DE69932757T2 - System für MRI-gesteuerte Kryochirurgie - Google Patents

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Description

  • BEREICH UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht auf ein System für MRI (Magnetic Resonance Imaging)-überwachte und gesteuerte Kryochirurgie.
  • MRI-überwachte und gesteuerte chirurgische Eingriffe werden derzeit unter Verwendung einer „offenen MRT"-Vorrichtung durchgeführt, bei welcher der MRI-Magnet Öffnungen aufweist, um einem Chirurgen einen Zugang zu dem Patienten bereitzustellen.
  • Jedoch ist der chirurgische Eingriff innerhalb einer derartigen MRI-Umgebung dem starken magnetischen Feld des MRI-Magneten (etwa 0,5 bis 2 Tesla) ausgesetzt. Daher ist die Auswahl an chirurgischen Werkzeugen, die innerhalb des MRI-Raumes verwendet werden können, wesentlich eingeschränkt.
  • Es wurden verschiedene Versuche unternommen, chirurgische Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, die unanfällig für das magnetische Feld des MRI-Magneten sind, um es einem Chirurgen zu ermöglichen, im wesentlichen komplizierte chirurgische Eingriffe innerhalb des MRI-Raumes durchzuführen.
  • Die meisten solcher Versuche beziehen sich auf die Entwicklung von chirurgischen Werkzeugen aus kompatiblen Materialien, die nicht durch das magnetische Feld des MRI-Magneten beeinflusst werden und die es ermöglichen, die Erzeugung von Produkten zu minimieren, welche die Bilderzeugungsergebnisse beeinflussen.
  • Jedoch schafft der Stand der Technik kein Verfahren und keine Vorrichtung zur Durchführung eines effektiven MRI-gesteuerten Kryochirurgieeingriffes.
  • Derzeit werden Kryochirurgieeingriffe unter Verwendung eines flüssigen Stickstoffes durchgeführt. Die Anwendung eines solchen flüssigen Stickstoffes bei der MRI-gesteuerten Kryochirurgie erfordert die Positionierung von Flüssigstickstoffbehältern und eines geeigneten Steuersystems innerhalb des MRI-Raumes, wodurch ein derartiges Kryochirurgiesystem dem starken Einfluss des MRI-Magneten ausgesetzt wird.
  • Das Maß, mit dem ein derartiges Flüssigstickstoff-Kryochirurgiesystem von dem MRI-Magneten entfernt angeordnet werden kann, ist wesentlich eingeschränkt, da die Schläuche, die den flüssigen Stickstoff von den Behältern zu der Operationsspitze leiten, zum Gefrieren und zur Verfestigung neigen, wodurch die Handhabung der Operationsspitze durch den Chirurgen wesentlich eingeschränkt wird. Aus diesem Grund sind MRI-gesteuerte Kryochirurgieverfahren, die verflüssigtes Gas, wie beispielsweise flüssigen Stickstoff, verwenden, in vielen herkömmlichen chirurgischen Zusammenhängen wesentlich eingeschränkt und fast unmöglich.
  • US-A-5433717 offenbart ein System für MRI-gesteuerte Kryochirurgie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • US-A-5433717 beschreibt ein MRI-kompatibles Positioniersystem für Kryosonden und stereotaktische Sonden, das gemäß einer Ausführungsform MRI-Komponenten (insbesondere eine Hochfrequenz MR-Spule) innerhalb einer Kryosonde beinhaltet. Jedoch sind sämtliche der in der US-A-5433717 beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen spezifisch für die Behandlung von kleinen Versuchstieren eingerichtet.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System für MRI-gesteuerte Kryochirurgie zu schaffen, dass es einem Chirurgen ermöglicht, einen relativ komplizierten Kryochirurgieeingriff sicher und bequem unter Verwendung eines offenen MRI-Magneten durchführen zu können, und genaue und artefaktfreie Bilderzeugungsergebnisse zu erzeugen, so dass eine effektive Steuerung des Kryochirurgieeingriffes möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Systems der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die vorliegende Erfindung adressiert erfolgreich die Defizite der derzeit bekannten Konfigurationen, indem ein System für MRI-gesteuerte Kryochirurgie geschaffen wird, bei dem der MRI-Magnet Kanäle umfasst, in denen Verbindungsleitungen installierbar sind, um es auf diese Weise zu ermöglichen, ein Operationselement direkt mit dem MRI- Magneten zu verbinden, so dass ein Chirurg die Operationselemente bequem und sicher handhaben kann.
  • Ferner adressiert die vorliegende Erfindung die Defizite der derzeit bekannten Konfigurationen, indem ein System für MRI-gesteuerte Kryochirurgie geschaffen wird, bei dem die Steuereinheit der Kryochirurgievorrichtung außerhalb des MRI-Raumes angeordnet ist, so dass die Vorrichtung unempfindlich in Bezug auf das magnetische Feld des MRI-Magneten ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 eine schematische Ansicht eines MRI-gesteuerten Kryochirurgiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 2 eine teilweise längs geschnittene schematische Seitenansicht einer Operationsspitze gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung ist ein System für MRI-gesteuerte Kryochirurgie, die es einem Chirurgen ermöglicht, einen Kryochirurgieeingriff sicher und bequem unter dem Einfluss eines MRI-Magneten durchzuführen.
  • Die Prinzipien und der Betrieb der Vorrichtung sind einfacher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die nachfolgende Beschreibung verständlich.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in der Figur gezeigt ist, umfasst ein System gemäß der vorliegenden Erfindung einen "offenen" MRI-Magneten 50 zur Aufnahme eines Patienten 40, wobei der MRI- Magnet wenigstens eine Öffnung 10 aufweist, um dem Chirurgen einen Zugang zu dem Patienten bereitzustellen. Der Magnet 50 umfasst wenigstens ein Kanal, um die Installation von elektrischen und/oder mechanischen Verbindungsleitungen innerhalb des MRI-Magneten zu ermöglichen, wie beispielsweise Gasleitungen, die allgemein mit der Bezugsziffer 5 bezeichnet sind. Wie es in der Figur gezeigt ist, enden die Verbindungsleitungen 5 an einem Schnittstellenelement 6, das mehrere Verbindungsstellen 8 zum Anschließen chirurgischer Werkzeuge an diesem aufweist.
  • Vorzugsweise sind mehrere Kryochirurgie-Operationselemente 2 zum operieren eines Patienten an den Verbindungsstellen 8 angeschlossen, wobei die Operationselemente mittels einer Fernsteuerungseinheit 45, die außerhalb des MRI-Raumes 54 angeordnet ist, ferngesteuert werden. Jedes der Operationselemente 2 umfasst vorzugsweise einen Joule-Thomson-Wärmetauscher, um das Operationselement wirksam zu kühlen.
  • Ein Durchgang unter Bodenniveau, der unterirdische Verbindungsleitungen 12, die an die Leitungen 5 anschließbar sind, aufweist, erstreckt sich von dem MRI-Magneten 50 zu der Steuereinheit 15, die außerhalb des MRI-Raumes 54 angeordnet ist. Wie in der Figur gezeigt ist, sind die Verbindungsleitungen 12 bevorzugt mit einem ortsfesten Verbindungskasten 20, der außerhalb des MRI-Raumes 54 angeordnet ist, über einen ersten Satz von Verbindungsstellen 22 verbunden.
  • Der Verbindungskasten 20 umfasst entsprechend einen ersten Satz von Verbindungsstellen 22 zur Aufnahme eines Satzes von Verbindungsleitungen 12 und einen zweiten Satz von Verbindungsstellen 24 zur Aufnahme eines Satzes von Gasleitungen 26, die von der Steuereinheit 45 der Kryochirurgievorrichtung ankommen. Die Gasleitungen 26 sind bevorzugt flexibel und lösbar mit dem Verbindungskasten 20 und der Steuereinheit 45 der Kryochirurgievorrichtung verbunden.
  • Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit 45 ein mobiles Gehäuse 36 zur Aufnahme wenigstens eines Gasbehälters 34, wobei der Gasbehälter zur Zufuhr eines spezifischen Gases hohen Druckes zu den Operationselementen 2 dient. Wie es in der Figur gezeigt ist, umfasst das Gehäuse 36 ein Schnittstellenelement 30 mit Verbindungsstellen 28, um Gasleitungen 32, die von dem Gasbehälter 34 ankommen, mit flexiblen Gasleitungen 26 zu verbinden. Der Gasbehälter 34 kann ein Kühlgas, wie beispielsweise Argon, Stick stoff, Luft, Krypton, CF4, Xenon oder N2O aufweisen. Ein zweiter Gasbehälter 34 kann für ein Heizgas, wie beispielsweise Helium, vorgesehen werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 verwendet eine Kryochirurgievorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt einen Joule-Thomson-Wärmetauscher.
  • Wie es gezeigt ist, umfasst ein Operationselement 2 gemäß der vorliegenden Erfindung eine längliche Operationsspitze 74 zum Einfrieren von Gewebe eines Patienten. Die Operationsspitze 74 umfasst wenigstens einen Durchgang 76, der sich durch diese erstreckt, um ein Gas hohen Druckes einem Wärmetauscher und einer Öffnung 78, die an dem Ende der Operationsspitze 74 angeordnet ist, zuzuführen, wobei die Öffnung zum Hindurchleiten eines Hochdruckgases dient, um die Operationsspitze 74 in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Gases zu erwärmen oder zu kühlen. Gase, die zum Kühlen verwendet werden, umfassen Argon, Stickstoff, Luft, Krypton, CF4, Xenon oder N2O. Gase, die zum Erwärmen verwendet werden, umfassen Helium.
  • Wenn ein Hochdruckgas, wie beispielsweise Argon, durch den Wärmetauscher strömt und durch die Öffnung 78 expandiert, verflüssigt es sich, um ein kryogenes Reservoir innerhalb der Kammer 82 der Operationsspitze 74 auszubilden, wobei das kryogene Reservoir die Oberfläche 80 der Operationsspitze 74 wirksam kühlt. Die Oberfläche 80 der Operationsspitze 74 ist bevorzugt aus einem wärmeleitenden Material hergestellt, wie beispielsweise Metall, um das Gewebe des Patienten effektiv einzufrieren. Wenn ein Hochdruckgas, wie beispielsweise Helium, durch die Öffnung 78 expandiert, erwärmt es die Kammer 82, wodurch die Oberfläche 80 der Operationsspitze erwärmt wird.
  • Die Operationsspitze 74 umfasst wenigstens einen Absaugdurchgang 79, der sich durch diese erstreckt, um Gas von der Operationsspitze zur Umgebung abzusaugen. Wie in der Figur gezeigt ist, weist der Durchgang 76 bevorzugt die Form einer Spiralleitung auf, die um den Durchgang 79 gewickelt ist.
  • Ferner umfasst die Operationsspitze 74 wenigstens einen Wärmesensor 75 zum Messen der Temperatur innerhalb der Kammer 82, wobei sich der Draht desselben durch den Absaugdurchgang 79 oder durch einen separaten Durchgang erstreckt.
  • Die Operationsspitze 74 ist mit einem Halteelement 72 verbunden, das ein Chirurg halten kann. Das Halteelement 72 umfasst mehrere Schalter 71a, 71b, 71c und 71d zur manuellen Steuerung der Operationsspitze 74 durch einen Chirurgen. Die Schalter 71a, 71b, 71c und 71d können Funktionen aufweisen, wie beispielsweise An/Aus, Erwärmen, Kühlen und vorbestimmte Erwärmungs- und Kühlzyklen, indem der Durchgang 76 wahlweise und gesteuert mit einem geeigneten Gasbehälter 34 verbunden wird, der entsprechend ein Kühl- oder ein Heizgas aufweist.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist jedes der Operationselemente 2 über eine flexible Verbindungsleitung 4 mit einer Verbindungsstelle 8 an dem Schnittstellenelement 6 verbunden. Vorzugsweise umfasst jedes der Operationselemente 2 ein Verbindungselement 7 zur Befestigung an einer Verbindungsstelle 8.
  • Vorzugsweise erstreckt sich der Absaugdurchgang 79 durch die Verbindungsleitung 4, so dass das ausströmende Gas durch eine Öffnung abgesaugt wird, die an dem Verbindungselement 7 angeordnet ist.
  • Wie in 1 gezeigt ist, sind auf dem Gehäuse 36 ein Mikroprozessor 43, ein Anzeigeelement 42 und eine Tastatur 44 angeordnet. Der Mikroprozessor 43 steuert den Betrieb der Kryochirurgievorrichtung gemäß vorbestimmter Operationsbedingungen, die durch den Chirurgen vorgesehen werden. Die Tastatur 44 kann zum Programmieren der Operationsbedingungen und zum Lesen gewählter Daten verwendet werden. Das Anzeigeelement 42 wird zum Anzeigen von Daten verwendet, die sich auf den Status jedes der Operationselemente 2 und auf andere aktualisierte Daten über die durchgeführte Behandlung beziehen. Ferner kann das Anzeigeelement 42 Informationen liefern, die sich auf die medizinische Akte eines Patienten beziehen.
  • Die Schalter 71a, 71b, 71c und 71d des Operationselementes 2 (2) sind elektrisch mit dem Mikroprozess 43 verbunden, um eine manuelle Steuerung der Operationsspitze 74 zu ermöglichen. Ferner ist der Wärmesensor 75 elektrisch mit dem Mikroprozessor 43 verbunden, um eine kontinuierliche Überwachung und Steuerung der Temperatur innerhalb der Kammer 82 zu ermöglichen. Eine bevorzugte Ausführungsform zum Erzeugen gesteuerter Temperaturänderungen innerhalb der Kammer 82 ist in der US-A-5,540,062 offenbart. Weitere Merkmale einer Kryochirurgievorrichtung gemäß der vor liegenden Erfindung, die spezifische Merkmale der Steuereinheit 45 und des Operationselementes 2 einschließen, sind in US-A-5,522,870 und US-A-5,603,221 offenbart.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist ein bevorzugt herkömmliches MRI-Anzeigeelement 56 innerhalb des MRI-Raumes 54 positioniert, um ein Bild, das die Operationsstelle repräsentiert, anzuzeigen, um eine Anleitung für einen Chirurgen zu schaffen. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Anzeigeelement 56 bevorzugt eine Videokarte und ist elektrisch mit dem Mikroprozessor 43, der außerhalb des MRI-Raumes 54 angeordnet ist, über eine elektrische Verbindung (nicht dargestellt) verbunden, wobei sich die elektrische Verbindung durch die unterirdischen Leitungen 12 und dem Verbindungskasten 20 erstrecken kann. Eine derartige Konfiguration ermöglicht es, den Chirurgen mit einem Bild zu versorgen, das dem an dem externen Anzeigeelement 42 angezeigten Bild entspricht, wobei das Bild Informationen einschließt, die sich auf dem Betrieb der Kryochirurgievorrichtung beiziehen. Das Anzeigeelement 56 ist mit einem Schaltelement 57 versehen, um es einem Chirurgen zu ermöglichen, das erforderliche Bild auszuwählen und das Fortschreiten des chirurgischen Eingriffs über erste und zweite Kanäle zu überwachen, wobei der erste Kanal eine MRI-Steuerung und der zweite Kanal aktuelle Informationen in bezug auf die Kryochirurgievorrichtung schafft. Gemäß einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) ist ein zweites Anzeigeelement innerhalb des MRI-Raumes 54 angeordnet, um es einem Chirurgen zu ermöglichen, gleichzeitig den chirurgischen Eingriff zu überwachen und den Betrieb der Kryochirurgievorrichtung zu beobachten.
  • Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es einem Chirurgen, ein MRI-gesteuertes Kryochirurgieverfahren sicherer und bequemer durchzuführen als es früher möglich war. Da die Steuereinheit 45 der Kryochirurgievorrichtung außerhalb des MRI-Raumes angeordnet ist, wird diese nicht durch das magnetische Feld des MRI-Magneten beeinflusst und stört auch nicht die Bilderzeugungsergebnisse. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung eine neue Konfiguration, bei welcher der MRI-Magnet Kanäle zum Installieren von Verbindungsleitungen in diesem aufweist, um es zu ermöglichen, die Operationselemente 2 direkt mit dem MRI-Magneten zu verbinden, so dass ein Chirurg die Operationselemente bequem und sicher handhaben kann.

Claims (10)

  1. System für MRI-gesteuerte Kryochirurgie mit einem Steuerelement (45) und einer MRI-Bilderzeugungseinrichtung (50, 56), wobei die Einrichtung einen MRI-Magneten (50) zur Aufnahme eines Patienten umfasst, der MRI-Magnet im Inneren eines MRI-Raumes (54) anordenbar ist und der MRI-Magnet wenigstens eine Öffnung (10) zur Bereitstellung eines Zugangs zu dem Patienten für einen Chirurgen aufweist, wobei das System des Weiteren eine chirurgische Vorrichtung mit einem eine Kryosonde (2) umfassenden Operationselement (2) zum Operieren des Patienten umfasst, und wobei das System durch die nachfolgenden Merkmale gekennzeichnet ist: (a) die Kryosonde (29) umfasst eine Joule-Thomson-Öffnung (78) zum Kühlen der Kryosonde (2) mittels Expansion eines Hochdruckgases durch die Öffnung (78); (b) das System umfasst des Weiteren eine Fluidverbindungsleitung (5, 12, 26) mit einem mit der Kryosonde (2) verbindbaren ersten Ende und einem mit dem Steuerelement (45) verbindbaren zweiten Ende, wobei die Verbindungsleitung derart betreibbar ist, dass sie ein Hochdruckgas von dem Steuerelement (45) an die Kryosonde (2) liefert, und ein Abschnitt der Verbindungsleitung im Inneren eines sich durch den MRI-Magneten (50) erstreckenden Kanals aufgenommen ist; und (c) das Steuerelement (45) außerhalb des von dem MRI-Magneten (50) erzeugten Magnetfeldes angeordnet und damit von den Magnetfeldern des MRI-Magneten (50) unbeeinflusst ist, wobei das Steuerelement (45) derart betreibbar ist, dass es die Gasströmung zu der Kryosonde (2) ohne Einflussnahme auf die Bilderzeugungsergebnisse der MRI-Bilderzeugungseinrichtung (50, 56) steuert.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem ein Abschnitt (12) der Verbindungsleitung unter Bodenniveau angeordnet ist.
  3. System nach Anspruch 1, bei dem das Operationselement (2) des Weiteren eine Mehrzahl von Kryosonden (2) umfasst.
  4. System nach Anspruch 1, bei dem der MRI-Magnet (50) ein Schnittstellenelement (6, 8) zur Verbindung des Operationselementes (2) mit dem Abschnitt der im Inneren des Kanals aufgenommenen Fluidverbindungsleitung (12) umfasst.
  5. System nach Anspruch 7, bei dem das Steuerelement (45) einen Gasbehälter (34) zur Bereitstellung des Hochdruckgases für die kryogene Sonde (2) über die Fluidverbindungsleitung (12) umfasst.
  6. System nach Anspruch 1, bei dem das Steuerelement (45) einen Mikroprozessor (43) zur Steuerung des Betriebes des Operationselementes (2) umfasst.
  7. System nach Anspruch 6, des Weiteren umfassend ein Anzeigeelement (56), das bei Verwendung der MRI-Bilderzeugungseinrichtung (50, 56) im Inneren des MRI-Raumes (54) anordenbar und betreibbar ist, wobei das Anzeigeelement (56) mit dem Mikroprozessor (43) elektrisch verbunden ist, um Information bezüglich des Betriebes des Operationselementes (2) bereitzustellen.
  8. System nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend ein erste und zweite Datenkanäle steuerndes Schaltelement (57), wobei der erste Datenkanal eine MRI-Steuerung bereitstellt und der zweite Datenkanal Daten bezüglich des Betriebes des Operationselementes (2) trägt.
  9. System nach Anspruch 6, bei dem die Kryosonde (2) einen Wärmesensor (75) enthält, der mit dem Mikroprozessor (43) elektrisch verbunden ist.
  10. System nach Anspruch 6, bei dem die Kryosonde (2) wenigstens ein Schaltelement (71a, 71b, 71c, 71d) zur Steuerung des Betriebes der Kryosonde (2) enthält und das wenigstens eine Schaltelement mit dem Mikroprozessor (43) elektrisch verbunden ist.
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