DE10155559A1

DE10155559A1 - Elektrodenanordnung für einen Magnetresonanztomographen

Info

Publication number: DE10155559A1
Application number: DE10155559A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gasser
Original assignee: Universitaet Duisburg Essen
Current assignee: Universitaet Duisburg Essen
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: WO2003041576A3; DE10155559B4; WO2003041576A2; AU2002356583A1

Abstract

Es wird eine Elektrodenanordnung zur Untersuchung eines Patienten in einem Magnetresonanztomographen vorgeschlagen. Um eine Reizstromerregung von im Tomographen befindlichen Körperteilen zu ermöglichen, ist eine elektrische, nicht-magnetisierbare Abschirmung der Elektrode(n) vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Untersuchung eines Patienten mit einer ein Magnetfeld erzeugenden ersten Untersuchungseinrichtung, insbesondere einem Magnetresonanztomographen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Elektrodenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet "elektromagnetische Untersuchungs- bzw. Messverfahren", insbesondere die Magnetresonanztomographie (MRT). Die MRT hat bei der Versorgung von Patienten mit Erkrankungen des Gehirns eine herausragende Rolle. Aufgrund einer hohen Ortsauflösung und der Möglichkeit pathologische Prozesse in ihrer biologischen Wertigkeit einzugrenzen ist dieses Verfahren fest in die diagnostische Routine vor und nach Hirnoperationen eingebunden.
In vielen Fällen ist eine operative Therapie am Gehirn (z. B. Tumorentfernung) als Gradwanderung zwischen Radikalität und Funktionserhalt zu verstehen. Das Verständnis für die Funktionalität eines krankhaft veränderten Hirnareals ist von besonderer Bedeutung für die Planung eines operativen Eingriffes.
Die MRT ermöglicht nebst der Darstellung anatomischer Strukturen auch die Generierung und Visualisierung von funktionellen Informationen. Funktionelle Informationen beziehen sich auf Hirnareale, denen eine bestimmte Hirnleistung (z. B. Motorik, Sensorik etc.) zugeordnet ist. Das Verfahren, das auf unterschiedlichen Signalverhalten von identischen Hirnarealen mit aktiver und ruhender Funktion basiert, wird als funktionelle Kernspintomographie (fMRT) bezeichnet. Durch eine vom Patienten geleistete definierte Aufgabe während einer fMRT-Untersuchung wird ein der Leistung entsprechendes Hirnareal funktionell aktiviert, also die Stoffwechselaktivität in diesem Gebiet erhöht. Als Folge dessen kommt es zu einer verstärkten, auf dieses Gebiet beschränkten Durchblutung und reaktiv zu einem Überangebot von oxygeniertem Blut (Oxyhämoglobin). Zusammenfassend gilt, daß in einem Hirnareal mit aktivierter Funktion mehr Oxyhämoglobin als im identischen, ruhenden Hirnareal vorliegt. Da sich mit Oxyhämoglobin stark gesättigte kernspintomographisch von geringer oxygenierten Arealen differenzieren läßt, ist mit der fMRT eine Aussage über die Aktivität einzelner Hirnareale möglich.
Der Mehrwert an Information, der aus einer fMRT für den operativen Eingriff gewonnen werden kann, ist erheblich - es kann zwischen pathologischen Prozessen und gesunden, eloquenten Hirnarealen eine Lagebeziehung hergestellt und so einie Resektionsgrenze anhand der funktionellen Daten definiert werden.
Grundlage der fMRT-Untersuchung ist ein sogenanntes Paradigma, eine fest definierte Sequenz von Aktivierungs- und Ruhephasen, die der Patient während der MRT-Untersuchung auszuführen hat (z. B. willkürliche Bewegungen, Sprachproduktion etc.). Aktive Paradigmen setzen jedoch eine hohe Kooperationsfähigkeit des Patienten voraus. Zudem muß eine ausreichende motorische Restfunktion vorhanden sein, um eine Aktivierung des zugehörigen motorischen Kortex erzielen zu können. Diese ist bei Patienten mit Hirntumoren meist nicht vorhanden.
Aktive Paradigmen werden jedoch quasi nicht eingesetzt, insbesondere wegen unzureichender Standardisierbarkeit sowie hohem personellen und zeitlichen Aufwand. Besonders limitierend für aktive Paradigmen ist die oftmals eingeschränkte Kooperationsfähigkeit von vielen Patienten.
Es ist bekannt, bei einer fMRT durch Druckluft sich alternierend aufblähende bzw. bewegende Membrankammern an den Fingern eines Patienten anzubrindgen, um ein passives Paradigma zu erreichen. Dieses Verfahren ist in Bezug auf Frequenzmodulation und Amplitude eingeschränkt. Grundsätzlich handelt es sich bei diesem Verfahren um ein mechanisches, welches ausschließlich nur eine Gruppe von Sensoren (Rezeptoren) und Nervenbahnen aktiviert. Eine Applikation dieser Membranen am Fuß hat sich nicht bewährt, da dabei keine verwertbare Aktivität des betroffenen Hirnareals gemessen werden kann.
Teilweise wird der Fuß auch nur manuell mit einer Bürste gerieben, um dadurch eine Hirnaktivität im zugehörigen Areal zu erzielen. Dieses Verfahren kann als nicht standardisierbar bezeichnet werden.
Der Einsatz von elektrischen Strom zur neurologischen Funktionsdiagnostik (z. B. Nervenleitgeschwindigkeit, Somatosensorisch Evozierte Potentiale - SEP) wird seit Jahrzehnten im klinischen Alltag praktiziert, die Erfahrungen mit diesen Untersuchungsverfahren sind weitläufig und standardisiert.
Bisher war es jedoch nicht möglich, elektrische Apparate und Instrumente, insbesondere Elektroden, im Bereich des Magnetfelds eines Magnetresonanztomographen einzusetzen, ohne Fehldarstellungen oder Fehlfunktionen zu verursachen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Untersuchung eines Patienten mit einer ein Magnetfeld erzeugenden ersten Untersuchungseinrichtung sowie eine dafür vorgesehene Elektrodenanordnung anzugeben, um umfassendere Untersuchungen, insbesondere in einem Kernspin- bzw. Magnetresonanztomographen, bei anliegendem Magnetfeld zu ermöglichen, insbesondere die Zuführung und/oder Messung elektrischer Ströme zum bzw. am Patienten zu ermöglichen, insbesondere ohne Störungen der Bildinformation und/oder ohne Induktionsströme bzw. Fehlsignale in einem Stromleiter bzw. einer Elektrode hervorzurufen.

Die obige Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 oder eine Elektrodenanordnung gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Insbesondere ist für die Applikation eines elektrischen Reizstromes (z. B. 3 Hz, 10-30 mA) am Patienten, der synchron zur Stimulation tomographisch untersucht wird, eine nicht-magentisierbare, elektrische Abschirmung vorgesehen.

Insbesondere ermöglicht die vorschlagsgemäße Lösung eine elektrische Stimulation des peripheren Nervensystems während einer fMRI-Untersuchung, um somit eine Aktivierung eines zentralen Hirnareals zu induzieren. Dies hat mehrere entscheidende Vorteile im Vergleich zu bisherigen Verfahren:
Feine Modulation der Reizintensität durch Anpassung des applizierten Reizstromes;
Feine Modulation der Reizfrequenz und dadurch optimierte Anpassung an die Latenz der cerebralen Stoffweschelreaktion nach Stimulation;
Feinere Abgrenzung der Reizareale, da entweder ausschließlich nur periphere Nervenäste oder Kombinationen aus mehreren Nervenstämmen (N. medianus am Handgelenk oder N. tibialis am oberen Sprunggelenk) gereizt werden können.

Weitere Vorteile, Aspekte, Merkmale und Eigenschaften ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbesipiels anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt eine schematische, teilweise blockschaltbildartige Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Bei der dargestellten, vorschlagsgemäßen Anordnung 1 wird ein Patient bzw. Mensch 2 in einem elektromagnetischen Feld bzw. Magnetfeld 3 einer ersten Untersuchungseinrichtung, hier einem Kernspin- bzw. Magnetresonanztomographen 4, untersucht. Das Feld 3 verläuft insbesondere zumindest im wesentlichen radial bezüglich der Längsachse des Patienten 2 bzw. des hier im Längsschnitt angedeuteten Tomographen 4.
Als zweite Untersuchungseinrichtung ist eine Elektrodenanordnung 5 mit mindestens einer Elektrode 6 im Bereich des Felds 3 bzw. Tomographen 4 angeordnet. Die Elektrode 6 ist hier beispielsweise an die Hand oder das Handgelenk zur Reizung bei Untersuchungen, wie der fMRT, angeschlossen oder anschließbar.
Jedoch kann die zweite Untersuchungseinrichtung grundsätzlich auch als sonstige elektrische, ggf. auch aktive Einrichtung oder Anordnung ausgebildet sein.
Die zweite Untersuchungseinrichtung weist eine nicht-magnetisierbare, elektrisch leitende Abschirmung 7 auf. Insbesondere bildet die Abschirmung 7 gleichzeitig eine Umhüllung bzw. ein Gehäuse oder ist darin integriert. Die Abschirmung 7 kann auch als Schicht, Beschichtung, Folie o. dgl. ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die zweite Untersuchungseinrichtung bzw. die Elektrodenanordnung 5 insgesamt nicht-magnetisierbar ausgebildet.
Unter "nicht-magnetisierbar" ist hier eine allenfalls geringe Abweichung der magnetischen Permeabilität von 1 bzw. dem Vakuum oder der Luft zu verstehen. Ein geringer Diamagnetismus oder Paramagnetismus ist jedoch noch tolerabel.
Vorzugsweise ist die Abschirmung 7 und/oder Elektrode 6, insbesiondere die gesamte zweite Untersuchungseinrichtung, aus Material(ien) mit einer magnetischen Suszeptibilität |ℵ| < 5.10^-5, insbesondere < 2.10^-5, vorzugsweise < 1.10^-6, hergestellt.
Die Abschirmung 7 ist vorzugsweise aus Kupfer und/oder einer geeigneten Kupferlegierung hergestellt, also sehr gut elektrisch leitend ausgebildet. So ist bei geringer bzw. fehlender Magnetisierbarkeit auch eine gute elektromagnetische Abschirmwirkung erreichbar.
Die Abschirmung bzw. Umhüllung 7 ist vorzugsweise hohlraum- bzw. rohrförmig mit vorzugsweise nur einer endseitigen Öffnung 8 zur Aufnahme einer Hand und ggf. eines Teils des Unterarms des Patienten 2 ausgebildet, hier als einseitig offene Röhre.
Die Elektrodenanordnung 5 bzw. die Elektrode 6 ist innerhalb der Abschirmung bzw. Umhüllung 7 angeordnet und an ein außerhalb des Felds 3 angeordnetes Steuergerät, hier einen Signal- bzw. Reizstromgenerator 9, angeschlossen, und zwar über ein Kabel, hier ein Koaxialkabel 10.
Die Abschirmung des Koaxialkabels 10 ist an die Abschirmung 7 der zweiten Untersuchungseinrichtung angeschlossen bzw. anschließbar und liegt auf einem festen elektrischen Potential, vorzugsweise auf Masse.
Die Abschirmung bzw. Umhüllung 7 ist vorzugsweise mit ihrer Haupt- bzw. Längsachse, die hier quer zur Öffnung 8 verläuft, zumindest im wesentlichen quer, insbesondere senkrecht, zum Magnetfeld 3 und vorzugsweise zumindest im wesentlichen parallel zur Längsachse des Tomographen 4 ausgerichtet.
Ein wesentlicher Aspekt liegt darin, durch die nicht-magnetisierbare, elektrisch leitende Abschirmung 7 eine elektrische Signal- oder Stromzuführung, -übertragung, -leitung, -erfassung und/oder -verarbeitung mittels der zweiten, vom Tomographen 4 separaten Untersuchungseinrichtung, wie der Elektrode 6, im Bereich des Innenfelds 3 bzw. im Inneren des Tomographen 4 auf einfache, kostengünstige Weise zu ermöglichen, wobei Signalverfälschungen - einerseits der zweiten Untersuchungseinrichtung und andererseits des Tomographen 4 - vermieden oder zumindest minimiert werden.
Versuche haben gezeigt, daß die vorschlagsgemäße Abschirmung 7 eine elektrische Stimulation bzw. Reizung von Patienten 2, insbesondere an Extremitäten, im Innenraum des Tomographen 4 mit Wechselstrom in einem sehr weiten Frequenzbereich und Amplitudenbereich ermöglicht, ohne Artefakte bei den tomtographischen Aufnahmen zu erzeugen bzw. die MRT zu stören. Dementsprechend wird auf einfache, kostengünstige Weise eine sehr gut reproduzierbare fMRT ermöglicht.
Kurz gesagt, wird insbesondere eine Elektrodenanordnung für einen Kernspin- bzw. Magnetresonanztomographen vorgeschlagen. Um eine Reizstromerregung im Tomographen zu ermöglichen, ist eine nicht-magnetisierbare, elektrische Abschirmung der Elektrode(n) vorgesehen.

Claims

1. Anordnung (1) zur Untersuchung eines Patienten (2) mit einer ein Magnetfeld (3) erzeugenden ersten Untersuchungseinrichtung, insbesondere einem Kernspin- bzw. Magnetresonanztomographen (4), und einer zweiten, elektrischen und/oder elektronischen Untersuchungseinrichtung, insbesondere einer Elektrode (6), die im Bereich des Magnetsfelds (3) anordenbar oder angeordnet, insbesondere an den Patienten (2) anschließbar oder angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1) eine nicht-magnetisierbare, elektrische Abschirmung (7) aufweist, die die zweite Untersuchungseinrichtung zumindest teilweise umgibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (7) eine Schicht, insbesondere Beschichtung, oder Folie aus einem nicht-magnetisierbaren Material, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, aufweist oder aus derartigem Material hergestellt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (7) elektrisch leitend ausgebildet ist und insbesondere auf einem konstanten elektrischen Potential liegt, vorzugsweise an Masse angeschlossen ist.

4. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1) ein mit der zweiten Untersuchungseinrichtung zur Stromversorgung und/oder Signalübertragung verbundenes Koaxialkabel (10) aufweist, insbesondere wobei die Abschirmung (7) mit einer Abschirmung des Koaxialkabels (10) elektrisch verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (7) hohlraumförmig, insbesondere rohrförmig, mit insbesondere nur einer, vorzugsweise endseitigen Öffnung (8) zur zumindest teilweisen Aufnahme einer Gliedmaße, wie einer Hand, des Patienten (2) ausgebildet ist.

6. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (7) mit ihrer Längsachse zumindest im wesentlichen parallel zur Längsachse des Tomographen (4) und/oder mit einer Öffnung (8) quer dazu ausgerichtet ist.

7. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (7) mit ihrer Längsachse quer zum Magnetfeld (3) und/oder mit einer Öffnung (8) zumindest im wesentlichen parallel dazu ausgerichtet ist.

8. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (7) die Elektrode (6) um mindestens 5 cm, vorzugsweise mindestens 10 cm, überdeckt.

9. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1) ein außerhalb des Magnetfelds (3) angeordnetes Steuergerät, insbesondere einen Signal- oder Reizstromgenerator (9), aufweist, das über ein Kabel, insbesondere ein Koaxialkabel (10), mit der zweiten Untersuchungseinrichtung verbunden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tomograph (4) und der Generator (9) derart gekoppelt sind, daß in Abhängigkeit von Reizsignalen Untersuchungen, insbesondere Folgen von zeitlich definierten Untersuchungen bzw. Aufnahmen durch den Tomographen (4), selbsttätig auslösbar sind.

11. Elektrodenanordnung (5) zur Untersuchung eines Patienten (2), insbesondere für einen Kernspin- bzw. Magnetresonanztomographen (4), mit mindestens einer Elektrode (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (5) eine die Elektrode (6) zumindest teilweise umgebende, nicht-magnetisierbare, elektrische Abschirmung (7) aufweist.

12. Elektrodenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (7) eine Schicht, insbesondere Beschichtung, oder Folie aus einem nicht-magnetisierbaren Material, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, aufweist oder aus derartigem Material hergestellt ist.

13. Elektrodenanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (7) elektrisch leitend ausgebildet ist und insbesondere einen elektrischen Anschluß aufweist.

14. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (7) hohlraumförmig, insbesondere rohrförmig, mit insbesondere nur einer, vorzugsweise endseitigen Öffnung (8) zur zumindest teilweisen Aufnahme einer Gliedmaße, wie einer Hand, des Patienten (2) ausgebildet ist.