PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007005838A1 06.09.2007
Titel Röntgenkontrastmittel
Anmelder Beckmann, Jürgen, Dr., 57462 Olpe, DE
Erfinder Beckmann, Jürgen, Dr., 57462 Olpe, DE
Vertreter Beckmann, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 57462 Olpe
DE-Anmeldedatum 01.02.2007
DE-Aktenzeichen 102007005838
Offenlegungstag 06.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.09.2007
IPC-Hauptklasse A61K 49/04(2006.01)A, F, I, 20070201, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61B 6/00(2006.01)A, L, I, 20070201, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Kontrastmittel für ein bildgebendes Verfahren wie beispielsweise ein Röntgenverfahren, wobei die Partikel (1) des Kontrastmittels eine Magnetkomponente (3) mit einem magnetischen Moment (M) enthalten und in verschiedenen Richtungen einen unterschiedlichen Wirkungsquerschnitt in Bezug auf das bildgebende Verfahren haben. Durch Änderung eines äußeren Magnetfeldes (B1) können die Partikel somit verschieden ausgerichtet werden, um im bildgebenden Verfahren selektiv einen minimalen bzw. einen maximalen Wirkungsquerschnitt zu zeigen.

Beschreibung[de]

Kontrastmittel werden bei bildgebenden Verfahren wie beispielsweise dem Röntgen oder der Magnetresonanz-Tomographie dazu eingesetzt, die Darstellung bestimmter Strukturen (z. B. des Gefäßsystems) zu verbessern. Da Kontrastmittel häufig jedoch physiologisch belastend sind, müssen sie möglichst sparsam eingesetzt werden. Des Weiteren liegen verhältnismäßig lange Zeiträume zwischen einem Zustand ohne Kontrastmittel und einem folgenden Zustand mit Kontrastmittel (z. B. nach dessen Injektion über einen Katheter). Zwischen der Aufnahme von Bildern der genannten Zustände kann daher das darzustellende Objekt häufig bereits seine Lage verändern, was die Erzeugung klarer Differenzbilder erschweren oder unmöglich machen kann.

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kontrastmittel für bildgebende Verfahren wie insbesondere das Röntgen zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Kontrastmittel mit den Merkmalen des Anspruches 1, durch ein bildgebendes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 8 sowie durch eine bildgebende Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das erfindungsgemäße Kontrastmittel für ein bildgebendes Verfahren, insbesondere für ein Röntgenverfahren, enthält Partikel (Moleküle, Molekülkomplexe, Nanopartikel, Mikropartikel etc.) mit mindestens den folgenden beiden Teilkomponenten:

  • a) Einer ersten Komponente, der sogenannten Kontrastkomponente, die sich im zugrundeliegenden bildgebenden Verfahren darstellt, und zwar typischerweise in signifikant anderem Maße als das umgebende Objekt. Die Kontrastkomponente kann beispielsweise ein Material mit hoher Röntgendichte sein, welches sich auf einem Röntgenbild aufgrund seiner höheren Absorption von der Umgebung abhebt.
  • b) Eine zweite Komponente, die sogenannte Magnetkomponente, welche magnetisch oder magnetisierbar ist, also ein magnetisches Moment aufweist oder aufgeprägt bekommen kann. Gegebenenfalls kann die Magnetkomponente mit der Kontrastkomponente identisch sein.

Weiterhin sollen sich

  • (a) einzelne Partikel des Kontrastmittels mit ihrem Wirkungsquerschnitt (der in Bezug auf das bildgebende Verfahren definiert ist) in definierter Weise relativ zu einem äußeren Magnetfeld ausreichender Stärke ausrichten; die Partikel können z. B. die Achse des minimalen Wirkungsquerschnittes in Richtung des äußeren Magnetfeldes drehen; oder
  • (b) Partikelgruppen des Kontrastmittels mit ihrem Wirkungsquerschnitt in definierter Weise relativ zu einem äußeren Magnetfeld ausreichender Stärke ausrichten.

Durch entsprechende Orientierung des äußeren Magnetfeldes kann somit in die "Blickrichtung" des bildgebenden Verfahrens ein minimaler bzw. ein maximaler Wirkungsquerschnitt gelegt werden, d. h. die wirksame Dichte des Kontrastmittels kann mit Hilfe des Magnetfeldes kontrolliert eingestellt werden. In den zugehörigen Aufnahmen hebt sich das Kontrastmittel dann unterschiedlich stark ab, was beispielsweise im Wege der Bildsubtraktion zur Separation der Kontrastmittelregionen vom Untergrund ausgenutzt werden kann. Auch bei rein visueller Beobachtung, beispielsweise im Rahmen der Röntgenfluoroskopie, kann das mit einstellbarer Frequenz erfolgende "Blinken" des Kontrastmittels dessen Anwesenheit signifikant hervorheben. Ein weiterer Vorteil des Kontrastmittels besteht darin, dass es mit Hilfe eines Magnetfeldes in einer bestimmten Region (z. B. einem Gefäßabschnitt) festgehalten werden kann und somit dort länger seine Wirkung entfaltet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wirkungsquerschnitt der Kontrastkomponente in Bezug auf das bildgebende Verfahren anisotrop, d. h. er hat in einer ersten Richtung einen maximalen Wert und in einer zweiten Richtung einen davon verschiedenen minimalen Wert, wobei die genannten Richtungen typischerweise körperfest in Bezug auf das Partikel sind. Trotz solcher einzelnen anisotropen Wirkungsquerschnitte stellt sich bei vielen, ungeordneten Partikeln üblicherweise insgesamt eine mittlere Kontrastwirkung ein. Durch ein äußeres Magnetfeld können die Wirkungsquerschnitte aller Partikel jedoch gleichartig ausgerichtet werden, so dass ein makroskopischer Kontrastunterschied auftritt.

Mit Hilfe der Magnetkomponente kann ein Partikel des genannten Kontrastmittels in einem äußeren Magnetfeld in bestimmter Weise ausgerichtet werden. Vorzugsweise hat die Magnetkomponente dabei ein dauerhaftes magnetisches Moment oder ein in einem äußeren Magnetfeld angenommenes magnetisches Moment, das eine definierte Ausrichtung in Bezug auf die Kontrastkomponente hat. In diesem Falle kann die Kontrastkomponente eines jeden Partikels durch ein externes Magnetfeld in definierter Weise ausgerichtet werden. Im vorstehend genannten Fall von anisotropen Wirkungsquerschnitten einzelner Partikel kann diese Tatsache beispielsweise dazu ausgenutzt werden, alle Partikel des Kontrastmittels durch ein äußeres Magnetfeld in einer für das bildgebende Verfahren gewünschten Weise auszurichten. Insbesondere können während zwei Aufnahmen alle Partikel nacheinander so ausgerichtet werden, dass sie in der ersten Aufnahme ihren minimalen Wirkungsquerschnitt und der anschließenden zweiten Aufnahme ihren maximalen Wirkungsquerschnitt zeigen. In den beiden Aufnahmen hebt sich das Kontrastmittel dann unterschiedlich stark ab, was beispielsweise im Wege der Bildsubtraktion zur Separation der Kontrastmittelregionen vom Untergrund ausgenutzt werden kann.

Der Unterschied zwischen dem minimalem und dem maximalem Wirkungsquerschnitt, die sich bei Anwendung entsprechend orientierter externer Magnetfelder aus einer gegebenen Blickrichtung ergeben, beträgt vorzugsweise mindestens 1:1.5, besonders bevorzugt mindestens 1:2, damit eine deutlich unterschiedliche Wirkung der Kontrastkomponente im bildgebenden Verfahren zu beobachten ist.

Die Zusammensetzung der Kontrastkomponente hängt von der zugrunde liegenden Anwendung, d. h. insbesondere dem bildgebenden Verfahren ab. Diesbezüglich sind für Röntgenverfahren zahlreiche geeignete Kontrastmaterialien bekannt. Insbesondere kann es sich bei der Kontrastkomponente um Jod und/oder um Barium handeln. Des Weiteren sind auch Gase als Röntgenkontrastmittel geeignet.

In ähnlicher Weise können auch für die Magnetkomponente zahlreiche verschiedene Materialien verwendet werden. Insbesondere sind Ferrite, Kobalt, Eisen, Mangan oder Nickel (jeweils in elementarer Form oder in Form von Verbindungen) geeignet. In Bezug auf die Auswahl und Herstellung der Magnetkomponente wird insbesondere auf die DE 100 46 508 A1 verwiesen, welche vollumfänglich in die vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird. Des Weiteren sind magnetische bzw. magnetisierbare Materialien mit Fluid-Eigenschaften beispielsweise unter der Bezeichnung "Ferrofluide" in der Literatur bekannt und kommerziell erhältlich (z. B. von Ferrotec GmbH, D-72669 Unterensingen).

Die Erfindung betrifft ferner ein bildgebendes Verfahren, insbesondere ein Röntgenverfahren, welches die folgenden Schritte umfasst:

  • a) Einbringen eines Kontrastmittels der oben beschriebenen Art in ein darzustellendes Objekt, beispielsweise in das Gefäßsystem eines Patienten.
  • b) Erzeugung eines ersten Magnetfeldes im Objekt, während mindestens eine erste Abbildung des Objektes erzeugt wird. Das erste Magnetfeld kann homogen oder inhomogen sein. Insbesondere kann es auch als Sonderfall den Wert Null aufweisen.
  • c) Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes im Objekt, das vom ersten Magnetfeld verschieden ist, während mindestens eine zweite Abbildung des Objektes erzeugt wird. Auch das zweite Magnetfeld kann homogen oder inhomogen sein.

Durch die verschiedenen Magnetfelder während der ersten und der zweiten Abbildung des Objektes wird erreicht, dass sich das Kontrastmittel innerhalb des Objektes verschieden ausrichtet und sich somit auf den beiden Abbildungen unterschiedlich stark darstellt.

Bei einer Weiterentwicklung des Verfahrens wird das Differenzbild aus erster und zweiter Abbildung gebildet. Ähnlich wie bei der bekannten Digitalen Subtraktions-Angiographie (DSA) kann auf diese Weise Bildhintergrund (Knochen, Organe, sonstiges Gewebe, medizinische Instrumente etc.) aus dem Differenzbild entfernt werden, da er sich auf erster und zweiter Abbildung im Wesentlichen gleich darstellt (wobei vorausgesetzt wird, dass sich zwischen den Abbildungen das Objekt nicht bewegt und die Abbildungsparameter nicht verändert haben). Da die erste und zweite Abbildung im Prinzip unmittelbar hintereinander gemacht werden können (eine Änderung des Magnetfeldes ist praktisch ohne Zeitverzögerung möglich), lassen sich auf einer langsameren Zeitskala stattfindende Bewegungen des Objektes, beispielsweise eines Herzens durch Herzschlag, auf diese Weise sehr gut ausblenden.

Vorzugsweise ist das erste Magnetfeld während der Erzeugung der ersten Abbildung so orientiert, dass das Kontrastmittel im bildgebenden Verfahren seinen minimalen Wirkungsquerschnitt zeigt. In ähnlicher Weise ist das zweite Magnetfeld während der zweiten Abbildung vorzugsweise so orientiert, dass das Kontrastmittel im bildgebenden Verfahren seinen maximalen Wirkungsquerschnitt zeigt.

Die Erfindung betrifft ferner ein bildgebendes System, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es zur Ausübung eines Verfahrens der oben beschriebenen Art eingerichtet ist. Das bildgebende System enthält somit insbesondere eine bilderzeugende Einrichtung (z. B. eine Röntgenröhre und einen zugehörigen Detektor), Mittel zur Einbringung des Kontrastmittels in ein darzustellendes Objekt (z. B. einen Herzkatheter), Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Objekt (z. B. einen Elektromagneten), und/oder eine Einrichtung zur Bildverarbeitung (z. B. einen Mikrocomputer mit geeigneter Software).

Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt:

1 schematisch ein Partikel eines erfindungsgemäßen Kontrastmittels während der Aufnahme einer ersten Abbildung;

2 das Partikel von 1 während der Aufnahme einer zweiten Abbildung;

3 schematisch Partikel eines alternativen erfindungsgemäßen Kontrastmittels während der Aufnahme einer ersten Abbildung;

4 die Partikel von 3 während der Aufnahme einer zweiten Abbildung und nach Anordnung in Partikelgruppen, die in Richtung des Magnetfeldes ausgerichtet sind;

5 die Erzeugung eines Differenzbildes aus zwei Abbildungen, die bei verschiedenen Orientierungen des Kontrastmittels aufgenommen wurden.

In 1 ist schematisch ein Partikel 1 eines erfindungemäßen Kontrastmittels dargestellt, welches eine Kontrastkomponente 2 sowie eine Magnetkomponente 3 enthält. Die Kontrastkomponente 2 ist in diesem Falle zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teile beispielsweise jeweils durch ein bestimmtes Metall-Ion (z. B. Jod oder Barium) gebildet werden können bzw. dieses enthalten können.

Die Kontrastkomponente bzw. ihre Teile sind mit einer Magnetkomponente 3 verbunden, welche beispielsweise ein Ferrit oder ein anderes geeignetes Material enthalten kann. Die Magnetkomponente soll dabei ein dauerhaftes magnetisches Moment M aufweisen, das in eine definierte Richtung relativ zur Konfiguration des Partikels 1 weist. Alternativ kann die Magnetkomponente auch erst in einem äußeren Magnetfeld das magnetische Moment M annehmen, wobei dieses sich dann jedoch in bestimmter körperfester Weise in Bezug auf das Partikel ausrichten soll bzw. das Partikel so lange drehen soll, bis das magnetische Moment einerseits in Richtung des Magnetfeldes und andererseits in seiner zugehörigen körperfesten Partikelachse liegt.

Partikel 1 mit einer definierten Ausrichtung des magnetischen Momentes M in Bezug auf die Partikelkonfiguration können beispielsweise hergestellt werden, indem anfänglich unmagnetisierte Partikel 1 zunächst in einem Kristallgitter verfestigt werden. Unter der so bestehende definierten Ausrichtung aller Partikel kann dann durch Anlegen eines Magnetfeldes in den Magnetkomponenten aller Partikel ein magnetisches Moment mit bestimmter Ausrichtung erzeugt werden.

Das in 1 dargestellte Kontrastmittel 1 kann sich beispielsweise nach Injektion in der Blutbahn eines Patienten befinden, um die Gefäßdarstellung auf einem Röntgenbild zu verbessern. Die Figur zeigt diesbezüglich weiterhin ein äußeres Magnetfeld B1, welches beispielsweise über externe Spulen erzeugt werden kann. Des Weiteren sind noch Röntgenstrahlen X einer externen Röntgenstrahlenquelle (nicht dargestellt) angedeutet, welche in bekannter Weise von einem z. B. digitalen Röntgendetektor (nicht dargestellt) zu einem Röntgenbild umgesetzt werden.

Bei der in 1 dargestellten Ausrichtung des Partikels 1 liegen die beiden Teile der Magnetkomponente 2 in Richtung der Röntgenstrahlen X, so dass das Partikel 1 in Bezug auf die Röntgenstrahlen X einen minimalen Wirkungsquerschnitt zeigt. Dies führt in der zugehörigen Röntgenabbildung (I1 in 5) zu einer verhältnismäßig schwachen Darstellung der Kontrastmittelregion, da alle dort befindlichen Partikel 1 überwiegend die gleiche Ausrichtung haben.

2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass ein anderes Magnetfeld B2 vorherrscht. Die Richtung dieses Magnetfeldes B2 ist dabei so gewählt, dass die beiden Teile der Magnetkomponente 2 quer zu den Röntgenstrahlen X liegen, so dass das Partikel 1 seinen maximalen Wirkungsquerschnitt erreicht. Dementsprechend stellt sich die Kontrastmittelregion auf der zugehörigen Röntgenabbildung (I2 in 5) verhältnismäßig stark dar.

Die 3 und 4 zeigen schematisch eine alternative Form eines erfindungemäßen Kontrastmittels, welches Partikel 11 mit einer Kontrastkomponente 12 sowie einer Magnetkomponente 13 enthält. Die Kontrastkomponente 12 kann in diesem Falle anisotrop oder isotrop ausgebildet sein, da vom Magnetfeld abhängige, unterschiedliche Kontrastmitteldichten durch das Zusammenwirken von mehreren Partikeln 11 erzeugt werden.

Diesbezüglich zeigt 3 statistisch verteilte Positionen und Orientierungen der Partikel 11, die sich ohne ein äußeres Magnetfeld (bzw. bei dem Feld B1 = 0) entsprechend der thermischen Verteilung einstellen. Auf einem zugehörigen Röntgenbild (I1 in 5) stellt sich das Kontrastmittel mit einer mittleren Dichte dar. Im dargestellten Beispiel tragen die Partikel 11 kein dauerhaftes magnetisches Moment.

4 zeigt die Situation bei Anwendung eines äußeren Magnetfeldes B2 in Projektionsrichtung der Röntgenstrahlung X. Die Magnetkomponenten 13 haben nach Auftreten des Magnetfeldes B2 zunächst ein magnetisches Moment M in Richtung dieses Feldes B2 angenommen, wobei dieses Moment im dargestellten Beispiel keine definierte Ausrichtung in Bezug auf die Partikel 11 hat (d. h. in jedem Partikel in eine andere Körperrichtung zeigen kann). Die Wechselwirkung der magnetischen Momente M von benachbarten Teilchen bewirkt dann jedoch jeweils eine Positionierung von Partikeln 11 einer Partikelgruppe entlang einer Feldlinien des Magnetfeldes B2, wodurch der in Richtung der Strahlen X weisende Wirkungsquerschnitt aller zu einer solchen Gruppe gehörenden Teilchen minimiert wird. Auf einem zugehörigen Röntgenbild (I2 in 5) stellt sich das Kontrastmittel daher mit minimaler Dichte dar.

5 zeigt schematisch die zwei mit den verschiedenen Orientierungen der Partikel 1 von 1 bzw. 2 oder die mit verschieden konfigurierten Partikelgruppen aus Partikeln 11 von 3 bzw. 4 gewonnenen Röntgenaufnahmen I1 bzw. I2 eines Objekts. Aus diesen Aufnahmen kann durch Subtraktion ein Differenzbild Idiff errechnet werden, in welchem sich die Kontrastmittelregion maximal hervorhebt und der übrige Bildhintergrund aufhebt. Da sich sehr schnell zwischen den verschiedenen externen Magnetfeldern B1 bzw. B2 umschalten lässt (möglich ist auch ein mit bestimmter Frequenz erfolgender periodischer Wechsel), kann das Kontrastmittel quasi verzögerungsfrei entsprechend dem Zeitabstand zwischen zwei Röntgenaufnahmen ein- und ausgeblendet werden, so dass sich in der Zwischenzeit das darzustellende Objekt (beispielsweise ein Herz) faktisch nicht bewegt hat.


Anspruch[de]
Kontrastmittel für ein bildgebendes Verfahren, enthaltend Partikel (1, 11) mit

a) einer sich im bildgebenden Verfahren darstellenden ersten Komponente, der sogenannten Kontrastkomponente (2, 12);

b) einer zweiten Komponente, der sogenannten Magnetkomponente (3, 13), welche ein magnetisches Moment (M) hat oder in einem äußeren Magnetfeld (B1, B2) annehmen kann;

wobei sich einzelne Partikel (1) oder Partikelgruppen (11) des Kontrastmittels mit ihrem in Bezug auf das bildgebende Verfahren definierten Wirkungsquerschnitt in definierter Weise relativ zu einem äußeren Magnetfeld (B1, B2) ausreichender Stärke ausrichten.
Kontrastmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrastkomponente (2) einen anisotropen Wirkungsquerschnitt hat. Kontrastmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Moment (M) eine definierte Ausrichtung in Bezug auf die Kontrastkomponente (2) hat. Kontrastmittel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von minimalem zu maximalem Wert des Wirkungsquerschnittes eines ausgerichteten Partikels (1) oder einer ausgerichteten Partikelgruppe (11) mindestens 1:1.5, vorzugsweise mindestens 1:2 beträgt. Kontrastmittel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Verfahren ein Röntgenverfahren ist. Kontrastmittel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrastkomponente (2) Jod und/oder Barium enthält. Kontrastmittel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkomponente (3) Ferrite, Kobalt, Eisen, Mangan und/oder Nickel enthält. Bildgebendes Verfahren, insbesondere Röntgenverfahren, umfassend die folgenden Schritte:

a) Einbringen eines Kontrastmittels (1, 11) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 in ein darzustellendes Objekt;

b) Erzeugung eines ersten Magnetfeldes (B1) innerhalb des Objektes, während mindestens eine erste Abbildung (I1) des Objektes erzeugt wird;

c) Erzeugung eines vom ersten Magnetfeld verschiedenen zweiten Magnetfeldes (B2) im Objekt, während mindestens eine zweite Abbildung (I2) des Objektes erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzbild (Idiff) von erster und zweiter Abbildung (I1, I2) berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Magnetfeld (B1) Null ist. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Magnetfeld (B1) so orientiert ist, dass das Kontrastmittel (1) im bildgebenden Verfahren seinen minimalen Wirkungsquerschnitt zeigt. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetfeld (B2) so orientiert ist, dass das Kontrastmittel (1) im bildgebenden Verfahren seinen maximalen Wirkungsquerschnitt zeigt. Bildgebendes System, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12 ausführen kann. Bildgebendes System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine der folgenden Komponenten enthält:

– eine bilderzeugende Einrichtung, vorzugsweise eine Röntgenröhre und einen zugehörigen Detektor,

– Mittel zur Einbringung des Kontrastmittels in ein darzustellendes Objekt, vorzugsweise einen Herzkatheter,

– Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Objekt, vorzugsweise einen Elektromagneten,

– eine Einrichtung zur Bildverarbeitung, vorzugsweise einen Mikrocomputer mit geeigneter Software.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com