MRT Grundlagen - Mikrothera

MRT Grundlagen - Mikrotherapie Berlin
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Instrumentenentwicklung für die offene Hochfeld-MRT
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Impressum
Inhalt
1.
2.
3.
4.
Magnetresonanztomographie (MRT)
Tunnelsysteme
Minimal-invasive Eingriffe
Offene MRT
1. Magnetresonanztomographie (MRT)
Die MRT (auch Kernspintomographie genannt), mit der sich alle Körperregionen in überragender
Bildqualität darstellen lassen, ist aus der radiologischen Diagnostik nicht mehr hinwegzudenken. Sie bietet
einen unübertroffenen Weichteilkontrast, der detaillierte Befundungen nahezu aller Organe und
Körperregionen erlaubt.
Abb. 1: Ganzkörperaufnahme des Menschen.
Alle Gewebe mit einem hohen Wasser- und/oder Fettanteil lassen sich mit der MRT mit unübertroffenem
Kontrast auch ohne die Verwendung intravenöser Kontrastmittel detailliert darstellen. Lufthaltige Organe
sind zur Darstellung weniger geeignet. Trotz seines vergleichsweise geringen Wassergehalts lassen sich
über die Knochen diagnostisch verwertbare Aussagen treffen. Der Bildkontrast beruht auf der
Konzentration der Protonen (“Wasserstoffionen”) im Gewebe, der Magnetisierbarkeit der Teilchen von
außen durch die Magnetfelder und auf der Entmagnetisierung (“Relaxation”) nach der Anregung durch
Radiofrequenzimpulse. Bei letzteren handelt es sich um schwach energetische Radiowellen, vergleichbar
jenen, mit denen das Radioprogramm übertragen wird (vgl. Tabelle 1).
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Tabelle 1: Die für die MRT-Bildgebung benutzten elektromagnetischen
Impulse besitzen eine Frequenz im Bandbereich von Radioübertragungen.
Die unterschiedliche Magnetisierbarkeit des Gewebes beruht auf der molekularen Einbindung der
Protonen. Die MRT arbeitet auf der Grundlage von starken Magnetfeldern, die teils unveränderlich sind
(Hauptmagnetfeld) und teils in hoher Frequenz mit wechselnder Stärke (Gradienten) geschaltet werden.
Zur Erzeugung des Hauptmagnetfeldes, wird die “Röhre” genutzt, die durch einen supraleitenden
Elektromagneten gebildet wird (Abb. 2).
Abb. 2 Spulenwicklung
Die Einteilung in Niedrig- (bis 0,5 T), Mittel- (0,5-1,0 T) und Hochfeldsysteme (> 1,0 T) basiert nicht auf
physikalisch-technischen Kriterien. Diese Einteilung dient eher eine klinischen Orientierung. In der Klinikund Praxislandschaft dominieren die sogenannten Tunnelsysteme (Abb. 2), die für
Ganzkörperuntersuchungen geeignet sind. Der relativ lange Tunnel (auch “Bohrung” genannt) kann je
nach Fabrikat und Untersuchungsart den Patienten ganz in sich aufnehmen.
2. Tunnelsysteme
Abb. 3 (links): Klassisches Tunnelsystem mit “langer Bohrung”
und Fig. 4 (rechts): Tunnelsystem mit “kurzer Bohrung”
Manchen Patienten behagt es nicht, sich in einen solch engen Raum begeben zu müssen. Bei
Unumgänglichkeit der MRT-Untersuchung, muß teilweise in Narkose untersucht werden. Die Feldstärken
solcher Geräte liegen meistens bei 1,5 Tesla, jedoch finden Geräte mit 3,0 Tesla zunehmend an
Verbreitung. Sie arbeiten mit supraleitenden Elektromagneten. Die Feldlinien des Hauptmagnetfeldes sind
als Ellipsen skizziert, die Patientenlängsachse wird durch den Pfeil symbolisiert. Aufgrund technischer
Neuerungen können nun auch kürzere Magneten für MRT-Systeme eingesetzt werden. Diese ermöglichen
kurze Bohrungen der MRT-Geräte. Durch die Kombination eines größeren Tunneldurchmessers mit
weiteren Eingangstrichtern wird der Patientenkomfort erheblich verbessert. Der Vorteil eines solchen
Systems ist vor allem der verbesserte Patientenkomfort.
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3. Minimalinvasive Eingriffe
Unter minimal-invasiven Eingriffen (Schlüssellochoperationen) versteht man Operationen / Interventionen
im Körperinneren mit minimaler Verletzung der über der Eingriffsregion liegenden Gewebsschichten.
Hierbei handelt es sich um besonders schonende operative Eingriffe. Viele früher nur offen-chirurgisch
durchgeführte Eingriffe wie die Entfernung einer Gallenblase können heutzutage minimal-invasiv
vorgenommen werden. Das erhöht den Patientenkomfort und verringert die Liegezeit. Chirurgisch-operativ
sowie internistisch-interventionell ermöglichen Endoskope die Sichtkontrolle durch den Arzt. Jedoch ist
eine Operations- bzw. Interventionssteuerung auch mit Hilfe nicht invasiver radiologischer Verfahren
möglich. Eine klassische Domäne der interventionellen Radiologie sind beispielsweise Eingriffe in das
Gefäßsystem in allen Regionen des Körpers. Radiologische Gefäßinterventionen werden mittels der
digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) unter Verwendung von Röntgenstrahlen durchgeführt. Bei
Gewebeproben, Flüssigkeitsentnahmen sowie Drainageeinlagen verwendet man Methoden der
Schnittbildgebung. Hierzu zählen die MRT, die Röntgencomputertomographie (CT) sowie der Ultraschall
(Sonographie), siehe auch Tabelle 2.
Tabelle 2: Auflistung der für die minimal-invasiven Methoden
wichtigen radiologischen Methoden.
Der Vorteil der Schnittbildverfahren liegt darin, daß sie im Gegensatz zur DSA und zum Endoskop eine
genaue räumliche Zuordnung im OP-Gebiet ermöglichen. So läßt sich der Tumor in seiner Beziehung zu
den umgebenden anatomischen Strukturen beurteilen. Die Bestrebungen gehen dahin, die intraoperative
Bildkontrolle zu einem festen Bestandteil des OP-Prozederes werden zu lassen, was insbesondere bei der
Tumorchirugie von Vorteil ist. So konnte bei Hirnoperationen vielfach gezeigt werden, daß die
intraoperative Bildkontrolle mittels MRT das Operationsergebnis verbessert, da auch kleine Tumorreste
aufgrund der zusätzlichen Bildinformationen entfernt werden konnten. Gleiches könnte für Eingriffe bei
Lebertumoren gelten. Zusätzlich ist es denkbar, daß eine Bildkontrolle hilft, operative / interventionelle
Komplikationen zu vermeiden, da die Lagebeziehung empfindlicher Strukturen wie den Gefäßen zum
Tumor auch intraoperativ kontrolliert werden kann. Da die MRT mit starken Magnetfeldern arbeitet, sind
spezielle Instrumente für den Einsatz in einem MRT-System notwendig. Die intraoperative MRT-Kontrolle
erfolgt zumeist mit einer kleinen Unterbrechung der Operation, da der Patient während der OP nicht im
Gerät liegt. Dies liegt vor allem an der Untauglichkeit des zur Verfügung stehenden Operationsmaterials.
Eine wesentliche Voraussetzung für die Durchführung kontinuierlich MRT-gestützter Interventionen sind
geeignete MRT-System-Konzepte, die das Operationsgebiet des Patienten für den Arzt auch während der
Bildgebung gut zugänglich machen. Für diese Zwecke sind sogenannte offene MRT-Systeme konzipiert
worden.
4. Offene MRT
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Je nach Hersteller sind verschiedenartige offene MRT-Systeme entwickelt worden. Bei der Konstruktion
solcher Systeme sind besondere technisch-physikalische und bauliche Schwierigkeiten zu überwinden. Die
früheren offenen Systemkonzepte arbeiteten zumeist auf Basis von Permanentmagneten mit relativ
niedriger Magnetfeldstärke, teilweise wurden auch Widerstandelektromagneten im Niedrigfeldbereich
eingesetzt. Seit neuerer Zeit stehen sogenannte offene Hochfeld-MRT-Systeme zur Verfügung. Die
Vorteile dieser Systeme, deren Bildqualität der von Standard-Tunnelsystemen nicht nachsteht, sind der
verbesserte Patientenkomfort sowie die gute Zugänglichkeit zum Patienten, die eine MRT-gestützte
Operation ermöglicht. Im Folgenden werden die verschiedenen offenen MRT-Systemkonzepte vorgestellt.
Abb. 5: Klassisches Konzept im Stile eines
Röntgen-C-Armes (Röntgenangiographie).
Verschiedene Hersteller bieten MRT-Systeme nach diesem Konzept zumeist mit Feldstärken von 0,23
Tesla (überwiegend Festkörper- Permanentmagneten) an.
Abb. 6: Realisierung eines offenen Konzeptes
Realisierung eines offenen Konzeptes auf Basis eines Tunnelsystems, dessen Magnetfeldzentrum von
außen zugänglich gemacht wurde (56 cm Breite der Öffnung), Fa. GE. Verwendet wird ein supraleitender
Elektromagnet mit 0,5 Tesla. Die Patienten können wahlweise liegend oder sitzend untersucht werden.
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Abb. 7: Zwei sich vertikal gegenüberliegende Magnetpolschuhe
Zwei sich vertikal gegenüberliegende Magnetpolschuhe sind Grundlage des Upright-Konzeptes der Fa.
Fonar. Basis ist ein supraleitender Elektromagnet mit 0,6 Tesla.
Abb. 8: Zwei sich horizontal gegenüberliegende Magnetpolschuhe
Zwei sich horizontal gegenüberliegende Magnetpolschuhe bilden das Hochfeld-Panorama-Konzept der Fa.
Philips. Basis ist ein supraleitender Elektromagnet mit 1,0 Tesla. Mit der offenen Hochfeld-MRT ist es
möglich, schnelle Bilder mit hoher Ortsauflösung anzufertigen. Das offene Konzept erlaubt die Operation /
Intervention unter gleichzeitiger Echtzteit-MRT-Bildgebung. Darüber hinaus können mit der offenen
Hochfeld-MRT bei 1,0 Tesla auch Informationen über biochemische Verbindungen, die Temperatur sowie
die Bewegungsrichtung von Teilchen gewonnen werden. Die Bedeutung letztgenannter Methoden für die
intraoperative MRT-Kontrolle ist mittelfristig ein weiterer Forschungsgegenstand des CC 6 der
Charité Universitätsmedizin Berlin.
Raumangst – Klaustrophobie (z.B. in der MRT-Röhre)
Platzangst – Agoraphobie (z.B. auf dem Alexanderplatz)
Ein weiterer Vorteil der offenen MRT ist, daß Patienten, die unter Raumangst (Klaustrophobie) leiden, die
MRT-Untersuchung wesentlich besser tolerieren. Eine genaue wissenschaftliche Evaluierung dieses
Themas ist Gegenstand eines geplanten interdisziplinären Forschungsprojektes unserer AG. Gleiches gilt
insbesondere für Kinder.
Jens Pinkernelle
Felix Güttler (Ed.)
Ulf Teichgräber
Jens Rump
Thula Walter (Trans.)
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Deutsch
English
AG OMRT - Radiologie
Charité Campus Mitte
10117 Berlin (Germany)
Tel +49(0)30 450 527 377
Fax +49(0)30 450 527 935
[email protected]
Patienten
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Offene Hochfeld MRT
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Periradikuläre Injektionstherapie
Injetktionstherapie der Facetten- und Sakroiliakalgelenke
Osteoid-Osteom Thermoablation
Perkutane Laser Diskus Dekompression
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Die Mitarbeiter
Termine (Arbeitsgruppe)
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Technologiestiftung Berlin
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Forschung
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Perkutane intradiskale Thermotherapie
Stressstudie
Transforaminale endoskopische Mikrodiskektomie
POL/LOC
MRT mieten
Projekte 2007/2008
Knieoperation
Leberteilresektion
Perkutane Cholangiographie
Tumortherapie mit Ballonkatheter
Vertebroplastie
Projekte 2008/2009
LASER-Interventionen
Thermometrie
Literaturverzeichnis
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Dieses Vorhaben wird durch die TSB Technologiestiftung Berlin aus Mitteln des Zukunftsfonds des
Landes Berlin gefördert, kofinanziert von der Europäischen Union - Europäischer Fonds für
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