DE102006023733A1

DE102006023733A1 - Instrument, bildgebendes Ortungssystem und Ortungsverfahren

Info

Publication number: DE102006023733A1
Application number: DE102006023733A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Hoheisel; Ulrich Dr. Bill
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-12-06
Also published as: US20070282197A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein in einen Körper (30) einführbares Instrument (1, 12, 19, 25) sowie ein bildgebendes Ortungssystem und Ortungsverfahren für das Instrument (1, 12, 19, 25). In einem Endabschnitt (3) des Instruments (1, 12, 19, 25) ist ein mit einem Rotationsantrieb (5, 9, 10, 20, 21, 22) rotierbarer Magnet (4) vorgesehen. Anhand der Stärke eines durch eine Rotation des Magneten (4) erzeugten magnetischen Wechselfelds kann die Position des Magneten (4) im Körper (30) ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Instrument, ein bildgebendes Ortungssystem und ein bildgebendes Ortungsverfahren für das Instrument.
Aus der DE 195 32 676 C1 ist ein in einem Hohlraum eines Körpers eines Lebewesens bewegbarer Marker bekannt. Der Marker ist aus einem magnetisierbaren Material hergestellt. Zur Ermittlung der Position des Markers wird dieser mit einem gepulsten äußeren Magnetfeld einer vorgegebenen Richtung beaufschlagt. Zur Erzeugung des Magnetfelds ist ein Spulensystem vorgesehen. Durch das Magnetfeld wird im Marker ein magnetisches Remanenzfeld in der vorgegebenen Richtung erzeugt. Die Stärke des magnetischen Remanenzfelds wird in Abwesenheit des äußeren Magnetfelds mittels Messspulen gemessen. Auf der Grundlage der Stärke des Remanenzfelds wird die Position des Markers im Körper ermittelt. Ein Nachteil des bekannten Verfahrens zur Ermittlung der Position ist, dass das zum Aufmagnetisieren des Markers vorgesehene Spulensystem konstruktiv aufwändig ist. Ferner ist es erforderlich, den Marker periodisch aufzumagnetisieren. Dazu ist eine aufwändige gegenläufige Triggerung des Spulensystems und der Messspulen notwendig. Ferner wird durch ein zeitliches Abklingen des Remanenzfelds die Genauigkeit der Positionsbestimmung beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Instrument bereitgestellt werden, dessen Position in einem Körper besonders genau, mit hoher Empfindlichkeit und einfach ermittelt werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein bildgebendes Ortungssystem und ein bildgebendes Ortungsverfahren bereitzustellen, welches eine besonders genaue, hochempfindliche und einfache Ortung des Instruments im Körper ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 14 und 19. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13, 15 bis 18 und 20 bis 23.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Instrument mit einem freien ersten Ende zum Einführen in einen Körper vorgesehen, wobei zur Ermittlung einer Position des Instruments in einem das freie Ende enthaltenden Endabschnitt ein Magnet vorgesehen ist, welcher mit einem Rotationsantrieb rotierbar verbunden ist. – Der Rotationsantrieb ist zum Rotieren des Magneten vorgesehen und mit diesem verbunden. Infolge der Rotation erzeugt der Magnet ein magnetisches Wechselfeld. Je höher die Frequenz der Rotation des Magneten ist, umso größer ist die Stärke des erzeugten Wechselfelds. Unter dem Begriff der "Stärke des Wechselfelds" wird eine Änderungsgeschwindigkeit eines Magnetfelds, eine Slew-Rate oder eine ähnliche Größe verstanden. Durch Wahl einer geeignet hohen Drehfrequenz des Rotationsantriebs und damit des Magneten, kann die Stärke des Wechselfelds derart eingestellt werden, dass die Position des Magneten auf der Grundlage der außerhalb des Körpers erfassten Stärke des Wechselfelds möglich ist. Das Wechselfeld kann mit einer Stärke erzeugt werden, dass Richtungs- und Positionsänderungen des Endabschnitts, mit hoher Genauigkeit festgestellt werden können. Das ermöglicht eine besonders genaue und hochempfindliche Ortung und Ermittlung der Position des Magneten im Körper. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Prinzip des im Endabschnitt aufgenommenen rotierbaren Magneten bei einer Vielzahl von bekannten Instrumenten in besonders einfacher Weise umgesetzt werden. Darüber hinaus kann bei einer Verwendung der Geometrie des Instruments, z. B. dessen Länge und/oder Dicke, und einer Serie von Positionen des Magneten im Körper auch das Instrument und dessen Position im Körper dargestellt werden.
Bei dem Körper kann es sich um einen beliebigen Körper handeln. Es kann sich insbesondere um den Körper eines Lebewe sens, insbesondere des Menschen, oder eines Lebewesens handeln, dessen Größe mit der von Säugetieren vergleichbar ist.
Das Instrument kann z. B. bei nicht belebten Körpern bei einer zerstörungsfreien Materialprüfung eingesetzt werden. Bei Lebewesen kann das Instrument bei nicht invasiven oder minimalinvasiven Untersuchungen des Abschnitts des Inneren des Körpers verwendet werden.
Unter dem Begriff Rotationsantrieb wird insbesondere ein Antrieb zum Erzeugen und/oder Übertragen einer Rotationsbewegung verstanden.
Bei dem Magneten kann es sich um einen Permanentmagneten handeln. Es ist auch möglich, dass der Magnet ein Elektromagnet ist. Zur Versorgung des Elektromagneten mit elektrischer Energie können im Instrument geführte Leitungen vorgesehen sein. Eine Übertragung der Energie von den Leitungen auf den Elektromagneten kann beispielsweise mittels Schleifkontakten erfolgen.
Nach einer Ausgestaltung des Instruments ist vorgesehen, dass der Rotationsantrieb eine an einem zweiten Ende des Instruments herausgeführte, vorzugsweise flexible, Welle zur Übertragung einer Rotationsbewegung von einer außerhalb des Instruments vorgesehenen Antriebseinheit auf den Magneten umfasst. Der Magnet kann zur Rotation um dessen Achse unmittelbar an der Welle befestigt sein. Der Magnet kann auch an einem an der Welle angebrachten Befestigungsarm rotierbar angebracht sein. Ferner kann ein Lager vorgesehen sein. Dadurch kann eine besonders präzise Rotation des Magneten um die Lagerachse erreicht werden. Als Welle zum Anbringen des Magneten kann nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eine, z. B. in einem medizinischen Instrument, wie z. B. OCT- oder IVUS-Katheter, ohnehin vorgesehene Welle zur Übertragung einer Drehbewegung verwendet werden.
Die Welle kann im Instrument in einem, vorzugsweise flexiblen, Rohr geführt sein. Das Rohr ermöglicht eine besonders exakte Führung der Welle im Instrument. Mittels einer geeigneten Oberflächenbeschaffenheit der Innenfläche des Rohrs und/oder Außenfläche der Welle können Reibungsverluste bei der Rotation wesentlich verringert werden. Es können auch eine übermäßige Torsionsbeanspruchung und ein Abnutzung der Welle und des Rohrs deutlich zu verringert werden. Der Magnet kann bei vorgegebenem Antriebsdrehmoment mit einer besonders konstanten Frequenz rotiert werden. Dadurch wird die Genauigkeit der Ermittlung der Position des Magneten weiter verbessert.
Vorzugsweise sind/ist die Welle und/oder das Rohr aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Die Welle und/oder das Rohr können/kann jedoch auch aus einem beliebigen flexiblen Material hergestellt sein, welches eine ausreichende Festigkeit, Verwindungssteifigkeit und Torsionsstärke aufweist, um den Magnet mit einer konstanten Frequenz zu rotieren. Bei flexibel ausgeführten Instrumenten, wie z. B. Kathetern, ist das Material vorzugsweise derart flexibel und biegebruchfest, dass das Instrument ohne Beschädigung der Welle und/oder des Rohrs entsprechend der jeweiligen Erfordernisse gebogen werden kann. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Magnet ohne Beeinträchtigungen durch eine Biegung des Instruments konstant und präzise rotierbar ist und die Position genau ermittelt werden kann.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Rotationsantrieb die Antriebseinheit. Zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung mit der Welle kann die Antriebseinheit eine Kupplung umfassen. Das Vorsehen der Kupplung ermöglicht ein einfaches Verbinden und Trennen der Welle mit bzw. von der Antriebseinheit. Die Kupplung kann Walzen oder Rollen aufweisen, zwischen welchen die Welle reibschlüssig aufgenommen werden kann. Durch eine Drehung der Walzen oder Rollen kann eine tangential zu einer Längsrichtung der Welle wirkende Rotationskraft übertragen werden. Es kann sich beispiels weise auch um eine Flanschkupplung, Steckkupplung, Klauenkupplung, Magnetkupplung, oder um eine andere, ähnliche oder gleichwirkende Kupplung handeln.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Rotationsantrieb eine im Endabschnitt vorgesehene Antriebseinheit. In diesem Fall kann das Instrument unabhängig von einer äußeren Antriebseinheit verwendet werden. Zur Versorgung der Antriebseinheit mit Energie können im Instrument geführte Leitungen vorgesehen sein, welche am zweiten Ende aus dem Instrument herausgeführt sind und an eine äußere Energieversorgung anschließbar sind. Bei einer mittels elektrischer Energie betriebenen Antriebseinheit kann in oder außerhalb des Instruments zur Energieversorgung auch ein Akkumulator vorgesehen sein.
Die außerhalb des Instruments oder im Endabschnitt vorgesehene Antriebseinheit kann einen Elektromotor, einen Schrittmotor, einen piezoelektrischen Motor, einen Turbinenmotor, einen Hydraulikmotor oder einen Pneumatikmotor umfassen. Die unterschiedlichen Motortypen können je nach Anforderungen, wie z. B. Drehmoment, Rotationsfrequenz, Baugröße, Kompatibilität mit medizinischen Einrichtungen und Materialien, usw. ausgewählt werden. Beispielsweise können mit piezoelektrischen Motoren besonders geringe Baugrößen erreicht werden. Piezoelektrische Motoren und Turbinenmotoren können beispielsweise ausschließlich aus Keramiken und Kunststoffen hergestellt werden. Infolge der Vielzahl der möglichen Motortypen kann der Magnet bei einer Vielzahl von Instrumenten unterschiedlicher Größe und Form im Endabschnitt untergebracht und mit einer Antriebseinheit versehen werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotationsantrieb ein Getriebe umfasst. Bei dem Getriebe kann es sich um ein Untersetzungs- oder Übersetzungsgetriebe handeln. Das Getriebe kann außerhalb des Instruments oder auch im Endabschnitt zwischen der Antriebseinheit und der Welle oder zwischen der Welle und dem Magneten vorgesehen sein. Das Getriebe ermöglicht eine einfache Umwandlung der Drehfrequenz der Antriebseinheit bzw. Welle in eine zur Erzeugung eines Wechselfelds mit ausreichender Stärke geeignete Rotationsfrequenz des Magneten.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Bereich des Endabschnitts ein mittels des Rotationsantriebs rotierbarer Ultraschallwandler zur Durchführung intravaskulärer Ultraschalluntersuchungen vorgesehen ist. Im Bereich des Endabschnitts kann auch ein mittels des Rotationsantriebs rotierbarer Spiegel zur Durchführung von Untersuchungen der optischen Kohärenztomographie vorgesehen sein. Für den Ultraschallwandler bzw. Spiegel sind keine separaten Antriebe erforderlich. Sie können ebenso wie der Magnet mit dem Rotationsantrieb verbunden sein. Damit kann ein besonders einfacher Aufbau und eine geringe Baugröße erreicht werden.
Das Instrument kann ein aus folgender Gruppe ausgewähltes medizinisches Instrument sein: Katheter, insbesondere IVUS- oder OCT-Katheter, Nadel, insbesondere Punktionsnadel oder Biopsienadel, Sonde, insbesondere Magen- oder Darmsonde. Zusätzlich zur Rotation des Magneten kann der Rotationsantrieb bei den obigen Instrumenten weitere Aufgaben erfüllen, wie beispielsweise eine Rotation des Ultraschallwandlers oder Spiegels beim IVUS- oder OCT-Katheter.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein bildgebendes Ortungssystem zur Ermittlung der Position des in einen Körper eingeführten erfindungsgemäßen Instruments vorgesehen, umfassend:

– eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme von Bilddaten zur Erzeugung eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren, wobei die Bilddaten mit ersten Koordinaten eines durch die Aufnahmeeinrichtung festgelegten ersten Koordinatensystems korreliert sind,
– eine außerhalb des Körpers angeordnete Magnetfelderfassungseinrichtung mit zumindest einem Sensor zum Erfassen einer Stärke eines durch eine Rotation des Magneten im Körper erzeugten magnetischen Wechselfelds,
– eine Positionsermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Position des Magneten auf der Grundlage der Stärke des erfassten Wechselfelds, wobei die Position des Magneten mit zweiten Koordinaten eines durch die Magnetfelderfassungseinrichtung festgelegten zweiten Koordinatensystems korreliert ist,
– eine Korrelationseinrichtung zur Korrelation des ersten Koordinatensystems mit dem zweiten Koordinatensystem und
– eine Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung des den Körperabschnitt wiedergebenden ersten Bilds und eines damit überlagerten, die Position des Magneten wiedergebenden zweiten Bilds.

Das vorgeschlagene Ortungssystem eignet sich zur Ermittlung der Position eines in einem mittels des Rotationsantriebs in einem Instrument rotierenden Magneten. Mit dem zumindest einen Sensor der Magnetfelderfassungseinheit kann die durch die Rotation des Magneten erzeugte Stärke des Wechselfelds erfasst werden. Um eine besonders genaue Ortung des Magneten im Körper zu ermöglichen ist es erforderlich, dass das Wechselfeld auch außerhalb des Körpers eine vom Sensor erfassbare minimale Magnetfeldstärke übersteigt. Um das zu erreichen, kann die Rotationsfrequenz des Magneten geeignet hoch gewählt werden, indem beispielsweise ein Elektromotor mit einer entsprechend hohen Drehzahl und/oder ein Übersetzungsgetriebe verwendet werden/wird. Die mit dem Sensor erfasste Stärke des Wechselfelds ist, abgesehen von der Rotationsfrequenz, abhängig vom Abstand des Sensors vom Magneten und der Richtung der Rotationsachse des Magneten. Eine Richtungsabhängigkeit des Wechselfelds kann mit anisotropen Sensoren berücksichtigt werden. Unter Verwendung der Abstandsabhängigkeit kann auf der Grundlage der erfassten Stärke des Wechselfelds auf die Position des Magneten im Körper geschlossen werden. Wegen der Abhängigkeit der Stärke des Wechselfelds von der Rotationsfrequenz ist es zur Sicherstellung einer besonders genauen Ermittlung der Position des Magneten erforderlich, dass der Magnet mit einer im Wesentlichen konstanten Rotationsfrequenz rotiert wird. Das kann in vorteilhafter Weise mit dem erfindungsgemäßen Instrument erreicht werden, welches zweckmäßigerweise Bestandteil des Ortungssystems ist.
Zur weiteren Steigerung der Genauigkeit der Ermittlung der Position des Magneten kann die Magnetfelderfassungseinrichtung mehrere räumlich voneinander verschieden angeordnete Sensoren umfassen. Mit mehreren Sensoren können mehrere, nicht redundante Informationen über Abstände der Sensoren vom Magneten und die Position des Magneten ermittelt werden. Damit kann die Position des Magneten besonders schnell, genau und eindeutig ermittelt werden.
Mit mehreren Sensoren kann die Bestimmung der Position des Magneten analog zu dem aus der DE 195 32 676 C1 bekannten Verfahren erfolgen. Dabei kann die Magnetfelderfassungseiheit zumindest ein Paar voneinander beabstandeter anisotroper Sensoren aufweisen, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Körpers positionierbar sind. Die Sensoren weisen Sensorflächen auf, welche eine Erfassung der Stärke von Komponenten des Wechselfelds parallel und/oder senkrecht zur Verbindungsachse des Sensorpaars ermöglichen. Die Magnetfelderfassungseinrichtung kann eine oder mehrere Steuerungen und/oder einen Computer umfassen. Es können so viele Sensoren vorgesehen sein, wie für eine besonders genaue Ermittlung der Position des Magneten notwendig sind. Beispielsweise können 1 bis 3, 3 bis 10, 10 bis 30, 30 bis 60, 60 bis 100 oder mehr Sensoren vorgesehen sein.
Zur Ermittlung der Position des Magneten ist die Positionsermittlungseinheit vorgesehen. Zweckmäßigerweise umfasst die Positionsermittlungseinheit einen Computer, mit welchem auf der Grundlage der von den Sensoren erfassten Stärke des Wechselfelds die Position des Magneten ermittelt wird. Zur Ermittlung der Position kann das Wechselfeld mittels der Sensoren vermessen werden. Anhand der von den Sensoren erzeugten Signale kann unter Verwendung vorgegebener Algorithmen, mit welchen z. B. auch durch elektrische Leiter, ferromagnetische Objekte und dgl. verursachte Störungen berücksichtigt werden können, die Position des Magneten ermittelt werden. Die von der Positionsermittlungseinheit ermittelte Position des Magneten kann in einfacher Weise durch zweite Koordinaten in einem durch die Magnetfelderfassungseinheit festgelegten zweiten Koordinatensystem beschrieben werden.
Zur Korrelation des ersten Koordinatensystems mit dem zweiten Koordinatensystem ist die Korrelationseinrichtung vorgesehen. In dem durch die Aufnahmeeinrichtung festgelegten ersten Koordinatensystem können die Bilddaten, z. B. einzelne Pixel eines Röntgenbilds, durch erste Koordinaten beschrieben werden. Das erste und zweite Koordinatensystem sind vorzugsweise dreidimensionale Koordinatensysteme. Es kann sich dabei um kartesische, Zylinder- oder Kugelkoordinatensysteme handeln.
Infolge der Korrelation ist es in einfacher Weise möglich, durch zweite Koordinaten im zweiten Koordinatensystem beschriebene Koordinatenpunkte, wie z. B. die Position des Magneten, mittels einer Koordinatentransformation in erste Koordinaten des ersten Koordinatensystems umzuwandeln. Nach einer Korrelation des ersten und zweiten Koordinatensystems kann von der Bilderzeugungseinrichtung ein Überlagerungsbild erzeugt werden, welches das den Körperabschnitt wiedergebende erste Bild und das die Position des Magneten wiedergebende zweite Bild enthält. Bei dem zweiten Bild kann es sich um eine einfache graphische Darstellung, wie z. B. ein Kreuz, einen Punkt, einen Pfeil oder dgl. handeln. Es ist auch möglich, dass das zweite Bild eine Darstellung zumindest des Endabschnitts des Instruments umfasst. Im Falle eines Einführens des Instruments in den Körper kann eine den Weg des Instruments im Körper wiedergebende Spur angezeigt werden.
Bei einer Änderung der Position des Magneten, z. B. infolge einer Verschiebung des Instruments relativ zum Körper, kann die Position des Magneten neu ermittelt werden. Anschließend kann das Überlagerungsbild aktualisiert werden. Dabei können die bereits vorhandenen Bilddaten bzw. das vorhandene erste Bild verwendet werden. Es ist nicht erforderlich, dass die Bilddaten erneut bzw. kontinuierlich aufgenommen werden müssen. Falls die Aufnahmeeinrichtung eine Röntgeneinrichtung ist, kann eine applizierte Röntgendosis drastisch verringert werden. Allerdings können die Bilddaten zur Verbesserung der Qualität und Genauigkeit des Überlagerungsbilds in vorgegebenen Zeitabständen erneut aufgenommen und aktualisiert werden.
Bei der Aufnahmeeinrichtung kann es sich um ein Tomographiegerät, insbesondere ein Röntgencomputertomographiegerät, Röntgen-C-Bogen-Gerät, Magnetresonanztomographiegerät, Ultraschalltomographiegerät, Positronen-Emissions-Tomographiegerät (PET) oder ein Single-Photon-Emissionscomputertomographiegerät (SPECT) handeln.
Bei dem Sensor der Magnetfelderfassungseinheit kann es sich um einen beliebigen Sensor zum Erfassen der Stärke eines magnetischen Wechselfelds handeln. Vorzugsweise umfasst der Sensor eine Spule, einen Hallsensor, einen magnetorestriktiven Sensor oder einen Förster-Sensor bzw. ein Saturationskern-Magnetometer. Es ist auch möglich, dass der Sensor mehrere, z. B. gekreuzte, Spulen, Hallsensoren und/oder dgl. umfasst. Damit können die Stärken des Wechselfelds für unterschiedliche Raumrichtungen erfasst werden. Der Sensor kann auch ein Sensorchip mit mehreren integrierten Hallelementen zur Erfassung einer Stärke des Magnetfelds in drei Raumrichtungen sein. Der Sensor oder die Magnetfelderfassungseinheit kann eine elektronische Schaltung zur Umwandlung von Sensorsignalen in digitale, elektronisch verarbeitbare Signale umfassen. Zum Betrieb der Sensoren, insbesondere zur Ver- und Bearbeitung der Signale kann ein Computer vorgesehen sein.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Ortungssystems ist vorgesehen, dass die Korrelationseinrichtung zumindest eine, vorzugsweise drei, Markierung/en umfasst, welche im ersten Koordinatensystem (einen) vorgegebene/n Bezugspunkt/e definiert/en. Der Bezugspunkt kann im ersten Koordinatensystem durch vorgegebene Bezugskoordinaten beschrieben werden. Eine Korrelation des ersten und zweiten Koordinatensystems kann mittels der Markierung besonders einfach durchgeführt werden: Der Magnet kann an der Markierung, d. h. an den Bezugskoordinaten, angeordnet werden. Aus den zweiten Koordinaten des derart positionierten Magneten und den Bezugskoordinaten kann in einfacher Weise eine die Korrelation definierende Koordinatentransformationsregel zwischen dem ersten und zweiten Koordinatensystem ermittelt werden. Vorzugsweise ist die Markierung derart angeordnet, dass diese im ersten Bild sichtbar ist. Die Bezugskoordinaten können manuell oder automatisch aus dem ersten Bild bzw. aus den Bilddaten bestimmt werden. Das ermöglicht eine besonders genaue Festlegung der Bezugskoordinaten und der Korrelation der Bilddaten mit ersten Koordinaten. Bei einer Röntgencomputertomographieeinrichtung kann es sich um spezielle CT-Markierungen handeln, welche keine oder nur minimale Bildartefakte in Röntgenbildern verursachen.
Nach einer Ausgestaltung des Ortungssystems ist vorgesehen, dass des Weiteren ein Computer oder eine Steuereinheit zur Aufnahme der Bilddaten, zur Steuerung der Aufnahmeeinrichtung, zur Steuerung der Rotation des Magneten, zur Ermittlung der Position des Magneten, zur Korrelation des ersten und zweiten Koordinatensystems, zur Erzeugung des ersten und/oder zweiten Bilds, zum Betreiben des Sensors und/oder zum Positionieren des Sensors vorgesehen ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, weitere zum Betrieb des Ortungssystems erforderliche Aufgaben mittels des Computers auszuführen, wie beispielsweise ein Speichern der ersten Koordinaten, ein Speichern und Abrufen der Bilddaten und dgl..
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein bildgebendes Ortungsverfahren zur Ermittlung der Position des in einen Körper eingeführten erfindungsgemäßen Instruments mit folgenden Schritten vorgesehen:

a) Aufnahme von Bilddaten zur Erzeugung eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren mittels einer Aufnahme einrichtung, wobei die Bilddaten mit ersten Koordinaten eines durch die Aufnahmeeinrichtung festgelegten ersten Koordinatensystems korreliert sind,
b) Rotieren des Magneten,
c) Erfassen einer Stärke eines infolge der Rotation außerhalb des Körpers erzeugten magnetischen Wechselfelds mittels einer zumindest einen Sensor aufweisenden Magnetfelderfassungseinrichtung,
d) Ermittlung einer Position des Magneten auf der Grundlage der Stärke des erfassten Wechselfelds mittels einer Positionsermittlungseinrichtung, wobei die Position des Magneten mit zweiten Koordinaten eines durch die Magnetfelderfassungseinrichtung festgelegten zweiten Koordinatensystem korreliert ist,
e) Korrelation des ersten und zweiten Koordinatensystems mittels einer Korrelationseinrichtung, und
f) Erzeugen des den Körperabschnitt wiedergebenden ersten Bilds und eines damit überlagerten, die Position des Magneten wiedergebenden zweiten Bilds.

Das erfindungsgemäße Ortungsverfahren ermöglicht eine besonders einfache und exakte Ermittlung der Position des Magneten im Körper. Mit der Position des Magneten kann insbesondere die Position des Endabschnitts des Instruments ermittelt werden. Bei einer Bewegung des Instruments im Körper kann durch eine wiederholte Ermittlung der Position des Magneten eine Trajektorie des Magneten bzw. des Endabschnitts im Körper ermittelt werden. Die einzelnen Positionen des Magneten können getrennt voneinander oder als Trajektorie im zweiten Bild wiedergegeben werden. Bei einer Darstellung der Trajektorie kann in einem das erste Bild und das zweite Bild wiedergebenden Überlagerungsbild eine Anordnung des Instruments im Körper dargestellt werden. Eine einzelne Position des Magneten kann durch Punkte, Kreuze, Pfeile und dgl. dargestellt werden. Die Trajektorie kann in Form einer vom ersten Bild hervorgehobenen Linie dargestellt werden, wobei eine momentane Position des Magneten durch eine besondere Hervorhebung dargestellt sein kann.
Zur Darstellung der Position des Magneten im Körperinneren ist es nicht erforderlich, dass bei jeder Positionsänderung des Magneten neue Bilddaten aufgenommen werden müssen. Bei einer Untersuchung des Körperinneren mittels eines Katheters reicht es z. B. aus, zu Beginn der Untersuchung Bilddaten aufzunehmen. In dem aus den ersten Bilddaten erzeugten ersten Bild kann die Position des Magneten oder des Endabschnitts des Katheters während der Untersuchung fortlaufend dargestellt werden. Eine Verwendung eines ersten Bilds ist prinzipiell so lange möglich, so lange sich die Lage des Körpers relativ zum ersten Koordinatensystem nicht wesentlich ändert. Mit dem erfindungsgemäßen Ortungsverfahren kann jedenfalls erreicht werden, dass deutlich weniger Aufnahmen erforderlich sind. Im Falle einer nach einem Röntgenverfahren arbeitenden Aufnahmeeinrichtung kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die applizierte Röntgendosis drastisch vermindert werden kann.
Wegen der vorteilhaften Ausgestaltungen und Vorteile des Ortungsverfahrens wird auf die vorteilhaften Ausgestaltungen und Vorteile des Ortungssystems verwiesen, welche sinngemäß für das Ortungsverfahren gelten.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische, vergrößerte Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Instruments,
2 eine schematische, vergrößerte Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Instruments,
3 eine schematische, vergrößerte Darstellung einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Instruments und
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen bildgebenden Ortungssystems.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern zweckmäßig, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt eine schematische, vergrößerte Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Instruments. Bei dem Instrument handelt es sich um einen z. B. in den Körper eines Lebewesens, insbesondere eines Menschen, einführbaren Katheter 1 mit einem freien ersten Ende 2 zum Einführen in den Körper. In einem das freie Ende 2 enthaltenden Endabschnitt 3 ist ein Magnet 4 vorgesehen. Der Magnet 4 ist mit einer zur Übertragung einer Drehbewegung auf den Magneten 4 vorgesehenen Welle 5 derart verbunden, dass durch eine Rotation des Magneten 4 ein zur Ortung desselben geeignetes magnetisches Wechselfeld erzeugbar ist. Ausgehend vom Endabschnitt 3 ist die in einem Rohr 6 rotierbare Welle 5 durch den Katheter 1 zu einem zweiten Ende 7 geführt. Ein Wellenende 8 ist am zweiten Ende 7 aus dem Katheter 1 herausgeführt. Das Wellenende 8 kann mittels einer schematisch dargestellten Kupplung 9 mit einer Antriebseinheit 10 gekoppelt werden. Eine Rotationsrichtung des Magneten 4 ist mit dem Bezugszeichen 11 angedeutet.
Die Funktion des Katheters 1 ist folgendermaßen:
Durch die Rotationsbewegung des Magneten 4 wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Stärke des Wechselfelds kann mittels Sensoren erfasst werden. Infolge der Abnahme der Stärke des Wechselfelds mit zunehmendem Abstand vom Magneten 4 enthält die Stärke des Wechselfelds eine Information über die Position des Magneten 4 relativ zum Sensor. Diese Information kann zur Ermittlung der Position des Magneten verwendet werden.
Die in einem vorgegebenen Abstand vom Magneten 4 erzeugbare Stärke des Wechselfelds nimmt mit steigender Rotationsfrequenz zu. Zur Ermittlung der Position des Magneten 4 im Körper ist es erforderlich, dass das Wechselfeld auch noch außerhalb des Körpers in einer hinreichenden Stärke erfassbar ist. Das Wechselfelds muss mindestens so stark sein, dass außerhalb des Körpers trotz Absorptionsverlusten im Körper ein Schwellwert für die Sensitivität des Sensors überschritten wird. Das kann mit dem Katheter 1 in einfacher Weise erreicht werden, indem die Antriebseinheit 10 mit einer ausreichend hohen Drehzahl verwendet wird. Damit kann sichergestellt werden, dass die Position des Magneten 4, und damit der Endabschnitt 3 des Katheters 1, mit besonders hoher Genauigkeit ermittelt werden können.
Die Antriebseinheit 10 kann z. B. einen Elektromotor mit regelbarer Drehzahl umfassen. Um eine geeignete Drehzahl zu erhalten kann die Antriebseinheit 10 des Weiteren ein Übersetzungs- oder Untersetzungsgetriebe umfassen.
Zur Übertragung der Drehbewegung vom Motors bzw. Getriebe auf die Welle 5 kann diese direkt mit einer Motor- oder Getriebewelle verbunden sein. Es ist auch möglich, dass eine Steckkupplung, Klauenkupplung, Lamellenkupplung Scheibenkupplung, Magnetkupplung oder dgl. verwendet wird. Die Kupplung kann auch Laufräder oder Walzen umfassen, welche auf einem Umfang der Welle 5 abrollen und so die Drehbewegung auf die Welle 5 übertragen. Letzteres ermöglicht eine besonders einfache Verbindung der Welle 5 mit dem Motor bzw. Getriebe, insbesondere für verschiedene Wellenarten und Wellendurchmesser.
Die Drehbewegung wird mittels der Welle 5 in die Rotationsbewegung 11 umgesetzt. Zur Vermeidung von Schwankungen der Rotationsbewegung 11, welche die Stärke des Wechselfelds beeinflussen und der Genauigkeit der Ermittlung der Position des Magneten 4 abträglich sind, ist die Welle 5 im Rohr 6 geführt. Die Innenfläche des Rohrs 6 und die Außenfläche der Welle sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Gleitreibung zwischen Welle 5 und Rohr 6 besonders klein ist.
Bei einem starren Katheter 1 können die Welle 5 und das Rohr 6 starr oder flexibel ausgeführt sein. Bei einem flexiblen Katheter sind die Welle 5 und das Rohr 6 ebenfalls flexibel und sind aus einem ausreichend bruchfesten, torsionssteifen, und knickfesten Material hergestellt. Die Welle 5 und/oder das Rohr 6 können beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.
2 zeigt eine schematische, vergrößerte Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Instruments. Bei der zweiten Ausgestaltung handelt es sich um einen OCT-Katheter 12 zur Durchführung von Untersuchungen mittels der optischen Kohärenztomographie (OCT). Bei dem OCT-Katheter 12 ist der Magnet 4 über ein Befestigungselement bzw. einen Befestigungsarm 13 mit einer Hohlwelle 14 verbunden. Ausgehend vom Endabschnitt 3 ist die im Rohr 6 rotierbare Hohlwelle 14 durch den OCT-Katheter 12 zum zweiten Ende 7 geführt. Zur Übertragung der Drehbewegung 11 auf den Magneten 4 kann das Wellenende 8 mittels der Kupplung 9 mit der Antriebseinheit 10 verbunden werden. In der Hohlwelle 14 ist ein Lichtleiter 15 geführt. Zur Durchführung von OCT-Untersuchungen kann über den Lichtleiter 15 Licht 16 in den OCT-Katheter 12 eingekoppelt werden. Das eingekoppelte Licht 16 kann mittels eines im Endabschnitt 3 auf dem Befestigungsarm 13 angeordneten Spiegels 17 auf ein in der Wand des OCT-Katheters 12 vorgesehenes Aus- bzw. Eintrittsfenster 18 gelenkt werden. Über das Austrittsfenster 18 kann das Licht 16 aus dem OCT-Katheter 12 austreten.
Die Funktion des OCT-Katheters 12 ist folgendermaßen:
Die Erzeugung des Wechselfelds erfolgt in analoger Weise wie beim Katheter 1 der 1. Die obigen Ausführungen gelten analoger Weise.
Im Unterschied zum Katheter 1 der 1 ist der Magnet 4 beim OCT-Katheter 12 am Befestigungsarm 13 angebracht. Der Befestigungsarm 13 wiederum ist an der Hohlwelle 14 angebracht. Diese Art der Befestigung ermöglicht in gleicher Weise wie beim Katheter 1 eine Rotation des Magneten 4 zur Erzeugung eines zur Ermittlung der Position des Magneten 4 geeigneten magnetischen Wechselfelds.
Abgesehen davon können mit dem OCT-Katheter 12 Untersuchungen mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) durchgeführt werden. Dazu kann der OCT-Katheter 12 z. B. in ein Blutgefäß eingeführt werden. Anschließend wird Licht 16 über den Lichtleiter 15 eingekoppelt. Das Licht 16 tritt im Endabschnitt 3 aus dem Lichtleiter 15 aus und trifft auf den am Befestigungsarm 13 angeordneten Spiegel 17. Das Licht 16 wird vom Spiegel 18 abgelenkt und tritt durch das Austrittsfenster 18 aus dem Katheter aus und trifft auf die Gefäßwand. Ein von der Gefäßwand in Richtung des Spiegels 17 reflektiertes Reflexionslicht kann über den Spiegel 17 und den Lichtleiter 15 zu einer nicht gezeigten OCT-Einrichtung zum Erfassen und Verarbeiten des Reflexionslichts geleitet werden. Durch die Anordnung des Spiegels 17 am Befestigungsarm 13 führt der Spiegel 17 die gleiche Rotationsbewegung 11 wie der Magnet 4 aus. Infolge der Rotationsbewegung 11 kann das Innere der Gefäßwand mittels des Lichts 16 abgetastet werden. Auf der Grundlage des Reflexionslichts kann ein OCT-Bild der Gefäßwand erzeugt werden, welches zu Diagnosezwecken verwendet werden kann.
Der erfindungsgemäße OCT-Katheter 12 weist neben der Möglichkeit einer besonders genauen Ortung des Magneten 4 den Vorteil auf, dass lediglich eine Antriebseinheit 10 für den Magneten 4 und den Spiegel 17 erforderlich ist.
3 zeigt eine schematische, vergrößerte Darstellung einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Instruments. Bei der dritten Ausgestaltung handelt es sich um einen IVUS-Katheter 19 zur Durchführung von intravaskulären Ultraschall- Untersuchungen (IVUS-Untersuchungen). Bei dem IVUS-Katheter 19 ist im Endabschnitt 3 eine Antriebseinheit 20 vorgesehen. Die Antriebseinheit 20 umfasst einen Motor 21 und ein dem Motor 21 nachgeschaltetes Getriebe 22. Auf der vom Getriebe 22 ausgehenden Welle 5 sind nacheinander der Magnet 4 und ein Ultraschallwandler 23 zur Durchführung von intravaskulären Ultraschalluntersuchungen angebracht. Zur Versorgung des Motors 21 und Ultraschallwandlers 23 mit Energie und/oder zur Übertragung von Signalen ist zumindest eine durch den IVUS-Katheter 19 geführte und am zweiten Ende 7 herausgeführte erste Leitung 24 vorgesehen.
Die Funktion des IVUS-Katheters 19 ist folgendermaßen:
Der erfindungsgemäße IVUS-Katheter 19 unterscheidet sich vom Katheter 1 der 1 und vom OCT-Katheter 12 dadurch, dass der Motor 21 und das Getriebe 22 nicht außerhalb, sondern im Endabschnitt 2 angeordnet sind. Abgesehen davon erfolgt die Erzeugung des Wechselfelds analog zum Katheter 1 und OCT-Katheter 12 und es können hinsichtlich der Ortung des Magneten 4 die gleichen Vorteile erzielt werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, beim Katheter 1 und OCT-Katheter 12 eine Antriebseinheit im Endabschitt vorzusehen.
Bei dem IVUS-Katheter 19 entfällt eine Übertragung der Drehbewegung über die zum zweiten Ende 7 im Rohr 6 geführte Welle 5. Dadurch kann vermieden werden, dass die Genauigkeit der Rotationsfrequenz des Magneten 4 durch Reibungswiderstände der Welle 5 im Rohr 6 und eine Längskrümmung des IVUS-Katheters 19 beeinträchtigt wird. Folglich kann die Position des Magneten 4 genau ermittelt werden.
Zusammen mit dem Magneten 4 wird der Ultraschallwandler 23 zur Durchführung intravaskuläre Ultraschalluntersuchungen rotiert.
Zur Versorgung der Antriebseinheit und/oder des Ultraschallwandlers 23 mit Energie ist die erste Leitung 24 vorgesehen. Die erste Leitung 24 kann auch zur Übertragung von Ultraschallsignalen vom bzw. zum Ultraschallwandler 23 verwendet werden. Signale des Ultraschallwandlers können auch über eine kabellose Verbindung, z. B. eine Funkverbindung, übertragen werden. Zur Versorgung mit Energie kann auch eine im Endabschnitt 3 vorgesehene Energiequelle, wie z. B. ein Akkumulator, vorgesehen sein.
Bei dem Motor 21 kann es sich z. B. um einen Elektromotor, Schrittmotor oder einen piezoelektrischen Motor usw. handeln. Der Motor 21 kann entsprechend eines erforderlichen Drehmoments für den Magneten 4 und Ultraschallwandler 23 und den Abmessungen im Endabschnitt 3 ausgewählt werden.
Der erfindungsgemäße IVUS-Katheter 19 erfordert keine Verbindungen mit externen Antriebselementen. Infolgedessen kann die Handhabung des IVUS-Katheters 19 wesentlich vereinfacht werden. Analog zum Katheter 1 und OCT-Katheter 12 ermöglicht der IVUS-Katheter 19 eine besonders einfache und genaue Ermittlung der Position des Magneten 4.
4 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen bildgebenden Ortungssystems. Das Ortungssystem umfasst ein erfindungsgemäßes medizinisches Instrument 25. Bei dem medizinischen Instrument 25 kann es sich z. B. um einen wie in 1 dargestellten Katheter 1, in 2 dargestellten OCT-Katheter 12 oder in 3 dargestellten IVUS-Katheter 19 handeln. Das Ortungssystem weist ferner eine Röntgeneinrichtung mit einem Röntgenstrahler 26 und einem diesem gegenüberliegend angeordneten Röntgendetektor 27 auf. Der Röntgenstrahler 26 und Röntgendetektor 27 sind auf gegenüberliegenden Seiten einer Patientenliege 28 angeordnet. Im Aufnahmefeld der Röntgeneinrichtung sind an der Patientenliege 28 Markierungen 29 angebracht. Bei den Markierungen 29 handelt es sich um spezielle Röntgenmarker, welche von der Röntgeneinrichtung erfassbar sind und keine oder nur minimale Bild artefakte in Röntgenbildern verursachen. Auf der Patientenliege 28 ist ein Patient aufgenommen, in dessen Körper 30 das Instrument 25 eingeführt ist. Zur Erfassung eines mittels des im Endabschnitt 3 aufgenommenen Magneten 4 erzeugbaren magnetischen Wechselfelds sind ein erster 31 und ein diesem gegenüberliegender zweiter Sensor 32 vorgesehen. Zur Steigerung der Genauigkeit der Ermittlung der Position des Magneten können weitere, nicht gezeigte Sensoren vorgesehen sein, deren Anzahl z. B. 1 bis 3, 3 bis 10, 10 bis 35, 35 bis 70, 70 bis 100 oder größer sein kann. Die Bezugszeichen x, y, z, bezeichnen drei Raumrichtungen. Der Röntgenstrahler 26 und der Röntgendetektor 27 sowie der erste 31 und der zweite Sensor 32 sind über zweite 33 bzw. dritte Leitungen 34 mit einem Computer 35 verbunden.
Die Funktion des bildgebenden Ortungssystems ist folgende:
Zunächst werden mit der Röntgeneinrichtung, welche den Röntgenstrahler 26 und den Detektor 27 umfasst, Bilddaten zur Erzeugung eines ersten Bilds eines Abschnitts des Inneren des Körpers 30 aufgenommen. Bei den Bilddaten kann es sich z. B. um eine Serie von 2D-Bildern handeln. Solche 2D-Bilddatensätze ermöglichen eine Rekonstruktion eines 3D-Bilds des aufgenommenen Abschnitts. Die vom Detektor 27 erfassten Bilddaten werden über die zweite Leitung 33 zu einer vom Computer 35 umfassten Bilderzeugungseinrichtung übermittelt. Aus den Bilddaten kann die Bilderzeugungseinrichtung ein erstes Bild des Abschnitts, z. B. ein 2D-Schnittbild oder 3D-Bild, erzeugen. Die zur Erzeugung eines jeden Bildpunkts des ersten Bilds aufgenommenen Bilddaten sind mit einem ersten Koordinatensystem korreliert, welches durch die Aufnahmeeinrichtung festgelegt ist. Die Bilddaten enthalten auch eine Information über die Markierungen 29. Die Position der Markierungen 29 kann identifiziert und mit Markierungskoordinaten im ersten Koordinatensystem beschrieben werden. Mittels der Bilderzeugungseinrichtung kann das erste Bild mit der darin angezeigten Position der Markierungen 29 auf einem nicht gezeigten Bildschirm angezeigt werden.
Das erste Bild kann zur Erzeugung eines Überlagerungsbilds verwendet werden, welches den Abschnitt des Inneren des Körpers 30 und darin ortsgenau eine Position des Magneten 4 wiedergibt.
Zur Ermittlung der Position des Magneten 4, und damit des Endabschnitts 3, wird durch eine Rotation des Magneten 4 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Rotation des Magneten 4 kann in analoger Weise wie beim Katheter 1, OCT- 12 und IVUS-Katheter 19 der 1 bis 3 erfolgen. Die Stärke des durch die Rotation erzeugten Wechselfelds wird mittels des ersten 31 und zweiten Sensors 32 und bei Bedarf mit den zusätzlichen, nicht gezeigten weiteren Sensoren erfasst, welche Bestandteile einer Magnetfelderfassungseinrichtung sind. Die vom ersten 31 und zweiten Sensor 32 und den weiteren Sensoren erzeugten Signale werden über die dritte Leitung 34 zu einer Positionsermittlungseinrichtung übertragen, welche Bestandteil eines Computers 35 ist. Auf der Grundlage der Signale ermittelt die Positionsermittlungseinrichtung in herkömmlicher Weise die Position des Magneten 4. Dabei ist die Position des Magneten 4 mit einem durch den ersten 31 und zweiten 32 Sensor festgelegten Koordinatensystem korreliert.
Zur Erzeugung des Überlagerungsbilds ist es erforderlich, dass das erste und zweite Koordinatensystem korreliert werden. Zur Korrelation können zunächst Korrelationskoordinaten im zweiten Koordinatensystem für den an der Markierung 29 positionierten Magneten 4 ermittelt werden. Die Markierungskoordinaten und die Korrelationskoordinaten beschreiben im ersten bzw. zweiten Koordinatensystem den gleichen Punkt im Raum. Ausgehend davon kann eine Koordinatentransformationsregel zwischen dem ersten und zweiten Koordinatensystem ermittelt werden, welche eine Korrelation des ersten Koordinatensystem und zweiten Koordinatensystem repräsentiert.
Nach erfolgter Korrelation kann das medizinische Instrument, vorzugsweise ein Katheter, eine Nadel und dgl., in den Ab schnitt des Körpers 30 eingeführt werden. Mittels der Magnetfelderfassungseinrichtung und der Positionsermittlungseinrichtung können die Position des Magneten 4 fortlaufend ermittelt werden. Solange sich die Lage des Abschnitts relativ zu den Markierungen 29 nicht wesentlich verändert, kann für das Überlagerungsbild das gleiche erste Bild verwendet und darin die momentane Position des Magneten 4 angezeigt werden. Es ist keine kontinuierliche Aufnahme von Bilddaten erforderlich, so dass die applizierte Röntgendosis drastisch vermindert werden kann.
Eine fortlaufende Ermittlung der Position des Magneten 4 kann folgendermaßen durchgeführt werden:
Zur Bestimmung der Position des Magneten 4 können orts- und/oder zeitabhängige Gradienten des Wechselfelds mittels des ersten 31 und zweiten Sensors 32 und den nicht gezeigten weiteren Sensoren vermessen werden. Anhand der Sensorsignale kann die Position des Magneten 4 berechnet werden. Dazu können vorgegebene Algorithmen verwendet werden, mit welchen z. B. auch Störungen durch elektrische Leiter, ferromagnetische Objekte und dgl. berücksichtigt werden können.
Das Überlagerungsbild kann die Position des Magneten 4 in Form eines einfachen Zeichens, z. B. eines Kreuzes, eines Pfeiles und dgl. angeben. Es ist auch möglich, dass das Überlagerungsbild eine Darstellung des Verlaufs des medizinischen Instruments im Körper 30, mit dem die Position des Magneten 4 wiedergebenden Endabschnitt enthält. Bei der Darstellung kann es sich z. B. um eine Linie handeln, welche im Farbton vom ersten Bild deutlich unterscheidbar ist.
Der Computer 35 kann beim Ortungssystem für beliebige Steuerungs-, Berechnungsprozesse und dgl. verwendet werden. Beispielsweise kann der Computer 35 die Aktoren, die Aufnahmeeinrichtung und dgl. steuern und vom ersten 31 und zweiten Sensor 32 und den nicht gezeigten weiteren Sensoren ermittelte Daten, sowie die Bilddaten speichern, be- und verarbeiten.
Bei der Röntgeneinrichtung kann es sich um ein Röntgencomputertomographiegerät oder Röntgen-C-Bogen-Gerät handeln. Zur Aufnahme von Bilddaten kann auch ein Magnetresonanztomographiegerät, Ultraschalltomographiegerät, Positronen-Emissions-Tomographiegerät, Single-Photon-Emissionscomputertomographiegerät oder eine beliebige andere bildgebende Einrichtung verwendet werden, mit welcher Bilddaten zur dreidimensionalen Rekonstruktion eines Abschnitts eines Inneren des Körpers 30 aufgenommen werden können.
Bei dem medizinischen Instrument 25 kann es sich um einen Katheter, insbesondere IVUS- oder OCT-Katheter, eine Nadel, insbesondere Punktionsnadel oder Biopsienadel, eine Sonde, insbesondere Magen- oder Darmsonde, handeln.
Bei den Ausführungsbeispielen handelt es sich um beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung auch alternative, ähnliche Ausführungen denkbar. Beispielsweise können Bestandteile der Ausgestaltungen durch alternative, gleichwirkende Bestandteile ersetzt werden.
Das erfindungsgemäße Instrument, Ortungssystem und Ortungsverfahren ermöglichen eine genaue Ortung eines in einem Endabschnitt 3 vorgesehenen Magneten 4. Ferner kann der erfindungsgemäße an einem Rotationsantrieb angebrachte Magnet 4 in einfacher Weise in bekannte, insbesondere medizinische, Einrichtungen integriert werden. Das gilt insbesondere für Katheter mit einer ohnehin vorhandenen Welle 5. Damit kann eine besonders einfache Möglichkeit zur Ortung des Magneten 4 bzw. Endabschnitts 3 bereitgestellt werden. Abgesehen davon ist es bei Aufnahmesystemen, bei welchen der Körper bei der Aufnahme der Bilddaten einer schädigenden Strahlung ausgesetzt ist, möglich, die Strahlenbelastung deutlich zu verringern.

Claims

Instrument (1, 12, 19, 25) mit einem freien ersten Ende (2) zum Einführen in einen Körper (30), wobei zur Ermittlung einer Position des Instruments in einem das freie Ende (2) enthaltenden Endabschnitt (3) ein Magnet (4) vorgesehen ist, welcher mit einem Rotationsantrieb (5, 9, 10; 20, 21, 22) rotierbar verbunden ist.
Instrument (1, 12, 19, 25) nach Anspruch 1, wobei der Magnet (4) ein Permanentmagnet oder Elektromagnet ist.
Instrument (1, 12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Rotationsantrieb (5, 9, 10) eine an einem zweiten Ende (7) des Instruments (1, 12) herausgeführte, vorzugsweise flexible, Welle (5) zur Übertragung einer Rotationsbewegung von einer außerhalb des Instruments (1, 12) vorgesehenen Antriebseinheit (9, 10) auf den Magneten (4) umfasst.
Instrument (1, 12) nach Anspruch 3, wobei die Welle (5) in einem, vorzugsweise flexiblen, Rohr (6) geführt ist.
Instrument (1, 12) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Welle (5) und/oder das Rohr (6) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind/ist.
Instrument (1, 12) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Rotationsantrieb (5, 9, 10) die Antriebseinheit (10) umfasst.
Instrument (1, 12) nach Anspruch 6, wobei die Antriebseinheit (9, 10) eine Kupplung (9) zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung mit der Welle (5) umfasst.
Instrument (19) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Rotationsantrieb (5, 20, 21, 22) eine im Endabschnitt vorgesehene Antriebseinheit (20) umfasst.
Instrument (1, 12, 19) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Antriebseinheit (10, 20) einen Elektromotor, einen Schrittmotor, einen piezoelektrischen Motor, einen Turbinenmotor, einen Hydraulikmotor oder einen Pneumatikmotor umfasst.
Instrument (1, 12, 19) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Rotationsantrieb (5, 9, 10, 20, 21, 22) ein Getriebe (22) umfasst.
Instrument (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei im Bereich des Endabschnitts (3) ein mittels des Rotationsantriebs (5, 20, 21, 22) rotierbarer Ultraschallwandler (23) zur Durchführung intravaskulärer Ultraschalluntersuchungen vorgesehen ist.
Instrument (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei im Bereich des Endabschnitts (3) ein mittels des Rotationsantriebs (5, 9, 10) rotierbarer Spiegel (17) zur Durchführung von Untersuchungen der optischen Kohärenztomographie vorgesehen ist.
Instrument (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das medizinische Instrument ein aus folgender Gruppe ausgewähltes medizinisches Instrument ist: Katheter (1), insbesondere IVUS- (19) oder OCT-Katheter (12), Nadel, insbesondere Punktionsnadel oder Biopsienadel, Sonde, insbesondere Magen- oder Darmsonde.
Bildgebendes Ortungssystem zur Ermittlung der Position eines in einen Körper eingeführten Instruments (1, 12, 19) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend: – eine Aufnahmeeinrichtung (26, 27) zur Aufnahme von Bilddaten zur Erzeugung eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren, wobei die Bilddaten mit ersten Koordinaten eines durch die Aufnahmeeinrichtung (26, 27) festgelegten ersten Koordinatensystems korreliert sind, – eine außerhalb des Körpers (30) angeordnete Magnetfelderfassungseinrichtung (31, 32, 35) mit zumindest einem Sensor (31, 32) zum Erfassen einer Stärke eines durch eine Rotation des Magneten (4) im Körper (30) erzeugten magnetischen Wechselfelds, – eine Positionsermittlungseinrichtung (35) zur Ermittlung einer Position des Magneten (4) auf der Grundlage der Stärke des erfassten Wechselfelds, wobei die Position des Magneten (4) mit zweiten Koordinaten eines durch die Magnetfelderfassungseinrichtung (31, 32, 35) festgelegten zweiten Koordinatensystems korreliert ist, – eine Korrelationseinrichtung (35) zur Korrelation des ersten Koordinatensystems mit dem zweiten Koordinatensystem und – eine Bilderzeugungseinrichtung (35) zur Erzeugung des den Körperabschnitt wiedergebenden ersten Bilds und eines damit überlagerten, die Position des Magneten (4) wiedergebenden zweiten Bilds.
Bildgebendes Ortungssystem nach Anspruch 14, wobei die Aufnahmeeinrichtung (26, 27) aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Tomographiegerät, insbesondere Röntgencomputertomographiegerät, Röntgen-C-Bogen-Gerät, Magnetresonanztomographiegerät, Ultraschalltomographiegerät, Positronen-Emissions-Tomographiegerät, Single-Photon-Emissionscomputertomographiegerät.
Bildgebendes Ortungssystem nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei der Sensor (31, 32) eine Spule, einen Hallsensor, einen magnetorestriktiven Sensor, einen Förster-Sensor und/oder ein Saturationskern-Magnetometer umfasst.
Bildgebendes Ortungssystem nach einem der Ansprüche 14, bis 16, wobei die Korrelationseinrichtung (35) zumindest eine, vorzugsweise drei, Markierung/en (29) umfasst, welche im ersten Koordinatensystem einen vorgegebenen Bezugspunkt definiert/en.
Bildgebendes Ortungssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17, des Weiteren umfassend einen Computer (35) oder eine Steuereinheit zur Aufnahme der Bilddaten, zur Steuerung der Aufnahmeeinrichtung (26, 27), zur Steuerung der Rotation des Magneten (4), zur Ermittlung der Position des Magneten (4), zur Korrelation des ersten und zweiten Koordinatensystems, zur Erzeugung des ersten und/oder zweiten Bilds, zum Betreiben des Sensors (31, 32) und/oder zum Positionieren des Sensors (31, 32).
Bildgebendes Ortungsverfahren zur Ermittlung der Position eines in einen Körper eingeführten Instruments (1, 12, 19) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit folgenden Schritten: a) Aufnahme von Bilddaten zur Erzeugung eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren mittels einer Aufnahmeeinrichtung (26, 27), wobei die Bilddaten mit ersten Koordinaten eines durch die Aufnahmeeinrichtung (26, 27) festgelegten ersten Koordinatensystems korreliert sind, b) Rotieren des Magneten (4), c) Erfassen einer Stärke eines infolge der Rotation außerhalb des Körpers (30) erzeugten magnetischen Wechselfelds mittels einer zumindest einen Sensor (31, 32) aufweisenden Magnetfelderfassungseinrichtung (35, 31, 32), d) Ermittlung einer Position des Magneten (4) auf der Grundlage der Stärke des erfassten Wechselfelds mittels einer Positionsermittlungseinrichtung (35), wobei die Position des Magneten (4) mit zweiten Koordinaten eines durch die Magnetfelderfassungseinrichtung (35, 31, 32) festgelegten zweiten Koordinatensystem korreliert ist, e) Korrelation des ersten und zweiten Koordinatensystems mittels einer Korrelationseinrichtung (35), und f) Erzeugen des den Körperabschnitt wiedergebenden ersten Bilds und eines damit überlagerten, die Position des Magneten (4) wiedergebenden zweiten Bilds.
Bildgebendes Ortungsverfahren nach Anspruch 19, wobei zur Aufnahme ein Tomographiegerät, insbesondere ein Röntgencomputertomographiegerät, Röntgen-C-Bogen-Gerät, Magnetresonanzto mographiegerät, Ultraschalltomographiegerät, Positronen-Emissions-Tomographiegerät oder ein Single-Photon-Emissionscomputertomographiegerät verwendet wird.
Bildgebendes Ortungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei als Sensor (31, 32) eine Spule, ein Hallsensor, ein magnetorestriktiver Sensor, ein Förster-Sensor und/oder ein Saturationskern-Magnetometer verwendet wird.
Bildgebendes Ortungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei zur Korrelation zumindest eine, vorzugsweise drei, im ersten oder zweiten Koordinatensystem einen vorgegebenen Bezugspunkt definierende Markierung/en (29) verwendet wird/werden.
Bildgebendes Ortungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei zur Aufnahme der Bilddaten, zur Steuerung der Aufnahmeeinrichtung (26, 27), zur Steuerung der Rotation des Magneten (4), zur Ermittlung der Position des Magneten (4), zur Korrelation des ersten und zweiten Koordinatensystems, zur Erzeugung des ersten und/oder zweiten Bilds, zum Betreiben des Sensors (31, 32) und/oder zum Positionieren des Sensors (31, 32) ein Computer (35) oder eine Steuereinheit verwendet wird.