DE19835658A1

DE19835658A1 - Tracking nuclear magnetic resonance endoscope for investigating materials involves feeding micro coil with AC voltage over wide frequency range to generate additional magnetic field at endoscope tip

Info

Publication number: DE19835658A1
Application number: DE1998135658
Authority: DE
Inventors: Bernhard Bluemich; Peter Bluemler; Rolf Haken
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2000-02-10

Abstract

The endoscope is built into a shaft in the form of a flexible hose (K) carrying a NMR (nuclear magnetic resonance) solenoid micro coil (M) in its tip. This acts both as the transmission and as the reception coil. The method involves operating the micro coil with a low frequency alternating voltage with frequency in the range 10 to 200 Hz so that an additional magnetic field is generated at the endoscope tip that is detected when operating a NMR tomograph. An Independent claim is also included for a NMR endoscope.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines NMR-Endo skops, Verfahren zu Untersuchung von Materialien mit Hilfe des Endoskops und ein derartiges Endoskop.The invention relates to a method for localizing an NMR endo skops, procedure for examining materials with the help of the endoscope and such an endoscope.

Die Entwicklung von minimal-invasiven Eingriffstechniken hat in der Chir urgie in den letzten Jahren zusehends an Bedeutung gewonnen. Ziel ist sowohl der Ersatz von aufwendigen, riskanten und kostspieligen Operationen durch schonende und preisgünstige Alternativen, als auch der Ausbau von Vorsorgeuntersuchungen zur Früherkennung von Erkrankungen. Zur nicht invasiven Untersuchung von Körperteilen und gesamten menschlichen Körpern werden unter anderem NMR-Tomographen eingesetzt, mit denen ortsaufgelö ste Abbildungen des Körperinneren zugänglich sind. Hierzu werden unter schiedliche Bildgebungsverfahren eingesetzt, die nach dem Prinzip der magnetischen Resonanz arbeiten (Magnetic Resonance Imaging, MRI). Übli che NMR-Tomographen weisen eine geschlossene Bauart auf. Dabei wird der Patient zur Untersuchung mit einer Liege in den Magneten des Tomographen gefahren und ist damit vom Tomographen umschlossen und nicht mehr für einen behandelnden Arzt zugänglich. Die Weiterentwicklung der Tomogra phen führte zu sogenannten offen NMR-Tomographen. Bei diesen Geräten ist der Magnet so ausgelegt, daß der Chirurg während der Umsetzung Zugang zum Patienten hat. Hierdurch ist es möglich, Operationen am Patienten bei gleichzeitiger NMR-Bildgebung durchzuführen. Damit kann insbesondere bei endoskopischen und anderen minimal-invasiven Operationen eine Visualisie rung und Kontrolle der Operationsschritte folgen. Damit ermöglicht die Kombination von offenen Tomographen mit minimal-invasiven Operations techniken eine neue, sehr präzise und schonende Chirurgie.The development of minimally invasive interventional techniques has been in the chir urgie has become increasingly important in recent years. the goal is both the replacement of complex, risky and costly operations through gentle and inexpensive alternatives, as well as the expansion of Preventive examinations for the early detection of diseases. Not at all invasive examination of body parts and entire human bodies among other things, NMR tomographs are used with which spatially resolved Most images of the inside of the body are accessible. To do this, go to different imaging techniques used according to the principle of magnetic resonance imaging (MRI). Usual Che NMR tomographs have a closed design. The Patient for examination with a couch in the magnets of the tomograph driven and is therefore enclosed by the tomograph and no longer for accessible to a treating doctor. The further development of the Tomogra phen led to so-called open NMR tomographs. With these devices is the magnet is designed to allow the surgeon access during the implementation to the patient. This makes it possible to perform operations on patients perform simultaneous NMR imaging. This can be particularly useful for endoscopic and other minimally invasive surgery a visualization Follow-up and control of the operational steps follow. This enables the Combination of open tomographs with minimally invasive operations techniques a new, very precise and gentle surgery.

Miniaturisierte Endoskope und Operationswerkzeuge werden eingesetzt, um Informationen aus lokal eingegrenzten Bereichen im menschlichen Körper zu erhalten, in denen chirurgische Operationen durchgeführt werden sollen. Die Eingriffe werden dabei durch NMR-Bildgebung (MRI) überwacht. Auf einem Monitor kann der Chirurg sehen, wo sich seine Instrumente befinden und welche Handlungsschritte er ausführt.Miniaturized endoscopes and surgical tools are used to Information from localized areas in the human body too obtained in which surgical operations are to be performed. The Interventions are monitored by NMR imaging (MRI). On one The surgeon can see where his instruments are and monitor what action steps he takes.

Es gibt bislang nur wenige geeignete Instrumente für derartige minimal invasive chirurgische Eingriffe. Dies gilt insbesondere für die Lokalisation der endoskopischen Instrumente im NMR-Bild, die z. B. über relativ unbe stimmte Unterschiede in der magnetischen Suszeptibilität oder mittels Laser dioden möglich ist. Andererseits sind bislang die Möglichkeiten, chemische und physikalische Informationen aus dem Operationsbereich im Körper zu erhalten, nur wenig zufriedenstellend.So far there are only a few suitable instruments for such minimal invasive surgery. This applies in particular to the localization the endoscopic instruments in the NMR image, the z. B. about relatively unbe agreed differences in magnetic susceptibility or by laser diodes is possible. On the other hand, the possibilities so far are chemical and physical information from the surgical area in the body received, not very satisfactory.

Zur Behebung dieser Unzulänglichkeiten wurden NMR-Endoskope vorgeschla gen. NMR-Endoskope ermöglichen es, gezielte chemische und physikalische Informationen aus einem kleinen Bereich, z. B. an der Spitze eines Katheters oder eines anderen Operationswerkzeuges, zu erhalten. Auf diese Weise können relevante Informationen über die Zusammensetzung von Körpergewe ben und Implantaten direkt vor der Instrumentenspitze gewonnen werden. Dies dient zum einen dazu, Körpergewebe und Implantate besser charak terisieren zu können, zum anderen kann der Metabolismus in diesem eng umgrenzten Bereich besser studiert werden. NMR endoscopes have been proposed to remedy these shortcomings gen. NMR endoscopes enable targeted chemical and physical Information from a small area, e.g. B. at the tip of a catheter or another surgical tool. In this way can provide relevant information about the composition of body tissues ben and implants are obtained directly in front of the instrument tip. On the one hand, this serves to better characterize body tissues and implants To be able to terize, on the other hand, the metabolism can be narrow in this delimited area can be better studied.

In C. L. Dumolin et al., Magn. Reson. Med. 920, (1993), Seiten 411 bis 415 ist ein NMR-Endoskop beschrieben, das die Kontrolle der Position des Endoskops bei der Bildgebung erlauben soll. Dabei wird eine Mikrospule an einem Führungsdraht oder Katheter angeordnet, wobei die Spule als lokale Oberflächenspule ausgebildet ist. Sie dient als Empfänger und wird separat von der Bildgebungssequenz angesteuert. Die Spule registriert dabei nur umliegende Kernspins, und ihre Position wird über Projektionen entlang der drei Ortsachsen bestimmt.
N. E. Ladd et al., Magnetic Resonance in Medicine (37) Seiten 891 bis 897 (1997) beschreiben unterschiedliche Spulentypen für die NMR-Bildge bung.
A. Glowiski et al., "Digital subtraction visualization of field inhomogeneity catheters in interventional MR", Proceedings of the fifth anual meeting of the international society for magnetic resonance in medicine, April 12-18, 1997, Vancouver, Canada, beschreiben die Verwendung von Gleichströmen in NMR-Endoskopspulen zu deren Lokalisierung.In CL Dumolin et al., Magn. Reson. Med. 920, (1993), pages 411 to 415, an NMR endoscope is described which is intended to allow the position of the endoscope to be checked during imaging. A micro coil is arranged on a guide wire or catheter, the coil being designed as a local surface coil. It serves as a receiver and is controlled separately from the imaging sequence. The coil only registers surrounding nuclear spins, and its position is determined by projections along the three local axes.
NE Ladd et al., Magnetic Resonance in Medicine (37) pages 891 to 897 (1997) describe different types of coils for NMR imaging.
A. Glowiski et al., "Digital subtraction visualization of field inhomogeneity catheters in interventional MR", Proceedings of the fifth anual meeting of the international society for magnetic resonance in medicine, April 12-18, 1997, Vancouver, Canada, describe the use of direct currents in NMR endoscope coils for their localization.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kommt es jedoch zum Aufbau mechani scher Kräfte an der Spule, so daß sich die Positionierung der Spule ändern kann und ein als unangenehm empfundener Druck auf das Gewebe entstehen kann.In the proposed method, however, mechanical construction occurs shear forces on the coil, so that the positioning of the coil change and there may be an uncomfortable pressure on the tissue can.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Lokalisierung eines NMR-Endoskops, das die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet. Zudem soll das Verfahren mit dem gleichen NMR-Endoskop die Lokalisierung, die Aufnahme von NMR-Spektren und das radiale Imaging in der unmittelbaren Umgebung der Mikrospule erlauben. The object of the present invention is to provide a method to localize an NMR endoscope that has the disadvantages of the known Avoids proceedings. In addition, the procedure is said to be the same NMR endoscope the localization, the recording of NMR spectra and that allow radial imaging in the immediate vicinity of the microcoil.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Lokalisie rung eines NMR-Endoskops, das aufgebaut ist aus einem flexiblen schlauch artigen Schaft, der in seiner Spitze eine NMR-Solenoid-Mikrospule als Sende- und Empfangsspule trägt, die in Verbindung mit einem RF-Sender wahlweise mit Hochfrequenz, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 120 MHz oder mit Niederfrequenz vorzugsweise im Bereich von bis zu 200 Hz betrie ben werden kann, in einem zu untersuchenden Material, das sich in einem NMR-Tomographen befindet, wobei die Mikrospule mit einer niederfrequen ten Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich von 10 bis 200 Hz betrieben wird, so daß ein zusätzliches Magnetfeld an der Endoskopspitze erzeugt wird, das beim Betrieb des NMR-Tomographen detektiert wird.The object is achieved according to the invention by a localization method an NMR endoscope that is made up of a flexible tube like shaft, which in its tip is an NMR solenoid microcoil Transmitting and receiving coil carries in connection with an RF transmitter optionally with high frequency, preferably in the range from 1 to 120 MHz or operated with low frequency, preferably in the range of up to 200 Hz ben can be in a material to be examined, which is in a NMR tomograph is located, the micro-coil with a low frequency th AC voltage with a frequency in the range of 10 to 200 Hz is operated so that an additional magnetic field at the endoscope tip is generated, which is detected during operation of the NMR tomograph.

Der Begriff "aufgebaut ist aus" ist nicht abschließend und kann die weiteren Komponenten eines Spektrometers, wie RF-Sender, Empfänger, Duplexer, Filter, Digitizer, AD/DA-Wandler usw. umfassen.The term "is made up of" is not exhaustive and may include the others Components of a spectrometer, such as RF transmitters, receivers, duplexers, Filters, digitizers, AD / DA converters, etc. include.

Das Endoskop kann dabei wahlweise oder bevorzugt abwechselnd zur Lokali sierung mit der Niederfrequenz und zur Aufnahme von NMR-Spektren in der unmittelbaren Umgebung der Mikrospule mit der Hochfrequenz betrieben werden. Zudem kann das Endoskop abwechselnd zur Lokalisierung mit der Niederfrequenz zum radialen Imaging in der unmittelbaren Umgebung der Mikrospule mit der Hochfrequenz betrieben werden.The endoscope can optionally or preferably alternate with the locus with the low frequency and for recording NMR spectra in the immediate vicinity of the micro-coil operated at high frequency become. In addition, the endoscope can be used alternately for localization with the Low frequency for radial imaging in the immediate vicinity of the Micro coil can be operated with the high frequency.

Weiterhin kann das Endoskop in beliebiger Reihenfolge zur Lokalisierung mit der Niederfrequenz, zur Aufnahme von NMR-Spektren und zum radialen und/oder kartesischen Imaging in der unmittelbaren Umgebung der Mikrospu le betrieben werden.Furthermore, the endoscope can be localized in any order with the low frequency, for recording NMR spectra and for radial and / or Cartesian imaging in the immediate vicinity of the microspu le operated.

Über die NMR-Spektroskopie kann die chemische Zusammensetzung der Stoffe im Bereich der Spule bestimmt werden. Die Zusammensetzung korre liert dabei mit einer Vielzahl von medizinischen Parametern, z. B. dem pH-Wert. Diese können bestimmt und dem Mediziner auf einem Monitor zur Verfügung gestellt werden.The chemical composition of the Substances in the area of the bobbin can be determined. The composition correct liert with a variety of medical parameters, such. B. the PH value. These can be determined and sent to the doctor on a monitor Will be provided.

Bei der Bildgebung (Imaging) kann eine bestimmte Art von Atomkernen betrachtet werden, beispielsweise Protonen oder Phosphoratome. Die räumli che Verteilung der Kerne wird dabei aufgezeichnet. Durch die Betrachtung eines zusammenhängenden Bereiches kann der Mediziner das Gewebe in Bezug zu dem umgebenden Gewebe beurteilen.When imaging (imaging) can be a certain type of atomic nucleus are considered, for example protons or phosphorus atoms. The spatial che distribution of the cores is recorded. By contemplation the physician can place the tissue in a coherent area Assess the relation to the surrounding tissue.

Bei der Lokalisierung (Visualisierung) der Katetherspitze wird kein NMR-Experiment durchgeführt, sondern die Spule mit einem schwachen Wechsel strom beschickt. Die normale Bildgebung in einem NMR-Tomographen wird dadurch gestört und ermöglicht die leichte Lokalisierung und Positionierung der Katetherspitze an die gewünschte Stelle. Nach der Positionierung wird die Visualisierung wieder abgeschaltet und die Bildgebung im Tomographen wird nicht mehr beeinflußt.In the localization (visualization) of the tip of the catheter, no NMR experiment performed, but the coil with a weak change charged with electricity. The normal imaging in an NMR tomograph is thereby disturbed and enables easy localization and positioning the tip of the catheter to the desired location. After positioning the visualization is switched off again and the imaging in the tomograph is no longer influenced.

Beim Einsatz in Kernspintomographen, vorzugsweise offenen Kernspintomo graphen liefert der Tomograph das statische Magnetfeld für die NMR-Expe rimente in der Sonde (dem NMR-Endoskop). Die Messungen werden un abhängig von der normalen Bildgebung des Tomographen durchgeführt. Der Tomograph kann in diesem Fall alternativ zu einem PC-Spektrometer als Auswerteeinheit eingesetzt werden. Wird die Mikrospule mit Permanentma gneten ausgestattet, so stellt das Endoskop das Magnetfeld im Meßbereich selber zur Verfügung. Das Instrument ist dann, mit einem PC-Spektrometer als Auswerterechner, autark einsetzbar.When used in magnetic resonance imaging, preferably open magnetic resonance imaging The tomograph provides the static magnetic field for the NMR expe riments in the probe (the NMR endoscope). The measurements are un depending on the normal imaging of the tomograph. The In this case, the tomograph can be used as an alternative to a PC spectrometer Evaluation unit can be used. If the micro coil with permanentma The endoscope provides the magnetic field in the measuring range available yourself. The instrument is then, with a PC spectrometer can be used as an evaluation computer, self-sufficient.

Das Meßverfahren des NMR-Endoskops bedient sich der Kernspin-Resonanz (NMR = Nuclear Magnetic Resonance), wie sie auch in der medizinischen Kernspintomographie genutzt wird. Zur Anregung der Kerne (z. B. ¹H, ³¹P, ¹³C) und zur Detektion des Meßsignales wird die Miniaturspule eingesetzt. Die Informationen werden dabei aus einem eingeschränkten Gebiet in einem Bereich der Spule gewonnen. Das Instrument kann als endoskopische "Ober flächenspule" aufgefaßt werden. Die Mikrospule ist dabei als Solenoid aufgebaut. Die Mikrospule wird zum Senden und Empfangen genutzt. Die Windungszahl der Spule ist möglichst groß, um ein möglichst hohes lokales Erregerfeld zu erreichen. Die Spule ist so beschaffen, daß in möglichst allen Richtungen eine Magnetfeldkomponente besteht. Dies führt dazu, daß un abhängig von der Ausrichtung im Tomographen eine B-Feldkomponente existiert, die senkrecht zum statischen B0-Feld ist und somit ein Meßsignal liefern kann. Der Füllfaktor der Mikrospule im Vergleich zur Ganzkörper spule eines klinischen Tomographen ist wesentlich besser und ist somit Ursache für ein deutlich besseres Signal/Rausch-Verhältnis (S/N). Die Spule eignet sich einerseits zum Markieren der Katheterspitze während des NMR-Imaging, zum anderen bietet sie eine optimale Magnetfeldkonfiguration für die NMR-Experimente, wie Spektroskopie und radiales sowie kartesisches Imaging.The measuring method of the NMR endoscope uses nuclear magnetic resonance (NMR = Nuclear Magnetic Resonance), as it is also used in medical magnetic resonance imaging. The miniature coil is used to excite the cores (e.g. ¹ H, ³¹ P, ¹³ C) and to detect the measurement signal. The information is obtained from a restricted area in an area of the coil. The instrument can be understood as an endoscopic "surface coil". The microcoil is constructed as a solenoid. The micro coil is used for sending and receiving. The number of turns of the coil is as large as possible in order to achieve the highest possible local field of excitation. The coil is designed so that there is a magnetic field component in as many directions as possible. This leads to the fact that, depending on the orientation in the tomograph, there is a B-field component that is perpendicular to the static B0 field and can therefore supply a measurement signal. The fill factor of the micro coil compared to the whole body coil of a clinical tomograph is much better and is therefore the reason for a significantly better signal / noise ratio (S / N). On the one hand, the coil is suitable for marking the catheter tip during NMR imaging, on the other hand, it offers an optimal magnetic field configuration for NMR experiments, such as spectroscopy and radial and Cartesian imaging.

Beim radialen Imaging nach der Rotating Frame Methode können nur radiale Strukturen untersucht werden, während beim kartesischen Imaging unter Zuhilfenahme externer Gradienten, etwa eines Tomographen, auch "normale" Bildgebung (Imaging) möglich ist.Radial imaging using the rotating frame method can only use radial Structures are examined while under Cartesian imaging Using external gradients, such as a tomograph, also "normal" Imaging is possible.

Die Visualisierung der Endoskopspitze basiert auf der durch das eigene Feld der Mikrospule hervorgerufenen lokalen Störung des statischen Magnetfeldes. Dabei wird vorzugsweise mit einer Wechselspannung mit den folgenden Parametern gearbeitet:
Frequenz 10 bis 200 Hz, vorzugsweise 50 bis 100 Hz, Spannung z. B. bis 100 V, z. B. 2 bis 10 V, Stromstärke z. 13. bis 500 mA, z. B. 50 bis 200 mA. Während ohne Stromfluß in der Mikrospule bei der Tomographie-Bild gebung nur ein von der Spule verdrängter Bereich zu erkennen ist, erzeugt das Zusatzfeld der stromdurchflossenen Spule die gewünschte Ver größerung des signalfreien Bereichs und damit eine deutlichere Abbildung der Endoskopspitze. Der Aufbau der Spulenschaltung ist in Fig. Ib darge stellt. Mit diesem Aufbau ist der störungsfreie Betrieb in Abhängigkeit von der Meßfrequenz auch bei einer längeren Zuführungsleitung durch den Schaft des Endoskops möglich. Es können Resonanzfrequenzen von vorzugsweise i bis 120 MHz, insbesondere 40 bis 80 MHz erzielt werden. Damit ist insbesondere der Protonen-Meßfrequenzbereich der heute verwendeten medizi nischen Tomographen zugänglich.The visualization of the endoscope tip is based on the local disturbance of the static magnetic field caused by the micro coil's own field. An AC voltage with the following parameters is preferably used:
Frequency 10 to 200 Hz, preferably 50 to 100 Hz, voltage z. Up to 100 V, e.g. B. 2 to 10 V, current z. 13. to 500 mA, e.g. B. 50 to 200 mA. While only a region displaced by the coil can be seen without current flow in the microcoil during tomography imaging, the additional field of the current-carrying coil generates the desired enlargement of the signal-free area and thus a clearer image of the endoscope tip. The structure of the coil circuit is shown in Fig. Ib Darge. With this construction, trouble-free operation depending on the measuring frequency is possible even with a longer supply line through the shaft of the endoscope. Resonance frequencies of preferably i to 120 MHz, in particular 40 to 80 MHz, can be achieved. This makes the proton measuring frequency range of the medical tomographs used today particularly accessible.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in derThe invention is explained below with reference to the drawing, in which

Fig. 1a eine schematische Darstellung des NMR-Endoskops zeigt, FIG. 1a is a schematic representation of the NMR-endoscope shows

Fig. 1b die Schaltung der Mikrospule und ihre Verbindung mit der RF-Quelle zeigt und Fig. 1b shows the circuit of the micro-coil and its connection to the RF source and

Fig. 2 die Anordnung eines Permanentmagnets in der Mikrospule zeigt. Fig. 2 shows the arrangement of a permanent magnet in the micro coil.

Die in den Figuren verwendeten Abkürzungen bedeuten folgendes:
K: Flexibler Katheterschaft
H: Handgriff (Positionierungsvorrichtung, gegebenenfalls mit integrierter Umschaltvorrichtung)
M: Mikrospule
A: Abstimmelemente
HF: Hochfrequenz
NF: Niederfrequenz
P: Permanentmagnete (in denen N und S den Nord- bzw. Südpol des Magneten darstellen).
Z: Koaxialkabel zum Spektrometer.The abbreviations used in the figures mean the following:
K: Flexible catheterization
H: handle (positioning device, possibly with integrated switching device)
M: microcoil
A: Tuning elements
HF: high frequency
NF: low frequency
P: permanent magnets (in which N and S represent the north and south poles of the magnet).
Z: Coaxial cable to the spectrometer.

Das Endoskop wird vorzugsweise so ausgelegt, daß ein flexibler Katheter schaft auf der einen Seite mit einer Positionierungsvorrichtung (Handgriff) verbunden ist, die eine Umschaltungsvorrichtung (Schalter) aufweisen kann. Der Schalter kann aber auch z. B. im Spektrometer vorgesehen sein. Mit dieser wird zwischen der niederfrequenten Spannung zur Lokalisierung und der hochfrequenten Spannung für Spektroskopie und Imaging umgeschaltet. Auf der anderen Seite enthält der Schaft an der Spitze die Mikrospule. Der nichtmetallische flexible schlauchartige Schaft kann dabei aus jedem geeigne ten Material aufgebaut sein. Vorzugsweise ist er aus PE/PTFE aufgebaut. Der schlauchartige Schaft weist vorzugsweise einen Durchmesser 2 bis 50 mm, besonders bevorzugt 3 bis 25 mm auf. Beispiele geeigneter Schaft durchmesser sind etwa 3 mm und etwa 7 mm.The endoscope is preferably designed so that a flexible catheter shaft on one side with a positioning device (handle) is connected, which may have a switching device (switch). The switch can also, for. B. be provided in the spectrometer. With this is between the low frequency voltage for localization and the high-frequency voltage for spectroscopy and imaging switched. On the other hand, the shaft contains the micro coil at the tip. The non-metallic flexible tubular shaft can be made from any suitable material. It is preferably made of PE / PTFE. The tubular shaft preferably has a diameter of 2 to 50 mm, particularly preferably 3 to 25 mm. Examples of suitable shafts diameters are about 3 mm and about 7 mm.

Mit dem erfindungsgemäßen NMR-Endoskop kann eine Vielzahl von Materia lien untersucht werden. Ein Hauptanwendungsgebiet liegt in der Untersu chung von menschlichen und tierischen Geweben, Implantaten, sowie festen Materialien. Feste Materialien können beispielsweise Steine oder Baumate rialien sein. Beispielsweise kann durch das NMR-Imaging die Struktur von Geweben mit radialem Aufbau untersucht werden. Dies sind beispielsweise Blutgefäße und andere röhrenförmige Gefäße oder Kanäle, wie Luft- und Speiseröhre, Magen, Darm, Harnröhre, Stents. In letzteren Fällen liegt das zu untersuchende Gewebe in kreisförmigen Schichten um den eingebrachten Katheter. Beim NMR-Imaging sind über den zeitlichen Verlauf der Signalam plitude Rückschlüsse auf die chemische und physikalische Beschaffenheit am Ort des Signals möglich. Im klinischen Einsatz lassen sich so verschiedene Gewebeschichten, beispielsweise eines Blutgefäßes oder der Harnröhre in Dicke und Zusammensetzung charakterisieren. Mit der Mikrospule des NMR-Endoskops sind sehr lokal begrenzte Analysen möglich. Es können damit in vitro und in vivo unterschiedliche biologische Gewebe wie Sehnen, Muskeln und Knorpel auf ihre Struktur hin untersucht werden.With the NMR endoscope according to the invention a variety of materia lien be examined. A main area of application is in the Untersu of human and animal tissues, implants and solid Materials. Solid materials can be, for example, stones or building materials be rialien. For example, the structure of Tissues with a radial structure can be examined. These are, for example Blood vessels and other tubular vessels or channels, such as air and Esophagus, stomach, intestines, urethra, stents. In the latter cases it is Tissues to be examined in circular layers around the inserted Catheter. In NMR imaging, the signalam plitude conclusions on the chemical and physical nature on Location of the signal possible. Different can be used in clinical use Layers of tissue, for example a blood vessel or urethra Characterize thickness and composition. With the micro coil of the NMR endoscopes allow very localized analyzes. It can be used in Different biological tissues such as tendons, muscles, in vitro and in vivo and cartilage are examined for their structure.

Zudem kann die Mikrospule als lokale Empfangsspule in einem NMR-Tomo graphen eingesetzt werden. Das Imaging kann als radiales bzw. kartesisches Imaging im rotierenden Koordinatensystem durchgeführt werden. Dazu kann ein eigener Kanal an demselben oder einem separaten, synchronisierten Spektrometer für das Imaging genutzt werden. Sämtliche Untersuchungen können mit derselben Mikrospule desselben NMR-Endoskops durchgeführt werden. Über geeignete Relaxations- und Spektroskopieexperimente können zahlreiche weitere medizinische Parameter erfaßt werden. Beispiele dafür sind:
In addition, the micro-coil can be used as a local receiving coil in an NMR tomograph. The imaging can be carried out as radial or Cartesian imaging in the rotating coordinate system. A separate channel on the same or a separate, synchronized spectrometer can be used for imaging. All examinations can be carried out with the same microcoil of the same NMR endoscope. Numerous other medical parameters can be recorded using suitable relaxation and spectroscopy experiments. Examples include:

- Determination of the pH
- Characterization of body fluids, body tissue around endosko pbaren vessels, z. B. blood vessels or ureters by 1 H- 31 P, 13 C spectroscopy, relaxation and diffusion measurements
- Characterization of incorporated biocompatible implants (e.g. Aging, absorption, ingrowth of endothelium or connective tissue, chemical-physical change of the material)
- Characterization of healing processes and deposits in the body inner
- Detection of metabolites

Geeignete Pulssequenzen für den RF-Sender und Empfänger und entsprechen de Auswerteprogramme zur Ermittlung von spektroskopischen Daten und Bildern sind bekannt.Suitable pulse sequences for the RF transmitter and receiver and correspond evaluation programs for the determination of spectroscopic data and Images are known.

Im Endoskop kann die Mikrospule darüber hinaus zusätzlich zur Erzeugung eines permanenten statischen Magnetfeldes mit einem Permanentmagneten ausgestattet sein. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 2 schematisch darge stellt. Eine derartige endoskopische Sonde kann unabhängig von einem Tomographen zur Untersuchung eingesetzt werden. Die Platzierung der Sonde im Körper kann beispielsweise sonographisch überwacht werden, während die NMR-Untersuchung beispielsweise auch mit Hilfe eines trans portablen NMR-Spektrometers durchgeführt werden kann. Damit ist der Einsatz des NMR-Endoskops auch in ärztlichen Praxen und außerhalb von Krankenhäusern möglich.In the endoscope, the micro coil can also be equipped with a permanent magnet in addition to generating a permanent static magnetic field. Such an arrangement is shown schematically in Fig. 2 Darge. Such an endoscopic probe can be used for examination independently of a tomograph. The placement of the probe in the body can be monitored, for example, sonographically, while the NMR analysis can also be carried out, for example, using a portable NMR spectrometer. This means that the NMR endoscope can also be used in medical practices and outside of hospitals.

Wie das eingangs beschriebene NMR-Endoskop ermöglicht auch das NMR-Endoskop mit Permanentmagnet die Ermittlung von Gewebeparametern während des chirurgischen Eingriffs, so daß der chirurgische Eingriff nach Analyse der Parameter entsprechend gesteuert werden kann.Like the NMR endoscope described at the beginning, this also makes it possible NMR endoscope with permanent magnet to determine tissue parameters during the surgical procedure so that the surgical procedure after Analysis of the parameters can be controlled accordingly.

Claims

1. Method for localizing an NMR endoscope that is constructed made of a flexible tube-like shaft with a tip at its tip NMR solenoid micro-coil as the transmitting and receiving coil carries in Connection with an RF transmitter and receiver optionally with high frequency or can be operated with low frequency in one investigating material, which is located in an NMR tomograph, the microcoil having a low frequency AC voltage a frequency in the range of 10 to 200 Hz is operated so that an additional magnetic field is generated at the endoscope tip that is detected during operation of the NMR tomograph.

2. The method according to claim 1, characterized in that the endoscope alternatively or alternately for localization with the low frequency and to record NMR spectra in the immediate vicinity the micro coil is operated at high frequency.

3. The method according to claim 1, characterized in that the endoscope alternating to localization with the low frequency and radial and / or Cartesian imaging in the immediate vicinity of the Micro coil is operated with the high frequency.

4. The method according to claim 1, characterized in that the endoscope in any order for localization with low frequency, for Recording of NMR spectra in the immediate vicinity of the Micro coil with high frequency and for radial and / or kartesi imaging in the immediate vicinity of the microcoil with the High frequency is operated.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the flexible tubular shaft has a diameter in the range from 2 to 50 mm.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the material to be examined is selected from human and animal tissues, implants and solid materials.

7. The method according to claim 6, characterized in that with the NMR imaging the structure of tissues with a radial structure (radial) or the structure of tissues (Cartesian) is examined.

8. Method of examining materials in which one NMR endoscope that is made up of a flexible tubular Shaft, which has an NMR solenoid microcoil as a transmitting and Receiving coil contributes to the generation of a permanent stati magnetic field is equipped with a permanent magnet and in Connection with an RF transmitter and receiver with high frequency can be operated, introduced into the material and for the inclusion of NMR spectra and / or for radial imaging in the immediate Environment of the micro coil operates at high frequency.

9. The method according to claim 8, characterized in that the material is selected from human and animal tissues, implants and solid materials.

10. NMR endoscope, made up of a flexible tubular shaft, which in its tip an NMR solenoid microcoil as a transmit and Receiving coil bears in conjunction with an RF transmitter and Receiver optionally with high frequency in the range from 1 to 120 MHz or operated with low frequency in the range of 10 to 200 Hz can be, the microcoil in addition to generating a permanent static magnetic field with a permanent magnet can be equipped.

11. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the high frequency in the range of 1 to 120 MHz and the low frequency is in the range up to 200 Hz.