim 1 and by a measuring method having the features of claim 9.
  • Advantageous configurations and further developments form the subject matter of the dependent claims.
  • the device with the features of claim 1 is intended and intended to non-invasively quantify ferritic substances in tissue.
  • the device has a coil unit for generating a magnetic excitation field in a measurement volume.
  • a signal generator is also provided, which applies a time-varying current to the coil unit to generate the magnetic excitation field, the excitation field having an alternating field component and a constant DC field during the measurement period.
  • the coil device can preferably consist of one or more coils for the different field components, and additional magnets, such as permanent magnets, can also be provided.
  • the DC field is preferably constant over time and can be spatially homogeneous or inhomogeneous.
  • the device also has a sound converter system that uses a sound converter to direct sound signals onto the measurement volume and evaluates reflected sound signals from the measurement volume.
  • the sound transducer system has an evaluation unit that evaluates the reflected sound signals with regard to a quantitative determination of the ferritic substances. Furthermore, a signal generator is provided which has a frequency of the time variable current determined in such a way that the alternating field component in the measurement volume stimulates a vibration of ferritic substances in the tissue.
  • the invention is based on the insight that the body's own magnetizable substances can be moved in the tissue by a magnetic excitation field and can be detected using a sound transducer system. The movement itself takes place in the organs to be examined, which are enriched with ferritic substances, for example in the form of ferritic minerals, due to natural metabolism and/or due to illness.
  • the course of time, spatial variation and amplitude of the movement depend on a large number of parameters and can thus provide specific information.
  • the particular advantage here is that an imaging process is not absolutely necessary, which significantly reduces the effort involved in the evaluation. Also, no conversion to absolute values for the concentration of ferritic substances in the tissue is necessary. For a quantification, it is also sufficient if the measured values are compared with measured reference values that are specified or measured on another part of the body in which, for example, anatomical or physiological assessment does not show an increased concentration of ferritic substances, for example in the buttocks or thigh muscles. A comparison that indicates whether the concentration in the measurement volume is greater or less than the reference value is also regarded as a quantification with regard to the reference value.
  • the sound transducer system is designed as a Doppler ultrasound device.
  • a Doppler ultrasound sometimes also referred to as an ultrasound Doppler, is that this is a measurement method that is widely used in medicine.
  • the signal generator generates a current that varies over time for the coil unit.
  • Method two forms for the time-varying current have proven to be particularly advantageous.
  • the use of amplitude-modulated signals, in particular in the form of burst signals, and on the other hand, the use of frequency-modulated, so-called sweep signals, provides good resolution.
  • the magnetic excitation field which has an alternating field component and a constant field component, is generated via the time-varying current.
  • the alternating field component in the measuring volume excites the ferritic substances in the tissue to vibrate.
  • the resonant frequency of the ferritic substances in the tissue varies due to different physiological boundary conditions and patient-specific physiological and pathological changes.
  • the alternating field component contains a large number of different frequencies that can cause the ferritic substance in the tissue to be excited at its resonant frequency. Therefore, the vibration excitation does not occur with a single frequency, but with a certain frequency spectrum, which also contains the resonant frequency as the frequency to be excited. In the case of a sweep signal, the frequency is varied for a given signal, so that this signal covers a frequency range when the sweep is run through.
  • the frequency range results from the superimposition of a sinusoidal signal with a first frequency, which is preferably switched with a square-wave signal (0 or 1) or amplitude-modulated with a signal with a second frequency.
  • the superimposition of both signals then results in a continuous frequency spectrum.
  • the burst frequency When using an ultrasonic Doppler, it has proven to be particularly advantageous in the tests carried out to date for the burst frequency turned out to work with a square wave signal in the range of 0.5 to 2 Hz and a burst frequency of 225 Hz +/- 75 Hz.
  • the pulse duty factor of the square-wave signal can take on different values. Up to now, a ratio of 1:1 has been used, resulting in burst and pause sections of the same length.
  • the sound transducer system evaluates the reflected sound signals in a frequency range in which spectral lines occur as a function of a concentration of the ferritic substances in the tissue. This means that there are frequency ranges for the reflected sound in which spectral lines are particularly sensitive to the concentration of ferritic substances in the tissue.
  • the sound signals should be optimized for these frequency ranges.
  • the object according to the invention is also achieved by a measuring method with the features of claim 10.
  • the measuring method works with a magnetic excitation field that has an alternating field and a constant field.
  • the DC field leads to an improvement in the measurement results, especially in the case of paramagnetic substances.
  • at least one frequency in the alternating field is tuned in such a way that the alternating field in the measurement volume stimulates an oscillation of the ferritic substances in the tissue. Sound signals are then directed onto this measuring volume, the reflected sound signals from the measuring volume are recorded and evaluated with regard to the excited vibrations of the ferritic substances in the measuring volume.
  • the evaluation provides a quantitative statement on the concentration and distribution of the ferritic substances in the tissue.
  • a Doppler ultrasound signal is preferably used and evaluated for the signal.
  • a concentration of the ferritic substances is preferably determined by evaluating the frequency and amplitude of the reflected sound signals. The evaluation can also be based on reference values, these being measured, for example, on a part of the body in which, according to anatomical or physiological assessment, there is no increased concentration of ferritic substances.
  • Figure 1 is a schematic view of a measuring device with a
  • FIG. 2 shows a burst signal im connected with a square-wave signal
  • FIG. 1 shows, in a schematically simplified representation, a patient's body 6 with an organ 7 to be examined.
  • This can be the heart or liver, for example.
  • the lines of the magnetic flux density 5 are shown schematically; they are generated by a coil 4 .
  • the magnetic flux density 5 penetrates a part of the organ 7 to be examined. This part can be regarded as the measurement volume, ie the volume in which measurements and evaluations take place.
  • the coil is fed via a power amplifier 3, which takes its signal from a signal generator 1 which is connected to a burst gate 2 for generating a burst signal.
  • the measuring devices can be equipped as a mobile measuring device with a battery insert, for example a 9 V battery or a 48 V rechargeable battery. Alternatively or additionally, a low-voltage mains connection can be provided.
  • a battery insert for example a 9 V battery or a 48 V rechargeable battery.
  • a low-voltage mains connection can be provided.
  • a particular advantage of a burst signal is the reduced load on the coil and low power consumption.
  • the controlled input of power into the patient's body increases medical safety for the patient.
  • Another advantage is that broadband interference, for example caused by contact, movement inside, for example arteries, or also when used in hyperechoic tissue, i.e. tissue in which the signal power increases over the entire spectrum, can be identified well when using burst signals can be used and do not affect the measurement.
  • the burst signal makes it possible to compare the signals of the Doppler ultrasound with a changing magnetic field with the signals without a changing magnetic field and thus to evaluate the signals more precisely.
  • a sweep can be provided in a range in the natural frequency that is typical for the organ, which is followed by a burst sequence with the found natural frequency. Signal-free intervals are used for reference to the sine sections.
  • a spatially inhomogeneous part for example in the form of a spatial gradient, can also be set separately for the DC field component in order to obtain good signals.
  • the acoustic signals are obtained via the Doppler acoustic transducer 9, which is aimed at the organ 7 to be measured.
  • the reflected signals are evaluated by the sound transducer system.
  • One or more ultrasonic transducers can be used to detect the movement caused by the magnetic excitation field.
  • the movement can be detected by analyzing the reflected ultrasonic signal (echo) with regard to time shift, frequency change and/or signal shape change.
  • both the display as an ultrasound image with identification of movement, e.g. B. by color changes, as well as a display in text form, on a scale or in the form of a traffic light, which signals the degree of risk to the patient from iron overload by a traffic light color.
  • An acoustic display is also possible, in which the iron content is signaled acoustically by tones of different amplitude and/or frequency.
  • a visualization of the measurement results in the form of imaging can generally be dispensed with.
  • hemosiderin-ferritin complexes in particular does not serve as a basis for imaging, since these are endogenous and are distributed with homogeneous tissue. Imaging would therefore only differentiate the organ, for example the liver, from the rest of the tissue and is therefore not necessary for the actual goal of measuring iron overload.
  • no structures are marked by exogenously supplied SPIONs, but rather particles embedded in the tissue caused by the disease are examined.
  • a grading of the concentration of the hemosiderin-ferritin complexes would be conceivable as a color coding analogous to the possibilities described in the prior art, but is not necessary for the task according to the invention.
  • Imaging based on magnetic properties in the sense of tomography cannot take place with the stated technique. There are insufficient magnetic field strengths and the fields are neither suitable in their homogeneity, nor in their geometric extent. In addition, imaging would severely limit the excitation frequency, since an image refresh rate (factored with the resolution) would have to be above the excitation frequency. Aliasing effects could also occur.
  • the sound transducer system here consists of a Doppler sound transducer 9 which is fed by a Doppler signal generator 8 and supplies its received signals to Doppler receiving electronics 10 .
  • the signals from the receiving electronics are decoded in a Doppler decoder 11, with the signals from the signal generator and its control also being received here.
  • the Doppler decoder 11 supplies a signal to a frequency analyzer 12, with which it can then be evaluated. If a spatial representation is desired, the data from the frequency analyzer 12 can be presented in a display 13.
  • a controller 14 coordinates the magnetic excitation field 5 and the evaluation of the Doppler ultrasound.
  • the control controls both the signal generator 1 and the burst generator. By adjusting their corresponding frequency, it can be ensured that the magnetic excitation field leads to a clear and distinct excitation in the measurement volume.
  • the controller 14 is also set up to control the Doppler decoder 11 and the frequency analyzer 12 .
  • the Doppler decoder 11 for example, the burst frequency used in the signal generator 1 is of interest in order to be able to compare signals with and without magnetic excitation with one another.
  • the exciting signal frequency from the signal generator 1 is of interest for the frequency analyzer 12 .
  • a pilot signal can be used to better orient the practitioner.
  • Such a pilot signal could be used as a pure ultrasonic signal, for example as an A-mode (Representation of reflection amplitudes on structures along the ultrasound beam) Display reflections that allow orientation to bones or gas in the body. In the more or less homogeneous region of the liver, the reflections will therefore tend to be smaller.
  • the reflections can be measured by operating the same transducer used for measuring magnetic particle/tissue motion as a short pulse transmitter/receiver.
  • These different echoes could be classified by suitable signal analysis and visualized, for example, as a colored optical display element.
  • the practitioner can orientate himself by counting the ribs, as can the diagnosis of the heart.
  • a simple force sensor could be used on the measuring head.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a burst signal which has a periodic signal curve for an average time duration TI and has no signal in the remaining time range T2, T3 before and after the sinusoidal signal duration.
  • FIG. 3a shows the relative power of the burst frequency to the total signal power of the signals obtained at different manganese concentrations.
  • the relative signal power is plotted here over time so that burst activity can be distinguished from pauses.
  • Relative signal power is shown as relative band power at 190Hz +/- 10Hz to instantaneous total power.
  • the measurements were performed on a phantom mass with a specified concentration of paramagnetic material.
  • Figures 3a and b show the concentrations of 2.0 mg/g, 5 mg/g and 10 mg/g.
  • FIG. 3b shows the absolute signal power of the acoustic signals at the above concentrations during the magnetic excitation. The power density spectra are shown as a function of the manganese concentration.
  • FIG. 3b is based on a representation in the frequency range, in which high amplitudes in all figures in a low-frequency range, for example up to 160 Hz. This part of the spectrum is therefore not sensitive to the ferrite concentration.
  • the conspicuous variance in the overall performance of the various signal spectra, as can be seen in FIG. 3b, is made comparable by relativizing, as shown in FIG. 3a, in favor of the selectivity between the various manganese concentrations.
  • the distribution of the signal power between the burst frequency (B) and the harmonics (H) is unobtrusive in Figure 3b, but can give an indication of a distortion of the sound due to the properties of the sound transmission path or the type of vibration excitation and should therefore be taken into account. It can also be observed that these signals decrease in a static magnetic field, generated for example by a permanent magnet. This phenomenon allows the assumption that the pulse activity of the Doppler already leads to an oscillation excitation. Due to the applied alternating magnetic field, sinusoidal signals appear in the frequency spectrum in the range of the burst frequency used. In addition, increases in the range of their harmonics are possible.
  • the magnetic field component that corresponds to the DC field is generated by the coil unit.
  • the coil unit for example, several coils can be provided which are controlled differently, or a permanent magnet can also be provided with which the static magnetic field is generated. through the Using a static magnetic field, together with an alternating field component, the measurement accuracy is significantly improved.
  • a numerical measure is recorded as a reference for the energy introduced into the tissue by acoustic waves.
  • the following are possible: Intensity or sound pressure amplitudes of the sound waves from the direct measurement on the sound transducer, amplitude/phase position of the frequency components via the discrete Fourier transformation and absolute pressure values, which, however, require the sound transducer to be calibrated.
  • Another measure of detection are the magnetic field signals with regard to their phase change and the distortion of the signal form as a potential measure for determining organ properties.
  • a resonant frequency can be determined so that it can be ruled out that other unintended structures such as air bubbles, cysts and the like have an effect on the measurement based on their resonance behavior.
  • the ultrasonic signals preferably pulsed signals can be used to tune the measurement to a specific depth. The number of ultrasonic oscillations per pulse determines the possible frequency resolution in the Doppler measurement. Provision can also be made for ultrasonic signals to be measured synchronously with the magnetic excitation, as a result of which distance-dependent differences, for example in the concentration, can be measured by a time delay. A direction of deflection of the ultrasonic signals can be effected, for example, by transfer to a digital intermediate memory and/or sample and hold for referencing according to quadrature and phase.
  • the method according to the invention is based on the detection of ferritic particles.
  • SPIONs endogenous and not exogenously supplied particles.
  • Ferritic particles are also stationary because they cannot be reached by the metabolism. As a rule, they are not water-soluble and have a variable particle size of ⁇ 20 nm, but are not produced synthetically.
  • Ferritic particles are predominantly homogeneously distributed in the parenchyma, so that there is no enrichment in specific structures.
  • Ferritin-hemosiderin complexes are equipped with a variable structure and variable iron content as metabolic degradation processes.
  • ferritic particles are the target structure of the measurement and are measured without using an additional contrast medium.

Abstract

Vorrichtung zur nicht-invasiven Quantifizierung von ferritischen Stoffen in Gewebe, die folgendes aufweist: - Eine Spuleneinheit zur Erzeugung eines magnetischen Anregungsfeldes in einem Messvolumen, - einen Signalgenerator, der einen zeitlich veränderlichen Strom an die Spule zur Erzeugung des magnetischen Anregungsfeldes anlegt, wobei das Anregungsfeld ein Wechselfeld und ein Gleichfeld aufweist, - ein Schallwandlersystem, bestehend aus mindestens einem Schallwandler sowie einer Mess- und Auswerteelektronik, wobei das Schallwandlersystem Schallsignale auf das Messvolumen richtet und reflektierte Schallsignale aus dem Messvolumen misst und auswertet, - wobei der Signalgenerator mindestens eine Frequenz des zeitlich veränderlichen Stroms derart bestimmt, dass der Wechselfeldanteil in dem Messvolumen eine Schwingung von körpereigenen ferritischen Stoffen im Gewebe anregt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur nicht-invasiven Quantifizierung von ferritischen Stoffen in Gewebe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine nicht-invasive Quantifizierung von ferritischen Stoffen in Gewebe.
Im Gewebe von Lebewesen reichem sich durch natürliche Stoffwechselvorgänge sowie auch krankheitsbedingt Stoffe an, welche die natürliche Funktion von Organen und Systemen beeinflussen und auch schädigen können. Diese Stoffe können aus der Umwelt aufgenommen oder im Körper an anderer Stelle durch Abbauprozesse oder Synthesevorgänge entstehen. Insbesondere spielen ferritische Mineralien wie Eisen eine wichtige Rolle. So sind gewisse lebenswichtige Organsysteme wie das Blut auf Eisen-Anteile angewiesen, um eine natürliche Funktion erfüllen zu können. Eisen findet sich dadurch in allen blutdurchflossenen Organen und Strukturen des Körpers. Bei angeborener Eisenüberladung (beispielsweise Hämochromatose) oder auch bei iatrogen durch Bluttransfusion (transfusionsabhängige Anämie, beispielsweise Thalassämie oder Sichelzellenanämie) oder stammzelltransplantationbedingten Eisenüberladungen kann es zu einer übermäßigen Anreicherung in einzelnen Organen kommen. Bekannt ist eine solche Anreicherung beispielsweise im Herzmuskel und in verschiedenen parenchymatösen Oberbauchorgamen, welche auf lange Sicht zu schweren bis tödlichen Verläufen führen können.
Die Veränderungen, ebenso wie andere Anreicherungen von Eisen und allgemeinen ferritischen Stoffen lassen sich durch moderne bildgebende Methoden, insbesondere die Magnetresonanztomografie, diagnostizieren und auch adäquat medikamentös durch Chelatoren behandeln. Dies ist jedoch im Hinblick auf Kosten und Zeit aufwendig und kann insbesondere auch in vielen Regionen, in denen diese Krankheiten vermehrt auftreten, nicht durchgeführt werden. Eine Methode zur Bestimmung einer Eisenüberladung bieten magnetresonanztomografische Untersuchungen, bei denen die T2- bzw. R2- Relaxometrie in der Leber oder auch die T2*- bzw. R2*-Relaxometrie im Herzen eingesetzt werden.
Aus US 8,454,511 B2 ist ein bildgebender Apparat bekannt, der ausgebildet ist, ein Magnetfeld für eine mit einer Vielzahl von metallischen Nanopartikeln versehene Zelle anzulegen, wobei das Magnetfeld eine Frequenz von 1 Hz bis 10 Hz und eine magnetische Flussdichte von mindestens 2T besitzt. Mithilfe eines Ultraschallnachweisgeräts wird eine Bewegung der Zelle mit dem magnetischen Nanopartikel erzeugt. Bei den magnetischen Nanopartikeln handelt es sich um sogenannte synthetische Spions, die beispielsweise eine gleichmäßige Größe von 20 nm besitzen.
Im Stand der Technik sind eine Reihe von Anwendungen bekannt, bei denen synthetisch erzeugte und in den Körper eingebrachte magnetische Nanopartikel zur Markierung von Zellen verwendet werden, vergleiche beispielsweise Oh J. et. al, Detection of Magnetic Nanoparticles in Tissue Using Magneto-Motive Ultrasound, Nanotechnology 17 (2006) 4183-4190.
Aus Mariappan et. al, Magneto Acoustic Tomography with Short Pulsed Magnetic Field for In-Vivo Imaging of Magnetic Iron Oxide Nanoparticles in Nanomedicine 2016 April; 689-699 wird ein bildgebendes Verfahren beschrieben, bei dem synthetische Spions verwendet werden, die über mehrere Schallwandler detektiert werden.
Aus US 2016/0150961 Al ist ein System bekannt geworden, bei dem ein optisches Kohärenztomografiegerät zum Einsatz kommt, das eine Lichtquelle mit einem Interferometer gemeinsam einsetzt, wobei ein Modulator die optische Weglänge in einem Arm des Interferometers anpasst. Hierbei wird eine Bewegungsänderung der strömenden Blutkörper in einem Gefäß erfasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur nicht-invasiven Quantifizierung von ferritischen Stoffen in Gewebe bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und durch ein Messverfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
Die Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 ist vorgesehen und bestimmt, nicht-invasiv ferritische Stoffe in Gewebe zu quantifizieren. Die Vorrichtung weist eine Spuleneinheit zur Erzeugung eines magnetischen Anregungsfeldes in einem Messvolumen auf. Ferner ist ein Signalgenerator vorgesehen, der einen zeitlich veränderlichen Strom an die Spuleneinheit zur Erzeugung des magnetischen Anregungsfeldes angelegt, wobei das Anregungsfeld einen Wechselfeldanteil und einen während der Messdauer konstantes Gleichfeld aufweist. Die Spuleneinrichtung kann bevorzugt für die unterschiedlichen Feldanteile aus einer oder mehreren Spulen bestehen, auch zusätzliche Magnete, wie beispielsweise Permanentmagnete, können vorgesehen sein. Bevorzugt ist das Gleichfeld zeitlich konstant und kann räumlich homogen oder inhomogen ausgebildet sein. Die Vorrichtung besitzt ferner ein Schallwandlersystem, das mit einem Schallwandler Schallsignale auf das Messvolumen richtet und reflektierte Schallsignale aus dem Messvolumen auswertet. Das Schallwandlersystem weist eine Auswerteeinheit auf, die die reflektierten Schallsignale im Hinblick auf eine quantitative Bestimmung der ferritischen Stoffe auswertet. Ferner ist ein Signalgenerator vorgesehen, der eine Frequenz des zeitlich veränderlichen Stroms derart bestimmt, dass der Wechselfeldanteil in dem Messvolumen eine Schwingung von ferritischen Stoffen im Gewebe anregt. Die Erfindung beruht auf der Einsicht, dass körpereigene magnetisierbare Stoffe durch ein magnetisches Anregungsfeld im Gewebe bewegt und mithilfe eines Schallwandlersystems erfasst werden können. Die Bewegung selbst findet in den zu untersuchenden Organen statt, welche durch natürlichen Stoffwechsel und/oder krankheitsbedingt mit ferritischen Stoffen, beispielsweise in Form von ferritischen Mineralien, angereichert sind. Zeitverlauf, Ortsvariation und Amplitude der Bewegung hängen von einer Vielzahl von Parametern ab und können so gezielt Aufschluss geben. Der besondere Vorteil hierbei liegt darin, dass nicht zwingend ein bildgebendes Verfahren notwendig ist, wodurch der Aufwand für die Auswertung deutlich verringert wird. Auch ist keine Umrechnung auf absolute Werte für die Konzentration von ferritischen Stoffen im Gewebe erforderlich. Für eine Quantifizierung genügt es auch, wenn die gemessenen Werte mit gemessenen Referenzwerten, die vorgegeben oder an einem anderen Körperteil gemessen sind, in dem nach beispielsweise anatomischer oder physiologischer Beurteilung keine erhöhte Konzentration von ferritischen Stoffen auftritt, beispielsweise in der Gesäßoder Schenkelmuskulatur verglichen wird. Auch ein Vergleich, der anzeigt, ob die Konzentration in dem Messvolumen größer oder kleiner als der Referenzwert ist, wird als eine Quantifizierung im Hinblick auf den Referenzwert angesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Schallwandlersystem als ein Doppler- Ultraschallgerät ausgebildet. Der Vorteil von einem Doppler- Ultraschall, gelegentlich auch als Ultraschall-Doppler bezeichnet, besteht darin, dass dies ein in der Medizin weit verbreitetes Messverfahren darstellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erzeugt der Signalgenerator einen zeitlich veränderlichen Strom für die Spuleneinheit. Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens haben sich zwei Formen für den zeitlich veränderlichen Strom als besonders vorteilhaft herausgestellt. Einerseits liefert die Verwendung amplitudenmodulierten Signalen, insbesondere in Form von Burstsignalen und andererseits die Verwendung von frequenzmodulierten, sogenannten Sweepsignalen eine gute Auflösung. Über den zeitlich veränderlichen Strom wird das magnetische Anregungsfeld erzeugt, das einen Wechselfeldanteil und einen Gleichfeldanteil aufweist. Der Wechselfeldanteil regt in dem Messvolumen die ferritischen Stoffe im Gewebe zu Schwingungen an. Aufgrund unterschiedlicher physiologischer Randbedingung sowie durch patientenspezifische physiologische und pathologische Veränderungen variiert die Resonanzfrequenz der ferritischen Stoffe im Gewebe. Auch die ferritischen Stoffe selbst mit einer unregelmäßigen Größe weisen unterschiedliche paramagnetische und superparamagnetische Effekte auf, was auch die einwirkende Kraft beeinflusst. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, dass der Wechselfeldanteil eine Vielzahl von unterschiedlichen Frequenzen enthält, die eine Anregung des ferritischen Stoffs im Gewebe mit seiner Resonanzfrequenz bewirken können. Von daher erfolgt die Schwingungsanregung nicht mit einer einzigen Frequenz, sondern mit einem gewissen Frequenzspektrum, in dem auch die Resonanzfrequenz als anzuregende Frequenz enthalten ist. Bei einem Sweepsignal wird für ein vorgegebenes Signal die Frequenz variiert, so dass dieses Signal bei einem Durchlauf des Sweeps einen Frequenzbereich bedeckt. Bei einem Burstsignal ergibt sich der Frequenzbereich aus der Überlagerung von einem sinusförmigen Signal mit einer ersten Frequenz, das bevorzugt mit einem Rechtecksignal (0 oder 1) geschaltet oder mit einem Signal mit einer zweiten Frequenz amplitudenmoduliert wird. Durch die Überlagerung beider Signale entsteht dann ein kontinuierliches F requenzspektrum .
Bei der Verwendung eines Ultraschall-Dopplers hat es sich bei den bisher durchgeführten Versuchen für die Burstfrequenz als besonders vorteilhaft herausgestellt, mit einem Rechtecksignal im Bereich von 0,5 bis 2 Hz und einer Burstfrequenz von 225 Hz +/- 75 Hz zu arbeiten. Das Tastverhältnis des Rechtecksignals kann verschiedene Werte annehmen, wurde bisher bei dem Verhältnis von 1 : 1 verwendet, sodass gleich lange Burst- wie Pausenabschnitte entstanden sind.
In einer bevorzugten Weiterbildung hat sich herausgestellt, dass das Schallwandlersystem die Auswertung der reflektierten Schallsignale in einem Frequenzbereich vornimmt, in dem Spektrallinien abhängig von einer Konzentration der ferritischen Stoffe im Gewebe auftreten. Dies bedeutet, dass es Frequenzbereiche für den reflektierten Schall gibt, in dem Spektrallinien im besonderen Maße sensitiv für die Konzentration der ferritischen Stoffe im Gewebe sind, auf diese Frequenzbereiche sollten die Schallsignale optimiert werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Messverfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 10 gelöst. Das Messverfahren arbeitet mit einem magnetischen Anregungsfeld, das ein Wechselfeld und ein Gleichfeldaufweist. Das Gleichfeld führt insbesondere bei paramagnetischen Stoffen zu einer Verbesserung der Messergebnisse. Bei dem Messverfahren ist mindestens eine Frequenz in dem Wechselfeld derart abgestimmt, dass das Wechselfeld in dem Messvolumen eine Schwingung der ferritischen Stoffe in dem Gewebe anregt. Auf dieses Messvolumen werden dann Schallsignale gerichtet, die reflektierten Schallsignale aus dem Messvolumen erfasst und im Hinblick auf die angeregten Schwingungen der ferritischen Stoffe in dem Messvolumen ausgewertet. Die Auswertung liefert eine quantitative Aussage zu der Konzentration und Verteilung der ferritischen Stoffe im Gewebe. Bevorzugt wird für das Signal ein Doppler-Ultraschallsignal eingesetzt und ausgewertet. Als vorteilhaft für das Messverfahren hat sich herausgestellt, für den zeitlich veränderlichen Strom ein Burst- oder Sweepsignal zu verwenden. Bevorzugt wird eine Konzentration der ferritischen Stoffen durch Auswertung von Frequenz und Amplitude der reflektierten Schallsignale bestimmt. Für die Auswertung kann auch auf Referenzwerte abgestellt werden, wobei diese beispielsweise an einem Körperteil gemessen werden, in dem nach anatomischer oder physiologischer Beurteilung keine erhöhte Konzentration von ferritischen Stoffen auftritt.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht für eine Messvorrichtung mit einer
Spule und einem Doppler-Schallwandlersystem,
Figur 2 ein mit Rechteck- Signal geschaltetes Burstsignal im
Zeitbereich und
Figuren 3a-b bespielhafte Messergebnisse für drei unterschiedliche
Konzentrat! onen .
Figur 1 zeigt in einer schematisch vereinfachten Darstellung einen Patientenkörper 6 mit einem zu untersuchenden Organ 7. Hierbei kann es sich beispielsweise um Herz oder Leber handeln. Die Linien der magnetischen Flussdichte 5 sind schematisch dargestellt, sie werden durch eine Spule 4 erzeugt. Die magnetische Flussdichte 5 durchsetzt einen Teil des zu untersuchenden Organs 7. Dieser Teil kann als das Messvolumen, also das Volumen, in dem gemessen und ausgewertet wird, angesehen werden. Die Spule wird über einen Leistungsverstärker 3 gespeist, der sein Signal von einem Signalgenerator 1 erhält, der mit einem Burstgate 2 zur Erzeugung eines Burstsignals verbunden ist.
In der technischen Ausgestaltung können die Messgeräte als mobiles Messgerät mit einem Batterieeinsatz beispielsweise einer 9 V-Batterie oder einem 48 V-Akku ausgestattet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Niederspannungsnetzanschluss vorgesehen sein.
Ein besonderer Vorteil eines Burstsignals besteht in einer geringeren Belastung der Spule sowie einem geringen Stromverbrauch. Der kontrollierte Eintrag von Leistung in den Patientenkörper erhöht die medizinische Sicherheit für den Patienten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass breitbandige Störungen, beispielsweise bedingt durch Kontakt, Bewegung im Inneren, beispielsweise von Arterien oder auch der Einsatz bei echoreichem Gewebe, also einem Gewebe, bei dem die Signalleistung im gesamten Spektrum ansteigt, bei der Verwendung von Burstsignalen gut identifiziert werden können und die Messung nicht beeinflussen. Durch das Burstsignal, wird es möglich, die Signale des Doppler-Ultraschalls bei anliegendem wechselndem Magnetfeld mit den Signalen ohne wechselndes Magnetfeld zu vergleichen und so die Signale genauer auszuwerten.
Für eine Messfrequenz kann ein Sweep in einem Bereich in der für das Organ typischen Eigenfrequenz vorgesehen sein, auf den eine Burst-Sequenz mit der gefundenen Eigenfrequenz folgt. Signalfreie Intervalle dienen der Referenz zu den Sinusabschnitten. Auch kann vorgesehen sein für den Gleichfeldanteil einen räumlich inhomogenen Teil, beispielsweise in Form eines räumlichen Gradienten separat einzustellen, um gute Signale zu erhalten. Die akustischen Signale werden über den Doppler-Schallwandler 9 gewonnen, der auf das zu messende Organ 7 gerichtet ist. Die reflektierten Signale werden von dem Schallwandlersystem auswertet. Zur Detektion der Bewegung, die durch das magnetische Anregungsfeld hervorgerufen wird, können ein oder mehrere Ultraschall-Wandler eingesetzt werden. Die Bewegungsdetektion kann dabei durch Analyse des zurückgeworfenen Ultraschall signals (Echo) bezüglich Zeitverschiebung, Frequenzänderung und/oder Signalformänderung erfolgen. Je nach Ausführung des Geräts ist dabei sowohl die Darstellung als Ultraschallbild mit Kennzeichnung von Bewegung, z. B. durch Farbveränderungen, möglich, wie auch eine Anzeige in Textform, auf einer Skala oder in Form einer Ampel, die den Gefährdungsgrad des Patienten durch Eisenüberladung durch eine Ampelfarbe signalisiert. Ebenfalls ist eine akustische Anzeige möglich, bei der der Gehalt von Eisen durch Töne unterschiedlicher Amplitude und/oder Frequenz akustisch signalisiert wird. Auf eine Visualisierung der Messergebnisse in Form einer Bildgebung kann im Allgemeinen verzichtet werden. Die Anregung insbesondere von Hämosiderin-Ferritin-Komplexen dient nicht als Grundlage für eine Bildgebung, da diese endogen entstanden sind und mit homogenem Gewebe verteilt sind. Eine Bildgebung würde also dementsprechend nur das Organ, beispielsweise die Leber, gegenüber dem restlichen Gewebe abgrenzen und ist so für das eigentliche Ziel der Messung der Eisenüberladung nicht notwendig. Im Gegensatz zu Verfahren aus dem Stand der Technik werden bei der Erfindung keine Strukturen durch exogen zugeführte SPIONs markiert, sondern krankheitsbedingt im Gewebe eingelagerte Partikel untersucht. Eine Graduierung der Konzentration der Hämosiderin-Ferritin- Komplexe wäre als Farbcodierung zwar analog zu den im Stand der Technik beschriebenen Möglichkeiten denkbar, ist für die erfindungsgemäße Aufgabe aber nicht erforderlich. Eine Bildgebung basierend auf magnetischen Eigenschaften im Sinne einer Tomografie kann bei der angegebenen Technik nicht erfolgen. Es liegen keine ausreichenden magnetische Feldstärken vor und zudem sind die Felder weder in ihrer Homogenität, noch in ihrer geometrischen Ausdehnung geeignet. Hinzu kommt, dass eine Bildgebung die Anregungsfrequenz stark limitieren würde, da eine Bildwiederholfrequenz (faktorisiert mit der Auflösung) oberhalb der Anregungsfrequenz liegen müsste. Ferner könnten Aliasing-Effekte auftreten.
Das Schallwandlersystem besteht hier aus einem Doppler-Schallwandler 9 welcher von einem Doppler-Signalgenerator 8 gespeist wird und seine empfangenen Signale an eine Doppler-Empfangselektronik 10 liefert. Die Signale der Empfangselektronik werden in einem Doppler-Decoder 11 dekodiert, wobei hier auch die Signale des Signalgenerators bzw. seine Ansteuerung eingehen. Der Doppler-Decoder 11 liefert ein Signal an einen Frequenzanalysator 12, mit dem diese dann ausgewertet werden können. Wenn eine räumliche Darstellung gewünscht ist, können die Daten des Frequenzanalysators 12 in einem Display 13 dargestellt werden.
Eine Steuerung 14 koordiniert hierbei das magnetische Anregungsfeld 5 und die Auswertung des Doppler-Ultraschalls. Hierbei steuert die Ansteuerung sowohl den Signalgenerator 1 als auch den Burstgenerator. Durch Anpassung deren entsprechender Frequenz kann sichergestellt werden, dass das magnetische Anregungsfeld zu einer klaren und deutlichen Anregung in dem Messvolumen führt. Die Steuerung 14 ist ferner eingerichtet, um den Doppler-Decoder 11 und den Frequenzanalysator 12 anzusteuern. Bei dem Doppler-Decoder 11 ist beispielsweise die in dem Signalgenerator 1 verwendete Burstfrequenz von Interesse, um so Signale mit und ohne magnetische Anregung miteinander vergleichen zu können. Für den Frequenzanalysator 12 ist beispielsweise die anregende Signalfrequenz aus dem Signalgenerator 1 von Interesse.
Für eine bessere Orientierung des Behandlers kann ein Pilotsignal eingesetzt werden.
Ein solches Pilotsignal könnte als reines Ultraschallsignal, beispielsweise als A-Mode (Darstellung von Reflexionsamplituden, an Strukturen entlang des Ultraschall Strahls) Reflektionen anzeigen, die eine Orientierung an Knochen oder an Gas im Körper erlauben. In der mehr oder weniger homogen Region der Leber werden daher eher geringere Reflexionen vorherrschen. Die Reflexionen können durch Betrieb des gleichen Schallwandlers, wie er für die Messung der Bewegung magnetischer Partikel/Gewebe verwendet wird, als Sender/Echoempfänger mit kurzen Impulsen gemessen werden. Durch geeignete Signalanalyse könnten diese verschiedenen Echos klassifiziert und beispielsweise als farbige optisches Anzeigeelement visualisiert wird. Im speziellen Fall der Leber kann sich der Behandler durch Abzählen der Rippen orientieren, ebenso bei der Herzdiagnose. Im Hinblick auf eine Orientierung des Anpressdrucks des Schallwandlers könnte ein einfacher Kraftsensor am Messkopf eingesetzt werden.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Burstsignal, das einen periodischen Signalverlauf für eine mittlere Zeitdauer TI besitzt und in dem verbleibenden Zeitbereich T2, T3 vor und nach der sinusförmigen Signaldauer kein Signal besitzt.
Figur 3a zeigt die relative Leistung der Burstfrequenz zu der gesamten Signalleistung der gewonnenen Signale bei unterschiedlichen Mangankonzentrationen. Die relative Signalleistung wird hier im Zeitverlauf dargestellt, sodass zwischen der Burstaktivität und den Pausen unterschieden werden kann. Die relative Signalleistung ist als relative Bandleistung mit 190Hz +/- 10 Hz an der momentanen Gesamtleistung dargestellt. Die Messungen wurden an einer Phantommasse mit einer spezifizierten Konzentration an paramagnetischem Material durchgeführt. Die Abbildungen 3a und b zeigen die Konzentrationen von 2,0 mg/g, 5 mg/g und 10 mg/g. in Figur 3b wird die absolute Signalleistung der Akustiksignale an den o.g. Konzentrationen während der magnetischen Anregung gezeigt. Es sind die Leistungsdichtespektren in Abhängigkeit der Mangankonzentration dargestellt. Zur besseren Übersicht eingetragen ist die Burstfrequenz (B) mit ungefähr 190 Hz und deren erste Harmonische (H), also die doppelte Frequenz. Der Figur 3b liegt eine Darstellung im Frequenzbereich zugrunde, bei der in einem niederfrequenten Bereich, beispielsweise bis 160 Hz, in allen Figuren hohe Amplituden. Dieser Teil des Spektrums ist somit nicht sensitiv auf die Ferrit- Konzentration. Die auffällige Varianz in den Gesamtleistungen der verschiedenen Signal Spektren, wie in Figur 3b erkennbar, wird durch die Relativierung, wie in Figur 3a gezeigt, zu Gunsten der Trennschärfe zwischen den verschiedenen Mangankonzentrationen vergleichbar gemacht. Die Verteilung der Signalleistung zwischen Burstfrequenz (B) und den Harmonischen (H) zeigt sich in Figur 3b unauffällig, kann aber einen Hinweis auf eine Verzerrung des Schalls durch Eigenschaften des Schalleitungsstrecke oder durch die Art der Schwingungsanregung geben und soll daher mitberücksichtigt werden. Es kann weiterhin beobachtet werden, dass diese Signale in einem statischen Magnetfeld, erzeugt beispielsweise durch einen Dauermagneten, geringer werden. Dieses Phänomen lässt die Vermutung zu, dass auch die Pulsaktivität des Dopplers bereits zu einer Schwingungsanregung führen. Durch das anliegende magnetische Wechselfeld zeigen sich im Frequenzspektrum sinusförmige Signale im Bereich der verwendeten Burstfrequenz darüber hinaus sind Anhebungen im Bereich ihrer Oberschwingungen möglich. Durch Zunahme der Konzentration paramagnetischer Partikel konnte ein neuer Bereich mit Spektrallinien, deren Frequenz im Bereich der Burstfrequenz selbst liegen, beobachtet werden. Die Signalamplitude bei der Burstfrequenz zeigte demnach in Relation zu den umgebenden Frequenzen einen Zuwachs mit Zunahme der Konzentration ferritischer Partikel.
Der Magnetfeldanteil, der dem Gleichfeld entspricht, wird durch die Spuleneinheit erzeugt. Hierzu können beispielsweise mehrere Spulen vorgesehen sein, die unterschiedlich angesteuert werden oder es kann auch ein Permanentmagnet vorgesehen sein, mit dem das statische Magnetfeld erzeugt wird. Durch die Verwendung eines statischen Magnetfelds, zusammen mit einem Wechselfeldanteil wird die Messgenauigkeit deutlich verbessert.
Für eine bessere Durchführung und eine weitere Verarbeitung der Messergebnisse kann vorgesehen sein, ein numerisches Maß als Referenz für die ins Gewebe eingetragenen Energie durch akustische Wellen zu erfassen. Hierzu kommen infrage: Intensitäts- oder Schalldruckamplituden der Schallwellen aus der direkten Messung am Schallwandler, Amplitude/Phasenlage der Frequenzanteile über die diskrete Fourier-Transformation sowie absolute Druckwerte, was jedoch eine Kalibrierung des Schallwandlers erfordert. Ein weiteres Maß für die Erfassung sind die Magnetfeldsignale im Hinblick auf ihre Phasenänderung und die Verzerrung der Signalform als potentielles Maß für die Ermittlung von Organeigenschaften. Im Hinblick auf die Phasenänderung kann eine Bestimmung einer Resonanzfrequenz erfolgen, damit ausgeschlossen werden kann, dass andere nicht beabsichtigte Strukturen wie beispielsweise Luftblasen, Zysten und dergleichen anhand ihres Resonanzverhaltens auf die Messung auswirken. Im Hinblick auf die Ultraschallsignale können bevorzugt gepulste Signale zur Abstimmung der Messung auf eine bestimmte Tiefe eingesetzt werden. Die Anzahl der Ultraschall Schwingung pro Puls bestimmt die mögliche Frequenzauflösung bei der Dopplermessung. Auch kann vorgesehen sein, Ultraschallsignale synchron zur magnetischen Anregung zu messen, wodurch durch eine Zeitverzögerung entfemungsabhängige Unterschiede beispielsweise in der Konzentration gemessen werden können. Eine Auslenkungsrichtung der Ultraschallsignale kann beispielsweise durch eine Überführung in einen digitalen Zwischenspeicher und/oder Sample and Hold zum Referenzieren nach Quadratur und Phase erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt auf die Erfassung von ferritischen Partikeln ab. Diese sind körpereigene und nicht exogen zugeführte (= SPIONs) Partikel. Ferritische Partikel sind zudem ortsständig, da sie nicht für den Stoffwechsel erreichbar sind. In der Regel sind sie nicht wasserlöslich und haben eine variable Partikelgröße von < 20 nm sind aber nicht synthetisch hergestellt. Ferritische Partikel sind vorwiegend homogen im Parenchym verteilt, so dass keine Anreicherung an bestimmten Strukturen vorliegt. Ferritin-Hämosiderin-Komplexe sind als Abbauprozesse des Stoffwechsels mit variabler Struktur und variablem Eisengehalt ausgestattet. Ferritische Partikel sind bei der vorliegenden Erfindung Zielstruktur der Messung und werden ohne Einsatz eines zusätzlichen Kontrastmittels gemessen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur nicht-invasiven Quantifizierung von körpereigenen ferritischen Stoffen in Gewebe, die folgendes aufweist: o Eine Spuleneinheit zur Erzeugung eines magnetischen Anregungsfeldes in einem Messvolumen, o einen Signalgenerator, der einen zeitlich veränderlichen Strom an die Spule zur Erzeugung des magnetischen Anregungsfeldes anlegt, wobei das Anregungsfeld ein Wechselfeld und ein Gleichfeld aufweist, o ein Schallwandlersystem, bestehend aus mindestens einem Schallwandler sowie einer Mess- und Auswerteelektronik, wobei das Schallwandlersystem Schallsignale auf das Messvolumen richtet und reflektierte Schallsignale aus dem Messvolumen misst und auswertet, o wobei der Signalgenerator mindestens eine Frequenz des zeitlich veränderlichen Stroms derart bestimmt, dass der Wechselfeldanteil in dem Messvolumen eine Schwingung von körpereigenen ferritischen Stoffen im Gewebe anregt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwandlersystem als ein Doppler-Ultraschallgerät ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator den zeitlich veränderlichen Strom für die Spuleneinheit als ein amplitudenmoduliertes und/oder als ein frequenzmoduliertes Signal erzeugt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator als amplitudenmoduliertes Signal ein Burstsignal erzeugt, bei dem ein periodisches Signal für eine erste Zeitdauer und für eine zweite Zeitdauer kein wechselndes Signal vorliegt. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfrequenz des periodischen Signals bei ungefähr 80 Hz bis 1000 Hz, bevorzugt bei 160 Hz bis 320 Hz liegen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer weniger als 0,5 s, bevorzugt kürzer als 0,2 s dauert. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator als ein frequenzmoduliertes Signal ein Sweep-Signal erzeugt, bei dem für eine Dauer des Signals die Frequenz verändert wird. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwandlersystem die Auswertung der reflektierten Schallsignale in einem Frequenzbereich vomimmt, in dem Spektrallinien abhängig von einer Konzentration der ferritischen Stoffe im Gewebe verändert werden oder neu auftreten. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwandlersystem dazu ausgebildet ist, eine Konzentration der ferritischen Stoffe durch eine Auswertung von Frequenz und/oder Amplitude und/oder Phase der reflektierten Schallsignale bestimmt wird. Messverfahren zur quantitativen Bestimmung einer ferritischen Konzentration in Gewebe, das folgende Messschritte aufweist: - 17 - o Erzeugen eines magnetischen Anregungsfeldes, das ein Wechselfeld und ein Gleichfeld aufweist, o wobei mindestens eine Frequenz in dem Wechselfeld derart abgestimmt ist, dass das Wechselfeld in dem Messvolumen eine Schwingung von ferritischen Stoffen in dem Gewebe angeregt, o Richten von Schallsignalen auf das Messvolumen, o Erfassen von reflektierten Schallsignalen aus dem Messvolumen und o Auswerten der reflektierten Schallsignale im Hinblick auf die angeregten Schwingungen der ferritischen Stoffe in dem Messvolumen. Messverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsignale als Doppler-Ultraschallsignale ausgewertet werden. Messverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den zeitlich veränderlichen Strom für die Spuleneinheit als ein amplitudenmoduliertes und/oder als ein frequenzmoduliertes Signal erzeugt wird. Messverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als amplitudenmoduliertes Signal ein Burstsignal erzeugt wird, das ein periodisches Signal für eine erste Zeitdauer und ein Gleichsignal für eine zweite Zeitdauer aufweist. Messverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass für das frequenzmodulierte Signal ein Sweep-Signal vorliegt, bei dem während einer Dauer des Signals die Frequenz verändert wird. - 18 - Messverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konzentration der ferritischen Stoffe durch eine Auswertung von Frequenz und/oder Amplitude und/oder Phase der reflektierten Schallsignale bestimmt wird. Messverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konzentration der ferritischen Stoffe durch Vergleich der gemessenen Werte mit Referenzwerten bestimmt wird.
PCT/EP2022/072561 2021-08-11 2022-08-11 Vorrichtung und verfahren zur nicht-invasiven quantifizierung von ferritischen stoffen in gewebe WO2023017124A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021120922.6A DE102021120922A1 (de) 2021-08-11 2021-08-11 Vorrichtung und Verfahren zur nicht-invasiven Quantifizierung von ferritischen Stoffen in Gewebe
DE102021120922.6 2021-08-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023017124A1 true WO2023017124A1 (de) 2023-02-16

Family

ID=83115386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/072561 WO2023017124A1 (de) 2021-08-11 2022-08-11 Vorrichtung und verfahren zur nicht-invasiven quantifizierung von ferritischen stoffen in gewebe

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021120922A1 (de)
WO (1) WO2023017124A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0145173A1 (de) * 1983-10-17 1985-06-19 Electro-Biology, Inc Veränderung der Blutzirkulationsdynamik in einem lebenden Körper
US20080097194A1 (en) * 2006-10-18 2008-04-24 Milner Thomas E Hemoglobin contrast in magneto-motive optical doppler tomography, optical coherence tomography, and ultrasound imaging methods and apparatus
US8454511B2 (en) 2005-05-27 2013-06-04 Board Of Regents, The University Of Texas System Magneto-motive ultrasound detection of magnetic nanoparticles
US20160150961A1 (en) 2005-05-27 2016-06-02 Board Of Regents, The University Of Texas System Hemoglobin contrast in magneto-motive optical doppler tomography, optical coherence tomography, and ultrasound imaging methods and apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0145173A1 (de) * 1983-10-17 1985-06-19 Electro-Biology, Inc Veränderung der Blutzirkulationsdynamik in einem lebenden Körper
US8454511B2 (en) 2005-05-27 2013-06-04 Board Of Regents, The University Of Texas System Magneto-motive ultrasound detection of magnetic nanoparticles
US20160150961A1 (en) 2005-05-27 2016-06-02 Board Of Regents, The University Of Texas System Hemoglobin contrast in magneto-motive optical doppler tomography, optical coherence tomography, and ultrasound imaging methods and apparatus
US20080097194A1 (en) * 2006-10-18 2008-04-24 Milner Thomas E Hemoglobin contrast in magneto-motive optical doppler tomography, optical coherence tomography, and ultrasound imaging methods and apparatus

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AUS MARIAPPAN, MAGNETO ACOUSTIC TOMOGRAPHY WITH SHORT PULSED MAGNETIC FIELD FOR IN-VIVO IMAGING OF MAGNETIC IRON OXIDE NANOPARTICLES IN NANOMEDICINE, April 2016 (2016-04-01), pages 689 - 699
JUNGHWAN OH ET AL: "Detection of magnetic nanoparticles in tissue using magneto-motive ultrasound", NANOTECHNOLOGY, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 17, no. 16, 28 August 2006 (2006-08-28), pages 4183 - 4190, XP020104012, ISSN: 0957-4484, DOI: 10.1088/0957-4484/17/16/031 *
OH J.: "Detection of Magnetic Nanoparticles in Tissue Using Magneto-Motive Ultrasound", NANOTECHNOLOGY, vol. 17, 2006, pages 4183 - 4190, XP020104012, DOI: 10.1088/0957-4484/17/16/031

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021120922A1 (de) 2023-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4432570B4 (de) Verfahren und Vorrichtung für die Kernresonanzabbildung physiologischer Funktionsinformation
EP1615555B1 (de) Verfahren zur räumlich aufgelösten ermittlung der verteilung magnetischer partikel in einem untersuchungsbereich
DE3220490A1 (de) Diagnoseapparat
DE4428503C2 (de) Diffusionsgewichtete Bildgebung mit magnetischer Resonanz
DE10127930A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur effektiven Stenoseidentifikation in einer Peripheriearteriengefäßstruktur unter Verwendung einer MR-Abbildung
EP2946730A1 (de) Verfahren zur vermessung des atemvorgangs eines patienten während einer magnetresonanzuntersuchung, messanordnung und magnetresonanzeinrichtung
DE102006058316A1 (de) Verfahren zur Aufnahme von Bilddaten einer Gefäßwand und Magnet-Resonanz-Gerät hierzu
EP2213228A2 (de) Degradations- und Integritätsmessgerät für absorbierbare Metallimplantate
DE102008049709A1 (de) Verfahren zur selektiven Darstellung einer Bewegung der Lunge, Computerprogramm, Bildverarbeitungseinheit und Magnetresonanzgerät
DE10191807B3 (de) MRI-Verfahren und -Vorrichtung zur schnellen Bewertung eines Stenoseausmaßes
EP3875979A1 (de) Optimiertes verfahren für dynamische kontrastverstärkende magnetresonanztomographie
DE102007009210A1 (de) Bildgebendes tomographisches Verfahren und zugehörige Anordnung
DE102014107261A1 (de) Verfahren zur nichtinvasiven optischen Messung von Eigenschaften von fließendem Blut
DE102007002755A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur nichtinvasiven Untersuchung eines Körpers mit Ultraschallstrahlung
WO2010099973A1 (de) Quantifizierung der bildgüte zur bewegungssynchronen erfassung einer tomographischen schnittaufnahme eines objektes
WO2013091630A2 (de) Verfahren zum untersuchen von menschlichem oder tierischem gewebe
DE19545159B4 (de) Verfahren zur Magnetresonanzabbildung eines Scher-Maßes innerhalb mechanisch zum Schwingen gebrachter Materialien
WO2023017124A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur nicht-invasiven quantifizierung von ferritischen stoffen in gewebe
EP3378389A1 (de) Vorrichtung für bildgebende verfahren auf basis des magnetic particle imaging und zugehörige verfahren
Qin et al. Effects of a sudden flow reduction on red blood cell rouleau formation and orientation using RF backscattered power
WO1990010878A1 (de) Verfahren zur magnetischen resonanzspektroskopie oder -tomographie in einem vorwählbaren bereich eines materials und verwendung davon
DE112015006278T5 (de) System und Verfahren zur Abbildung von Makrophagenaktivität mittels Delta-Relaxationsverstärkter-Magnetresonanztomographie
EP2120704B1 (de) Mr-bildkontrast mittels ultraschall
DE102008020574B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Magnetresonanztomographiegeräts
DE102004019590B4 (de) Verfahren zur kernspintomographischen Messung dynamischer Signale

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22761250

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022761250

Country of ref document: EP

Effective date: 20240311