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Die
Erfindung betrifft eine Temperierschlange und deren Verwendung.
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Bei
der in vivo Bildgebung werden insbesondere Labortiere bildgebenden
Methoden, wie SPECT (Single photon emmission tomography) und PET (Positron
emission tomography) zugeführt.
Hierzu werden Versuchstiere, wie beispielsweise Maus, Ratte oder
auch Hunde in eine Haltevorrichtung gelegt. Den Tieren wird eine
gamma- oder Positronen-Strahlung emittierende Substanz, zum Beispiel
ein mit Nukleotid markiertes Pharmakon verabreicht. Deren Verteilung
wird mit Hilfe der durch Kameras detektierbaren gamma-Strahlung
bzw. Positronen-Vernichtungsstrahlen erfasst. Häufiges Ziel ist es, unter Nutzung
der hohen Spezifität
von Pharmaka, die mit gamma- oder Positronenstrahlern markiert sind,
Bilder der Verteilung molekularer Strukturen in Organen zu erzeugen,
die einer Auswertung zugeführt
werden sollen. Die Tiere, insbesondere Mäuse und Ratten werden zu diesem
Zweck in eine Halterung gelegt, die meist als halb offene Röhre ausgebildet
ist, die die Tiere aufnimmt. Eine solche Halterung wird auch als
Tierbett bezeichnet. Die Tiere werden in diese Röhre gelegt. Das Material ist
beispielsweise Plexiglas. Kleintierbildgebung, wie SPECT-Bildgebung, insbesondere
mit Fokussierung auf spezielle Targetorgane wie Hirn oder Herz erfordern,
dass die Kollimatoren für
die Aufnahme der Strahlung möglichst nahe
an das Objekt herangebracht werden. Das bedeutet, dass begrenzte
Abmessungen und kleine Rotationsradien im Bereich des Untersuchungsobjektes erforderlich
sind, die bei ca. 3 oder 5,5 cm liegen.
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Um
optimale Bilder zu erhalten, ist es notwendig möglichst konstante Temperaturen
des Objektes zu gewährleisten.
Insbesondere die Aufrechterhaltung der physiologischen Bedingungen,
hier die physiologische Temperatur, ist erwünscht, um natürliche Parameter
für den
Versuch zu erhalten. Es kann auch erwünscht sein, eine definierte
Kühlung
oder Anhebung der Temperatur zu bewirken. Die Unterbringung von
Apparaturen, welche der Aufrechterhaltung einer optimalen Temperatur
dienen, kann wegen der begrenzten Abmessungen ein Problem darstellen.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu
stellen, welche eine optimale Temperierung des Objektes gewährleistet
und gleichzeitig einen Abstand der Kollimatoren zum zu untersuchenden
Objekt ermöglicht,
der so klein wie möglich
ist.
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Ausgehend
vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Temperierschlange
und deren Verwendung ist es nunmehr möglich, Bilder unter kontrollierten
Temperaturbedingungen aufzunehmen. Das Versuchstier oder ein anderes
in vivo-Objekt kann unter isothermen Bedingungen untersucht werden.
Dies gilt insbesondere für
die bei den dreidimensionalen Bildgebenden Methoden vorliegenden
räumlichen
Begrenzungen und Erfordernisse, bei denen ein Rotationswinkel von 360° eingehalten
werden muss.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Figur zeigt eine erfindungsgemäße Temperierschlange
beispielhaft
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Es
zeigt:
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1:
Eine erfindungsgemäße Temperierschlange.
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In 1 ist
eine Temperierschlange dargestellt, welche entlang einer Länge L in
Zickzackform oder Schlangenform gebogen ist und Umkehrpunkte 1 ausbildet.
Die Umkehrpunkte spannen eine Ebene auf, gegenüber der die Schlange gewölbt ist.
Die Höhe
der Wölbung
wird mit b bezeichnet. Der sich zwischen den Umkehrpunkten 1 ausbildende
Abstand an der Innenseite der Temperierschlange erhält die Bezeichnung
a. Die Temperierschlange besitzt einen Temperiermitteleingang 2 und
einen Temperiermittelausgang 3 sowie eine Temperiermittelrückführung 4,
welche den Temperiermittelstrom zur Eingangsseite zurückführt. Der
Temperiermitteleingang 2 und der Temperiermittelausgang 3 sind
mit Krümmungen 5, 6,
versehen, welche ein Einhängen der
Temperierschlange in die Halterung für die Aufnahme des zu untersuchenden
Objekts ermöglicht. Die
gewölbten
Teil abschnitte der Temperierschlange zwischen den Umkehrpunkten 1 werden
als Rippen 7 bezeichnet.
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Im
Folgenden soll die Erfindung in ihrer allgemeinen Form beschrieben
werden.
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Erfindungsgemäß wird zu
Temperierung des zu untersuchenden Objekts eine Temperierschlange eingesetzt,
die gegenüber
der von ihren Umkehrpunkten 1 aufgespannten Ebene gewölbt ist
und Rippen 7 ausbildet.
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In
einer Ausführungsform
wird die Wölbung der
Rippen 7 durch Kreisabschnitte gebildet.
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In
einer anderen ebenfalls bevorzugten Ausführungsform orientiert sich
die Wölbung
der Rippen 7 an der Form des zu untersuchenden Objekts
und bildet deren zur Temperierschlange zugewandten Seite ab. Die
Querschnittsgeometrie ist somit von der Position entlang der Länge L der
Temperierschlange abhängig.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform
sind die Abmessungen der Temperierschlange so beschaffen, dass sie
beim Auflegen auf das Objekt entweder direkten Kontakt mit dem Objekt
hat oder nur 1 bis 4 mm Abstand von der Oberfläche des Objekts hat.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann die Temperierschlange beispielsweise an den Umkehrpunkten 1 mit
Füßchen ausgestattet
sein, um die Temperierschlange in die Halterung hinein zustellen. Die
kann ein direktes Aufliegen der Temperierschlange auf dem Versuchstier
verhindern, so dass die Temperierung berührungsfrei erfolgen kann. Der
auf ein Versuchstier einwirkende Stress kann so minimiert und dadurch
bedingte Einflüsse
auf die untersuchten Parameter reduziert bzw. vermieden werden,
was zur Verbesserung der Versuchsergebnisse führt. Die Füßchen können in einer weiterhin bevorzugten
Ausführungsform
austauschbar angebracht sein, so dass sie an die Abmessungen des
individuellen Tiers angepasst werden können.
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Typischerweise
wird das Objekt isotherm gehalten. Bei Versuchstieren wird die Temperierschlange
mit einem Temperiermittel beaufschlagt, welches die normale Körpertemperatur
des Tieres oder eine andere Temperatur beträgt. Die Temperatur des Temperiermittels
kann auch etwas höher
sein als die normale Körpertemperatur,
um sich aufbauende Temperaturgradienten zwischen dem Tier und der
Temperierschlange zu kompensieren. Die optimale Temperatur des Temperiermittels
kann im Einzelfall experimentell bestimmt werden. Sie kann beispielsweise 0,5
bis 2°C über der
physiologischen – also
Körpertemperatur – liegen.
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Um
die Temperaturbedingungen zu optimieren, kann in die Halterung ein
Sensor eingebracht sein, der die Temperatur des sich in einem Thermostaten
befindlichen Temperiermittels über
eine Steuerung reguliert.
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Das
Material aus dem die Temperierschlange besteht ist vorzugsweise
für radioaktive
Strahlung durchlässig.
Insbesondere ist die Temperierschlange für γ-Strahlung, durchlässig.
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Auch
das Temperiermittel ist vorzugsweise für γ-Strahlung durchlässig.
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Die
Transmission für
diese Strahlung soll vorzugsweise 98% bis 100% betragen, um jedoch ausreichend
gute Bilder zu erhalten, kann die Transmission der Rippen auch weiterhin
vorzugsweise 90% bis 100%, besser 92% bis 100% oder 97% bis 100%
betragen. Für
beispielsweise 511 keV Positronenstrahlung wird für die eingesetzten
Materialien eine Transmission ≥ 97%
erwartet.
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Bei
Transmissionen unterhalb dieses Bereichs sollte eine Schwächungskorrektur
erfolgen, die beispielsweise durch bekannte rechnerische Methoden,
die in der Imagingrekonstruktion eingesetzt werden, erreicht werden.
Für die γ-Strahlung
von Isotopen die in der SPECT-Messung gebräuchlich sind, wird eine Transmission
von typischerweise unter 98% bis ca. 92% erreicht, so dass eine
Schwächungskorrektur
bevorzugt wird.
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Geeignete
Materialien sind Glas, bevorzugt Quarzglas, Plexiglas, PMMA (Polymethylmethacrylat)
Kautschuk, Gummi und Kunststoffe, wie Polyethylen (PE) oder Tetrafluorethylen
(PTFE).
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Die
Temperierschlange sollte vorzugsweise im für die Untersuchungen relevanten
Bereich aus mindestens einem dieser Materialien bestehen.
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Die
Geometrie der Temperierschlange kann grundsätzlich für jedes Tier ausgelegt werden.
Insbesondere sind Abmessungen für
Mäuse und
Ratten erwünscht.
Es können
jedoch auch Größenordnungen
verwendet werden, die die Temperierung von Hunden oder Schweinen
ermöglichen.
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In
einer Ausführungsform
kann die Temperierschlange durch starre Biegungen bestehen, welche
mit biegsamen Schläuchen
verbunden sind, welche die Rippen 7 darstellen. Dies erhöht die Flexibilität der Temperierschlange,
so dass ein weicheres Aufliegen auf der Oberfläche des Tiers ermöglicht wird
und eine bessere Nachgiebigkeit gegeben ist.
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Die
Länge L
kann je nach zu untersuchendem Objekt variieren. Für eine Maus
reichen beispielsweise ca. 80 mm. Bei einer Ratte sind 150 bis 200
mm Länge
angebracht. Die Länge
kann natürlich auch
größere Werte,
wie 300,400 oder 500 mm erreichen und ist nicht auf die angegebenen
Zahlenwerte beschränkt.
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Der
Abstand a kann vorzugsweise zwischen 17 und 60 mm variieren.
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Der
Abstand der quer zur Länge
L verlaufenden Rippen 7 ist gemessen von Leitungsmittelpunkt aus
vorzugsweise 12 bis 30 mm.
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Die
Höhe b
beträgt
vorzugsweise 14 bis 70 mm.
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Bevorzugte
Leitungsdurchmesser sind 4 bis 10 mm.
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Die
Halterung ist typischerweise wannenförmig ausgebildet und besitzt
am Kopfteil eine Wand. Beispielsweise sind röhrenförmige Geometrien möglich, bei
denen die Halterung die Form eines Längsquerschnittes einer Röhre besitzt,
welcher an den beiden Enden eine Wand aufweist, die vorzugsweise mit
dem Schnitt der Röhre
endet. Der Abschnitt der Temperierschlange, welcher als Temperiermitteleingang 2 dient,
ist in einer bevorzugten Ausführungsform
bügelartig
gebogen, so dass er über
diese Wand gelegt werden kann. Die Bügelform kann auch so ausgestaltet
sein, dass die Leitung in der Richtung senkrecht zur Länge L der
Temperierschlange verläuft.
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Am
Ende der Temperierschlange geht diese in einer bevorzugten Ausführungs form
in eine Temperierschlangenrückführung 4 über, die
vorzugsweise unterhalb der Umkehrpunkte 1 entlang der Länge L zurückgeführt wird.
Es sind auch andere Führung der
Rückführung denkbar,
beispielsweise oberhalb der Umkehrpunkt.
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Der
Temperiermittelausgang 3 ist bevorzugt als Bügel 6 ausgelegt,
welcher über
die Wand der Halterung gelegt werden kann. Ebenso, wie beim Temperiermitteleingang 2 kann
dieser Ausgang eine Biegung aufweisen, die senkrecht zur Länge L der Temperierschlange
abgezweigt ist.
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Es
sind auch Ausführungsformen
denkbar, bei denen sich der Temperiermittelausgang 3 auf
der dem Temperiermitteleingang 2 gegenüberliegende Seite oder an einer
anderen Stelle befindet. In diesem Fall ist eine Rückführung 4 nicht
unbedingt notwendig.
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Die
Bügel des
Temperiermitteleingangs 2 und des Temperiermittelausgangs 3 können mit
Füßchen stabilisiert
sein um die Auswirkungen einer Temperiermittelpulsation zu lindern
oder auszuschalten.
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Bei
Gebrauch wird beispielsweise eine Maus in die Halterung gelegt,
die vorzugsweise wannenförmig
ausgebildet ist. Am Kopfende der Wanne bzw. des Tierbettes befindet
sich eine Wand.
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Die
Maus wird auf dem Rücken
oder auf dem Bauch in die Halterung gelegt. Die erfindungsgemäße Temperierschlange
wird über
die Maus gelegt und mit einer Temperierflüssigkeit durchströmt, die
vorzugsweise die physiologische Temperatur der Maus oder vordefinierte
Temperatur besitzt. Die Bügel 5, 6 können dabei über die
Wand gelegt werden, die die Wanne begrenzt. Die Temperierflüssigkeit
kann an einen Thermostaten angeschlossen werden. Der Anschluss kann
durch Mittel zur Befestigung des Temperiermitteleingangs 2 und
des Temperiermittelausgangs 3 bewirkt werden. Hierfür kann beispielsweise ein
Schlauch, ggf. mit einer Schlauchklemme eingesetzt werden, mit deren
Hilfe die Temperierschlange an dem Thermostaten befestigt wird.
Die Temperierschlange berührt
das Versuchstier oder hat einen geringen Abstand von wenigen Millimeter,
beispielsweise ein bis vier Millimeter. Dabei hat das Versuchstier trotzdem
genügend
Platz. Um diese Anordnung herum können nun die Kollimatoren rotierend
geführt werden,
so dass rundum- Aufnahmen gemacht werden können.
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Die
erfindungsgemäße Temperiersehlange kann
zum Beispiel bei SPECT, CT (Computer tomography) und PET – Untersuchungen
angewendet werden. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Temperierschlange
können
nun Detektoren und Kollimatoren rotierend geführt werden, so dass in einem
kreisförmigen
Orbit oder Umlauf (360°)-Rundum Aufnahmen
gemacht werden können,
die für
moderne bildgebende Verfahren benötigt werden, um eine räumliche
Darstellung bzw. Erfassung von Objekten oder Lebewesen, insbesondere
Tieren zu erreichen. Es können
Messungen an Tieren unter exakten Temperaturbedingungen durchgeführt werden.
Für die Tiere
entsteht während
der Untersuchung kein zusätzlicher
Stress, der durch Temperierungsverfahren bedingt ist.