DE10132808B4

DE10132808B4 - Optisches Diagnosesystem für die Kleintierbildgebung

Info

Publication number: DE10132808B4
Application number: DE10132808A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Prof. Beuthan; Arne Dr. Hengerer; Tobias Dr. Jochum; Thomas Dr. Mertelmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2021-07-07
Also published as: US6833915B2; US20030035104A1; DE10132808A1

Abstract

Optisches Diagnosesystem für die Kleintierbildgebung, bei dem das auf einer Lagerplatte angeordnete, mit einem aktivierbaren optischen Kontrastmittel versetzte Tier von einer Anregungsquelle bestrahlt und die resultierende zurückgestrahlte Fluoreszenzstrahlung über ein Detektorsystem erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatte als strahlentransparentes Fenster (13) für eine von einer zweiten Markierung des Kontrastmittels erzeugte Referenzstrahlung zur Erfassung des Ausgangskonzentration des inerten Kontrastmittels ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Diagnosesystem für die Kleintierbildgebung, bei dem das auf einer Lagerplatte angeordnete, mit einem aktivierbaren optischen Kontrastmittel versetzte Tier von einer Anregungsquelle bestrahlt und die resultierende zurückgestrahlte Fluoreszenzstrahlung über ein Detektorsystem erfasst wird.

Bei Untersuchungen von Stoffwechselfunktionen am lebenden Kleintier – man vgl. hierzu beispielsweise Radiology 1999 Volume 213 Number 3, Seite 866 bis 868 – werden aktivierbare optische Kontrastmittel verwendet, die im nahen Infrarot fluoreszieren. Das Kontrastmittel ist im gesunden Gewebe inert und wird erst im Zielgewebe, beispielsweise einem Tumor, durch krankheitskorrelierte Stoffwechselaktivitäten (enzymatische Prozesse) aktiviert, das heißt in einen fluoreszenten Zustand überführt. Durch einen hochselektiven Aktivierungsmechanismus wird mit diesem Kontrastmittel ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht. Eine Quantifizierung der Stoffwechselaktivität kann durch die Messung nach Bestimmung der Aktivierungsrate erfolgen. Hierfür ist es aber notwendig, dass neben der durch das Fluoreszenzsignal zu bestimmenden Konzentration des aktivierten Kontrastmittels auch die Ausgangskonzentration des inerten Kontrastmittels im Zielgewebe bekannt ist. Dieser Wert lässt sich nicht anhand der injizierten Dosis errechnen, sondern muss experimentell bestimmt werden, was vorzugsweise durch eine zweite kontinuierlich signalgebende Markierung, welche nicht mit dem Aktivierungssignal interferiert, wie beispielsweise eine Radioisotopmarkierung erfolgen kann. Ein solches Verfahren setzt eine duale Bildgebung voraus, wobei bisher zunächst das Tier nach der Bestimmung des aktivierten Kontrastmittels durch Messung der Fluoreszenzstrahlung in ein zweites Bildgebungssystem transferiert werden musste, um die zweite kontinuierlich signalge bende Markierung des Kontrastmittels zu erfassen. Neben der durch diese Umpositionierung des Tieres gegebenen zusätzliche Belastung, die zu erheblichen gesundheitlichen Problemen führen kann, erschwert diese Messungen in zwei verschiedenen Bildgebungssystemen die Überlagerung der beiden Bilder, da künstliche oder anatomische Marker zur Registrierung benutzt werden müssen. Darüber hinaus wird die Messgenauigkeit, insbesondere bei zeitlich stark schwankenden Parametern im Zielgewebe (hoher enzymatischer Umsatz und schnelle Pharmakodynamik) beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Diagnosesystem der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass ein Arbeiten mit zwei Bildgebungssystemen, zwischen denen das Tier transferiert werden muss, entfällt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lagerplatte als strahlentransparentes Fenster für eine von eine zweiten Markierung des Kontrastmittels erzeugte Referenzstrahlung zur Erfassung der Ausgangskonzentration des inerten Kontrastmittels ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist also das optische Diagnosesystem so ausgebildet, dass – durch eine Verkopplung vermittels der als strahlentransparentes Fenster ausgebildeten Lagerplatte – das Bildgebungssystem für die zweite kontinuierlich signalgenerierende Markierung in das Bildgebungssystem für die Fluoreszenzstrahlung integriert ist. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Vermessung sowohl der Fluoreszenzstrahlung als auch der Referenzstrahlung, sodass sich eine sehr hohe Messgenauigkeit, verbunden mit der einfachen Registrierung der beiden Bilder, da sie ja jeweils in der gleichen Positionierung des Tieres aufgenommen werden, ergibt.
Die zweite Markierung könnte prinzipiell auch durch einen zweiten Fluoreszenzmarker für das inerte Kontrastmittel mit veränderter Frequenz gebildet sein. Bevorzugt soll aber die zweite Markierung eine Radioisotopmarkierung sein, wobei das Fenster, unter dem ein Gammastrahlenempfänger angeordnet ist, gammastrahlen-durchlässig, jedoch bevorzugt NIR-undurchlässig ist.
Ein solches Fenster kann zum Beispiel aus dünnem Aluminiumblech oder aber auch aus CFK bestehen.
Die Fluoreszenzstrahlung der Anregungsquelle, die beispielsweise eine Infrarot-Laserdiode sein kann, kann zur Gewinnung von 3D-Information in unterschiedlichen Richtungen anregbar und messbar sein, wobei aus den Messwerten wenigstens zweier unterschiedlicher Empfangswinkel Tiefeninformation berechnet werden kann. Dieses kann durch einen entsprechenden Algorithmus und eine entsprechende Auslegung der Auswerteelektronik selbsttätig im Gerät erfolgen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die das erfindungsgemäße optische Diagnosesystem für die Kleintierbildgebung in Kombination mit einer nuklearmedizinischen Bildgebung schematisch zeigt.
Das optische Diagnosesystem 1 mit einer Infrarot-Laserdiode 2 die über eine optische Kopplung 3 und ein Glasfaserkabel 4 mit dem eigentlichen Anregungssystem 5 mit einer Linse 6 verbunden ist, ermöglicht eine Bestrahlung des auf einer Lagerplatte 7 angeordneten Kleintiers 8 mit einer Infrarotstrahlung, die im Zielgewebe, beispielsweise einem Tumor des Tieres, eine Fluoreszenzstrahlung auslöst, die über eine CCD-Kamera 9 mit vorgesetzten Linsen 10 und Filtern 11 erfasst werden kann. Die erfassbare Fluoreszenzstrahlung beruht dabei darauf, dass im Zielgewebe durch krankheitskorrelierte Stoffwechselaktivitäten ein dem Kleintier verabreichtes, spezielles optischen Kontrastmittel aktiviert, das heißt in einen fluoreszenten Zustand überführt, wird. Durch die Anregungs-Infrarotstrahlung von der Laserdiode 2 wird im Krankheitsgebiet dann die Fluoreszenzstrahlung ausgelöst und über die CCD-Kamera gemessen, woraufhin sie – angedeutet durch den Pfeil 12 – einer Bildverarbeitungsstufe zugeleitet wird.
Erfindungsgemäß ist die Lagerplatte 7 mit einem strahlungstransparenten Fenster 13, vorzugsweise einem gammastrahlendurchlässigen Strahlungsfenster, beispielsweise aus Aluminium oder GFK, versehen, sodass gleichzeitig mit der optischen Bildgebung unter Verwendung der Fluoreszenzstrahlung des aktivierbaren optischen Kontrastmittels im Inneren des zu untersuchenden Kleintiers 8 eine zweite Untersuchung unter Verwendung einer zweiten Markierung des Kontrastmittels erfolgen kann. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine Radioisotopmarkierung, also eine kontinuierlich signalgenerierende Markierung des Kontrastmittels , die unabhängig davon, ob im Zielgebiet eine krankheitskorrelierte Stoffwechselaktivität den ersten Fluoreszenzmarker aktiviert hat oder nicht, den Gesamtgehalt an Kontrastmitteln im jeweils erfassten Bereich des Kleintieres zu messen gestattet. Das Messergebnis über diese Gammastrahlungskamera 14 unterhalb des Fensters 13 ermöglicht die Bestimmung der Aktivierungsrate und damit eine Quantifizierung der Stoffwechselaktivität. Die Abmessung des Fensters 13 ist vorzugsweise so, dass das ganze Objekt durch die Messung erfasst werden kann.

Claims

Optisches Diagnosesystem für die Kleintierbildgebung, bei dem das auf einer Lagerplatte angeordnete, mit einem aktivierbaren optischen Kontrastmittel versetzte Tier von einer Anregungsquelle bestrahlt und die resultierende zurückgestrahlte Fluoreszenzstrahlung über ein Detektorsystem erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatte als strahlentransparentes Fenster (13) für eine von einer zweiten Markierung des Kontrastmittels erzeugte Referenzstrahlung zur Erfassung des Ausgangskonzentration des inerten Kontrastmittels ausgebildet ist.
Optisches Diagnosesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Markierung eine Radioisotopmarkierung ist und dass das Fenster (13) – unter dem ein Gammastrahlenempfänger angeordnet ist – gammastrahlen-durchlässig ist.
Optisches Diagnosesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (13) NIR-undurchlässig ist.
Optisches Diagnosesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (13) aus dünnem Aluminiumblech besteht.
Optisches Diagnosesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (13) aus CFK besteht.
Optisches Diagnosesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsquelle eine Infrarot-Laserdiode (2) ist.
Optisches Diagnosesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluoreszenzstrahlung zur Gewinnung von 3D-Information in unterschiedlichen Richtungen anregbar und messbar ist.