DE102010020350A1

DE102010020350A1 - Verfahren zur Positionierung des Fokus eines Gradientenfeldes und Behandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010020350A1
Application number: DE102010020350A
Authority: DE
Inventors: Michael Maschke; Dr. Klingenbeck Klaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: US9057759B2; US20110282184A1; DE102010020350B4

Abstract

Verfahren zur Positionierung des Fokus eines magnetische Nanopartikel zu einem Zielort führenden und/oder an dem Zielort haltenden, von einem Magnetsystem mit wenigstens einem Magneten erzeugten magnetischen Gradientenfeldes, welches Magnetsystem mit einer Röntgeneinrichtung registriert ist oder wird, wobei mittels der Röntgeneinrichtung wenigstens ein dreidimensionaler, den Zielort zeigender Bilddatensatz aufgenommen wird, die Position des Zielortes manuell und/oder automatisch in dem Bilddatensatz oder einem daraus abgeleiteten Bilddatensatz ermittelt wird und automatisch unter Berücksichtigung der Registrierung der Fokus so positioniert wird, dass er mit der Position des Zielortes zusammenfällt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung des Fokus eines magnetische Nanopartikel zu einem Zielort führenden und/oder an dem Zielort haltenden, von einem Magnetsystem mit wenigstens einem Magneten erzeugten magnetischen Gradientenfeldes sowie eine zugehörige Behandlungsvorrichtung.
Krebserkrankungen stellen seit je her eine Herausforderung an die moderne Medizin dar. Die klassische Therapie bei Krebserkrankungen kann in der Regel die folgenden Maßnahmen vorsehen:

1. Chirurgische Entfernung des Tumors
2. Chemotherapie
3. Bestrahlungstherapie
4. eine Kombination aus den drei vorher genannten Maßnahmen.

Trotz aller Fortschritte bei den oben genannten Maßnahmen kann es bei vielen Patienten zu wiederkehrenden Tumoren oder Metastasen kommen. Abhängig vom Gesundheitszustand des Patienten, dessen Alter und der Art der Tumore können die oben beschriebenen Therapieformen wiederholt werden. Es kann jedoch auch vorkommen, dass ein Patient „austherapiert” ist, das bedeutet, dass die oben genannten klassischen Therapiemaßnahmen nicht mehr angewendet werden können, da der Patient die Belastung dieser Therapien physisch und/oder psychisch nicht mehr ertragen kann.
Für solche „austherapierten” Patienten ist es bekannt, starke Schmerzmittel zu verabreichen, die teilweise auch über einen Katheter unmittelbar in den Tumorbereich eingebracht werden können. Dabei wird allerdings lediglich der Schmerz bekämpft, eine Heilung wird nicht erreicht.
Daher wurde in letzter Zeit die sogenannte Tumorablation als neue Behandlungsmaßnahme vorgeschlagen. Dabei ist vorgesehen, ein Werkzeug, beispielsweise einen Katheter oder eine Biopsienadel, zu dem Tumor oder der Metastase zu führen und mit Hilfe verschiedener Energieformen oder durch Injektion von Alkohol den Tumor zu schädigen.
Beispielhaft soll hier die sogenannte Thermoablation näher beschrieben werden. Zur Thermoablation können Radiofrequenz-(RF-), Mikrowellen-, Ultraschall- und/oder Laserenergie verwendet werden. Dabei werden die Tumorzellen durch hohe Temperaturen abgetötet, während gesundes Gewebe verschont bleibt. Bei der Radiofrequenzablation (RFA) führt ein interventioneller Radiologe unter Zuhilfenahme bildgebender Technologien eine dünne Nadel in den Tumor eines Patienten ein. Von der Nadelspitze wird Radiofrequenzenergie auf das Zielgewebe übertragen, wo sie große Hitze erzeugt und damit den Tumor abtötet. Das abgestorbene Gewebe schrumpft und bildet langsam eine Narbe.
Je nach Größe des Tumors kann ihn eine RFA schrumpfen lassen oder abtöten, wodurch die Lebenszeit eines Patienten verlängert und seine Lebensqualität erheblich verbessert werden kann. Da es sich bei der RFA um eine lokale Methode handelt, die das gesunde Gewebe nur wenig oder gar nicht beeinträchtigt, kann die Behandlung häufig wiederholt werden.
Die durch Tumore verursachten Schmerzen sowie andere Schwächesymptome werden gelindert, indem die Größe des Tumors reduziert wird bzw. neu entstehende Tumore behandelt werden. Obwohl die Tumore selbst oft keine Schmerzen verursachen, können sie auf Nerven oder wichtige Organe drücken, was unter Umständen große Schmerzen verursacht. Die RFA kann bei kleinen bis mittelgroßen Tumoren angewandt werden, vgl. hierzu auch den Artikel von Zhengium Liu, „Radiofrequency tumor ablation", AJR: 184, April 2005, 1347 bis 1352.
Ein großer Nachteil der obigen Ablationstherapie ist, dass diese nur bei relativ kleinen Tumoren eingesetzt werden kann. Ein sehr hoher Anteil von Tumoren wird allerdings in einem relativ späten Stadium entdeckt und kann daher mittels dieser Therapieform nicht mehr behandelt werden.
Eine Alternative zur Ablation ist die sogenannte Radioembolisation, auch selektive interne Radiotherapie (SIRT) genannt. Dabei werden die Gefäße mit radioaktiven Mikrokapseln, die häufig Kugelform aufweisen, verschlossen. Diese Kügelchen haben den ungefähren Durchmesser von fünf roten Blutkörperchen und nisten sich in den Blutgefäßen des Tumors ein, von wo aus sie ihre die Tumorzellen schädigende und insbesondere abtötende Strahlung abgeben.
Verwendet wird häufig das Radioisotop Yttrium-90, wobei unmittelbar vor dem Eingriff die das Radioisotop enthaltenden Mikrokapseln hergestellt werden und zur behandelnden Klinik gebracht werden. Yttrium-90 wird bevorzugt verwendet, da es sich um einen reinen Beta-Strahler handelt. So ist die unerwünschte Strahlenbelastung für umgebende Personen gering und 90% der Energie der Partikelstrahlung werden im Gewebe innerhalb eines Radius von ca. 9 bis 11 mm deponiert. Die vergleichsweise kurze physikalische Halbwertszeit erfordert einen nur kurzen stationären Aufenthalt in einer nuklearmedizinischen Klinik, beispielsweise von etwa 48 Stunden.
Die Herstellung solcher radioaktiver therapeutischer Wirkstoffe bzw. von entsprechenden Mikrokapseln ist beispielsweise in der US 2004/00776582 beschrieben.
Die Radioembolisation erfolgt als bildgesteuerte Therapie durch einen interventionellen Radiologen in Zusammenarbeit mit einem Nuklearmediziner. Nach lokaler Betäubung wird über einen kleinen Hautstich in der Leiste ein dünner Katheter in die Arterie eingeführt. Dieser Katheter wird dann unter Durchleuchtungskontrolle zum Zielort, also dem Tumor, gebracht. Bei der Behandlung eines Lebertumors kann beispielsweise der Katheter unter Durchleuchtungskontrolle in die Leberarterie (Arteria Hepatica) vorgeführt werden. Das radioaktive Isotop wird durch den Katheter in Form von Mikrokapseln, insbesondere Mikrokügelchen, direkt in diejenigen Arterienäste eingespritzt, die den Tumor, insbesondere den Lebertumor, versorgen. Diese Mikrokügelchen bleiben in den Tumorgefäßen stecken, von wo aus sie ihre die Tumorzellen abtötende Strahlung abgeben. Da sich die Strahlung auf dieses Gebiet beschränkt, kann sie entsprechend auch höher dosiert werden, ohne dass gesundes Gewebe dabei in Mitleidenschaft gezogen wird.
Bei der Radioembolisation handelt es sich im Allgemeinen um eine palliative Behandlungsmethode, das bedeutet, sie heilt den Krebs nicht. Trotzdem profitieren Patienten stark von diesem Verfahren, da ihre Lebenserwartung dadurch erhöht und ihre Lebensqualität verbessert wird. Es handelt sich um einen relativ neuen Therapieansatz, der aber bereits Erfolge in der Behandlung von Primärtumoren oder Metastasen gezeigt hat. Es wurden bislang bei dieser Behandlungsmethode weniger Nebenwirkungen festgestellt als beispielsweise bei herkömmlichen Chemotherapien.
Zum Einsatz kommt die Radioembolisation beispielsweise bei hepatozellulären Karzinomen (HCC), bei cholangiozellulären Karzinomen und bei Lebermetastasen, etwa von Darm- und Brustkrebs oder von anderen Malignomen. Als häufigste Nebenwirkung tritt Müdigkeit auf, die sieben bis zehn Tage andauern kann.
Ein Nachteil dieses Verfahrens ist es, dass, falls die radioaktiven Mikrokapseln in die Lunge, Gallenblase oder in den Magen gelangen, sie dort einen Strahlenschaden verursachen können.
Eine weitere neue, viel versprechende Behandlungsmethode ist das sogenannte „magnetische Drug-Targeting”, bei dem über einen Katheter oder eine Punktionsnadel chemotherapeutikabeladene magnetische Nanopartikel in den Tumor eingeführt werden. Anschließend werden die magnetischen Nanopartikel von einem Magneten im Bereich des stärksten Feldgradienten konzentriert und setzen dann das chemotherapeutische Medikament im Tumor frei. Magnetische Nanopartikel für Therapiezwecke sind beispielsweise aus der US 6,514,481 B1 bekannt.
Die heute verwendeten Mikrokapseln bzw. Mikrokügelchen bestehen meist aus einem magnetischen Kern, nämlich dem magnetischen Nanopartikel, an den als Hülle Chemotherapeutika angelagert sind, die zur Zerstörung der Tumorzellen führen.
Wie bereits angedeutet, können diese Nanopartikel durch magnetische Felder im Raum an einen bestimmten Zielort geführt bzw. dort festgehalten werden, also beispielsweise im Tumorvolumen, um lokal und selektiv zu wirken. Um solche magnetischen Haltekräfte auszuüben, sind inhomogene Magnetfelder, insbesondere mit starken Gradienten (Gradientenfelder), erforderlich, die beispielsweise durch einen Elektromagneten, aber auch durch Permanentmagneten erzeugt werden können.
Das magnetische Gradientenfeld wird dabei so ausgelegt, dass ein räumliches Gebiet, der sogenannte Fokus, existiert, innerhalb dessen die erzeugten Haltekräfte maximal sind. Dabei ist es häufig schwierig, diesen Fokus mit dem Zielort zur Deckung zu bringen, wobei häufig heutzutage manuell aufgrund einer Bildinformation oder dergleichen gearbeitet wird, was das Risiko birgt, dass die Behandlung am Zielort nicht oder nicht ausreichend wirkt. Die Positionierung basiert dann auf der rein optischen Abschätzung des Arztes, wodurch durch eine Konzentration an der falsche Stelle gesunde Gefäßabschnitte beschädigt werden können oder durch eine Verklumpung der Mikrokapseln an der falschen Stelle Thrombosen erzeugt werden können.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein Positionierungsverfahren anzugeben, das eine verbesserte Positionierung erlaubt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Magnetsystem mit einer Röntgeneinrichtung registriert ist oder wird, wobei mittels der Röntgeneinrichtung wenigstens ein dreidimensionaler, den Zielort zeigender Bilddatensatz aufgenommen wird, die Position des Zielortes manuell und/oder automatisch in dem Bilddatensatz oder einem daraus abgeleiteten Bilddatensatz ermittelt wird und automatisch unter Berücksichtigung der Registrierung der Fokus so positioniert wird, dass er mit der Position des Zielortes zusammenfällt.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, eine Röntgeneinrichtung zu verwenden, die mit dem Magnetsystem registriert oder zumindest registrierbar ist. Ist nämlich erst eine Registrierung gegeben, so kann, wenn der Zielort, insbesondere also der Tumor, im Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung dreidimensional lokalisiert wurde, auch eine Position im Koordinatensystem des Magnetsystems bestimmt werden, welche durch den Fokus einzunehmen ist, so dass der Zielort automatisch durch das Magnetsystem angefahren werden kann. Konkret bedeutet dies, dass die relative Position von Fokus und Zielort mittels verschiedener Stellmittel, die eine mechanische und/oder elektrische Verschiebung erlauben, änderbar ist. Für diese Stellmittel werden automatisch Ansteuerungsparameter ermittelt, so dass die Stellmittel entsprechend angesteuert werden, beispielsweise durch eine Steuereinrichtung. Dies alles ist aufgrund der Registrierung möglich.
Die Röntgeneinrichtung, beispielsweise eine einen C-Bogen umfassende Röntgeneinrichtung, insbesondere mit einem Flachdetektor, ermöglicht weiterhin den Zugang zum Patienten, da die Injektion der magnetischen Nanopartikel im selben Raum erfolgen wird. Mittels eines Biplan-Systems oder durch Aufnahme zeitlich aufeinanderfolgender Bilder bei Verstellung des C-Bogens können Röntgenbilder aufgenommen werden, aus denen eine dreidimensionale Position des Tumors gefolgert werden kann. Besonders bieten sich jedoch zur Aufnahme des Bilddatensatzes Computertomographie-ähnliche Verfahren an, beispielsweise das sogenannte dynaCT-Verfahren, welches beispielsweise durch die US 2006/0120507 A1 beschrieben wird.
Zur Ermittlung der Position des Zielortes aus dem Bilddatensatz bzw. dem aus dem aufgenommenen Bilddatensatz abgeleiteten Bilddatensatz bieten sich im Wesentlichen zwei Möglichkeiten an. Zum einen kann vorgesehen sein, dass der Bilddatensatz, beispielsweise in einer Planungsdarstellung, angezeigt wird, so dass ein Benutzer, beispielsweise ein Arzt, den Zielort, insbesondere den Tumor, in der Planungsdarstellung identifizieren kann und somit die Position ermittelbar ist. Hierfür kann eine geeignete Anzeigevorrichtung vorgesehen sein. Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in einer solchen Planungsdarstellung auch weitere, den Eingriff betreffende Parameter ermittelt und gegebenenfalls eingestellt werden können, beispielsweise bezüglich der Zahl der benötigten Mikrokapseln oder dergleichen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, über eine automatische Bildauswertung den Zielort im Bilddatensatz automatisch lokalisieren zu lassen, beispielsweise über geeignete Segmentierungs- und/oder Kantendetektionsalgorithmen. Auch eine semiautomatische Positionsbestimmung ist denkbar, bei der ein Benutzer beispielsweise eine Grobpositionierung vorgibt, wobei die genaue Bestimmung automatisch, beispielsweise durch eine Steuereinrichtung, erfolgt.
Es sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass die geometrische Lage des Feldfokus im Raum üblicherweise bereits durch die Geometrie des wenigstens einen Magneten, gegebenenfalls zusätzlich bei der Verwendung von Elektromagneten aus den erregenden Strömen, bestimmt werden kann. Beispielsweise kann auch für verschiedene Einstellungen der Stellmittel des Magnetsystems jeweils bereits eine Magnetfeldkarte in einer Steuereinrichtung abgelegt sein.
Folglich kann im erfindungsgemäßen Verfahren weitgehend automatisch der Fokus mit hoher Genauigkeit mit der Lage des Tumors bzw. des Zielorts zur Deckung gebracht werden. So werden die Nanopartikel, insbesondere die sie enthaltenden Mikrokapseln, optimal im Tumor lokal konzentriert und zerstören den Tumor mit minimalen Nebenwirkungen auf umliegendes gesundes Gewebe. Es wird folglich allgemein eine höhere Präzision und Effektivität der Behandlung ermöglicht.
Um eine grundsätzlich vorhandene Registrierung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass das Magnetsystem bzw. seine Komponenten fest mechanisch mit der Röntgeneinrichtung verbunden sind. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass das Magnetsystem über eine reproduzierbare Befestigung erlaubende Befestigungsmittel an der Röntgeneinrichtung befestigt wird. Solche Befestigungsmittel können beispielsweise wenigstens einen mechanischen Flansch umfassen. Auf diese Weise kann das Magnetsystem, wenn es nicht benötigt wird, entfernt werden. Durch die reproduzierbare Verbindungsmöglichkeit ist jedoch, sobald es wieder an der Röntgeneinrichtung angeordnet wird, eine Registrierung zwischen der Röntgeneinrichtung und dem Magnetsystem wieder herstellbar.
Soll die Registrierung grundsätzlich oder auch vor einem bestimmten Vorgang hergestellt werden, kann vorgesehen sein, dass zur Registrierung des Magnetsystems und der Röntgeneinrichtung an dem Magnetsystem, insbesondere dem Magneten, ein an einer Halterung angeordneter, den Fokus relativ zu dem Magneten markierender Röntgenmarker, insbesondere eine Bleikugel, angebracht wird, woraufhin wenigstens zwei zur Bestimmung einer dreidimensionalen Position des Röntgenbildes geeignete Röntgenbilder des Röntgenmarkers mit der Röntgeneinrichtung aufgenommen werden und die Position des Röntgenmarkers aus den Bildern, insbesondere automatisch, ermittelt wird. Bei dieser Vorgehensweise kann also an dem Magnetsystem reproduzierbar und genau eine mechanische Halterung angebracht werden, die ein Röntgenabsorbierendes Element, den Röntgenmarker, trägt, beispielsweise eine kleine Bleikugel. Die Position dieser kleinen Bleikugel fällt mit dem Fokus des Magnetfeldes zusammen. Mit dem Magneten und dem zugehörigen Röntgenmarker in Position wird dann mit der Röntgeneinrichtung, beispielsweise der C-Bogen-Röntgeneinrichtung, eine Bildaufnahme gestartet, wobei aus den Bildern, aufgrund der Verwendung eines Röntgenmarkers vorteilhafterweise automatisch, die Position des Röntgenmarkers im Raum bestimmt werden kann. So können auf einfache Weise die Raumkoordinaten der Röntgeneinrichtung und des Magnetsystems, insbesondere des magnetischen Fokus, aufeinander kalibriert werden.
Nicht immer ist es möglich, aus dem Bilddatensatz alleine in hoher Genauigkeit die Lage des Zielortes, beispielsweise des Tumors, zu bestimmen. Dann kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Bilddatensatz oder ein daraus abgeleiteter Bilddatensatz mit einem vorher aufgenommenen dreidimensionalen Vorabdatensatz, insbesondere einem CT-Bilddatensatz und/oder einem Magnetresonanz-Bilddatensatz und/oder einem PET-Bilddatensatz, fusioniert wird. Hieraus entsteht folglich ein zu verwendender abgeleiteter Bilddatensatz, insbesondere ein Fusionsdatensatz, in dem die Position des Zielorts, insbesondere des Tumors, verbessert bestimmt werden kann. Die Fusionierung kann dabei über bekannte 3D-3D-Registrierungsverfahren erfolgen, so dass die ortsgenaue Verwendung dieser dreidimensionalen präinterventionellen Vorabdatensätze möglich wird.
Mit besonderem Vorteil kann jedoch vorgesehen sein, dass der Vorabdatensatz mit einer mit der Röntgeneinrichtung wenigstens teilweise registrierten Magnetresonanzeinrichtung aufgenommen wird. Ist eine derartige Registrierung bereits grundsätzlich gegeben, so ist es besonders einfach, die jeweiligen Bilddatensätze, hier den Magnetresonanz-Vorabdatensatz und den aufgenommenen Bilddatensatz, zu fusionieren. Zur Realisierung einer solchen Registrierung kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Röntgeneinrichtung und eine Magnetresonanzeinrichtung mit einer insbesondere über ein Schienensystem realisierten gemeinsamen Z-Achse verwendet werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Patiententisch bzw. eine Patientenliege zwischen der Magnetresonanzeinrichtung und der Röntgeneinrichtung verfahren werden kann, so dass bei unbewegtem Patienten die Z-Achse dieselbe bleibt. In den anderen Richtungen kann eine Registrierung bereits grundsätzlich vorgegeben sein, auch in der Z-Richtung, wenn entsprechende feste Positionen vorgegeben sind. Selbstverständlich ist es jedoch auch denkbar, eine Registrierung bezüglich einer noch nicht registrierten Achse, insbesondere der z-Achse, unter Berücksichtigung der Daten wenigstens eines Sensors, insbesondere eines elektromechanischen und/oder optischen und/oder magnetischen Sensors, durchzuführen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass zusätzlich oder alternativ auch Sensoren vorgesehen werden können, die Patientenbewegungen erkennen, welche dann auch entsprechend berücksichtigt werden können.
Unter Verwendung unterschiedlicher Bildgebungsmodalitäten, insbesondere einer Magnetresonanzeinrichtung und einer Röntgeneinrichtung, ist es vorteilhaft möglich, die entsprechenden Aufnahmeparameter so zu wählen, dass sich ergänzende Bilddaten gewonnen werden können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass als Vorabdatensatz ein den Zielort, insbesondere den Tumor, deutlich zeigender Vorabdatensatz, insbesondere durch Verwendung eines Kontrastmittels, aufgenommen wird. Gerade Tumore lassen sich häufig mittels entsprechender Magnetresonanzaufnahmen deutlicher und genauer darstellen. In diesem Zusammenhang kann es zweckmäßig sein, dass der Bilddatensatz in einer Gefäße um den Tumor hervorhebenden Bildaufnahmetechnik aufgenommen wird, insbesondere in einer Soft-Tissue-Technik. Durch das Röntgensystem kann also eine zweidimensionale oder besser dreidimensionale Darstellung der relevanten Gefäße und/oder Tumorbereiche erzeugt werden, wobei zur Darstellung der relevanten Anatomie mit und ohne Röntgenkontrastmittel gearbeitet werden kann. Es sind selbstverständlich auch Mischformen möglich, das bedeutet, es werden Aufnahmen mit und ohne Kontrastmittel gemacht und diese entsprechend überlagert bzw. subtrahiert. Werden beispielsweise Gefäßaufnahmen der Röntgeneinrichtung mit Tumoraufnahmen einer Magnetresonanzeinrichtung kombiniert, so erhält man schließlich einen zur Bestimmung des Zielorts verwendbaren Fusionsbilddatensatz als Bilddatensatz, der deutlich den Tumor und seine Gefäße erkennen lässt.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Magnet ein zur elektrischen Verschiebung des Fokus ansteuerbarer Elektromagnet verwendet wird und/oder zur mechanischen Verschiebung des Fokus relativ zu dem Zielort ein mechanisches Mittel des Magnetsystems, beispielsweise ein Knickarmroboter, und/oder ein mechanisches Mittel einer den den Zielort umfassenden Patienten tragenden Patientenliege angesteuert wird. Es sind also verschiedenste Möglichkeiten denkbar, die relative Verschiebung des Fokus zum Zielort so zu erreichen, dass beide schließlich zusammenfallen. Beispielsweise kann zunächst für eine erste grobe Justierung die Patientenliege horizontal und/oder vertikal verschoben werden. Dann kann eine Feineinstellung über mechanische Mittel des Magnetsystems und/oder entsprechende Bestromung der Elektromagneten des Magnetsystems erfolgen. Mit besonderem Vorteil sind alle hier genannten Einstellmöglichkeiten gegeben, welche dann optimal genutzt werden können, um eine Vielzahl von automatischen und relativen Verschiebungen zu ermöglichen und so für eine genaue Positionierung der Nanopartikel zu sorgen. Das Magnetsystem und die Röntgeneinrichtung können die geometrischen Daten des Fokus und des Zielorts beispielsweise über eine elektronische Schnittstelle austauschen, um den Vorgang der Positionierung automatisch durchzuführen.
Zweckmäßigerweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Führung eines zur Injektion der Nanopartikel ausgebildeten Katheters, die Injektion und/oder die Positionierung der Nanopartikel durch Aufnahme wenigstens eines Durchleuchtungsbildes mit der Röntgeneinrichtung und Anzeige des Durchleuchtungsbildes oder eines aus dem Durchleuchtungsbild abgeleiteten Überwachungsdatensatzes überwacht wird, wobei die Anzeige insbesondere überlagert mit dem Bilddatensatz oder einem daraus abgeleiteten Bild erfolgt. Die Röntgeneinrichtung kann also noch für Überwachungsaufgaben genutzt werden, beispielsweise die Durchleuchtungskontrolle der Positionierung eines zur Injektion der Nanopartikel ausgebildeten Katheters, der Injektion selber und/oder der Positionierung der Nanopartikel. Eine Überlagerung mit dem Bilddatensatz, in dem der Zielort bestimmt wird oder wurde, kann dabei nützlich sein, da der Zielort darin klar zu erkennen ist und bei der Führung, der Injektion oder der Kontrolle des Festhaltens der Nanopartikel am Zielort berücksichtig werden kann
Wie bereits erwähnt, können weitere Parameter, beispielsweise des Magnetsystems, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst werden. So kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von aus den Bilddatensatz ermittelten Planungsdaten die Feldstärke des Gradientenfeldes, insbesondere lokal, automatisch angepasst wird, insbesondere durch Veränderung einer Spannung und/oder eines Stroms eines Elektromagneten des Magnetresonanznetsystems. Basierend auf Berechnungen beispielsweise einer Steuereinrichtung, die auch für die Positionierung des Fokus zuständig ist, kann beispielsweise auch die Feldstärke des Magneten durch Änderung von Spannung/Strom des Elektromagneten angepasst werden.
Mit besonderem Vorteil kann zur insbesondere lokalen Veränderung der Feldstärke und/oder Richtung des Gradientenfeldes wenigstens eine elektromagnetische Anpassungsspule verwendet werden. Solche Anpassungsspulen können in zweierlei Hinsicht eingesetzt werden: Zum einen ermöglichen sie lokale Korrekturen von Feldstärke und Richtung des Gradientenfeldes, die beispielsweise eine genauere und bessere Erzeugung des Fokus erlauben. Zum anderen erhöhen sie die grundsätzlich zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade im Design des Gradientenfeldes, welches entsprechend der aktuellen Behandlungssituation angepasst werden kann, so dass beispielsweise Foki unterschiedlicher Ausgestaltungen für unterschiedliche Verhältnisse am Zielort erzeugt werden können. So wird die Flexibilität des Verfahrens weiter erhöht, wobei selbstverständlich die Anpassungsspulen auch mit dem Magnetsystem registriert sein sollten.
Beispielsweise können aus der Shimtechnologie bei Magnetresonanzanlagen bekannte Techniken auf diesen Anwendungsfall übertragen werden.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn mittels des Magnetsystems und/oder gegebenenfalls der Anpassungsspule ein magnetisches Wechselfeld am Zielort erzeugt wird. Auf diese Weise kann die Therapiewirkung der Partikel verstärkt werden.
Vorzugsweise kann eine einen Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor, die an einem C-Bogen und/oder einem Knickarmroboter befestigt sind, umfassende Röntgeneinrichtung verwendet werden. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da so ein wesentlich besserer Zugang zum Patienten und zusätzliche Möglichkeiten für Röntgenprojektionen ermöglicht werden. Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch ein wenigstens einen Knickarmroboter umfassendes Magnetsystem verwendet werden kann, um auch diesbezüglich die Zugänglichkeit zu verbessern.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein zweidimensionaler oder dreidimensionaler Lokalbilddatensatz mit einem in den Patienten eingeführten oder auf dem Patienten angeordneten Katheter aufgenommen und mit dem Bilddatensatz oder dem daraus abgeleiteten Bilddatensatz, insbesondere dem fusionierten Bilddatensatz, fusioniert wird. Hierzu kann insbesondere ein zur intravaskulären Magnetresonanzbildgebung ausgebildeter Katheter verwendet werden. Die intravaskuläre Magnetresonanzbildgebung (IVMRI) eignet sich besonders zur deutlichen Darstellung des Zielorts, insbesondere eines Tumors, und der konzentrierten magnetischen Nanopartikel. Somit können weitere, lokale Bildinformationen erzeugt werden, die insbesondere zur Kontrolle der Behandlung gemeinsam mit dem Bilddatensatz oder dem abgeleiteten Bilddatensatz, insbesondere dem Fusionsbilddatensatz, dargestellt werden können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass durch die Rotation des Katheters (wobei Schichtbilder erzeugt werden) und einen gleichzeitigen Rückzug oder Vorschub des Katheters dreidimensionale Lokalbilddatensätze aufgenommen werden, so dass eine anatomische Zuordnung des Zielortgewebes und der konzentrierten magnetischen Nanopartikel möglich ist. Es sei darauf hingewiesen, dass bei sehr oberflächlichen Tumoren die Spitze des Katheters, insbesondere bei der Verwendung von IVMRI, auch extrakorporal appliziert werden kann, um die Konzentration der Nanopartikel zu überprüfen.
Vorzugsweise kann der Katheter wenigstens einen Positionssensor umfassen, insbesondere einen elektromagnetischen Positionssensor und/oder einen Ultraschall-Positionssensor, wobei die Daten des Positionssensors zur Registrierung des Bilddatensatzes mit dem Lokalbilddatensatz berücksichtigt werden. Positionssensoren an der Spitze des Katheters beseitigen das Problem, dass bei bekannten Lösungen keine exakten dreidimensionalen Darstellungen erzielt werden können. Dies führt zu Bewegungsartefakten bei der dreidimensionalen Bildverarbeitung. Vorzugsweise sind die Positionssensoren elektromagnetische Positionssensoren (EMP), beispielsweise drei senkrecht zueinander angeordnete Spulen, wobei allerdings auch Alternativen unter Verwendung von Ultraschall oder dergleichen denkbar sind.
In einer beispielhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass am oder im Katheter elektromagnetische Sender oder alternativ elektromagnetische Empfänger angeordnet sind. Zusätzlich sind außerhalb bzw. beabstandet vom Körper die entsprechenden elektromagnetischen Empfänger oder alternativ Sender angeordnet. Hierbei kann in der Regel wenigstens ein Sender mit einer Ausstrahlung in einer bestimmten Raumrichtung einem Empfänger oder umgekehrt ein Empfänger in einer bestimmten Empfangsrichtung des Raumes einem Sender zuordnet werden, um eine Ortung im Raum zu ermöglichen. In bestimmten Fällen reicht auch die Kombination von zwei Sendern mit einem Empfänger oder umgekehrt, wenn die Winkelbeziehungen bekannt und nicht veränderlich sind. Wird die Anzahl der Sender und Empfänger im Raum erhöht, steigen die Ortungsgenauigkeit und der Rechenaufwand an.
Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Behandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Zielorts, insbesondere eines Tumors, mit magnetischen Nanopartikeln und/oder Nanopartikel umfassenden Mikrokapseln, umfassend ein Magnetsystem mit wenigstens einem Magneten, insbesondere einem Elektromagneten, zur Erzeugung eines magnetische Nanopartikel zu einem Zielort führenden und/oder an dem Zielort haltenden magnetischen Gradientenfeldes, eine mit dem Magnetsystem registrierte oder registrierbare Röntgeneinrichtung, insbesondere umfassend einen C-Bogen mit sich gegenüberliegend angeordnet einem Röntgenstrahler und einem Röntgenempfänger, und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung.
Auch mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folglich eine verbesserte Positionierung des Fokus des Gradientenfeldes bezüglich des Zielortes möglich. Dabei kann insbesondere auch eine Anzeigevorrichtung vorhanden sein, auf der eine Planungsdarstellung dargestellt wird, wobei mittels einer Bedieneinrichtung eine Interaktion mit einem Benutzer erfolgen kann, beispielsweise, wenn die Position des Zielortes manuell bestimmt werden soll und/oder andere Planungsparameter bzw. Behandlungsparameter manuell verändert werden sollen.
Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auch auf die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung übertragen.
Dementsprechend kann vorzugsweise das Magnetsystem und/oder eine Patientenliege der Behandlungsvorrichtung und/oder die Röntgeneinrichtung mechanische Mittel, insbesondere wenigstens einen Knickarmroboter, zur Bewegung, insbesondere Verschiebung, umfassen. Sowohl zur Einstellung von Aufnahmegeometrien wie auch zur tatsächlichen Positionierung des Fokus des Gradientenfeldes können derartige mechanische Mittel folglich eingesetzt werden. Wie bereits erwähnt, kann das Magnetsystem als Magneten auch wenigstens einen Elektromagneten umfassen, über dessen Ansteuerung dann auch eine elektrische Verschiebung des Fokus erreicht werden kann.
Vorteilhafterweise kann die Behandlungsvorrichtung ferner eine Magnetresonanzeinrichtung umfassen, wobei insbesondere die Magnetresonanzeinrichtung und die Röntgeneinrichtung eine insbesondere durch ein Schienensystem realisierte gemeinsame z-Achse aufweisen. Hieraus folgt bereits eine Registrierung bezüglich wenigstens einer Achse, wobei, wie bezüglich des Verfahrens schon dargelegt, vorgesehen sein kann, dass wenigstens ein Sensor, insbesondere ein elektromechanischer und/oder optischer und/oder magnetischer Sensor, zur Registrierung der Magnetresonanzeinrichtung und der Röntgeneinrichtung bezüglich weiterer Akten vorgesehen ist.
Ist das Magnetsystem nicht grundsätzlich in einer festen Beziehung zur Röntgeneinrichtung befestigt, so können eine reproduzierbare Befestigung für das Magnetsystem an der Röntgeneinrichtung erlaubende Befestigungsmittel vorgesehen sein, beispielsweise umfassend mechanische Flansche oder dergleichen.
Mit besonderem Vorteil kann das Magnetsystem wenigstens eine zur Anpassung des Gradientenfeldes geeignete Anpassungsspule umfassen. Auf diese Weise kann die gewünschte Form des Gradientenfeldes besser erreicht werden und es stehen mehr Freiheiten bei dessen Auslegen zur Verfügung.
Die Behandlungsvorrichtung kann ferner wenigstens einen Katheter mit einer insbesondere zur intravaskulären Magnetresonanzbildgebung ausgebildeten Bildgebungseinrichtung umfassen. Mit einem solchen Katheter kann dann ein Lokalbilddatensatz aufgenommen werden, der besonders deutlich den Zielort und/oder die Nanopartikel zeigt. In diesem Zusammenhang kann auch ein insbesondere elektromagnetisches Positionsbestimmungssystem mit wenigstens einem an dem Katheter angeordneten Positionssensor vorgesehen sein. Es sei im Übrigen an dieser Stelle angemerkt, dass es allgemein denkbar ist, dass der zur Aufnahme des Lokalbilddatensatzes vorgesehene Katheter derselbe Katheter ist, der auch zur Injektion der Nanopartikel bzw. der die Nanopartikel umfassenden Mikrokapseln verwendet wird, wobei eine Vielzahl von Kapseln in der Regel verabreicht wird.
Schließlich kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass wenigstens ein Sensor zur Erkennung einer Patientenbewegung vorgesehen ist. Ein solcher Sensor kann beispielsweise genutzt werden, um Artefakte oder dergleichen, die von der Patientenbewegung herrühren, zu vermeiden.
Im Folgenden seien noch zwei beispielhafte Workflows während der Behandlung von Tumoren dargestellt, wobei nur die wesentlichen Schritte beschrieben werden.
In einer ersten Ausgestaltung kann zunächst mit der Magnetresonanzeinrichtung eine Untersuchung zur Bestimmung der Lage des Tumors im Patienten durchgeführt werden. Danach kann das Lebewesen mittels eines Schienensystems zur Röntgeneinrichtung, die beispielsweise als Angiographie-System ausgebildet ist, verschoben werden. Der Tumor und die den Tumor versorgenden Gefäße werden sodann durch eine Röntgenuntersuchung identifiziert, wobei beispielsweise Kontrastmittel eingesetzt werden kann und/oder Soft-Tissue-Aufnahmen gefertigt werden können. Der Magnetresonanz-Vorabbilddatensatz wird dann mit dem mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen Bilddatensatz fusioniert und kann beispielsweise auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt werden. Nun wird der Behandlungskatheter in den Patienten eingeführt, basierend auf dem entstandenen Fusionsbilddatensatz. Dies wird mit Fluoroskopie-Bildgebung oder Ultraschall-Bildgebung, falls eine entsprechende Ultraschallvorrichtung vorgesehen ist, überwacht. Dabei können die zur Überwachung gefertigten Bilder überlagert mit dem Fusionsdatensatz dargestellt werden.
Nun wird identifiziert, wo sich der Zielort, hier der Tumor, befindet. Beispielsweise kann in einer Planungsdarstellung durch einen Benutzer der Bereich, in dem sich die Nanopartikel konzentrieren sollen ausgewählt, es sind jedoch auch automatische Analysen, insbesondere des Fusionsbilddatensatzes, denkbar. Automatisch wird dann der Magnet durch mechanische oder elektrische relative Verschiebung des Fokus so positioniert, dass der Fokus mit dem Zielort übereinstimmt. Zudem wird automatisch die Feldstärke sowie die Konzentration der Nanopartikel eingestellt. Nun können in diesem Ausführungsbeispiel die Nanopartikel, die beispielsweise als Chemotherapeutika-beladene Mikrokapseln vorliegen, in die den Tumor versorgenden Blutgefäße injiziert werden.
Nachdem dies geschehen ist, wird der Patient über das Schienensystem wieder zur Magnetresonanzeinrichtung verschoben. Dort wird eine Magnetresonanzuntersuchung durchgeführt, um zu überprüfen, ob sich die Nanopartikel im vorgesehen Tumorbereich konzentriert haben. Wird dabei festgestellt, dass keine ausreichende Konzentration erreicht wurde, können die Schritte abgesehen von der Vorab-Magnetresonanzuntersuchung wiederholt werden. Ist jedoch eine ausreichende Konzentration erreicht, kann der Patient auf eine Überwachungsstation verlegt werden.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Workflows für die Behandlung von Tumoren wird zunächst wieder eine Magnetresonanz-Voruntersuchung zur Bestimmung der Lage des Tumors im Patienten vorgenommen, wobei entweder eine bereits mit der Röntgeneinrichtung registrierte Magnetresonanzeinrichtung verwendet werden kann, aber auch eine nicht zur Behandlungsvorrichtung gehörende Magnetresonanzeinrichtung eingesetzt werden kann, um somit einen Vorabdatensatz zu erhalten. In jedem Fall wird der Patient dann zur Röntgeneinrichtung transportiert, wo wie oben der Tumor und die den Tumor versorgenden Gefäße identifiziert werden und ein Fusionsbilddatensatz aus dem mit der Röntgeneinrichtung aufgenommenen Bilddatensatz und dem Vorabdatensatz ermittelt wird. Sodann wird wiederum der Behandlungskatheter in das Lebewesen eingeführt, wozu bereits der Fusionsdatensatz verwendet werden kann, der dann gleichzeitig mit Überwachungsbildern, insbesondere Überwachungsbildern der Röntgeneinrichtung, angezeigt werden kann.
Auch die Schritte der Identifikation des Zielorts und der Positionierung des Fokus des Gradientenfeldes verlaufen letztlich wie oben, wonach die beispielsweise Chemotherapeutika-beladenen magnetischen Nanopartikel in die den Tumor versorgenden Blutgefäße injiziert werden können. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird in diesem Fall jedoch, falls nicht der Behandlungskatheter selbst eine zur intravaskulären Magnetresonanz ausgebildete Bildaufnahmeeinrichtung umfasst, ein spezieller IVMRI-Katheter in den Patienten eingeführt bzw. bei einem oberflächlichen Tumor extrakorporal appliziert. Nun erfolgt eine IVMRI-Untersuchung zur Überprüfung, ob sich die Partikel im vorgesehenen Tumorbereich, also am Zielort, konzentriert haben. Falls sich keine ausreichende Konzentration ergibt, können die vorangehenden Schritte, soweit anwendbar, wieder wiederholt werden. Bei erreichter ausreichender Konzentration wird der Patient auf eine Überwachungsstation verlegt.
Diese Beispiele zeigen, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung eine wesentliche Verbesserung des medizinischen Workflow genau wie eine sicherere und schnellere Konzentration der magnetischen Nanopartikel im gewünschten Tumorbereich erzielen. Dies führt zu einem verminderten Patientenrisiko und besseren Therapieerfolg.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
2 eine mögliche Darstellung zur Planung eines Eingriffs,
3 eine erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform,
4 einen Katheter der Behandlungsvorrichtung nach 3,
5 eine Darstellung im Rahmen der Tumorbehandlung, und
6 eine graphische Darstellung zum zeitlich versetzten und getakteten Auslesen verschiedener Sensoren.
1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung 1. Sie dient, wie im Folgenden noch näher dargelegt werden soll, der Tumorbehandlung mittels magnetische Nanopartikel enthaltenden Mikrokapseln, insbesondere Mikrokügelchen, wobei die Nanopartikel mittels eines magnetischen Gradientenfeldes an einen Zielort geführt und/oder dort gehalten werden sollen. Das Gradientenfeld wird von einem Magnetsystem 2 mit einem Elektromagneten 3 erzeugt und weist die größten Haltekräfte in einem Bereich auf, der als Fokus des Gradientenfeldes bezeichnet wird. Dort liegen die größten Gradienten vor. Mit der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun möglich, eine verbesserte Positionierung des Fokus des Gradientenfeldes so zu ermöglichen, dass dieser möglichst genau am Zielort liegt.
Hierzu umfasst die Behandlungsvorrichtung ferner eine Röntgeneinrichtung 4, umfassend einen C-Bogen 5, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler 6 und ein Flachdetektor 7 angeordnet sind. Der C-Bogen 5 selber ist über einen Knickarmroboter 65 gehalten, so dass er beispielsweise vollständig aus dem Behandlungsbereich an der Patientenliege 8 entfernt werden kann. Auch der Magnet 3 ist im Übrigen an einem Knickarmroboter 9 gehalten.
Die Röntgeneinrichtung 4 und das Magnetsystem 2 sind miteinander registriert, das bedeutet, es ist eine Transformation zwischen ihren Koordinatensystemen bekannt. Dabei kann optional vorgesehen sein, dass das Magnetsystem 3, beispielsweise wenn es nicht benötigt wird, von der Röntgeneinrichtung 4 entfernt werden kann, wobei die Registrierung beim erneuten Anschluss des Magnetsystems 3 wiederhergestellt wird, indem bestimmte mechanische Befestigungsmittel 10, in der Figur nur angedeutet, vorgesehen sind, die eine reproduzierbare Befestigung des Magnetsystems 3 erlauben.
Zusätzlich oder alternativ kann an dem Elektromagneten 3 ein Befestigungsmittel 11 vorgesehen sein, an dem eine Halterung 12 reproduzierbar in einer festen Stellung angeordnet werden kann, die einen Röntgenmarker 13 trägt, hier eine Bleikugel, die bei an dem Magneten 3 angeordneter Halterung die Position des Fokus des Gradientenfeldes für zumindest eine Einstellung markiert. Werden nun mittels der Röntgeneinrichtung 4 wenigstens zwei zweidimensionale Bilder des Röntgenmarkers 13 aufgenommen, so kann die Position des Röntgenmarkers 13 und damit des Fokus im Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung 4 bestimmt werden, so dass eine Registrierung, gegebenenfalls neu, ermittelt werden kann.
Die Behandlungsvorrichtung 1 weist ferner noch zwei Anpassungsspulen 14 auf, mit denen das Gradientenfeld des Magnetsystems 2 besser auf die aktuelle Position angepasst werden kann. Techniken aus dem Bereich des Shimmens können hier eingesetzt werden.
Die Patientenliege 8 ist in horizontaler und in vertikaler Richtung über mechanische Mittel 15, wie sie grundsätzlich bekannt sind, verstellbar.
Folglich kann, wird ein Tumor in einem auf der Patientenliege 8 befindlichen Patienten als Zielort betrachtet, die relative Position des Fokus des Gradientenfeldes und des Zielorts auf verschiedene Arten verändert werden. So kann zum einen der Zielort bewegt werden, mit dem die mechanischen Mittel 15 entsprechend angesteuert werden. Eine weitere Positionierungsmöglichkeit stellt der Knickarmroboter 9 als mechanisches Mittel zur Verstellung des Magneten 3 dar. Schließlich kann der Elektromagnet 3 auf verschiedene Art und Weise bestromt werden, um eine Art elektrische Verschiebung zu erreichen. Doch auch die Anpassungsspulen 14 können gegebenenfalls verwendet werden, um eine Veränderung oder Verschiebung des Fokus zu erlauben.
Bevor konkret auf das Verfahren zur verbesserten Positionierung eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, dass die Behandlungsvorrichtung 1 auch eine Magnetresonanzeinrichtung 16 umfasst, die aufgrund der über ein Schienensystem 17 geführten Patientenliege 8 eine gemeinsame z-Achse mit der Röntgeneinrichtung 4 aufweist. Eine Registrierung zwischen der Magnetresonanzeinrichtung 16 und der Röntgeneinrichtung 4 bezüglich der z-Richtung wird durch nicht näher dargestellte elektromechanische Sensoren erreicht, aus denen genau die Stellung der Patientenliege 8 abgeleitet werden kann.
Als weitere Sensoren können optional Sensoren 18, die eine Bewegung eines auf der Patientenliege 8 angeordneten Patienten detektieren, vorgesehen sein, beispielsweise optische Sensoren wie eine Kamera.
Zur zentralen Steuerung der Behandlungsvorrichtung 1 ist eine Steuereinrichtung 19 vorgesehen, die die bislang beschriebenen Systeme/Sensoren ansteuern kann bzw. Daten von ihnen empfangen kann. Dieser ist im Übrigen auch ein Hochspannungsgenerator 20 zur Erzeugung einer Hochspannung für den Röntgenstrahler 6 zugeordnet.
Über einen Datenbus 21 sind verschiedenste weitere Komponenten der Behandlungsvorrichtung 1 angeschlossen, insbesondere auch eine Anzeigevorrichtung 22 mit einer zugehörigen Bedieneinrichtung 23. Auf der Anzeigevorrichtung, beispielsweise einem Monitor, können verschiedene Bilddatensätze bzw. Bilder angezeigt werden, beispielsweise als Planungsdatensätze, über die Bedieneinrichtung 23 können Parameter zur Ansteuerung der verschiedenen Systeme eingegeben werden.
Zur Stromversorgung der Behandlungsvorrichtung 1 ist ferner eine Spannungsversorgungseinheit 24 vorgesehen.
Von der Magnetresonanzeinrichtung 16 aufgenommene Bilder werden zunächst von einer Pre-Processing-Einheit 25 vorverarbeitet, bevor sich einer Bildverarbeitungseinheit 26 für die Magnetresonanzbildgebung zugeführt werden können. Auch für die von der Röntgeneinrichtung 4 aufgenommenen Röntgenbilder ist eine Pre-Processing-Einheit 27 sowie eine Bildverarbeitungseinheit 28 vorgesehen. Als weitere Bildverarbeitungsmodule sind eine Kalibrationseinheit 29 für die Registrierungen, eine Bildrekonstruktionseinheit 30 mit einem Soft-Tissue-Prozessor und eine Bildfusionseinheit 31 vorgesehen, wobei selbstverständlich noch andere Module zur Bildverarbeitung vorgesehen sein können.
In einem Bilddatenspeicher 32 können die Bilder und Bilddatensätze abgespeichert werden. Schließlich umfasst die Behandlungsvorrichtung 1 noch ein DICOM-Interface 33 für Patientendaten und Bilddaten, welches beispielsweise mit einem bei 34 angedeuteten Krankenhausinformationssystem Bilder austauschen kann. Jedoch können Bilddatensätze, beispielsweise Vorabdatensätze, auch aus anderen Quellen der Behandlungsvorrichtung 1 zugeführt werden, vgl. Pfeile 35.
Nicht näher dargestellt ist hier der Behandlungskatheter zur Injektion der Nanopartikel, der ebenso Teil der Behandlungsvorrichtung 1 sein kann.
Die Steuereinrichtung 19 ist nun zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, das bedeutet, mit ihr kann eine verbesserte Positionierung des Fokus des Gradientenfeldes erfolgen.
Hierzu wird zunächst ein Vorabdatensatz als Magnetresonanzbilddatensatz mit der Magnetresonanzeinrichtung 16 aufgenommen, und zwar in einer den Tumor besonders deutlich zeigenden Aufnahmetechnik. Sodann wird der Patient über das Schienensystem 17 zu der Röntgeneinrichtung 4 verfahren. Mit der Röntgeneinrichtung 4 werden nun in einem Computertomographie-ähnlichen Verfahren mehrere zweidimensionale Röntgenbilder unter unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen, welche mittels der bekannten Verfahren, beispielsweise der Rückprojektion, zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatensatzes der Zielregion im Patienten dienen. Dabei wird hier als Aufnahmetechnik eine Soft-Tissue-Technik verwendet, gegebenenfalls wenigstens teilweise unter Verwendung eines Kontrastmittels. In derartigen Aufnahmen können die den Tumor versorgenden Gefäße besonders deutlich dargestellt werden. Aus dem Bilddatensatz, der mit der Röntgeneinrichtung 4 aufgenommen wurde, wird nun durch Fusion mit dem Vorabdatensatz der Magnetresonanzeinrichtung 16 in der Bildfusionseinheit 31 ein Fusionsbilddatensatz 36 ermittelt, der beispielhaft in 2 angedeutet ist. Man erkennt in dem Fusionsbilddatensatz 36 deutlich die den Tumor 37 versorgenden Blutgefäße 38 sowie den Tumor 37 selbst.
Der Tumor 37 als Zielort kann in dem Fusionsbilddatensatz 36 automatisch ermittelt werden, es ist jedoch auch denkbar, dass der Fusionsbilddatensatz 36 auf der Anzeigevorrichtung 22 dargestellt wird und ein Benutzer mittels der Bedieneinrichtung 23 als Zielort den Bereich 39 markieren kann, in dem sich später die Nanopartikel konzentrieren sollen.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich auch mehrere Vorabdatensätze, gegebenenfalls auch mit nicht zur Behandlungsvorrichtung 1 gehörenden Modalitäten aufgenommene Vorabdatensätze, berücksichtigt und mit in den Fusionsbilddatensatz 36 einfusioniert werden können.
Nachdem nun die Position des Tumors 37 im Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung 4 bekannt ist, ist sie über die Registrierung auch im Koordinatensystem des Magnetsystems 2 bekannt, so dass die Steuereinrichtung 19 nun Ansteuerungsparameter für die verschiedenen zur Verschiebung des Fokus des Gradientenfeldes geeigneten Stellmittel generieren kann, die dazu führen, dass der Fokus genau im Zielort, also dem Tumor 37, liegt. Als Stellmittel sind dabei primär die mechanischen Mittel 15 zur horizontalen und/oder vertikalen Verschiebung der Patientenliege 8, der Knickarmroboter 9 und zur elektrischen Verschiebung die unterschiedliche Bestromung des Elektromagneten 3 zu betrachten, wobei kleinere Korrekturen/Anpassungen auch über die Anpassungsspulen 14 erfolgen können.
So wird schließlich automatisch der Fokus so positioniert, dass er mit der Position des Zielortes zusammenfällt.
Der mit der Röntgeneinrichtung 4 aufgenommene Bilddatensatz bzw. der Fusionsbilddatensatz 36 können auch anderweitig weiter verwendet werden, um den Eingriff zu planen, denn es können beispielsweise automatisch oder manuell Planungsdaten aus dem Bilddatensatz ermittelt werden, die beispielsweise eine für die Behandlung geeignete Feldstärke des Gradientenfeldes, insbesondere lokal aufgelöst, beschreiben. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass derartige Behandlungsparameter von einem Benutzer über die Bedieneinrichtung 23 eingegeben werden, während die Planungsdarstellung (also der Fusionsbilddatensatz 36) auf der Anzeigevorrichtung 22 angezeigt wird. In Abhängigkeit solcher Planungsdaten kann durch die Steuereinrichtung 19 die Feldstärke des Gradientenfeldes lokal automatisch angepasst werden, was vorliegend durch Veränderung einer Spannung und/oder eines Stroms des Elektromagneten 3 des Magnetsystems 2 erfolgt. Zu dieser lokalen Veränderung der Feldstärke, aber auch zur Richtungsanpassung, können zusätzlich oder alternativ auch die Anpassungsspulen 14 durch die Steuereinrichtung 19 angesteuert werden.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Röntgeneinrichtung 4 auch zur Überwachung der Positionierung des Behandlungskatheters zur Injektion der Nanopartikel genutzt werden kann, indem ein oder mehrere Durchleuchtungsbilder aufgenommen werden, auf denen der Behandlungskatheter zu sehen ist. Diese Bilder können dann, wie ebenso in 2 angedeutet, mit dem Fusionsbilddatensatz 36 überlagert werden, so dass auch der Behandlungskatheter 40 zu erkennen ist. Auch die Injektion der Nanopartikel selber kann überwacht werden, während zur Kontrolle einer genügenden Konzentration von Nanopartikeln im Tumor 37 bevorzugt der Patient wiederum in die Magnetresonanzeinrichtung 16 verfahren wird, da die Nanopartikel aufgrund ihrer Natur als magnetische Nanopartikel in einer Magnetresonanzaufnahme besser zu erkennen sind.
Schließlich sei angemerkt, dass die Steuereinrichtung 19 auch dazu ausgebildet sein kann, mittels des Magnetsystems 2 und gegebenenfalls der Anpassungsspulen 14 ein magnetisches Wechselfeld am Zielort zu erzeugen, was die Therapiewirkung verbessert.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung 1', in dem zur Vereinfachung der Darstellung gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass einige optionale Komponenten, beispielsweise der Sensor 18, die Befestigungsmittel 10, 11, die Halterung 12 sowie die Magnetresonanzeinrichtung 16 und das Schienensystem 17 in 3 nicht mehr dargestellt sind, gleichwohl auch bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein können.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Behandlungsvorrichtung 1' zusätzlich einen IVMRI-Katheter 41, der zur intravaskulären Magnetresonanzbildgebung ausgestaltet ist. Entsprechend sind diesem IVMRI-Katheter 41 eine Pre-Processing-Einheit 42 für den IVMRI-Katheter 41 und eine IVMRI-Bildverarbeitungseinheit 43 zugeordnet. Zudem ist ein Positionsbestimmungssystem 44 vorhanden, welches mit an dem IVMRI-Katheter 41 angeordneten Positionssensoren 45 zusammenwirkt.
Eine genauere Darstellung der Struktur des IVMRI-Katheters 41 ist der 4 zu entnehmen. Dort sind auch die in der abgerundeten Katheterspitze 46 angeordneten Positionssensoren 45, die als elektromagnetische Sensoren, insbesondere Spulen in x, y und z-Richtung, angeordnet. In der Katheterhülle 47, die ein Lumen 48 für die Signalleitungen 49 zu den Positionssensoren 45 und die Magnetresonanz-Signalleitungen 50 umfasst, ist ein für IVMRI transparentes Fenster 51 vorgesehen, innerhalb dessen sich der IVMRI-Sensor 52 befindet. Angeschlossen ist der Katheter 41 proximal an einer Einrichtung 53, die neben einem Signalinterface und einem mechanischen Interface auch eine Antriebseinheit umfasst.
Durch die Verwendung des Positionsbestimmungssystems 44 ist es möglich, mittels des IVMRI-Katheters 41 möglichst exakte, bewegungsartefaktfreie dreidimensionale Lokalbilddatensätze zu erzeugen. Durch die Rotation des IVMRI-Sensors 52 werden üblicherweise Schichtbilder erzeugt. Findet nun ein gleichzeitiger Rückzug bzw. Vorschub des IVMRI-Katheters 41 statt, werden dreidimensionale Aufnahmen erzeugt, wobei zur Ermittlung eines entsprechenden Lokalbilddatensatzes auch die Daten des Positionsbestimmungssystems 44 berücksichtigt werden.
Bei der Behandlung von Tumoren bietet der IVMRI-Katheter 41 eine vorteilhafte Möglichkeit, die Konzentration der Nanopartikel im Tumor zu überprüfen. Hierzu wird nach Injektion der Nanopartikel der IVMRI-Katheter 41 zu dem Tumor 37 geführt, gegebenenfalls unter Durchleuchtungsüberwachung, wie dies in der beispielhaften Darstellung 54 in 5 gezeigt ist. Zu sehen sind wiederum die Versorgungsgefäße 38 des Tumors 37 sowie in der Bildmitte angedeutet die konzentrierten Nanopartikel 55. Zu sehen ist ferner der Behandlungskatheter 40 sowie der IVMRI-Katheter 41.
Ist der IVMRI-Katheter 41 nahe an den Tumor 37 geführt, was bei oberflächennahen Tumoren 37 auch auf der Oberfläche des Patienten geschehen kann, so kann der Lokalbilddatensatz aufgenommen werden, in dem sowohl der Tumor 37 wie auch die Nanopartikel 55 deutlich zu sehen sind. Somit kann entschieden werden, ob die Konzentration im Tumor 37 zu dessen Behandlung ausreichend ist oder ob eine weitere Injektion erfolgen muss.
Es sei angemerkt, dass es selbstverständlich auch denkbar ist, die Katheter 40 und 41 als einen einzigen Katheter zu realisieren, so dass ein Katheter weniger benötigt wird.
Da mit IVMRI, mit einer elektromagnetischen Positionsbestimmung und dem Magnetsystem 3 gearbeitet wird, ist ein genau synchronisiertes Auslesen erforderlich, das bedeutet, die entsprechenden Sensoren 45, 52 werden zeitlich versetzt und getaktet ausgelesen, wie dies durch 6 näher dargestellt wird. Der Graph 56 zeigt darin zur Veranschaulichung den Systemtakt. Der Graph 57 deutet Zeitabschnitte 58 an, in denen der Röntgenstrahler betrieben wird, während der Graph 59 Zeitabschnitte 60 zeigt, in denen der Röntgendetektor 7 ausgelesen wird. Die magnetische Ortung ist in den durch den Graphen 61 gezeigten Abschnitten 62 aktiv, während IVMRI-Daten in den durch den Graphen 63 gezeigten Zeitabschnitten 64 aufgenommen werden, die selbstverständlich nicht mit den Zeitabschnitten 62 überlappen.
Somit ist wie gezeigt mit der Behandlungsvorrichtung 1 bzw. 1' und dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur eine verbesserte Positionierung des Gradientenfeldes möglich, sondern es kann auch auf verbesserte Art und Weise die Konzentration der Nanopartikel am Zielort überprüft werden. Die Behandlungsvorrichtungen, die durch Registrierung verschiedener Komponenten ein nützliches Hybridsystem schaffen, vereinfachen somit den medizinischen Workflow wesentlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004/00776582 [0012]
US 6514481 B1 [0017]
US 2006/0120507 A1 [0024]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Zhengium Liu, „Radiofrequency tumor ablation”, AJR: 184, April 2005, 1347 bis 1352 [0008]

Claims

Verfahren zur Positionierung des Fokus eines magnetische Nanopartikel zu einem Zielort führenden und/oder an dem Zielort haltenden, von einem Magnetsystem mit wenigstens einem Magneten erzeugten magnetischen Gradientenfeldes, welches Magnetsystem mit einer Röntgeneinrichtung registriert ist oder wird, wobei mittels der Röntgeneinrichtung wenigstens ein dreidimensionaler, den Zielort zeigender Bilddatensatz aufgenommen wird, die Position des Zielortes manuell und/oder automatisch in dem Bilddatensatz oder einem daraus abgeleiteten Bilddatensatz ermittelt wird und automatisch unter Berücksichtigung der Registrierung der Fokus so positioniert wird, dass er mit der Position des Zielortes zusammenfällt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Registrierung des Magnetsystems und der Röntgeneinrichtung an dem Magnetsystem, insbesondere dem Magneten, ein an einer Halterung angeordneter, den Fokus relativ zu dem Magneten markierender Röntgenmarker, insbesondere eine Bleikugel, angebracht wird, woraufhin wenigstens zwei zur Bestimmung einer dreidimensionalen Position des Röntgenmarkers geeignete Röntgenbilder des Röntgenmarkers mit der Röntgeneinrichtung aufgenommen werden und die Position des Röntgenmarkers aus den Bildern, insbesondere automatisch, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bilddatensatz oder ein daraus abgeleiteter Bilddatensatz mit einem vorher aufgenommenen dreidimensionalen Vorabdatensatz, insbesondere einem CT-Bilddatensatz und/oder einem Magnetresonanz-Bilddatensatz und/oder einem PET-Bilddatensatz, fusioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorabdatensatz mit einer mit der Röntgeneinrichtung wenigstens teilweise registrierten Magnetresonanzeinrichtung aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Röntgeneinrichtung und eine Magnetresonanzeinrichtung mit einer insbesondere über ein Schienensystem realisierten gemeinsamen z-Achse verwendet werden, wobei insbesondere eine Registrierung bezüglich der anderen Achsen unter Berücksichtigung der Daten wenigstens eines Sensors, insbesondere eines elektromechanischen und/oder optischen und/oder magnetisches Sensors, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem über eine reproduzierbare Befestigung erlaubende Befestigungsmittel an der Röntgeneinrichtung befestigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnet ein zur elektrischen Verschiebung des Fokus ansteuerbarer Elektromagnet verwendet wird und/oder zur mechanischen Verschiebung des Fokus relativ zu dem Zielort ein mechanisches Mittel des Magnetsystems, insbesondere ein Knickarmroboter, und/oder ein ein mechanisches Mittel einer den den Zielort umfassendes Patienten tragenden Patientenliege angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung eines zur Injektion der Nanopartikel ausgebildeten Behandlungskatheters, die Injektion und/oder Positionierung der Nanopartikel durch Aufnahme wenigstens eines Durchleuchtungsbildes mit der Röntgeneinrichtung und Anzeige des Durchleuchtungsbildes oder eines aus dem Durchleuchtungsbild abgeleiteten Überwachungsdatensatzes überwacht wird, wobei die Anzeige insbesondere überlagert mit dem Bilddatensatz oder einem daraus abgeleiteten Bild erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von aus dem Bilddatensatz ermittelten Planungsdaten die Feldstärke des Gradientenfeldes, insbesondere lokal, automatisch angepasst wird, insbesondere durch Veränderung einer Spannung und/oder eines Stroms eines Elektromagneten des Magnetsystems.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur insbesondere lokalen Veränderung der Feldstärke und/oder Richtung des Gradientenfeldes wenigstens eine elektromagnetische Anpassungsspule verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einen Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor, die an einem C-Bogen und/oder einem Knickarmroboter befestigt sind, umfassende Röntgeneinrichtung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweidimensionaler oder dreidimensionaler Lokalbilddatensatz mit einem in den Patienten eingeführten oder auf dem Patienten angeordneten Katheter aufgenommen und mit dem Bilddatensatz oder dem daraus abgeleiteten Bilddatensatz, insbesondere dem fusionierten Bilddatensatz, fusioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur intravaskulären Magnetresananz-Bildgebung ausgebildeter Katheter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter wenigstens einen Positionssensor umfasst, insbesondere einen elektromagnetischen Positionssensor und/oder einen Ultraschall-Positionssensor, wobei die Daten des Positionssensors zur Registrierung des Bilddatensatzes mit dem Lokalbilddatensatz berücksichtigt werden.
Behandlungsvorrichtung (1, 1') zur Behandlung eines Zielorts, insbesondere eines Tumors (37), mit magnetischen Nanopartikeln (55) und/oder Nanopartikel (55) umfassenden Mikrokapseln, umfassend ein Magnetsystem (2) mit wenigstens einem Magneten (3), insbesondere einem Elektromagneten (3), zur Erzeugung eines magnetische Nanopartikel (55) zu einem Zielort führenden und/oder an dem Zielort haltenden magnetischen Gradientenfeldes, eine mit dem Magnetsystem (2) registrierte oder registrierbare Röntgeneinrichtung (4), insbesondere umfassend einen C-Bogen (5) mit sich gegenüberliegend angeordnet einem Röntgenstrahler (6) und einem Röntgenempfänger (7), und eine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildete Steuereinrichtung (19).