DE69434601T2

DE69434601T2 - Markierung als Bezugspunkt

Info

Publication number: DE69434601T2
Application number: DE1994634601
Authority: DE
Inventors: Jennifer J. Sausalito Jandak; Michael J. Nashville Fitzpatrick; Robert M. Nashville Willcott; Robert J. Maciunas; Jr. Calvin R. Nashville Maurer; George S. Nashville Allen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2014-02-11
Also published as: EP1249207B1; JPH08506744A; EP0684786A1; DE69434601D1; EP0684786B1; US5575794A; US5595193A; DE69433204T2; DE69433204D1; EP1249207A3; EP1249207A2; JP3583424B2; WO1994017733A1; CA2155970A1

Description

Hintergrund der Erfindung:
In den letzten Jahren haben sich Diagnosetechniken entwickelt, die dem praktizierenden Kliniker hochgetreue Ansichten der anatomischen Strukturen des menschlichen Körpers liefern. Abbildungssysteme wie computertomographische (CT) Röntgengeräte, Positronen-Emissions-Tomographen (PET), Einzelphotonen-Emissions-Computertomographen (SPECT) und Kernspintomographen (MRI) haben dem Kliniker die Fähigkeit verliehen, die Sichtbarkeit der anatomischen Strukturen des menschlichen Körpers ohne Chirurgie oder andere invasive Techniken zu verbessern. Statt explorativer Chirurgie kann der Patient den Abtastverfahren solcher bildgebender Systeme unterzogen werden und die anatomische Struktur des Patienten kann in einer zur Bewertung durch den ausgebildeten Arzt geeigneten Form reproduziert werden.
Der in diesen Techniken hinreichend erfahrene Arzt kann die Bilder der Anatomie des Patienten bewerten und feststellen, ob Abnormitäten vorhanden sind. Eine Abnormität in Form einer krankhaften Veränderung erscheint auf dem Bild als eine Form, die einen erkennbaren Kontrast zur umgebenden Fläche aufweist. Der Kontrastunterschied beruht auf Abbildungseigenschaften der krankhaften Veränderung, die sich von denen des umgebenden Körpergewebes unterscheiden. Außerdem erscheint die kontrastierende Form, die die krankhafte Veränderung darstellt, auf dem Bild an einer Steile, wo solch eine Form normalerweise im Hinblick auf ein gleiches Bild einer gesunden Person nicht erscheinen würde.
Wurde eine krankhafte Veränderung einmal identifiziert, werden verschiedene Behandlungsmethoden wie Chemotherapie, Strahlentherapie und Chirurgie verwendet, um die krankhafte Veränderung zu entfernen oder zu zerstören. Wird die Chemotherapie gewählt, werden Medikamente in den Körper des Patienten eingebracht, um die krankhafte Veränderung zu zerstören. Während des Verlaufs der Behandlung werden gebräuchlicherweise bildgebende Geräte benutzt um den Fortschritt der Behandlung dadurch zu verfolgen, dass der Patient periodischen Scans unterzogen wird, und die im Verlauf der Behandlung aufgenommenen Bilder verglichen werden, um sich jede Veränderung der Zusammensetzung der krankhaften Veränderung zu vergegenwärtigen.
Zum Beispiel beschreibt EP 0146699 Implantate bestehend aus einem Kontrastkörper und einem Befestigungskörper, die mit Hilfe einer Struktur auf dem Befestigungskörper örtlich im Knochen fixiert werden und somit im Knochen stationäre Bezugspunkte zur Vermessung von Röntgenaufnahmen darstellen.
In der Strahlentherapie werden die vom Abbildungsgerät erzeugten Bilder der krankhaften Veränderung durch den Radiologen dazu verwendet, das Bestrahlungsgerät einzustellen und die Strahlung unter Minimierung oder Eliminierung nachteiliger Auswirkungen auf das umgebende gesunde Gewebe einzig auf die krankhafte Veränderung zu richten. Im Verlauf der Strahlungsbehandlung wird das bildgebende System auf gleiche Weise wie zuvor im Hinblick auf die Chemotherapie beschrieben dazu benutzt, den Fortschritt des Patienten zu verfolgen.
Wenn Chirurgie zur Entfernung einer krankhaften Veränderung oder einer anderen Abnormität zum Einsatz kommt, können die Bilder des im Patienten vorhandenen krankhaften Gewebes den Chirurgen während der Operation leiten. Indem er sich die Bilder vor der Operation nochmals betrachtet, kann der Chirurg über die beste Strategie, die Abnormität oder krankhafte Veränderung zu erreichen und zu biopsieren, herauszuschneiden oder anderweitig zu manipulieren, entscheiden, egal ob es sich um einen Gehirntumor, eine Gefäßdeformation, eine Infektion oder eine andere Erscheinung handelt. Nachdem der chirurgische Eingriff ausgeführt wurde, wird weiterhin gescannt, um den Erfolg des chirurgischen Eingriffs und den darauffolgenden Fortschritt des Patienten zu überwachen.
Ein Problem in Verbindung mit den oben genannten Abtasttechniken betrifft die genaue Auswahl und den Vergleich von Ansichten identischer Bereiche in Bildern, die durch bildgebende Geräte zu verschiedenen Zeiten oder im wesentlichen zur gleichen Zeit unter Verwendung verschiedener Abbildungsverfahren wie CT, MRI, SPECT, PET erhalten wurden. Dieses Problem hat zwei Aspekte. Um die Information in einem Bild der Anatomie mit der Anatomie selbst in Verbindung zu bringen ist es zum einen nötig, eine 1:1-Beziehung zwischen Punkten im Bild und Punkten der Anatomie herzustellen. Dies wird als Zuordnung des Bildraums zum physikalischen Raum bezeichnet.
Der zweite Aspekt betrifft die Zuordnung eines Bildraums zu einem anderen Bildraum. Das Ziel, zwei willkürlich orientierte dreidimensionale Bilder einander zuzuordnen, bedeutet, die Koordinatensysteme der beiden Bilder so auszurichten, dass jedem gegebenen Punkt der abgetasteten Anatomie in beiden Bildern gleiche Koordinaten zugeteilt werden. Die Berechnung der Starrkörpertransformation, die zur Zuordnung der beiden Koordinatensysteme notwendig ist, erfordert die Kenntnis der Koordinatenvektoren mindestens dreier Punkte in den beiden Systemen. Diese Punkte werden Bezugspunkte genannt und die verwendeten Bezugspunkte sind die geometrischen Mittelpunkte von Markiereinrichtungen, die Bezugspunktmarkiereinrichtungen genannt werden. Diese Bezugspunkte werden dazu verwendet, den Bildraum mit dem physikalischen Raum zu korrelieren und einen Bildraum mit einem anderen Bildraum zu korrelieren. Die Bezugspunktmarkiereinrichtungen stellen einen konstanten, in einem gegebenen Abbildungsverfahren sichtbaren Bezugsrahmen dar, der die Zuordnung ermöglicht. Das grundsätzliche Verfahren der Verwendung von Bezugspunktmarkiereinrichtungen zur Zuordnung von Bilddaten über die Zeit hinweg wird im US-Patent Nr. 4, 991,579 von George S. Allen offenbart.
Ein in diesem Bereich bestehendes Problem liegt in der Bereitstellung von Bezugspunkten, die zur Verwendung in verschiedenen Abbildungsverfahren geeignet sind. MRI- und Röntgen-CT-Bilder sind digitale Bilder, in denen die Bilder Punkt für Punkt gebildet werden. Diese Punkte werden Bildpunkte oder Pixel genannt und sind mit der von einer Kathodenstrahlröhre emittierten Lichtintensität gekoppelt oder werden dazu verwendet, ein Bild auf einem Film zu bilden. Die Anordnung der beleuchteten Pixel ermöglicht es dem Betrachter ein Bild zu sehen. Die Art und Weise, in der die Intensität irgendeines Pixels sich ändert oder moduliert wird ändert sich mit dem verwendeten bildgebenden Verfahren. Bei der Röntgen-CT ist solch eine Modulation in erster Linie eine Funktion der Elektronen pro abgetasteter Volumeneinheit. Bei MRI sind die diese Modulation im wesentlichen beeinflussenden Parameter die Protonenspindichte und die longitudinalen und transversalen Relaxationszeiten T1 und T2, die auch als Spin-Gitter- und Spin-Spin-Relaxationszeiten bekannt sind. Bei der Konstruktion einer Bezugspunktmarkiereinrichtung muss man sich dessen bewusst sein, dass ein Mittel, das bei einem bildgebenden Verfahren sichtbar ist, nicht notwendigerweise auch bei einem anderen Verfahren sichtbar ist und dennoch wäre die Fähigkeit, sowohl in CT als auch MRI sichtbar zu sein, für eine bestehende Markiereinrichtung besonders nützlich, da es dadurch ermöglicht würde, durch verschiedene bildgebende Verfahren erhaltene Bilder einander zuzuordnen. Zum Beispiel würde die Fähigkeit, CT- und MRI-Bilder einander zuzuordnen, die Zusammenführung von durch einen CT-Scan erhaltenen Informationen über die Knochenstruktur und durch einen MRI-Scan erhaltenen anatomischen Informationen über Weichteilgewebe ermöglichen. Es besteht der Bedarf für eine Bezugspunktmarkiereinrichtung, die dazu verwendet werden kann, ein definiertes Koordiatensystem unter verschiedenen bildgebenden Verfahren zu schaffen.
Ein weiteres Problem auf diesem Gebiet entsteht durch die einander widersprechenden Bedürfnisse der Bequemlichkeit für den Patienten, was die Kliniker zu einer Minimierung der Größe der Markiereinrichtung führt, und dem Wunsch der Kliniker, Markiereinrichtungen zu verwenden, die so hell und damit so groß wie möglich sind. Solch eine Helligkeit ist wünschenswert, denn sie stellt ein starkes Signal bereit, das von einem dem Abbildungsprozess inhärenten Rauschen unterschieden werden kann. Die Verwendung großer Markiereinrichtungen ist ebenfalls wünschenswert, damit das Bild der Markiereinrichtung so viele Pixel wie möglich einnimmt. Indem die von der Markiereinrichtung eingenommene Anzahl der Pixel vergrößert wird, vergrößert sich die Genauigkeit, mit der die Position der Markiereinrichtung bestimmt werden kann. Darüber hinaus erfordert die gebräuchliche Technik, Bezugspunktmarkiereinrichtungen zu verwenden, die Bestimmung des Schwerpunkts der Markiereinrichtung; es ist leichter, den Schwerpunkt einer großen, hellen Markiereinrichtung zu bestimmen, als den einer kleinen, dunklen Markiereinrichtung. Auf der anderen Seite ist es mit zunehmender Größe der Markiereinrichtung um so schwieriger für den Patienten, ihre Anwesenheit über ausgedehntere Zeiträume hinzunehmen. Es besteht Bedarf nach einer Markiereinrichtung, die die Vorteile gesteigerter Größe ausnutzt und gleichzeitig während der Verwendungsdauer vom Patienten angenommen wird. Es besteht ebenfalls Bedarf nach einer kleinen, für mehrere Verfahren geeigneten Markiereinrichtung, die in den Patienten implantiert werden und dort für noch längere Zeitdauern verbleiben kann. So eine eher dauerhafte Bezugspunktmarkiereinrichtung würde vorzugsweise durch nicht-invasive Techniken detektierbar sein, so dass ihre Position im physikalischen Raum bestimmt werden und ihr Schwerpunkt ermittelt werden könnte, auch wenn sie einer visuellen Inspektion nicht zugänglich unter der Haut des Patienten verborgen bliebe.
Die US 5178146 beschreibt ein zur Verbindung von MRI mit anderen bildgebenden Verfahren geeignetes Gittersystem. Das System schließt ein Gitter aus Kontrastmaterial, das mit MRI und anderen bildgebenden Verfahren kompatibel ist, und ein Mittel, das Objekt im Verhältnis zum Gitter zu positionieren, ein. Das Gittersystem wird ebenfalls dazu verwendet, Strahlentherapie und chirurgische Biopsiemaßnahmen zu planen. Ein solchen System ist komplex und kann zu Ungenauigkeit führen.
Zusammenfassung der Erfindung:
Angesichts der oben geschilderten Bedürfnisse stellt die vorliegende Erfindung medizinischem Personal Bezugspunktmarkiereinrichtungen zur Verfügung, die unter einer Vielzahl bildgebender Verfahren abbildbar sind, das heißt sie sind multi-modal. Die Markiereinrichtungen können dazu verwendet werden, einen Bildraum einem anderen Bildraum über bildgebende Verfahren hinweg zuzuordnen. Die Bezugspunktmarkiereinrichtung kann ebenfalls zur Zuordnung von Bildraum und physikalischem Raum zur erfolgreichen Durchführung bildgestützer Craniotomien, Biopsien, Zystenabsaugungen, Strahlentherapie, der Planierung ventrikulärer Shunts und weiterer ähnlicher chirurgischer Maßnahmen verwendet werden.
Eine Bezugspunktmarkiereinrichtung mit den Eigenschaften der vorliegenden Erfindung schließt einen hohlen Behälter mit ein, der vorzugsweise zylindrisch oder kugelförmig ist, aus abbildbarem Material hergestellt ist und mit für verschiedene bildgebende Verfahren geeigneten Flüssigkeiten gefüllt ist. In einer Ausführung ist die Markiereinrichtung von hinreichend kleiner Größe und Form, um für längere, in Jahren zu messende Zeiträume implantiert zu werden. Eine zylindrische Form wird bevorzugt, da sie die Größe des zum Einsetzen nötigen Schnittes minimiert, bei gleichzeitiger Maximierung der bei gegebener Einschnittgröße verfügbaren Menge an Kontrastmittel. Eine dauerhaft implantierte Markiereinrichtung erlaubt den Langzeitvergleich von Scans für Nachfolgetherapien (beispielsweise um Volumenvergleiche der krankhaften Veränderung anzustellen um Wachstum zu überwachen). Sie erlaubt ebenfalls eine fraktionierte Strahlentherapie, bei der wiederholt kleine Strahlendosen über den Verlauf der Behandlung verabreicht werden.
Eine bekannte Maßnahme, einen bekannten Satz von Punkten auf dem menschlichen Schädel zu diesem Zweck zu definieren, beinhaltet die Verwendung eines stereotaktischen Rahmens (vgl. US-Patent Nr. 4, 608, 977 mit einer allgemeinen Beschreibung eines solchen Gerätes). Zur Zeit kann für diese Therapie kein stereotaktischer Rahmen benutzt werden, da der Rahmen ein signifikantes Infektionsrisiko trägt, zu schmerzhaft oder zu sperrig und einengend ist, um für einen längeren Zeitraum an einem Ort zu verbleiben und nicht mit einer Toleranz im Submillimeterbereich am gleichen Ort wieder angebracht werden kann. Dieses Problem wird durch die Verwendung einer implantierbaren Bezugspunktmarkiereinrichtung gelöst, die vom Patienten über längere Zeitdauern hinweg gut angenommen wird. Eine solche implantierbare Bezugspunktmarkiereinrichtung kann auch in einem Strahlentherapie-Raum angebracht werden und ermöglicht es damit, den Bildraum des Patienten, den physikalischen Schädelinnenraum und das Gerät zur Strahlentherapie aufeinander auszurichten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel besitzt die Bezugspunktmarkiereinrichtung die Form einer vergleichsweise größeren temporären Markiereinrichtung, die abnehmbar an einer Basis befestigt wird, die starr am Knochen fixiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Basisbereich für eine Dauer von Tagen oder Wochen vor Ort gelassen und ist mit Mitteln versehen, um eine Abbildungsmarkiereinrichtung abnehmbar aufzunehmen. Durch die Abnehmbarkeit der Markiereinrichtung nach dem Scannen wird zusätzlich zur Lagestabilität während der Implantationsdauer die Gesamthöhe der subkutanen Basis der Markiereinrichtung verringert. Auf diese Art kann die Abbildungsmarkiereinrichtung, die nur für die wenigen, für das medizinische Verfahren notwendigen Stunden vor Ort an ihrer Basis befestigt sein muss, größer gemacht werden, als es im Falle von Markiereinrichtungen, die tagelang bis zum Schluss vor Ort gelassen werden, akzeptiert werden könnte. Die größere Abbildungsmarkiereinrichtung produziert ein größeres Bild und ist im Bildraum leichter zu lokalisieren als dies bei einer kleineren Markiereinrichtung der Fall wäre.
Durch die Austauschbarkeit dieser Markiereinrichtung eignet sie sich ebenfalls zur Verwendung bei PET- und/oder SPECT-Scans. Bei beiden Verfahren muss eine Bildmarkiereinrichtung radioaktiv sein. Weiterhin ist es bei beiden Verfahren notwendig, bei jedem Abbildungsscan einen so genannten "Transmissionsscan" vorzunehmen, bei dem keine radioaktive Substanz vorhanden ist. Beim Transmissionsscan muss der Patient in der gleichen Position wie beim Abbildungsscan sein und deshalb ist es nicht möglich, die Basis der Markiereinrichtung zwischen den Scans zu implantieren. Statt dessen ist es notwendig, für den Transmissionsscan eine nicht-radioaktive Markiereinrichtung anzubringen und dann für den Abbildungsscan die nicht-radioaktive Markiereinrichtung durch eine radioaktive zu ersetzen. Die Sichtbarkeit der Markiereinrichtungen in CT, MRI, PET und SPECT Bildern erlaubt die Zuordnung von mit jedem dieser Verfahren erhaltenen Bildern.
Sowohl in den temporären als auch dauerhafteren Versionen der Erfindung ist der Behälter mit wässrigen Abbildungsmitteln gefüllt, um die Abbildungsfähigkeit bei MRI sicherzustellen. Die CT-Abbildbarkeit wird durch Mischen der wässrigen MRI-Abbildungsmittel mit anderen wässrigen, unter CT abbildbaren Mitteln, sicher gestellt, und optional durch Versetzen des Kunststoffgehäuses mit Mitteln, die das Markiereinrichtungsgehäuse unter CT abbildbar machen, wobei in diesem Fall die Form des so versetzten Gehäuses dergestalt ist, dass sein Volumenschwerpunkt mit dem Schwerpunkt des durch das MRI-Abbildungsmittel eingenommenen Volumens zusammen fällt. Die Abbildungsmittel werden so ausgewählt, dass sie bei beiden Verfahren eine angemessene Abbildbarkeit sicher stellen und bei Verwendung eines wässrigen CT-Abbildungsmittels mischbar sein müssen. Die Verwendung einer mischbaren flüssigen Kombination hat zur Folge, dass das gleiche Volumen in verschiedenen Abbildungsverfahren mit gleichen Mittelpunkten zur Lokalisierung der Markiereinrichtungsmitte sichtbar ist. In der Ausführung für PET und/oder SPECT wird eine externe Markiereinrichtung mit dem geeigneten Radioisotop gefüllt und statt der im vorigen Abschnitt beschriebenen MRI/CT-Markiereinrichtungen verwendet. In einer alternativen, die temporäre Bezugspunktmarkiereinrichtung verwendenden Ausführung kann ein Satz von Markiereinrichtungen bereitgestellt werden, bei dem jede Markiereinrichtung für ein Abbildungsverfahren optimiert ist (MRI, CT, PET oder SPECT).
Verschiedene Ausführungen der Erfindung werden in den Ansprüchen dargestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Für ein umfassenderes Verständnis dieser Erfindung soll nun auf die in den beiliegenden Zeichnungen detaillierter abgebildeten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele eingegangen werden.
1A ist eine perspektivische Explosionsansicht einer temporären Bezugspunktmarkiereinrichtung, die Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert, wobei die Abbildungsmarkiereinrichtung separat von der Basis, an der sie lösbar befestigt werden kann, dargestellt ist;
1B zeigt die zusammengebaute Markiereinrichtung aus 1A
2A ist eine Vorderansicht der Bezugspunktmarkiereinrichtungsanordnung, bei der die Abbildungsmarkiereinrichtung an der Basis befestigt dargestellt ist;
2B ist die in 2A gezeigte Erfindung als Querschnitt entlang der Linie A-A;
3A ist eine Vorderansicht des Basisbereichs der Erfindung;
3B ist eine Ansicht des oberen Bereichs der Basis;
3C ist ein Querschnitt der Basis entlang der Linie C-C, der die Nuten zur Aufnahme der Abbildungsmarkiereinrichtung zeigt;
4A ist eine Vorderansicht des Deckelbereichs der Markiereinrichtung;
4B ist eine Draufsicht des in 4A dargestellten Deckelbereichs;
4C ist der Deckel von unten; und
5 ist ein Querschnitt einer anderen Version der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
In den Zeichnungen, worin entsprechende Bezugszeichen einander entsprechende Teile bezeichnen, ist in den 1–4 eine Version einer temporären Bezugspunktmarkiereinrichtungsanordnung dargestellt. Diese Figuren stellen eine Bezugspunktmarkiereinrichtungsanordnung einschließlich einer Abbildungsmarkiereinrichtung 10 und einer Basis 30 dar.
Die Basis 30 hat einen Gewindebereich 32 an einem ersten Ende. Das Gewinde versetzt einen Chirurgen in die Lage, die Basis sicher im Schädel oder einem anderen gewünschten Bereich des Knochengewebes zu befestigen. Eine weitere Verbindungsstruktur ist vorgesehen, um die Abbildungsmarkiereinrichtung sicher und lösbar mit der Basis zu verbinden. Beispielsweise mündet in der dargestellten Ausführung das Ende der Basis gegenüber dem Gewindebereich in einen Buchsenkopf 38, der eine buchsenartige Aussparung 36 enthält. (Es wird angenommen, dass die Basis mit Hilfe eines Einsetzwerkzeugs, das die Basis in den Knochen oder in ein Loch im Knochen einschraubt, implantiert wird. Die Aussparung ist nicht kreisförmig, um das Drehmoment durch solch ein Einsatzwerkzeug besser überfragen zu können). Direkt unterhalb des Buchsenkopfes 38 befinden sich mehrere (wie in 3C erkennbar: 3) Nuten 34. Wie weiter unten erklärt werden wird, sorgen die Buchse 38 und die Nuten 34 für eine sichere und lösbare Befestigung des Abbildungsmarkiereinrichtungsbereichs mit dem Basisbereich.
Der Abbildungsmarkiereinrichtungsbereich der temporären Bezugspunktmarkiereinrichtungsanordnung kann aus zwei Hauptbereichen bestehen, einem Zylinder 12 und einem Deckel 16 (vgl. 4A–4C). Der Zylinder 12 enthält einen Hohlraum 14 zu Aufnahme einer Mischung von Abbildungsmitteln, deren Zusammensetzung durch die verwendeten Abbildungsverfahren bestimmt wird. Während in dieser Version der die Abbildungsmittel enthaltende Behälter vorzugsweise zylindrisch ist, um den Prozess, durch den der Schwerpunkt des entsprechenden Volumens des Abbildungsmittels bestimmt wird, zu erleichtern, können andere Formen (so wie ein Kasten oder eine Kugel) ebenfalls verwendet werden. Der Zylinder 12 ist an einem Ende geschlossen und am anderen Ende offen, um die Einführung der Abbildungsmittel zu ermöglichen. In einer Version der Vorrichtung wird ein Deckel 16 zur Abdichtung des offenen Endes des Zylinders nach der Zugabe der Abbildungsmittel verwendet. In dieser Version kann der Deckel vor Ort verklebt oder verschweißt werden. Der Deckel kann mit einem Steckbereich 24 versehen werden, der in den Hohlraum 14 des Zylinders 12 vorsteht, und dadurch hilft, diesen gegen Abbildungsmittelleckage abzudichten. Andere gebräuchliche Füll- und Abdichttechniken wie Blasformen, Druckverformung, Ultraschallschweißen oder Kunststoffschweißen können verwendet werden.
Wird ein Deckel verwendet, kann er mit einem überstehenden Vorsprung 20 und mehreren (hier: 3) Schnapparmen 18 versehen sein, die in nach innen vorstehenden Bereichen 22 enden. Die Form und Abmessungen des Vorsprungs stehen in direktem Zusammenhang mit der Form und den Abmessungen der in der Basis 30 vorgesehenen Buchse 36, so dass die Abbildungsmarkiereinrichtung genau und sicher auf der Basis zentriert werden kann. Die Schnapparme 18 wirken mit den Nuten 34 der Basis 30 zusammen, so dass die Abbildungsmarkiereinrichtung auf der Basis lösbar fixiert werden kann. Das Zusammenwirken dieser Elemente ist in 2A und 2B dargestellt. Während dieses Beispiel die Verwendung von Schnapparmen zeigt, können andere Befestigungseinrichtungen zur Befestigung der Markiereinrichtung an der Basis verwendet werden (z. B. Schraubengewinde, Klammern, Haken, etc.).
Die Abmessungen der temporären Bezugspunktmarkiereinrichtungsanordnung werden in irgendeiner Form vom Stand der Abbildungstechnik abhängen. Je größer die Empfindlichkeit des verwendeten Scanners, desto geringer ist die zum Erhalt eines geeigneten Bildes notwendige Menge an Abbildungsmaterial, was es im Gegenzug ermöglicht, die Größe der Markiereinrichtung, die verwendet wird, um das Abbildungsmaterial aufzunehmen, zu reduzieren. Die Anmelder haben herausgefunden, dass ein Basisbereich von annähernd 12 mm Länge und 2 mm bis 3 mm Durchmesser ausreichend groß ist, um eine sichere Plazierung der Basis im Knochen unter der Haut sicher zu steilen. Wenn der Kliniker den Patienten zur Bildaufnahme vorbereitet, wird der Basisbereich freigelegt und eine Abbildungsmarkiereinrichtung von ungefähr 6 mm Länge an der Basis befestigt. Die Markiereinrichtung selbst kann aus der Kopfhaut vorstehen und, während ein Scan am Patienten durchgeführt wird, der Luft ausgesetzt sein. Die Basis und das Gehäuse der Abbildungsmarkiereinrichtung wird aus biokompatiblem, organischem Polymer wie Polyetherimid hergestellt.
5 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der Bezugspunktmarkiereinrichtung dar, die für längere Zeiträume vollständig unter der Haut implantiert gelassen werden kann. Die Markiereinrichtung umfasst einen Zylinder 42, der einen Raum definiert, in den die gewünschten Abbildungsmittel plaziert werden. Wie in der "Zusammenfassung" angemerkt, wird eine zylindrische Form bevorzugt, da diese Form den Einschnitt, der zum Einsetzen der Markiereinrichtung gemacht werden muss, minimiert. Dies ist ebenfalls die Form, die am besten zum Loch passt, das man in den Knochen bohrt, um die Markiereinrichtung zu installieren. Der Zylinderkörper wird mit einem Deckel 46 oder auf andere Weise abgedichtet. Der Körper wird vorzugsweise aus einem organischen Polymer wie Polymethyl-Methaacrylat, hoch dichtem Polyethylen oder Keramik wie Zirkonoxid und Aluminiumoxid hergestellt; von denen bekannt ist, dass. sie vom Körper für längere Zeiträume gut angenommen werden. Die gesamte Markiereinrichtungsanordnung ist klein genug, bei einer Langzeitimplantation im Knochen keine Verformung des Knochens mit der Zeit hervorzurufen. Ein Beispiel sieht für die Markiereinrichtung eine Länge von 4 mm und einen Durchmesser von 3 mm vor.
Wie weiter unten erklärt werden wird, erlaubt die wohlüberlegte Auswahl von wässrigen Abbildungsmitteln die Konstruktion einer Markiereinrichtung, die sowohl unter CT- als auch MRI-Abbildungsverfahren sichtbar ist. Darüber hinaus kann durch die Verwendung einer Markiereinrichtung, die einen festen Außenbereich und einen flüssigen Innenbereich aufweist, die Markiereinrichtung durch die Verwendung eines nicht-invasiven, transkutanen Detektionssystems lokalisiert werden, wie der Verwendung von Ultraschall zur Erkennung der Anwesenheit des Übergangs fest – flüssig zwischen dem flüssigem Kern und dem festen Außenbereich.
Da die Bezugspunktmarkiereinrichtungsanordnung in einer Vielzahl von Abbildungsverfahren verwendet werden soll, soll die Verwendung von festem Metall durchweg vermieden werden. Die Anwesenheit von Metall kann im Bild unerwünschte Artefakte und Bildstörungen hervorrufen und Anstrengungen, die Markiereinrichtung zu lokalisieren (d. h. den Schwerpunkt zu lokalisieren und identifizieren), behindern. Die für festes Metall charakteristischen Eigenschaften wie hohe elektrische Leitfähigkeit, Paramagnetismus und bei einigen Metallen Ferromagnetismus sind generell zur Verwendung für MRI ungeeignet.
Obwohl Metalle in der Vergangenheit als CT-Markiereinrichtungen benutzt wurden, sind sie im Allgemeinen oft suboptimal, da die hohe lineare Abschwächung von Metallen unerwünschte Bildartefakte wie "Starbursts" hervorrufen kann. Während diese Artefakte durch eine Reduktion der Größe der Markiereinrichtung reduziert werden können, reduziere diese Größenreduktion ebenfalls die Genauigkeit, mit der die Position der Markiereinrichtung bestimmt werden kann. Bei MRI rufen Metalle Störungen des örtlichen Magnetfeldes hervor (die so genannten "Suszeptibilitätsartefakte"), die die Bildhelligkeit herabsetzen und die Position des Bildes physikalisch verschieben. Solche physikalischen Phänomene sind in einer Bezugspunktmarkiereinrichtung unpassend. Die Auswahl von Stoffen als Abbildungsmittel wird daher von der den verwendeten Abbildungsverfahren zugrunde liegenden Physik geleitet.
In CT-Studien von menschlichem Gewebe sind Knochen, die Röntgenstrahlen stärker als anderes Gewebe abschwächen, die hellsten anatomischen Strukturen. Diese Abschwächung wird durch den so genannten "linearen Abschwächungskoeffizient" charakterisiert, der die Röntgenabschwächung pro Weglängeneinheit angibt. Der lineare Abschwächungskoeffizient steigt mit steigender Elektronendichte (die Zahl der Elektronen pro Volumeneinheit) an. Damit ein Röntgen-CT-Gerät bei der Abbildung von Material (wie das der Markiereinrichtung) Pixel heller als Knochen darstellen kann, muss das gescannte Material eine Elektronendichte größer als die von Knochen besitzen. Deshalb besteht ein Ansatz zur Steigerung der Absorption von Röntgenstrahlen darin, die Elektronendichte per Volumeneinheit zu vergrößern. Dies kann durch Zugabe von Verbindungen mit Atomen einer hohen Atomzahl (Z) zum abgebildeten Objekt oder durch eine allgemeine Steigerung der Dichte des gescannten Materials erreicht werden. Jedes Atom mit einem hohen Wert von Z ist geeignet. Geeignete Materialien schließen Barium, Jod, Titan, Tantal, Silber, Gold, Platin und rostfreien Stahl ein. Diese Materialien können fest oder als Ionen in biokompatiblen Flüssigkeiten gelöst sein. Jedoch zeigt sich wie oben erwähnt bei Verwendung von festem Metall in Bezugspunktmarkiereinrichtungen eine Tendenz, Artefakte zu kreieren, die die Fähigkeit der Markiereinrichtung, als echter Bezugspunkt zu dienen, herabsetzen. Diese Artefakte sind bei Markiereinrichtungen mit höherem linearem Abschwächungskoeffizienten stärker. Sie sind ebenfalls stärker bei Markiereinrichtungen von erhöhter Größe. Insbesondere steigt bei einem gegebenen Abschwächungskoeffizient, wenn Form und Größe der Markiereinrichtung so geändert werden, dass eine größere Weglänge durch die Markiereinrichtung besteht; die Tendenz, Bildartefakte zu verursachen. Es ist deshalb notwendig, Material mit hohem Z in verdünnter Form bereit zu stellen.
Ein Ansatz, eine abbildbare Markiereinrichtung geeigneter Größe bereit zu stellen, die keine unerwünschten Artefakte produziert, besteht darin, das Gehäuse der Markiereinrichtung mit einem CT-Abbildungsmittel zu versetzen. Beispielsweise kann das Gehäuse der Markiereinrichtung, das normalerweise aus organischen Polymeren hergestellt ist, Barium in Salzform enthalten. Alternativ dazu kann dem Polymergehäuse Titandioxid beigegeben werden. Gold- und Platinsalze sind ebenfalls wirksame Materialien, die Gehäusehülle strahlenundurchlässig und somit unter CT abbildbar zu machen. Konzentrationen dieser Metallsalze bis 400 mg/ml können in den Markiereinrichtungen verwendet werden, ohne nennenswerte Bildartefakte hervorzurufen. Es muss jedoch im Gedächtnis behalten werden, dass es immer noch notwendig ist, den geometrischen Schwerpunkt des so versetzten Markiereinrichtungsgehäuses zu lokalisieren. Deshalb sollte die Geometrie des versetzten Gehäuses vorzugsweise so ausgeführt sein, dass sein Mittelpunkt mit dem Volumenschwerpunkt jedes anderen an andere Abbildungsverfahren angepassten Abbildungsmittels übereinstimmt.
Ein weiterer Ansatz, Mittel mit hohem Z bereit zu stellen, ohne auf feste Metalle zurück zu greifen besteht darin, sie in Form einer wässrigen Lösung bereitzustellen. Wässrige Lösungen von Verbindungen mit Atomen von hohem Z wie Barium, Jod, Titan, Tantal, Silber, Platin und Eisen können als Abbildungsmittel in den erfindungsgemäßen Bezugspunktmarkiereinrichtungen verwendet werden. Insbesondere haben sich Verbindungen von Jod und Silber als für diese Zwecke wirksam erwiesen.
Zum Beispiel stellt in einigen bevorzugten Ausführungen eine wässrige Lösung von Jod enthaltenden organischen Molekülen mit einer effektiven Jodkonzentration zwischen 50 bis 600 mg/ml ein wirksames CT-Abbildungsmittel dar. In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist in Wasser gelöstes Silbernitrat bei Konzentrationen zwischen 100 mg/ml bis 600 mg/ml wirksam. Jede Lösung wird bei CT ein Abbilden des durch den Hohlraum der Markiereinrichtung bestimmten Volumens bewirken.
Bei der wohlüberlegten Auswahl einer wässrigen Lösung mit hohem Z, ist es möglich, einen Satz von Markiereinrichtungen mit Röntgen-CT-Absorbtionseigenschaften irgendwo zwischen denen von Wasser und dem 15-fachen derer von Knochen zu erschaffen. Jedoch muss die Auswirkung dieser Mittel auf MRI-Abbildungen ebenfalls berücksichtigt werden, ebenso wie die zusätzlichen Erfordernisse, die eine MRI-Abbildung darstellt.
Beispielsweise ist die Verwendung wässriger Lösungen, wobei nur CT-Abbildungen betrachtet werden, optional – andere Trägerwerkstoffe wie Öle, können ebenfalls als Träger für Elemente mit hoher Z-Zahl verwendet werden. Dies ist jedoch bei MRI nicht der Fall. Die exakte Lokalisierung von MRI-Markiereinrichtungen in biologischem Gewebe muss mit einem wässrigen Abbildungsmittel erfolgen. Andere Substanzen als Wasser weisen unterschiedliche Resonanzfrequenzen oder chemische Verschiebungen auf und werden im Bild zu ihrem wirklichen Ort versetzt erscheinen. Wenn deshalb ein gebräuchliches flüssiges Trägermittel sowohl für CT- als auch MRI-Abbildungsmittel verwendet werden soll, sollte dies Wasser sein. (Das Phänomen des "Chemical Shift" ist in der Literatur ausführlich beschrieben und dem auf dem Gebiet Tätigen wohl bekannt – vgl. z. B. "Edge Artifacts in MR Images: Chemical Shift Effect", Journal of Computer Assisted Tomography 9 (2): 252-257 (1985).)
Weiterhin muss die Physik des MRI-Scannens in Betracht gezogen werden. Reines Wasser ist hinsichtlich Kernspinresonanz durch eine hohe Spindichte und hohe T1- und T2-Werte gekennzeichnet. Die Relaxationszeiten liegen im Bereich von 2 bis 4 Sekunden. MRI-Abbildungen basieren teilweise ebenso auf der Spindichte wie auf T1 und T2. Die Auswirkung der Spindichte auf die Bildhelligkeit ist linear; reduziert sich die Spindichte um die Hälfte reduziert sich die Helligkeit ebenfalls um die Hälfte. Die Auswirkung von T1 und T2. sind. exponentiell; eine Veränderung dieser um die Hälfte resultiert beispielsweise in einer Bildhelligkeitsänderung von 86 %. Diese Faktoren können mathematisch wie folgt zusammengefasst werden: I = NC (e–(TE/T2))(1 – e–(TR/T1))mit I = Signalintensität, N = Spindichte, den Parametern TR und TE als durch die verwendete Strahlungsfrequenz und Pulse bestimmte Repetitionszeit und Echozeit, und C als einer Proportionalitätskonstante, die vom Scanner und den verwendeten Größen abhängt.
Diese drei Parameter, T1, T2 und die Spindichte, können durch die Zugabe von aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften in Lösung ausgewählter Chemikalien geändert werden. Eine solche Eigenschaft ist Paramagnetismus, wobei das zugegebene Material ein einzelnes Elektron in seiner Elektronenkonfiguration besitzt. Solche Mittel verkürzen die Relaxationszeiten T1 und T2 drastisch. Eine weitere solche Eigenschaft ist die Viskosität. Weitere Chemikalien können der Lösung aufgrund ihrer Fähigkeit, die Viskosität einer Lösung zu ändern, beigegeben werden, sogar bis hin zum Punkt einer Gelbildung. Die Viskosität ist ein wichtiger Gesichtspunkt, da sie reziprok mit T2 zusammenhängt. Je viskoser eine Lösung, um so größer ist die Anzahl der vorhandenen Bindungen und desto weniger sind die Wasserstoffkerne fähig, auf das Magnetfeld zu reagieren und zu antworten, was zu einem dunkleren Bild führt. Diese die Viskosität steigernden Mittel verdünnen das Wasser in der Lösung, reduzieren dadurch die Spindichte und reduzieren die Relaxationszeiten T1 und T2. Welches Material auch immer hinzugefügt wird, so wird T1 jedoch immer gleich oder größer als T2 sein.
Aufgrund der geringen Konzentrationen an zur Förderung von MRI geeigneten MRI-Abbildungsmitteln haben diese Mittel keinen signifikanten Effekt auf das CT-Abbildungsmittel. Die Wirksamkeit eines MRI-Abbildungsmittels kann jedoch durch die Anwesenheit eines CT-Abbildungsmittels behindert werden. Das MRI-Bild wird durch die kumulativen Effekte aller dem wässrigen Medium beigefügten Stoffe moduliert. Diese Veränderung beruht auf Wechselwirkungen mit den Wasserstoffatomen im Wasser, die das MRI-Signal verursachen. Die allgemeinen Effekte von drei typischen CT-Abbildungsmitteln, eines typischen MRI-Abbildungsmittels und von ausgewählten Kombinationen dieser beiden Arten von Abbildungsmitteln sind im folgenden dargestellt:
In Übereinstimmung mit den obigen Erläuterungen wurde festgestellt, dass Silbernitrat, das, wie oben erwähnt, in Konzentrationen von bis zu ungefähr 600 mg/ml unter CT-Scans ein geeignetes Bild erzeugt, die beobachtete Spindichte (und dadurch die Helligkeit des MRI-Bildes) um bis zu 50 % reduziert. Bei der bevorzugten Konzentration von ca. 600 mg/ml betragen die beobachteten T1- und T2- Werte ungefähr eine Sekunde. Mit sinkender Silbernitratkonzentration nähern sich die T1- und T2- Werte denen von reinem Wasser an. Dieser beobach- tete Effekt bietet die Möglichkeit eine Vielzahl von auf Silbernitrat (als CT-Mittel) basierenden Zusammensetzungen der Markiereinrichtung bereitzustellen, um im Hinblick auf menschliches Gewebe unter MRI unterschiedliche Kontrastlevel zu schaffen.
Eine Lösung von lohexol (ein nicht-ionisches Röntgen-CT-Abbildungsmittel) mit Konzentrationen von bis zu ungefähr 600 mg/ml Jod reduziert ebenfalls die beobachtete Spindichte um bis zu 50 %. Bei einer Konzentration von 150 mg Jod pro ml wässriger Lösung beträgt der beobachtete T1-Wert 300 bis 400 Millisekunden, und der beobachtete T2-Wert 100 bis 120 Millisekunden. Der Effekt auf diese Parameter steht im Einklang mit ähnlichen Effekten durch Erhöhung der Viskosität von wässrigen Lösungen. Über den gesamten Umfang von Iohexolkonzentrationen wurde beobachtet, dass man die Spindichte um 50 % verändern kann, den T1-Wert zwischen 4 Sekunden und 0,15 Sekunden und den T2-Wert zwischen 4 Sekunden und 0,04 Sekunden verändern kann. Somit kann auch lohexol dazu verwendet werden, eine Vielzahl von Zusammensetzungen der Markiereinrichtungen zur Schaffung verschiedener Kontrastlevel im Hinblick auf menschliches Gewebe unter MRI bereitzustellen.
Eine Lösung von Iothalamat-Meglumin (ein ionisches Röntgen-CT-Abbildungsmittel) in Konzentrationen bis zu ungefähr 600 mg/ml Jod reduziert die beobachtete Spindichte um Faktoren bis zu 75 %. Bei einer Konzentration von 175 mg Jod pro ml wässriger Lösung beträgt der beobachtete T1-Wert 1200 bis 1500 Millisekunden und der beobachtete T2-Wert 300 bis 350 Millisekunden. Die Lösung ist bei dieser Konzentration nicht zähflüssig. Über den gesamten Bereich von Iothalamat-Meglumin-Konzentrationen wurde festgestellt, dass man den Protonenspin um 75 % ändern kann, den Wert von T1 zwischen 4 Sekunden und 1 Sekunde und den Wert von T2 zwischen 4 Sekunden und 200 Millisekunden ändern kann. Somit kann Iothalamat-Meglumin dazu verwendet werden, eine Vielzahl von Zusammensetzungen der Markiereinrichtung bereit zu stellen, um im Hinblick auf das menschliche Gewebe verschiedene Kontraste herzustellen.
Innerhalb bestimmter Grenzen kann man Lösungen reduzierter Spindichte herstellen, in denen T1 gleich groß ist wie T2, und Lösungen mit Spindichten, in denen T1 größer als T2 ist. T1- und T2-Werte dieser veränderten Lösungen reichen von 1 Millisekunde bis 4 Sekunden, während die Spindichte von 0 molar (kein Wasser) bis 111 molar in Wasserstoff (reines Wasser) reicht. Die vorliegende Erfindung benennt zahlreiche Substanzen, die zur Verwendung als Bezugspunktmarkiereinrichtungen bei MRI geeignet sind. Ein bevorzugtes geeignetes MRI-Abbildungsmittel ist Gadopentetat-Dimeglumin. Ein weiteres mögliches MRI-Abbildungsmittel ist Gadoteridol. (Jede der zuvor genannten Substanzen hat die Zulassung der FDA als injizierbares MRI-Abbildungsmittel). Weitere mögliche Mittel zur Verwendung als MRI-Abbildungsmittel schließen Eisenchlorid (FeCl₃) und Kupfersulfat (CuSO₄) in Konzentrationen zwischen 0,5 mM und 5 mM ein. Eine komplettere Liste von Kontrastmitteln und deren Eigenschaften findet sich in Kapitel 14 von Magnetic Resonance Imaging, 2. Ausgabe, herausgegeben von Stark & Bradley, 1992.
Eine Lösung von Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA (ein injizierbares MRI-Kontrastmittel) in Konzentrationen bis ungefähr 0,5 mM (Millimol) zeigt wenig Wirkung auf die beobachtete Spindichte der Lösung. Bei einer Konzentration von 0,5 mM beträgt der beobachtete T1-Wert 50 bis 100 Millisekunden und der beobachtete T2-Wert 8 bis 15 Millisekunden. Über den gesamten Konzentrationsbereich ist eine Spindichte von 111 molar in Wasserstoff (Wasser) beobachtbar. T1 variiert von 50 Millisekunden bis 4 Sekunden und T2 variiert von 8 Millisekunden bis 4 Sekunden. Dies steht im Einklang zum angegebenen Effekt des paramagnetischen Materials. Durch Variieren der auf der Gadopentetat-Verbindung basierenden Zusammensetzung der Markierungseinrichtung ist es möglich, im Hinblick auf menschliches Gewebe eine Vielzahl von verschiedenen Kontrasten zu erreichen.
Die vier soeben diskutierten Lösungen basierten auf einem einzigen Lösungsmittel in Wasser. Um eine multi-modale Markiereinrichtung bereit zu stellen, werden binäre Mischungen von CT- und MRI-Kontrastmitteln berücksichtigt. Es wurde beobachtet, dass binäre Kombinationen aus Gadopentetat-DPTA mit jeder der anderen dargestellten chemischen Verbindungen Synergieeffekte ergibt. Die Matrix der Möglichkeiten die Spindichte, T1 und T2 durch Variation der Konzentration an MRI- und CT-Abbildungsmittel zu verändern, steigert die Fähigkeit, Lösungen maßzuschneidern, die in allen drei Arten von MRI-Abbildungsparametern maximalen Kontrast geben. Zum Beispiel ergibt im Hinblick auf die permanente Markiereinrichtung Iothalamat-Meglumin bei einer Konzentration von 175 mg/ml in Kombination mit Gadopentetat-Meglumin-DPTA bei 0,5 mM eine Lösung mit folgenden MRI-Eigenschaften: Eine Spindichte, die 75 bis 80 molarem Wasser entspricht, einem T1-Wert von 400 bis 500 Millisekunden und einem T2-Wert von 150 bis 200 Millisekunden. Eine Vielzahl anderer binärer Zusammensetzungen erlaubt es, eine Vielzahl verschiedener Verhältnisse von Spindichte, T1- und T2-Werten herzustellen.
Wie diese Beispiele somit nahe legen, ist es möglich einen Satz von MRI-Markiereinrichtungen mit jeder Kombination aus Spindichte, T1 und T2 herzustellen, die in ihre Höhe geringer als die von Wasser sind: Die durch die Anwendung der Markiereinrichtung vorgegebenen Optimalwerte dieser Parameter bestimmen die Zusammensetzung der Lösung.
Damit eine Markiereinrichtung sowohl für MRI als auch CT optimiert ist, müssen die Abbildungsmittel und ihre Konzentrationen so gewählt werden, dass die Lösung und/oder das Gehäuse sowohl im Röntgengerät durch seine Strahlenundurchlässigkeit und gleichzeitig im MRI durch seine MRI-Parameter – Spindichte, T1 und T2 – unterschieden werden kann. Wie oben festgestellt wurde, ist es bekannt, dass wässrige Lösungen von auf Elementen mit hoher Z-Zahl basierenden Verbindungen für den notwendigen Grad an Strahlenundurchlässigkeit für die CT-Abbildungen sorgen. Es ist ebenfalls bekannt, dass solche Substanzen die Abbildungswirksamkeit von Verbindungen wie Gadopentetat-Dimeglumin DPTA, die als MRI-Kontrastmittel ausgewählt wurden, herabsetzen können. Um die beiden Mittel in wirksamer Weise zu kombinieren, werden sie in variierenden Konzentrationen gemischt und sowohl unter CT- als auch MRI-Scans getestet, bis man empirisch die jeweilige Konzentration ermittelt hat, die unter beiden Verfahren eine akzeptierbar abbildbare Markiereinrichtung ergibt.
Als Ergebnis einer solchen Testreihe haben die Anmelder zwei bevorzugte binäre Mischungen identifiziert, die bei Verwendung in der permanenten Markiereinrichtung diesen Anforderungen entsprechen; es sind diese Iothalamat-Meglumin (175 mg Jod/ml) mit Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA (0,5 Mm) und Silbernitrat (350 mg/ml) mit Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA (0,5 Mm). Im Falle der temporären Markiereinrichtung werden die Konzentrationen der CT-Abbildungsmittel auf 165 mg Jod/ml wässriger Lösung von Iothalamat-Meglumin und. entsprechend 200 mg/ml Silbernitrat reduziert.
Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne von ihren wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die Abbildungsmittel können zur Optimierung der besonderen Abbildungsmerkmale als Mischungen aus drei oder mehr Verbindungen vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne von ihren wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Zum Beispiel kann eine flachere, eher scheibenförmige Markiereinrichtung als die in den Figuren gezeigte verwendet werden. Eine Vergrößerung in der größten Abmessung des Durchgangs der Röntgenstrahlen verstärkt die Helligkeit des CT-Bildes. Es ermöglicht zudem CT-Scans in dickeren Scheiben anzufertigen, in denen das Bild der Markiereinrichtung sich nicht im entsprechenden Pixel verliert. Dies ist besonders hilfreich in Traumafällen, wenn für feinere Abbildungen nicht genügend Zeit ist.
In einer weiteren Variante kann sich für eine Abbildungsart auf die oben erläuterten Abbildungsmittel gestützt werden und zur Lokalisierung der Markiereinrichtung in einem zweiten Abbildungsverfahren auf eine weitere Technik. Zum Beispiel kann man eine Markiereinrichtung unter einem ersten Verfahren (z. B. MRI) unter Verwendung der oben erläuterten Abbildungsmittel abbilden und dann die Markiereinrichtung im durch ein zweites abbildendes Verfahren (z. B. CT) erzeugten Bildraum dadurch lokalisieren, dass die Markiereinrichtung im physikalischen Raum des zweiten Abbildungsgerätes physikalisch plaziert wird. Zum Beispiel können Roboterarme, wie im US Patent Nr. 5 142 930 oder US-Patent 4 991 579 enthüllt für diesen Zweck verwendet werden, da im Verlauf eines Scans die Adressen jedes Punktes im Bildraum generell in Bezug auf das Abbildungsgerät und somit zu jedem Arm (so wie im '930 Patent) oder einem anderen Gerät, dessen Position in bezug auf dieses Gerät klar definiert ist, festgelegt werden. Dann kann der entsprechende Punkt im Bildraum als Position der Markiereinrichtung bezeichnet werden. Selbst dort, wo sie mit diesem abbildenden Verfahren nicht direkt abbildbar ist.

Claims

Bezugspunktmarkiereinrichtungsanordnung, einschließend: eine Abbildungsmarkiereinrichtung (10), umfassend Abbildungsmaterial und aufweisend ein aus einem biokompatiblen Material konstruiertes Gehäuse, wobei die Abbildungsmarkiereinrichtung (10) einen Hohlraum (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (14) eine Mischung von wässrigen Abbildungsmaterialien enthält, die es ermöglichen, dass die Abbildungsmarkiereinrichtung (10) unter Röntgenstrahlen, CT und MRI abbildbar ist, wobei die Abbildungsmaterialien eine erste und eine zweite wässrige Lösung sind, die mischbar sind, um innerhalb des Hohlraums (14) eine Mischung zu bilden, wobei die erste Lösung strahlenundurchlässig ist und die zweite Lösung unter magnetischer Kernresonanz abbildbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter umfasst: eine Basis (30) zum Halten der Abbildungsmarkiereinrichtung (10), wobei die Basis (30) eine Einrichtung aufweist, um der Anbringung der Basis (30) an Gewebe Rechnung zu tragen; einen Verbinder zum abnehmbaren Befestigen der Abbildungsmarkiereinrichtung (10) an der Basis (30); und eine Einrichtung zum Abdichten des Hohlraums (14) der Abbildungsmarkiereinrichtung (10) gegen Entweichen von im Hohlraum (14) eingeschlossenem Abbildungsmaterial.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Abdichten (24) des Hohlraums (14) ein Deckel (16) ist, der sicher mit dem Gehäuse der Abbildungsmarkiereinrichtung (10) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (16) einen überstehenden Vorsprung (20) einschließt, und die Basis eine entsprechende Buchse (36, 38) einschließt, die so bemessen ist, dass sich der Vorsprung (20) des Deckels (16) mit der Buchse (36, 38) paaren und dadurch eine Verbindung zwischen dem Deckel (16) und der Basis (30) bilden kann.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichteinrichtung (24) mit einer Mehrzahl von ausgestreckten Armen (18) zur abnehmbaren Anbringung an der Basis (30) versehen ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (30) ein Gewinde (32) einschließt, um ihre Anbringung an Gewebe zu erleichtern.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (40) mit Nuten (34) versehen ist, und die ausgestreckten Arme (18) der Abdichteinrichtung (24) in vorstehenden Teilen (22) enden, die mit den Nuten (34) auf der Basis zur Verbindung damit zusammenwirken.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Markiereinrichtungsgehäuse so geformt ist, dass sein Volumenschwerpunkt mit dem Volumenschwerpunkt des darin begrenzten Hohlraums zusammenfällt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Markiereinrichtungsgehäuse zylindrisch geformt ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Markiereinrichtungsgehäuse aus einem Polymer gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Markiereinrichtungsgehäuse mit einer strahlenundurchlässigen Substanz versetzt ist, und zwar in einer Menge, die wirksam ist, um die Markiereinrichtung in einer computertomographischen Abtastung abbildbar zu machen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlenundurchlässige Substanz eine Verbindung umfasst, die ein Atom mit einer hohen Atomzahl enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Atom aus der aus Barium, Titan, Silber, Gold und Platin bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlenundurchlässige Substanz als Salz vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz in einer Konzentration von bis zu etwa 400 mg/ml vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine Verbindung enthält, die ein Atom mit einer hohen Atomzahl enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Atom aus der Gruppe von Elementen bestehend aus Barium, Jod, Titan, Gold, Tantal, Silber, Platin und Eisen ausgewählt ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des in der ersten wässrigen Lösung vorgesehenen Elements in einer Menge vorhanden ist, die wirksam ist, um das mit der Lösung gefüllte Volumen strahlenundurchlässig zu machen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung (a) Iohexol oder (b) Silbernitrat oder (c) Iothalamat-Meglumin enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Silbernitrat-Konzentration etwa 350 mg/ml beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Silbernitrat-Konzentration etwa 200 mg/ml beträgt, und in der die wässrige Lösung Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA in einer Konzentration von etwa 0,5 mM enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Iothalamat-Meglumin-Konzentration etwa 175 mg Jod/ml beträgt, und in der die zweite wässrige Lösung Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA in einer Konzentration von etwa 0.5 mM enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Iothalamat-Meglumin-Konzentration etwa 165 mg Jod/ml beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lösung Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA in einer Konzentration von etwa 0,5 mM vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine wässrige Silbernitrat-Lösung ist, und die zweite Lösung eine wässrige Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA-Lösung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Silbernitrat-Konzentration etwa 350 mg/ml beträgt, und die Konzentration des Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA etwa 0,5 mM beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine wässrige Iothalamat-Meglumin-Lösung ist, und die zweite Lösung eine wässrige Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA-Lösung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Iothalamat-Meglumins etwa 175 mg Jod/ml beträgt, und die Konzentration des Gadopentetat-Dimeglumin-DPTA etwa 0,5 mM beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugspunkt-Markiereinrichtungsanordnung so bemessen ist, dass sie die Langzeitimplantation der Anordnung in einen Patienten gestattet, ohne während des Zeitraums, während dem Vorrichtung implantiert ist, die Verformung des Gewebes zu verursachen.
Verfahren zur Bereitstellung einer Bezugspunkt-Markiereinrichtung nach Anspruch 1, die unter rechnergesteuerter Röntgen-Tomographie und magnetischer Kernresonanz-Abbildung abbildbar ist, umfassend die Schritte: Versehen des Hohlraums mit einer ersten wässrigen Lösung, die strahlenundurchlässig ist und somit unter rechnergesteuerter Röntgen-Tomographie abbildbar ist, und Mischen der ersten Lösung mit einem zweiten wässrigen Abbildungsmittel, das unter magnetischer Kernresonanz-Abbildung abbildbar ist, wobei die Mitten der Bereiche der Bezugspunkt-Markiereinrichtung, die von jedem Abbildungsmittel festgelegt werden, zusammenfallen, wodurch eine passgenaue Deckung von durch jede Abbildungsweise erhaltenen Bildern gestattet wird.