DE10359252A1

DE10359252A1 - Navigierte Wärmebehandlung von Tumoren mit enzymumhüllten Eisenpartikeln

Info

Publication number: DE10359252A1
Application number: DE10359252A
Authority: DE
Inventors: Norbert Rahn
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2005-07-28
Also published as: US20050159780A1

Abstract

Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Tumoren mit einem Injektionsgerät zum Einbringen enzymumhüllter Eisenpartikel in den Tumor sowie einem außerhalb des Patienten angeordneten Magnetsystem zur Erzeugung eines Wechselmagnetfeldes zur Erwärmung der Eisenpartikel mit einem Navigationssystem (3, 3') mit wenigstens einem am Injektionsgerät (7) angeordneten Positions-/Orientierungssensor (8, 8').

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Tumoren mit einem Injektionsgerät zum Einbringen enzymumhüllter Eisenpartikel in den Tumor.

In jüngster Zeit sind in Ärztezeitungen Berichte über eine neuartige Tumortherapie beschrieben worden, bei dem Tumore im Neurobereich, zum Beispiel Glioblastom, oder auch im Prostata- oder Mamma-Bereich, mit Hilfe von Magnetflüssigkeits-Hyperthermie behandelt werden. Das Therapieverfahren, bei dem winzige Eisenpartikel direkt in die Tumore gespritzt werden und dann die malignen Zellen mit Hilfe von anschließender Überwärmung durch externe Wechselmagnetfelder zerstört werden, ermöglicht eine gezielte Überwärmung lediglich des Bereichs des Tumors, auf beispielsweise 45 °C, anschließend werden die Patienten meist noch bestrahlt um auch die wenigen bei dieser Behandlung noch überlebenden Krebszellen erreichen zu können.

Die Eisenpartikel sind dabei von einer Molekülschicht umhüllt, die eine Affinität zu neuen Zellmembranen haben. Aufgrund der hohen Teilungsfrequenz von Tumorzellen gibt es in Tumoren viele dieser neuen Membranen. Die Eisenpartikel heften sich infolge der Enzymumhüllung daran und werden in die Zellen eingeschleust. Pro Zelle können dies Millionen von Eisenpartikeln sein.

Um eine solche Konzentration zu erreichen, werden die Partikel durch ein kleines Bohrloch beispielsweise in der Schädeldecke direkt in den Tumor gespritzt. Stereotaktisch lassen sich auch Tumore erreichen, die an sensiblen Stellen wie etwa dem Sprachzentrum liegen.

Nachdem die Partikel durch ein von außen erzeugtes Wechselmagnetfeld angeregt sind und dadurch sich erwärmen und diese Wärme an die Tumorzellen abgeben, kann über eine dünne Temperatursonde, die ebenfalls durch das Bohrloch in den Tumor geschoben wird, die Temperatur kontrolliert werden. Die Partikel erhitzen den Tumor, schädigen die Zellen und machen sie sensibler für die anschließende eigentliche Bestrahlung.

Für verschiedene Tumorarten werden spezifische Molekülhüllen der meist als Nanopartikel ausgebildeten Eisenpartikel verwendet, wobei es heutzutage bereits Unternehmen gibt, die solche spezifischen Hüllen auch für weitere Tumore, wie etwa Prostatakarzinome, liefern. Ein für die Behandlung geeigneter Magnetwechselfeldapplikator MFH 300 F wird von der Firma MFH Hyperthermiesysteme bereitgestellt.

Diese minimalinvasive Methode, die etwa bei kleinen Mamma-Karzinomen eine hervorragende Alternative zur Operation sein könnte, steht und fällt jedoch mit der Genauigkeit des Einbringens der Eisenpartikel in den Tumor.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass in einfacher Weise ein gesteuertes Einbringen der Eisenpartikel in den Tumor erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Vorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Navigationssystem mit wenigstens einem am Injektionsgerät angeordneten Positions-/Orientierungssensor, wobei bevorzugt diese Vorrichtung einen Bildschirm zur Visualisierung eines 3D-Bilddatensatzes des Tumorbereichs sowie zum Einblenden des distalen Endes des Injektionsgeräts in das 3D-Bild umfassen kann.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines an sich bereits bekannten Navigationssystems zur zielgerichteten Führung des Injektionsgeräts mit Hilfe von Positions-/Orientierungs sensoren am Injektionsgerät lässt sich auch bei sehr tief und verdeckt liegenden Tumoren, insbesondere wenn man zusätzlich ein flexibles Injektionsgerät verwendet, das nicht einfach das zwischen Körperoberfläche und dem Tumor liegende Gewebe durchstoßen muss, sondern um einzelne Organe herumbewegt werden kann, eine sehr schonende exakte Einbringung der Eisenpartikel in den Tumor erzielen.

Neben der Verwendung eines optischen Navigationssystems mit einem am distalen Ende eines starren Injektionsgeräts angeordneten Positions-/Orientierungssensor kann selbstverständlich auch ein elektromagnetisches Navigationssystem verwendet werden, bei dem der Positions-/Orientierungssensor dann bevorzugt am proximalen Ende des Injektionsgeräts, also genau an dem Ort, angeordnet ist, dessen Position bei der gezielten Injektion der Eisenpartikel in den Tumor in seiner Bewegung beobachtet werden soll, um in Verbindung mit der Einblendung in das 3D-Bild des Injektionsbereichs das Absetzende der Nanopartikel aus dem Injektionsgerät genau an die gewünschte Stelle zu führen.

In Ausgestaltung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass auf der Patientenoberfläche ein oder mehrere Referenzsensoren angeordnet sind, die eine rechnerische Eliminierung und Kompensation von Patientenbewegungen ermöglichen.

Um bei nichtsphärischen sondern langgestreckten und gegebenenfalls auch in unterschiedlichen Richtungen verformten und verästelten Tumoren ein gezieltes Einbringen der Eisenpartikel in das gesamte Tumorgewebe zu ermöglichen, ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem zur Erzeugung eines zusätzlichen variablen Gleichfeldes zur Bewegung der Eisenpartikel in gewünschte Richtungen ausgelegt ist. Hierfür können Permanentmagnete oder Elektromagnete dienen, die die Eisenpartikel in definierte vorgebbare Richtungen ziehen. Damit diese Bewegung der Eisenpartikel durch ein steuerbares äußeres Magnetfeld exakt möglich ist, ist es notwendig, eine Einrichtung zur Dichtebestimmung des Körpergewebes in Injektionsbereich vorzusehen, wobei eine solche Einrichtung in einfachsten Fall eine Messauswerteeinrichtung zur Auswertung von CT-Aufnahmen sein kann, da die Schwächung der Röntgenstrahlen in solchen Aufnahmen ein sehr gutes Bild der Gewebedichte geben.

Wenn auf diese Art und Weise zunächst die ortsabhängige Dichte des Tumorgewebes ermittelt worden ist, wird mit Hilfe von Simulationen die zeitabhängige und ortsabhängige Ausrichtung des äußeren Magnetgleichfeldes so berechnet, dass die gewünschte Verteilung der Metallpartikel erreicht wird. Dieses orts- und zeitabhängige Magnetfeld wird nach der Simulation appliziert, wodurch die gewünschte Verteilung der Metallpartikel erreicht wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Navigation eines Injektionsgeräts mit Navigationssensor am distalen Ende des Injektionsgeräts,
2 eine abgewandelte erfindungsgemäße Vorrichtung mit am proximalen Ende des Injektionsgeräts angeordnetem elektromagnetischem Navigationssensor und
3 eine schematische, den 1 und 2 ansonsten entsprechende, Vorrichtung mit einem optischen Navigationssystem um distal am Injektionsgerät angeordnetem Positions-/Orientierungssensor.
In den Figuren erkennt man bei 1 den Patienten in den mit Hilfe eines einen Sender 2 und einen Navigationsrechner 4 um fassenden Navigationssystems 3 ein Injektionsgerät, also beispielsweise eine starre Spritze, gesteuert eingebracht werden soll, damit das distale Ende 5 des Injektionsgeräts 7 genau in einen im Körper befindlichen Tumor T eingebracht werden kann.
Zu diesem Zweck ist jeweils ein Positions-/Orientierungssensor 8 vorgesehen, der sowohl am distalen Ende 5 (siehe 1) als auch am proximalen Ende (2, 3) angeordnet sein kann. Neben einem Positionssensor der lediglich die drei Ortskoordinaten angibt, kann dabei auch ein Orientierungssensor verwendet werden, der zusätzlich auch noch die drei Raumwinkel mit erfasst, sodass über den Orientierungssensor nicht nur die Position des Sensors sondern auch die Richtung in die er bewegt wird erfasst werden kann. Dies ist wichtig, wenn der Sensor am distalen Ende also außerhalb des Körpers angeordnet ist.
Bei 7 erkennt man jeweils den Injektionsapparat, der außer einer starren Spritze selbstverständlich auch ein bewegliches Injektionsgerät sein könnte, wobei im letzteren Fall ausschließlich die Verwendung einer Anordnung ähnlich wie in 2 in Frage kommt, bei der der Positions-/Orientierungssensor am proximalen Ende also am inneren Ende des Injektionsgeräts 7 angeordnet ist. 8 bezeichnet den Positions-/Orientierungssensor und mit 9 ist das elektromagnetische Feld des Navigationssystems bezeichnet.
Das den Patienten umgebende Magnetsystem zur Erzeugung eines Wechselmagnetfeldes ist der Übersichtlichkeit halber nicht mit dargestellt.
Die Anordnung nach 2 unterscheidet sich von der nach 1 lediglich dadurch, dass der elektromagnetische Positions-/Orientierungssensor 8 hier am proximalen also inneren Ende des Injektionsgeräts 7 angeordnet ist.
Die Anordnung nach 3 zeigt eine Vorrichtung mit einem optischen Navigationssystem 3', wobei 2' die Kamera dieses optischen Navigationssystems ist, die dem Sender 2 des elektromagnetischen Navigationssystems 3 gemäß den 1 und 2 entspricht. Bei einem solchen optischen Navigationssystem 3' kann der Orientierungssensor 8' – in diesem Fall braucht man einen Orientierungssensor zur Erfassung von 6 Freiheitsgraden im Gegensatz zur proximalen Anordnung eines einfachen Positionssensors – nur am distalen Ende des Injektionsgeräts 7 angeordnet sein, was wiederum zur Folge hat, dass das Injektionsgerät 7 starr ausgebildet sein muss, also beispielsweise als Spritze. 9' bezeichnet in diesem Fall das optische Field of View des Navigationssystems 3' und bei 10 sind wiederum, wie auch in den übrigen Figuren, die enzymumhüllten Eisenpartikel angedeutet, die mit Hilfe des Injektionsgeräts 7 gezielt in den Tumor T eingebracht werden sollen.
Die aktuelle Position des proximalen Endes 5 des Injektionsgeräts 7 ist in den auf dem Bildschirm 11 visualisierten 3D-Bilddatensatz 6 des Injektionsgebiets, also des Tumors, eingeblendet, sodass mit Hilfe dieser Einblendung eine sehr einfache exakte Navigierung des proximalen Endes des Injektionsgeräts 7 in den Tumor T erfolgen kann.
Ebenso wie das Magnetfeld zur Erzeugung des Wechselmagnetfeldes zur Erwärmung der Eisenpartikel ist auch das Magnetfeld zur Erzeugung eines zusätzlichen variablen Gleichfeldes zur Bewegung der Eisenpartikel in gewünschte Richtungen und somit zur optimalen Verteilung dieser Eisenpartikel in einem möglicherweise sehr bizarr geformten Tumor aus Übersichtlichkeitsgründen nicht mit in die Zeichnungen aufgenommen worden.

Claims

Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Tumoren mit einem Injektionsgerät zum Einbringen enzymumhüllter Eisenpartikel in den Tumor sowie einem außerhalb des Patienten angeordnetes Magnetsystems zur Erzeugung eines Wechselmagnetfeldes zur Erwärmung der Eisenpartikel, gekennzeichnet durch ein Navigationssystem (3, 3') mit wenigstens einem am Injektionsgerät (7) angeordneten Positions-/Orientierungssensor.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein optisches Naviga-tionssystem (3') mit einem am distalen Ende eines starren Injektionsgeräts (7) angeordneten Positions-/Orientie-rungssensor (8').
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein elektromagnetisches Navigationssystem (3) mit einem bevorzugt am proximalen Ende des Injektionsgerätes (7) angeordneten Positions-/Orientie-rungssensor (8).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Bildschirm (11) zum Visualisieren eines 3D-Bilddatensatzes (6) des Tumorbereichs sowie zum Einblenden des proximalen Endes (5) des Injektionsgerätes (7) in das 3D-Bild.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen auf der Patientenoberfläche angeordneten, der rechnerischen Eliminierung von Patientenbewegungen dienenden Referenzsensor.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Magnetsystem zur Erzeugung eines zusätzlichen variablen Gleichfeldes zur Bewegung der Eisenpartikel in gewünschte Richtungen ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch durch eine Einrichtung zur Dichtebestimmung des Körpergewebes im Injektionsbereich.