DE10142394A1

DE10142394A1 - Katheter für NMR-Untersuchungen

Info

Publication number: DE10142394A1
Application number: DE10142394A
Authority: DE
Inventors: Martin Benecke; Bertram Manz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2002-11-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katheter aus einem Katheterkörper aus flexiblem Material mit einer Messspitze, an der eine entfaltbare NMR-Sonde ausgebildet ist, und einem Führungskanal zum Einschieben eines Führungselementes für eine mechanische Stabilisierung des Katheters. Der Führungskanal kann nach Herausziehen des Führungselementes auch als Spül- oder Absaugkanal verwendet werden. Der vorliegende Katheter zeichnet sich dadurch aus, dass im Katheterkörper zumindest ein Steuerkanal mit zumindest einem Steuerelement ausgebildet ist, das an der Messspitze des Katheters fixiert ist, um eine Positionssteuerung der Messspitze von einem der Messspitze gegenüberliegenden Ende des Katheterkörpers zu ermöglichen. DOLLAR A Der vorliegende Katheter ermöglicht bei geringen Abmessungen das Einführen einer NMR-Sonde durch Körperkanäle und eine exakte Positionierung der Sonde am Messort, ohne die beim Einsatz von Endoskopen auftretenden Probleme zu verursachen.

Description

Technisches knwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katheter für NMR-Untersuchungen aus einem Katheterkörper aus flexiblem Material mit einer Messspitze, an der eine entfaltbare NMR-Sonde ausgebildet ist, und einem an der Messspitze geschlossen ausgeführten Führungskanal zum Einbringen eines Führungselementes für eine mechanische Stabilisierung des Katheters.

Auf dem Gebiet der NMR- oder MR-Spektroskopie und -bildgebung werden Atomkerne eines zu untersuchenden Objektes in einem statischen Magnetfeld mit Hoch frequenzimpulsen geeigneter Frequenz angeregt und die dadurch hervorgerufen Magnetresonanzimpulse mit geeigneten Messsonden erfasst. Seit einiger Zeit werden insbesondere bei Untersuchungen im menschlichen Körper derartige Messsonden direkt durch Körperkanäle an einen geeigneten Messort geführt. Die Messsonden bestehen hierbei in der Regel aus einer Spule zum Empfang des Magnetresonanzsignals.

Stand der Technik

Zur Durchführung der Messung werden die Messsonden in vielen Anwendungsfällen mit Hilfe von Endoskopen, die einen gesonderten Arbeitskanal zum Einbringen von Instrumenten aufweisen, an den Messort gebracht. Derartige magnetfeldkompatible Endoskope werden bisher insbesondere im Zusammenhang mit offenen Magnet resonanztomographen eingesetzt. Die als Messsonden verwendeten NMR-Spulen liefern ein Radiofrequenzsignal, das über ein entsprechendes Kabel durch das Endoskop nach außen geführt, verstärkt, digital prozessiert und als Bild und/oder Spektrum für die Diagnose sichtbar gemacht wird.

Endoskope sind jedoch relativ dick und lassen sich somit nur schlecht bzw. unter großen Unannehmlichkeiten für den Patienten in den Körper einführen. Beim Einführen der NMR-Sonde kann sich diese zudem in dem offenen Arbeitskanal verhaken oder verklemmen, so dass die Anwendung eines derartigen Systems zusätzlich erschwert wird.

Eine weitere Technik zur Aufnahme von Magnet resonanzsignalen mit einer NMR-Sonde innerhalb des Körpers ist aus der Veröffentlichung von H. H. Quick et al., Autoperfused Balloon Catheter for Intravascular MR Imaging, Journal of Magnetic Resonance Imaging 9: 428- 434 (1999), bekannt. Die Autoren dieser Veröffent lichung verwenden anstelle eines Endoskops einen wesentlich dünneren Katheter aus einem Katheterkörper aus flexiblem Material mit einer Messspitze, an der eine entfaltbare MR-Spule ausgebildet ist. Der Katheterkörper weist einen an der Messspitze geschlos senen Führungskanal zum Einbringen eines Führungs eletnentes für eine mechanische Stabilisierung des Katheters auf. Die als einzelne Leiterschleife ausgebildete NMR-Spule ist auf einem Ballon aufgebracht, der an der Messspitze des Katheterkörpers befestigt ist. Über einen im Katheterkörper vorgesehenen Zufuhrkanal kann der Ballon mit einem flüssigen Medium gefüllt werden, so dass er sich aufbläht und an die Wand der Blutbahn anschmiegt, in die der Katheter eingeführt wird. Durch die Expansion des Ballons entfaltet sich die darauf aufgebrachte Spule.

Ein derartiger Katheter mit einer NMR-Spule an der Spitze eignet sich zwar für Messungen in dünnen Blutgefäßen, lässt sich jedoch in größeren Körperhöhlen nicht einsetzen, da sich die NMR-Sonde aufgrund der fehlenden Führung durch den Körperkanal dort nicht ausreichend exakt positionieren lässt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für die Aufnahme von Magnet resonanz-Signalen innerhalb eines Körpers anzugeben, die sich über Körperkanäle einführen lässt und eine ausreichende Positionierbarkeit auch in größeren Körperhöhlen ermöglicht.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Katheter gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Katheters sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Lösung der obigen Aufgabe wurde entgegen den bisherigen Entwicklungen bei der Untersuchung von größeren Körperhöhlen kein Endoskop in einer geeigneten Form weiterentwickelt, sondern trotz der obigen Nachteile ein Katheter für den Transport der NMR-Sonde an den Messort gewählt. Der Katheter besteht aus einem Katheterkörper aus flexiblem Material mit einer Messspitze, an der eine entfaltbare NMR-Sonde ausgebildet ist. Der Katheterkörper weist weiterhin einen Führungskanal zum Einbringen eines Führungs elementes, z. B. eines flexiblen Führungsstabes, für eine mechanische Stabilisierung des Katheters auf. Der Führungskanal kann an der Messspitze geschlossen sein, so dass keinerlei Öffnungen zum Körperinneren des Patienten an der Messspitze vorhanden sind. Bei der Ausführung mit offenem Kanal kann dieser, insbesondere nach Herausziehen des Führungselementes, auch als Spül- oder Absaugkanal verwendet werden.

Erfindungsgemäß ist im Katheterkörper zumindest ein Steuerkanal mit einem oder mehreren Steuer elementen, insbesondere einem Steuerstab oder Steuer draht, ausgebildet. Dieses Steuerelement ist an der Messspitze des Katheters fixiert, um eine Positions steuerung der Messspitze vom anderen - der Messspitze gegenüber liegenden - Ende des Katheterkörpers zu ermöglichen. Die Fixierung des Steuerelements an der Messspitze muss dabei selbstverständlich so erfolgen, dass die Messspitze durch Zug oder Druck auf das Steuerelement in eine Richtung bewegt werden kann. Durch Drehen des gesamten Katheders können dabei alle Postitionen eingenommen werden. Alternativ können auch mehrere Steuerstäbe eingebaut werden, mit denen die Messspitze in beliebige Richtungen bewegt werden kann. Bei drei Steuerelementen sind die Fixierpunkte in gleichem gegenseitigem Abstand um die Messspitze herum angeordnet.

Vorzugsweise sind vier Steuerkanäle mit entsprechenden Steuerelementen vorgesehen, deren Fixierpunkte um das Zentrum der Messspitze herum angeordnet sind. Mit einer derartigen Anordnung lässt sich eine jede gewünschte Positionierung bzw. Orientierung der Messspitze über die Steuerelemente realisieren.

Das andere Ende der Steuerelemente wird über die Steuerkanäle zum anderen Ende des Katheters geführt, an der eine geeignete Vorrichtung, bspw. ein Stellrad, zur Beaufschlagung der Steuerelemente mit Zug oder Druck angeordnet ist.

Das vorliegende Messsystem hat den Vorteil, dass es als Katheter sehr flexibel einsetzbar und auch durch kleinste Körperkanäle in den Körper eingeführt werden kann. Durch die in dem Katheter vorgesehenen ein oder mehreren Steuerelemente lässt sich dieser sehr vorteil haft auch für die Messung in größeren Körperhöhlen einsetzen, da die Katheterspitze über die Steuer elemente exakt positionierbar und in dieser Position haltbar ist. Der zusätzliche Raumbedarf dieser Steuer elemente ist gering, so dass der Katheterquerschnitt dadurch nur minimal erhöht wird. Die Dicke eines derartigen Katheters liegt noch deutlich unterhalb der Dicke eines Endoskops.

Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung ist es auf direktem Wege und nicht-invasiv oder minimal-invasiv möglich, NMR-Bilder und NMR-Spektren aus dem Körper inneren zu erhalten. Selbstverständlich muss das Material des vorliegenden Katheters dazu magnet kompatibel, d. h. nicht magnetisch oder magnetisierbar, sein. Ein derartiger Katheter lässt sich in jedem Falle leichter in Körperkanäle einführen, bspw. schlucken, als ein Endoskop. Ein Endoskop hat üblicherweise Querschnittsdurchmesser von zumindest 12-16 mm, der vorliegende Katheter weist demgegenüber auch in den weitergebildeten Ausführungsformen einen Querschnitts durchmesser von 10 mm auf. Je nach Ausgestaltung kann die HF-Zuleitung zur NMR-Sonde, die innerhalb des Katheterkörpers verläuft, einen größeren Querschnitt erhalten als bei bekannten NMR-Sonden, die durch Arbeitskanäle eines Endoskops eingeführt werden. Durch den größeren Querschnitt wird einer kleinerer ohmscher Widerstand der Zuleitung und somit eine höhere Güte und dadurch höhere Empfindlichkeit der NMR-Sonde erreicht.

Die NMR-Sonde ist vorzugsweise als Spule oder einzelne Leiterschleife ausgebildet. Zur Entfaltung können die gleichen Entfaltungstechniken eingesetzt werden, wie dies aus der in der Einleitung genannten Veröffentlichung von H. H. Quick et al. ausgeführt ist. In einer Ausführungsform ist die NMR-Spule aus einem biokompatiblen Memory-Metall gebildet, so dass sie bei Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung die am Messort gewünschte Form einnimmt. Bei dem Einführen des Katheters wird sie zusammengedrückt, so dass sie Abmessungen innerhalb des Querschnitts des Katheters aufweist. Nach dem Einführen des Katheters wird die Spule über eine im Katheter verlaufende Zuleitung mit der entsprechenden Spannung beaufschlagt, so dass es sich am Messort entfaltet. Es kann auch die natürliche Federspannung des Spulendrahtes zur Entfaltung verwendet werden.

Zum Herausnehmen des Katheters kann die Spule vorab mit dem flexiblen Führungsstab wieder in eine entsprechend schmale Form gedrückt werden. In diesem Fall muss an der Messspitze gewährleistet sein, dass der Führungsstab nicht austritt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist an der Messspitze ein Ballon vorgesehen, auf dem die NMR-Spule, bspw. als Cu-Leiter, aufgebracht ist. Der Ballon ist über einen im Katheterkörper vorgesehenen Zufuhrkanal mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium beaufschlagbar, so dass er durch Einbringen dieses Mediums unter Druck in seine endgültige Form gebracht werden kann. Durch dieses Expandieren bzw. Aufblasen des Ballons wird die Spule in geeigneter Weise entfaltet. Durch Ausbildung des Ballons aus einem nicht dehnbaren Material kann eine entsprechende Stabilisierung der Spule durch das Aufblasen erreicht werden. Zusätzlich kann der Führungsstab bis an die vorderste Stelle des Ballons in diesen nachgeschoben werden und so zu einer weiteren Stabilisierung beitragen. Beim Herausziehen des Katheters wird zunächst das Medium über den Zufuhrkanal abgelassen und die Spule anschließend durch weiteres Einschieben des Führungsstabes in eine entsprechend schmale Form gedrückt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist im Katheterkörper ein zusätzlicher kombinierter Licht- und Sichtkanal oder jeweils ein getrennter Licht- und Sichtkanal vorgesehen. Über den Lichtkanal wird Licht an die Messspitze des Katheters gelenkt, über den Sichtkanal kann damit die Position der Messspitze und somit der NMR-Sonde kontrolliert werden. Beide Kanäle können hierbei durch Lichtleiter realisiert werden.

Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es nicht mehr erforderlich, die Position der Messspitze über externe Systeme, bspw. eine MR-Aufnahme oder eine Ultraschallaufnahme von außerhalb des Körpers, festzustellen.

Es versteht sich von selbst, dass die NMR-Spule über eine entsprechende HF-Verbindungsleitung durch den Katheterkörper eine elektrische Verbindung nach außen erhalten muss, um die empfangenen Signale übermitteln zu können. Hierbei ist in bekannter Weise außerhalb des Katheterkörpers eine Anpassungsschaltung sowie eine Abstimmschaltung zur Abstimmung auf die zu empfangenden Frequenzen vorgesehen. Selbstverständlich kann auch ein entsprechender Verstimmkreis mit der Sonde verbunden sein, durch den diese bei Einstrahlung der Anregungs- HF-Frequenz aus der Resonanz gebracht wird, um Störungen zu vermeiden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Schnittansicht eines Ausführungs beispiels des Katheters der vorliegenden Erfindung vor dem Entfalten der NMR- Spule;

Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Katheter nach dem Entfalten der NMR-Spule;

Fig. 3 ein weiteres Beispiel für den Aufbau des Katheters der vorliegenden Erfindung im Querschnitt; und

Fig. 4 ein weiteres Beispiel für den Aufbau des vorliegenden Katheters in Schnitt ansicht.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des vorliegenden Katheters. In dieser Schnittansicht ist der Katheterkörper bzw. die Katheterhülle 1 im vorderen Bereich des Katheters zu erkennen. An der Messspitze ist eine elektrische Spule 2 als Kupfer-Leiter ausgeführt und auf einem Ballon 3 aufgebracht. Innerhalb des Katheterkörpers 1 verläuft ein Führungskanal 4 mit einem flexiblen Führungsstab 5. Weitere Einzelheiten, wie beispielsweise die erfindungsgemäß vorgesehenen Steuerkanäle 7 sind in dieser Darstellung nur gestrichelt angedeutet.

Die Figur zeigt den Katheter im Ruhezustand, bei dem der Führungsstab 5 bis ganz nach vorne geschoben ist, um die Spule 2 in einen gestreckten Zustand zu versetzen. In diesem Ruhezustand kann der Katheter problemlos in einem Körperkanal eingeführt oder aus diesem herausgezogen werden, da die Spule 2 nicht über den Querschnitt des Katheterkörpers 1 hinausragt.

Das andere Ende des Katheters ist in den vorliegenden Darstellungen nicht zu erkennen.

Der dargestellte Katheter wird im Ruhezustand in das zu messende Hohlorgan des Körpers eines Patienten eingeführt. Nach dem Einführen wird die Spule 2 entfaltet und stabilisiert. Dies erfolgt durch Zuführen eines Mediums, bspw. Luft, über einen Zufuhrkanal im Katheterkörper 1. Durch das Zuführen dieses Mediums wird der Ballon 3 an der Messspitze aufgeblasen, so dass sich dadurch die Spule 2 entfaltet, wie dies ist in der Fig. 2 zu erkennen ist. Durch dieses Aufblasen des Ballons, der aus einem Material besteht, das nach dem Aufblasen auf eine vorgegebene Größe keine weitere Expansion mehr erlaubt, wird eine gute Stabilisierung der Spule 2 an der Messspitze des Katheters erreicht. In der Figur ist weiterhin zu erkennen, dass sich der Führungskanal 4 bis an den vorderen Bereich des Ballons 3 als Steg erstreckt. Durch Vorschieben des Führungs stabes 5 kann eine weitere Stabilisierung der Spule mit dem Ballon 3 erreicht werden.

Nach der Entfaltung und Stabilisierung der Spule kann diese durch Ansteuerung über die Steuerelemente in der gewünschten Orientierung positioniert und ein lokales NMR-Bild mit der Spule aufgenommen werden.

Durch eine derartige Ausgestaltung, wie sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel realisiert ist, wird eine hohe Flexibilität bei der Anwendung erreicht, wobei die Spule trotz kleiner Bauweise des Katheters auch in größeren Hohlräumen hervorragend positioniert und stabilisiert werden kann.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Katheterkörper 1 in einem Ausführungsbeispiel, bei dem verschiedene optionale Kanäle innerhalb des Katheterkörpers 1 realisiert sind. Aus der Figur sind zunächst die vier Kanäle 7 für die Steuerstangen zur Bewegung der Katheterspitze zu erkennen, die in gleichem Abstand zueinander und zum Zentrum des Katheterkörpers um dieses Zentrum herum positioniert sind. Die Verbindungslinien jeweils zweier gegenüber liegender Kanäle 7 bilden hierbei einen rechten Winkel. Durch diese Anordnung, die in gleicher Weise an den Fixierpunkten der Steuerstangen an der Messspitze vorliegt, lässt sich eine gute Positionierbarkeit der Katheterspitze erreichen.

In der Figur sind weiterhin der Kanal 4 für den Führungsstab 5, der Kanal 10 für die Anschlussleitungen der HF-Spule 10 sowie der Zufuhrkanal 12 für die Zufuhr eines Mediums zu einem an der Messspitze angeordneten expandierbaren Ballon zu erkennen. Als Medium können sowohl Gase wie auch Flüssigkeiten, wie bspw. Luft oder Wasser, zugeführt werden.

Als weitere Optionen sind in der Figur ein Licht kanal 8 sowie ein Sichtkanal 9 dargestellt, über die die Bewegung bzw. Orientierung der Katheterspitze, insbesondere der Spule an der Messspitze, beobachtet werden kann. Selbstverständlich können die Verteilung wie auch der Querschnitt der einzelnen dargestellten Kanäle, je nach Anforderung, beliebig variieren.

Fig. 4 zeigt schließlich ein weiteres Beispiel für eine Ausführungsform eines Katheters in Schnitt ansicht, bei der eine Anschlussleitung 11 für die HF- Spule 2 seitlich aus dem Katheterkörper 1 herausgeführt ist. Die weiteren Anschlüsse werden im Katheterkörper 1 bis an dessen bedienerseitiges Ende geführt. Der sonstige Aufbau dieses Katheters entspricht dem der vorangehenden Ausführungsbeispiele.

Auch wenn in der vorliegenden Anmeldung insbesondere auf den Einsatz des vorliegenden Katheters zur Untersuchung im menschlichen Körper dargelegt ist, lässt sich das vorliegende Instrument selbstverständlich auch an leblosen Gegenständen, bspw. zur Maschineninspektion oder Materialprüfung, einsetzen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Katheterkörper, -hülle

2

NMR-Spule, NMR-Sonde

3

Ballon

4

Führungskanal

5

Führungsstab bzw. Führungsstange

6

Füllmedium

7

Kanäle für Steuerstangen

8

Lichtkanal

9

Sichtkanal

10

Kanal für HF-Anschlussleitungen

11

Anschluss für HF-Spule

12

Zufuhrkanal

Claims

1. Katheter aus einem Katheterkörper (1) aus flexiblem Material mit einer Messspitze, an der eine entfaltbare NMR-Sonde (2) ausgebildet ist, und einem Führungskanal (4) zum Einschieben eines Führungselementes (5) für eine mechanische Stabilisierung des Katheters und/oder als Spül- oder Absaugkanal, dadurch gekennzeichnet, dass im Katheterkörper (1) zumindest ein Steuer kanal (7) mit zumindest einem Steuerelement ausgebildet ist, das an der Messspitze des Katheters fixiert ist, um eine Positionssteuerung der Messspitze von einem der Messspitze gegenüber liegenden Ende des Katheterkörpers (1) zu ermöglichen.

2. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Katheterkörper (1) zumindest ein Licht- (8) und ein Sichtkanal (9) verlaufen, die eine optische Kontrolle der Position und Orientierung der Messspitze vom gegenüberliegenden Ende des Katheterkörpers (1) ermöglichen.

3. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Katheterkörper (1) ein gemeinsamer Licht- und Sichtkanal verläuft, der eine optische Kontrolle der Position und Orientierung der Messspitze vom gegenüberliegenden Ende des Katheterkörpers (1) ermöglicht.

4. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (2) auf einem an der Messspitze ausgebildeten Ballon (3) angeordnet ist, der durch Zuführung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums über einen Zufuhrkanal (12) im Katheterkörper (1) in Form gebracht werden kann.

5. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (2) aus einem Memory-Metall gebildet ist, so dass sie sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung auf eine vorgebbare Form entfaltet.

6. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (2) derart aus einem Spulendraht gebildet ist, dass sie durch die natürliche Federspannung des Spulendrahtes zur Entfaltung gebracht werden kann.

7. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheterkörper (1) einen Durchmesser von ≦ 10 mm aufweist.