DE3931854A1

DE3931854A1 - Nmr-tomographisch gesteuerte stereotaktische laser-koagulation

Info

Publication number: DE3931854A1
Application number: DE3931854A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof Dr Mueller; George Hadji Walassis
Original assignee: BERLIN LASER MEDIZIN ZENTRUM
Current assignee: BERLIN LASER MEDIZIN ZENTRUM
Priority date: 1989-09-23
Filing date: 1989-09-23
Publication date: 1991-04-04

Description

Aufgabenstellung

Zur Behandlung von Tumoren, z.B. der Leber, des Rückenmarks oder des Gehirns, werden heute entweder strahlentherapeutische Maßnahmen unter Benutzung ionisierender Strahlung verwendet bzw. müssen offene chirurgische Interventionen durchgeführt werden. Beide heute verwendeten Maßnahmen sind jedoch in aller Regel nicht als kurativ zu betrachten, sondern eher im Sinne einer palliativen Behandlung, und es wäre daher wünschenswert, wenn die Pa tientenbelastung, die durch diese Maßnahmen entsteht, möglichst gering gehalten werden kann. Es soll daher ein Verfahren entwickelt werden, das in der Lage ist, bei geringer Patien tenbelastung derartige Tumore zu entfernen, und dieses Verfahren sollte auch wiederholt einsetzbar sein.

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß mittels Laserbestrahlung Gewebe koaguliert werden kann und, daß ko aguliertes Gewebe durch körpereigene enzymatische Reaktionen abgebaut wird. Derartige Tumorbehandlung bzw. Entfernung von auch beginnenden Gewebsveränderungen mittels Laser strahlung, die je nach Lokalisation des zu bestrahlenden Gewebes auch über Lichtleitfasern transportiert wird, sind Stand der Technik. Es wäre nun allerdings wünschenswert, derartige Bestrahlungen auch in der Tiefe kompakter Gewebe durchführen zu können, ähnlich wie man es in natürlichen Hohlorganen auch über Endoskope derzeit bereits kontrolliert anwenden kann. Sowohl bei den oberflächlichen als auch endoskopischen Laseranwendungen wird der Therapieerfolg visuell anhand des sich ausbreitenden Koagulationshofes an der Oberfläche des Gewebes kontrolliert und die Tiefenwirkung entsprechend abgeschätzt. Bei der Bestrah lung kompakter Gewebemassen ist eine derartige oberflächliche Erfolgskontrolle nicht mög lich, und es sind andere meßtechnische Verfahren zu finden, die es gestatten, eine Koagulati onsnekrose im Gewebsvolumen meßtechnisch zu erfassen. Auf der anderen Seite wird nach dem Stand der Technik die tomographische Schnittbilddarstellung durch entweder Röntgen- Tomographie oder aber NMR-Tomographie zur bildlichen Darstellung derartiger Tumore in der Dianostik genutzt.

Bei der Auswahl der Verfahren war für die Entscheidung zugunsten der NMR-Tomographie ausschlaggebend, daß es sich bei dieser Behandlungsform, bei der hochfrequente Wechselfel der anstelle der ionisierenden Strahlung bei der Röntgentomographie verwendet werden, um ein wesentlich patientenschonenderes Verfahren handelt. Man kann wohl nach heutigem Kenntnisstand davon ausgehen, daß Frequenzen um 100 MHz für Protonenspektren, was ei ner Magnetfeldstärke von etwa 2,4 Tesla entspricht, für Patienten keine Schädigung hervorru fen, zumal in diesem Frequenzbereich auch andere medizinische Therapieverfahren, wie z.B. die Hyperthermie, durchgeführt werden. Zwar kann auch bei diesem Verfahren, wie nachfolgend noch beschrieben wird, nicht restlos auf Röntgenstrahlung verzichtet werden, doch spielt die damit verbundene Strahlenbelastung eine untergeordnete Rolle.

Erfindungsgemäße Lösung

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß mit Laserstrahlung koaguliertes Gewebe im NMR-Tomographen sich eindeutig vom umliegenden vitalen Gewebe kontrastiert. Ebenso überraschend hat sich gezeigt, daß Lichtwellenleiter zur Übertragung von Laserstrahlung aus Quarzglas die NMR-tomographische Bilddarstellung im wesentlichen nicht stören. Erfin dungsgemäß werden daher folgende Vorrichtungen entwickelt:

1. Eine Vorrichtung zur Tumorbestrahlung mittels Laserlicht (siehe Abb. 1), die in geeigneter Weise mit einem NMR-Tomographen (1) gekoppelt werden kann, um eine Lokalisation des Tumors, sowie die Therapiekontrolle während interstitieller Laserbe strahlung über Quarzlichtleitfasern (3) vornehmen zu können.
2. Eine Vorrichtung (8), die die Kopplung von einem NMR-Tomographen (1) mit einem multiplanaren Röntgengerät erlaubt, so daß mit dessen Hilfe die NMR-tomographisch festgelegten Koordinaten (7) des Tumors durch Punktionssonden (33) angefahren werden können, um so ein Plazieren der Therapiefasern (3) im Volumen zu ermög lichen.
3. In Erweiterung und als Zusatz zu Punkt 1, die Auslegung insbesondere auf die Ver wendung eines Nd:YAG-Lasers (2).
4. Eine Vorrichtung, die bei größeren Tumoren das Plazieren mehrerer Therapiefasern (3) im Volumen des Tumors gestattet, welche über einen Strahlumschalter (9) am Laser (2) nacheinander mit Laserstrahlung beaufschlagt werden können.
5. Eine Vorrichtung, die bei größeren Tumoren das Unterbringen mehrerer Therapiefa sern (3) zuläßt, die von einer Laserquelle (2) ausgehend über Strahlteiler (9) gleich zeitig mit Strahlung beaufschlagt werden können.

Für die Vorrichtungen 1-5 sowie die damit verbundenen Konzepte zur betrieblichen Nutzung, die sich nicht alleine auf den medizinischen Sektor beschränken müssen, sondern deren An wendung auch bei beliebigen biologischen, synthetischen, organischen sowie anorganischen Stoffen, insbesondere im chemischen Bereich, eventuell aber auch zur Güteklassifizierung von Materialien mit willkürlich gesetzten Fehlern, denkbar ist, werden hiermit Patentansprü che geltend gemacht. Der Anschaulichkeit halber wird das Verfahren hier an einem Beispiel aus dem medizinischen Bereich dargestellt.

Der Patient wird in einem NMR-Tomographen (1) unmittelbar nach der Laserbestrahlung diagnostiziert und die Koordinaten des zu bestrahlenden Tumors an einer Auswerteeinheit (8) relativ zur Auflage (4), auf der sich der Patient befindet, erfaßt. Der zur Diagnostik ver wendete NMR-Tomograph (1) beinhaltet gleichzeitig ein biplanares Röntgensystem, mit des sen Hilfe sodann unter Röntgenkontrolle und vom Therapeuten geplanter Punktionsstrecken die Koordinaten (7) des zu bestrahlenden Tumors mit Punktionskanülen (33) angefahren werden. Diese Punktionskanülen dienen dazu, an vom Therapeuten vorher bestimmten Or ten im Tumor Lichtleitfasern aus Quarz (3) zu deponieren. Nach Positionierung von ein oder mehreren Quarzfasern, je nach Größe des zu bestrahlenden Tumorherdes, werden die Punk tionskanülen (33) zurückgefahren und der NMR-Tomograph (1) wieder in Betrieb genom men. Sodann beginnt das erste Bestrahlungsintervall, vorzugsweise unter Verwendung der Strahlung eines Nd:YAG-Lasers (2), wobei die Ausbreitung der Koagulationsnekrose NMR-tomographisch intermittierend verfolgt wird. Aus der in jedem Bestrahlungsintervall sich ergebenden Ausbreitungszone der Koagulationsnekrose und deren zeitlicher Entwicklung wird sodann ein patienten- und tumorspezifisches Fraktionierungsschema erarbeitet, anhand dessen dann die endgültige Ausbestrahlung des Tumorherdes mit Laserstrahlung durchgeführt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbei spiel wird der Patient auf eine traversierbare Tischplatte (4) fixiert und zur Diagnostik in das Innere des Magneten des NMR-Tomographen (1) eingefahren, wo dann schrittweise mehrere Schnittbilder erstellt werden, die nach dem Stand der Technik auf dem Sichtschirm der Be dienkonsole (5) dargestellt werden. Hier werden sodann die Koordinaten des zu bestrahlenden Volumenelementes (Voxel) ermittelt. Nach dieser Diagnostik wird der Patient aus dem Inneren des NMR-Tomographen herausgefahren und der Therapeut plaziert sodann mit Hilfe eines externen, multiplanar einstellbaren Röntgengerätes ein oder mehrere Therapiefasern im Tumor (3). Diese Fasern werden sodann an den Ausgangsschnittstellen (3a, b,...) eines Laser-Strahlumschalters (9) angeschlossen, und der Patient mit den im Tumor fixierten Fasern (3) sodann wieder in den NMR-Tomographen (1) traversiert. Zur Kontrolle wird sodann zunächst wieder ein NMR-tomographisches Schnittbild im Hauptschnitt des Tumors dargestellt, dann werden die Fasern nacheinander im Sekundenrhythmus mit Strahlung im Bereich von 20-30 W beaufschlagt. Nach dem ersten Bestrahlungszyklus werden sodann wieder NMR-tomographische Kontrollaufnahmen erstellt, auf denen sich die Ausbreitung der Koagulationsnekrose darstellt. Daran schließt sich ein zweiter Bestrahlungsrhythmus mit identischen Parametern an, ebenfalls wieder mit anschließender Nachkontrolle. Daraus ergibt sich im Vergleich der Größe des Koagulationsherdes nach dem ersten Bestrahlungszyklus und nach dem zweiten die tumor- und patientenspezifische Dynamikfunktion, nach der die nachfolgenden Bestrahlungsintervalle festgelegt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Tumorbestrahlung mittels Laserlicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein NMR-Tomograph (1) zur Lokalisation des Tumors und Therapiekontrolle während in terstitieller Laserbestrahlung über Quarzlichtleitfasern (3) benutzt wird.

2. Vorrichtung nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem NMR-Tomographen (1) ein multiplanares Röntgengerät gekoppelt ist, mit dessen Hilfe die NMR-tomographisch festgelegten Koordinaten (7) des Tumors durch Punktionssonden (33) angefahren werden können, um so die Therapiefasern (3) im Volumen des Tumors zu plazieren.

3. Vorrichtung nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bestrahlungsquelle für den Tumor ein Laser, vorzugsweise ein Nd:YAG-Laser (2), benutzt wird.

4. Vorrichtung nach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei größeren Tumoren mehrere Therapiefasern (3) im Volumen des Tumors plaziert werden und über einen Strahlumschalter (9) am Laser nacheinander mit Laserstrahlung beaufschlagt werden.

5. Vorrichtung nach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei größeren Tumoren mehrere Therapiefasern (3) plaziert werden und über Strahlteiler (9), ausgehend von einer Laserquelle (2), gleichzeitig mit Strahlung beaufschlagt werden.