DE102005022120A1

DE102005022120A1 - Katheter, Kathetereinrichtung und bildgebende Diagnosevorrichtung

Info

Publication number: DE102005022120A1
Application number: DE102005022120A
Authority: DE
Inventors: Michael Maschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: DE102005022120B4; US20060258895A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Katheter für die Brachytherapie mit einer Strahlenquelle (1) zur Erzeugung von beta- oder gamma-Strahlen. Um den Katheter möglichst exakt positionieren zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass im Bereich eines freien Endes (E1) des Katheters ein Positionsanzeigemittel (2) vorgesehen ist, mit dem durch bei Anlegen eines äußeren Magnetfelds hervorgerufenen Wechselwirkungen eine Position in einem dreidimensionalen Koordinatensystem ermittelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Katheter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner eine Kathetereinrichtung sowie eine den Katheter oder die Kathetereinrichtung umfassende bildgebende Diagnosevorrichtung.

Ein solcher Katheter ist aus der WO 97/25102 A1 bekannt. In der Praxis tritt bei einer Verwendung des bekannten Katheters das Problem auf, dass damit die Strahlenquelle häufig nicht mit der erforderlichen Präzision im zu behandelnden Gefäß positionierbar ist.

Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, hat man den bekannten Katheter mit bildgebenden Vorrichtungen kombiniert. Es kann sich dabei beispielsweise um Vorrichtungen handeln, bei denen das Bild auf der Grundlage von Ultraschallsignalen erzeugt wird. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 198 27 460 A1 bekannt.

Die WO 01/11409 A2 beschreibt einen Katheter für die optische Kohärenztomografie (OCT). Bei dieser Vorrichtung werden mittels Infrarotlicht Schnittbilder des den Katheter umgebenden Gefäßes erzeugt. Damit ist es insbesondere auch möglich, mittels geeigneter Rechenverfahren eine dreidimensionale Darstellung eines untersuchten Gefäßes herzustellen. Allerdings hat es sich in der Praxis wiederum als schwierig erwiesen, nach der Herstellung einer solchen dreidimensionalen Darstellung des Gefäßes eine Strahlenquelle exakt an einer auf der dreidimensionalen Darstellung erkennbaren Therapieposition anzuordnen.

Des Weiteren sind nach dem Stand der Technik beispielsweise aus der EP 0 776 176 B1 , der EP 1 034 738 B1 oder der EP 0 993 804 A1 Vorrichtungen bekannt, mit denen die Position eines Katheters im Körper bestimmt werden kann. Dabei sind an einem Katheter mehrere Positionsanzeigemittel, z. B. magnetische oder elektromagnetische Sender oder Empfänger, vorgesehen, welche mit einem äußeren Magnetfeld in Wechselwirkung treten. Infolge der Wechselwirkungen kann auf eine Position der am Katheter vorgesehenen Positionsanzeigemittel in einem dreidimensionalen Koordinatensystem geschlossen werden. Ferner ist es aus den vorgenannten Dokumenten bekannt, dass die mit der Vorrichtung gewonnenen Positionsdaten mit von einer weiteren Vorrichtung gewonnenen Bilddaten überlagert werden können. Es kann damit also die Position des Katheters in einem auf der Grundlage der Bilddaten erzeugten Bild exakt wiedergegeben werden. Die bekannten Vorrichtungen erlauben allerdings keine Therapie, insbesondere von Restenosen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Katheter, eine Kathetereinrichtung und ein bildgebendes Diagnosesystem angegeben werden, mit denen insbesondere Restenosen sicher und zuverlässig therapierbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 17 und 26 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 16, 18 bis 25 und 27 bis 38.

Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich des freien Endes ein Positionsanzeigemittel vorgesehen ist, mit dem durch bei Anlegen eines äußeren Felds hervorgerufenen Wechselwirkungen eine Position in einem dreidimensionalen Koordinatensystem ermittelbar ist. – Mit dem vorgeschlagenen Katheter ist es möglich, eine Strahlenquelle zur Therapie, insbesondere von Restenosen, exakt an einer vorgegebenen Position im Gefäßsystem anzuordnen. Das ermöglicht eine verbesserte Therapie. Der Zeitaufwand für die Behandlung einer Restenose kann vermindert werden.

Bei dem äußeren Feld kann es sich insbesondere um ein Magnetfeld handeln. Das Magnetfeld kann ein magnetisches oder elektrisches Wechselfeld sein. Es ist aber auch denkbar, das Positionsanzeigemittel mittels eines Ultraschallfeldes zu erfassen. Das Positionsanzeigemittel kann zumindest eine, vorzugsweise drei, Spulen umfassen. Die Spulen können mit Eisenkernen versehen sein. Damit ist es möglich, elektromagnetische Signale zu erzeugen und/oder zu empfangen. Die Positionsanzeigemittel können also Sender und/oder Empfänger elektromagnetischer Signale sein.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein von zumindest zwei Permanentmagneten oder Spulen erzeugtes Magnetfeld eine unterschiedliche Richtung aufweist. Zweckmäßigerweise sind die von den Permanentmagneten oder Spulen erzeugten Magnetfelder um zumindest 30°, vorzugsweise 60° bis 90°, voneinander verschieden. Insbesondere eine bezüglich der Richtung der Magnetfelder versetzte Anordnung der Permanentmagneten oder Spulen von 60° ermöglicht einerseits eine Miniaturisierung der Vorrichtung und andererseits – unter Verwendung geeigneter Rechenalgorithmen – eine exakte Bestimmung der Position der Positionsanzeigemittel. Ergänzend wird auf den Offenbarungsgehalt oben genannter EP 0 776 176 B1 , EP 1 034 738 B1 oder EP 0 993 804 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit einbezogen wird.

Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist im Bereich eines freien Endes eine OCT-Einrichtung zur Erzeugung und zur Erfassung optischer Signale zur Herstellung optischer kohärenztomografischer erster Bilddaten vorgesehen. Eine solche OCT-Einrichtung ist nach dem Stand der Technik allgemein bekannt. Es wird dazu auf oben genannte WO 01/11409 A2 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit einbezogen wird.

Die vorgeschlagene Kombination eines mit einer Strahlenquelle versehenen Katheters mit einem Positionsanzeigemittel sowie einer OCT-Einrichtung ermöglicht eine exakte visuelle Anzeige der Position des Katheters, beispielsweise in einem dreidimensionalen Bild.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Bereich des freien Endes eine Ultraschalleinrichtung zur Erzeugung und Erfassung von Ultraschallsignalen zur Herstellung von zweiten Bilddaten vorgesehen ist. Eine solche Ultraschalleinrichtung ist nach dem Stand der Technik allgemein bekannt. Es wird dazu beispielsweise auf oben genannte DE 198 27 460 A1 und auf R.J. Dickinson, "Miniature ultrasonic probe construction for minimal access surgery", Phys. Med. Biol. 49 (2004), Seiten 3527 bis 3538, verwiesen. Der Offenbarungsgehalt dieser Dokumente wird hiermit einbezogen.

Gerade die Kombination des erfindungsgemäßen Katheters mit der Ultraschalleinrichtung ist besonders vorteilhaft, da Ultraschallsignale eine höhere Eindringtiefe in das Gewebe haben als optische Signale und außerdem eine Untersuchung auch dann möglich ist, wenn das Gefäßsystem von einem Röntgenkontrastmittel durchströmt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Bereich eines freien Endes ein aufblasbarer Ballon vorgesehen ist. Mit dem Ballon kann ein den Katheter umgebendes Gefäß verschlossen werden. Es kann damit auch der Katheter an einer bestimmten Position im Gefäßsystem gehalten werden. Damit ist es möglich, durch den Katheter eine Spülflüssigkeit in das Gefäß einzuspritzen, um anschließend mittels der OCT-Einrichtung erste Bilddaten aufnehmen und daraus erste Bilder rekonstruieren zu können.

Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, im Bereich des freien Endes Ablenkmittel anzubringen. Die Ablenkmittel können zumindest einen, vorzugsweise mehrere, weitere Permanentmagneten und/oder Elektromagneten umfassen. Dabei kann ein von zumindest zwei weiteren Permanentmagneten und/oder Elektromagneten erzeugtes Magnetfeld eine unterschiedliche Richtung aufweisen. Mit den vorgeschlagenen Ablenkmitteln ist es möglich, bei Anlegen geeigneter äußerer Magnetfelder das freie Ende des Katheters in eine gewünschte Richtung abzulenken. Das erleichtert das Führen des freien Endes des Katheters auf einem vorgegebenen Weg bis in das zu therapierende Gefäß.

Die Positionsanzeigemittel sowie ggf. die Strahlenquelle, die OCT-Einrichtung und/oder die Ultraschalleinrichtung und/oder die Ablenkmittel können an einer den Bereich des freien Endes bildenden, lang gestreckten Trägerstruktur angebracht sein, welche mit einem flexiblen Rohr verbunden ist. Eine Steifigkeit der Trägerstruktur ist zweckmäßigerweise größer als eine Steifigkeit des Rohrs. Damit wird erreicht, dass das freie Ende des Katheters möglichst oft an eine Wand eines den Katheter umgebenden Gefäßes anstößt. Es kann infolgedessen aus den mit dem Positionsanzeigemittel gewonnenen Daten eine besonders exakte Berechnung der Position und/oder eines Wegs des Positionsanzeigemittels durchgeführt werden.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem "freien Ende des Katheters" ein Ende verstanden, welches in das Gefäßsystem bis zum therapierenden Gefäß vorgeschoben wird. Das freie Ende ist zweckmäßigerweise abgerundet, um eine Verletzung des Gefäßsystems zu vermeiden. Ein "Bereich des freien Endes" beschreibt einen das freie Ende des Katheters umfassenden Abschnitt, welcher zur Aufnahme, insbesondere der Positionsanzeigemittel, ggf. der OCT-Einrichtung, der Ultraschalleinrichtung, der Ablenkeinrichtung und dgl. erforderlich ist. Der Bereich des freien Endes umfasst insbesondere die Trägerstruktur. Er ist in der Regel 1 cm bis 5 cm lang.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine die Trägerstruktur und/oder das Rohr umgebende Schicht zur Abschirmung von Magnetfeldern vorgesehen ist. Die Schicht kann aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellte Hohlfasern oder nanomagnetische Partikel enthalten. Damit können insbesondere Signalleitungen gegen Magnetfelder, wel che insbesondere von außen oder von den Spulen erzeugt werden, abgeschirmt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Trägerstruktur und/oder das Rohr mit einer bei der Herstellung des Röntgenbilds erkennbaren Markierung versehen ist/sind. Das ermöglicht eine Korrelation der mit den Positionsanzeigemitteln ermittelten Position mit einem weiteren Koordinatensystem zugeordneten Bilddaten für ein Röntgenbild.

Ferner kann ein die Eigenschaft des Katheters anzeigender Transponder vorgesehen sein. Das ermöglicht die Fernabfrage bestimmter Eigenschaften des Katheters. Ferner können drahtlos Parameter zu einer geeigneten Ansteuerung des Katheters an ein externes System übermittelt werden. Schließlich können Informationen im Transponder gespeichert sein, welche eine Verfolgung des Katheters in einer Logistikkette einer Klinik ermöglichen.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist eine Kathetereinrichtung mit einem inneren Katheter und einem im inneren Katheter geführten äußeren Katheter vorgesehen, an dessen Ende eine Strahlenquelle angebracht ist, und wobei am freien Ende des inneren Katheters und/oder am Ende des äußeren Katheters ein Positionsanzeigemittel vorgesehen ist. Bei der vorgeschlagenen alternativen Lösung kann es insbesondere sein, dass am inneren Katheter keine Strahlenquelle vorgesehen ist. Die alternative Lösung ermöglicht zunächst das Einführen des inneren Katheters bis in das zu therapierende Gefäß. Anschließend kann der innere Katheter gewissermaßen als Führungsmittel verwendet und der äußerer Katheter bis zum therapierenden Gefäß geschoben werden. Der äußere Katheter weist an seinem Ende die Strahlenquelle auf. Bis zum Erreichen des zu therapierenden Gefäßes mit dem inneren Katheter ist ein gewisser Zeitaufwand erforderlich. Eine während dieser Zeit erfolgende Strahlenbelastung kann durch das Vorsehen eines äußeren Katheters mit einer an dessen Ende angebrachten Strahlenquelle vermindert werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Strahlenquelle als Ring- oder Hohlzylinder ausgebildet ist, so dass der innere Katheter durch die Strahlenquelle hindurch hin- und herschiebbar ist. Das ermöglicht ein nachträgliches Einführen des äußeren Katheters in das Gefäß. Es können damit die bereits vorerwähnten Vorteile erzielt werden.

Der äußere Katheter kann ebenso wie der innere Katheter mit einer bei der Herstellung eines Röntgenbilds erkennbaren Markierung versehen sein. Des Weiteren kann eine den äußeren Katheter umgebende Schicht zur Abschirmung von Magnetfeldern vorgesehen sein. Die Schicht kann wiederum aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellte Hohlfasern und/oder nanomagnetische Partikel enthalten. Es wird insoweit auf die vorgenannten Vorteile verwiesen.

Der innere Katheter kann im Übrigen dieselben Ausgestaltungsmerkmale aufweisen, wie der Katheter. Es wird insoweit auf die vorangegangenen Ausführungen verwiesen.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist eine bildgebende Diagnosevorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Katheter oder einer erfindungsgemäßen Kathetereinrichtung vorgesehen, wobei eine Einrichtung zur Ermittlung einer durch die Positionsanzeigemittel angezeigten Position im dreidimensionalen Koordinatensystem vorgesehen ist. Einrichtungen zur Ermittlung der Position eines Positionsanzeigemittels sind nach dem Stand der Technik bekannt. Es kann sich dabei um elektromagnetische Sender oder alternativ um elektromagnetische Empfänger handeln, welche mit dem Positionsanzeigemittel zusammenwirken. Je nach Ausgestaltung können die Positionsanzeigemittel entweder Sender oder Empfänger sein. In der Regel ist mindestens ein Sender einem Empfänger oder umgekehrt zugeordnet. Es wird in diesem Zusammenhang ergänzend verwiesen auf den Offenbarungsgehalt der folgenden, oben genannten, hiermit einbezoge nen Dokumente: der EP 0 776 176 B1 , der EP 1 034 738 B1 oder der EP 0 993 804 A1 .

Zweckmäßigerweise weist die Einrichtung zur Ermittlung zumindest zwei Feldgeneratoren zur Erzeugung von Magnetfeldern, insbesondere magnetischen Wechselfeldern unterschiedlicher Frequenz, auf. Das ermöglicht eine Ortung der Positionsanzeigemittel im dreidimensionalen Koordinatensystem.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Einrichtung zum Berechnen einer den Weg des Positionsanzeigemittels wiedergebenden Gefäßmittellinie vorgesehen. Es handelt sich dabei um eine 1-dimensionale Linie im dreidimensionalen Koordinatensystem. Sie kann anhand der durch die Position der Positionsanzeigemittel ermittelbaren Koordinaten mittels einer polynomischen Gleichung beschrieben werden. Es wird in diesem Zusammenhang ergänzend auf den Offenbarungsgehalt der US 6,546,271 verwiesen, der hiermit einbezogen wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ein Mittel zum Berechnen einer eine Gefäßwand beschreibenden Gefäßhüllkurve vorgesehen. Das ermöglicht beispielsweise eine Abschätzung eines minimalen und eines maximalen Gefäßdurchmessers und die Erkennung von Gefäßverengungen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist eine Einrichtung zum Rotieren der OCT-Einrichtung und/oder der Ultraschalleinrichtung vorgesehen. Damit kann beispielsweise eine im Katheter verlaufende Glasfaser und/oder ein Ultraschallsensor mit einer stetigen Geschwindigkeit um die Katheterachse rotiert werden. Infolgedessen können damit im Bereich des freien Endes des Katheters umlaufend Aufnahmen eines den Katheter umgebenden Gefäßes gemacht werden. Die von der OCT-Einrichtung und/oder der Ultraschalleinrichtung gelieferten Signale können in der Einrichtung zum Rotieren ausgewertet werden. Dazu kann die Einrichtung zum Rotieren eine Einrichtung zum Auswerten der OCT-Signale und/oder Ultraschallsignale umfassen. Die Auswertung umfasst hier in erster Linie eine Digitalisie rung der erfassten Signale sowie deren Korrelation mit einem bestimmten Drehwinkel.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die bildgebende Diagnosevorrichtung ein Mittel zum Erzeugen eines zwei- oder dreidimensionalen Bilds unter Verwendung der mit den Positionsanzeigemitteln ermittelten Positionen und unter Verwendung der ersten und/oder zweiten Bilddaten aufweisen. Bei dem Mittel zum Erzeugen eines zwei- oder dreidimensionalen Bilds handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Computer, mit dem unter Verwendung eines geeigneten Bildrekonstruktionsprogramms die Bild- und Positionsdaten korreliert und zu einem das Gefäß wiedergebenden Bild verarbeitet werden können. Dabei können insbesondere unter Verwendung der mit den Positionsanzeigemitteln ermittelten Gefäßmittellinie Bildartefakte korrigiert werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mittel zum Korrelieren der mittels der Positionsanzeigemittel ermittelten Koordinaten mit weiteren Koordinaten vorgesehen. Zur Ermittlung der weiteren Koordinaten kann eine Röntgenvorrichtung mit zumindest einem Halbleiterdetektor und einer Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen sein. Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist es möglich, beispielsweise Bilder, welche mit weiteren bildgebenden Diagnosevorrichtungen erzeugt worden sind, mit den unter Verwendung des erfindungsgemäßen Katheters oder der Kathetereinrichtung gelieferten Bildern zu korrelieren. Ferner kann eine Einrichtung zur wahlweisen Überlagerung eines ersten auf der Grundlage der ersten Bilddaten und/oder eines zweiten auf der Grundlage der zweiten Bilddaten ermittelten Bilds/Bilder und/oder eines mittels einer bildgebenden Diagnoseeinrichtung erzeugten dritten Bilds vorgesehen sein. Eine derartige Überlagerung oder Fusion führt zu Bildern mit einer hohen Aussagekraft. Es kann sich dabei beispielsweise um dreidimensionale Bilder handeln, in denen exakt die Position des Katheters dargestellt werden kann.

Die bildgebende Diagnoseeinrichtung kann aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Röntgenvorrichtung, vorzugsweise Röntgen-Computertomograph; Kernspintomograph; Positron-Emissionstomograph; endoskopische Bilderfassungseinrichtung.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines äußeren Magnetfelds vorgegebener Richtung und Stärke zur Ablenkung der Ablenkmittel vorgesehen. Mit der vorgeschlagenen Einrichtung wird die bildgebende Diagnosevorrichtung um die weitere Funktion eines exakten Führens des Katheters im Gefäßsystem erweitert. Dazu können die im Bereich des freien Endes des Katheters vorgesehenen Ablenkmittel mittels gerichteter äußerer Magnetfelder gezielt abgelenkt und damit eine Richtungsänderung des freien Endes des Katheters in eine vorgegebene Richtung erzielt werden.

Insbesondere im Bereich der Angiographie hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die vorgeschlagene bildgebende Diagnosevorrichtung mit einer so genannten "Bi-Plan-Röntgenvorrichtung" zu kombinieren, bei der zumindest eine Röntgenquelle, ein in einer ersten Ebene angeordneter erster Halbleiterdetektor und ein in einer von der ersten Ebene verschiedenen zweiten Ebene angeordneter zweiter Halbleiterdetektor vorgesehen sind. Das ermöglicht die Herstellung großflächiger Übersichtsaufnahmen, auf denen die Lage des Katheters im Gefäßsystem, insbesondere anhand der daran vorgesehenen Röntgenmarkierungen, erkannt werden kann.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines Katheters,
2 eine schematische Querschnittansicht einer ersten Kathetereinrichtung,
3 eine schematische Querschnittansicht einer zweiten Kathetereinrichtung,
4 eine schematische Querschnittsansicht eines inneren Katheters,
5 eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Kathetereinrichtung,
6 eine schematische Querschnittsansicht einer vierten Kathetereinrichtung,
7 eine Übersichtsansicht über die wesentlichen Komponenten einer bildgebenden Diagnosevorrichtung und
8 schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Bilds.
Bei dem in 1 gezeigten Katheter ist ein freies Ende E1 abgerundet ausgebildet. Im Bereich des freien Endes E1 ist der Katheter mit einer Strahlenquelle 1 versehen, mit der zu therapeutischen Zwecken β- oder γ-Strahlung erzeugbar ist.
Mit dem Bezugszeichen 2 sind Positionsanzeigemittel bezeichnet. Es kann sich dabei z. B. um drei Spulen handeln, welche um 90° versetzt zueinander in X-, Y- und Z-Richtung angeordnet sind. Die Spulen können aber auch unter einem anderen Versatzwinkel, beispielsweise 60°, zueinander angeordnet sein. Anstelle der Spulen können auch andere geeignete Sende- oder Empfangsmittel, beispielsweise Permanentmagneten, in entsprechender versetzter Anordnung bezüglich der Richtung des magnetischen Flusses vorgesehen sein. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen aufblasbaren Ballon.
In einem Rohr 4 des Katheters ist eine um eine Katheterachse rotierbare Seele 5 aufgenommen, an deren erstem Ende E2 ein Ultraschallwandler 6 und eine Sende-/Empfangseinrichtung für optische Signale 7 (= OCT-Sensor) angebracht sind. Der OCT- Sensor 7 ist gegenüberliegend einem für optische Signale durchlässigen Fenster 8 vorgesehen, der Ultraschallwandler 6 ist gegenüber einem für Ultraschallsignale transparenten weiteren Fenster 9 angeordnet. Eine insbesondere die Strahlenquelle 1, die Positionsanzeigemittel 2 und das Fenster 8 sowie das weitere Fenster 9 aufnehmende Trägerstruktur T erstreckt sich über einen Bereich, welcher das freie Ende E1 umfasst. Die Trägerstruktur T kann beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt sein. Sie weist zweckmäßigerweise eine höhere Steifigkeit auf als das Rohr 4.
In der Seele 5 sind mit dem Ultraschallwandler 6 und dem OCT-Sensor 7 verbundene Versorgungs- und/oder Signalleitungen 10 integriert. Im Rohr 4 oder an einer Innenwand desselben sind weitere Versorgungs- und/oder Signalleitungen 11 vorgesehen, welche mit den Positionsanzeigemitteln 2 verbunden sind.
Ein drittes Ende E2 des Rohrs 4 sowie ein viertes Ende E4 der Seele 5 sind in einer Rotationseinrichtung 12 aufgenommen. In der Rotationseinrichtung 12 wird das Rohr 4 festgehalten, während die Seele 5 mit der Rotationseinrichtung 5 rotierbar ist. Die Verbindung kann mittels einer Rotationskupplung erfolgen, welche ein Ein- bzw. Auskuppeln einer Versorgungsspannung und/oder von Signalen ermöglicht.
Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine Sende-/Empfangseinrichtung bezeichnet, welche außerhalb eines zu untersuchenden Körpers angeordnet ist. Damit kann eine Position der Positionsanzeigemittel 12 in einem dreidimensionalen Koordinatensystem rechnerisch, beispielsweise mittels eines Computers, ermittelt und z. B. mittels eines Monitors angezeigt werden.
Die 2 und 3 zeigen Kathetereinrichtungen, bei denen an einem weiteren freien Ende E5 des äußeren Katheters 14a eine Strahlenquelle 1 angebracht ist. Die Strahlenquelle 1 ist dabei in Form von Ringen oder eines Hohlzylinders ausgeführt. Der äußere Katheter 14a weist ein weiteres Rohr 15 auf. Ein Innendurchmesser des weiteren Rohrs 15 und ein Durchmesser der Ringe oder des Hohlzylinders sind so ausgeführt, dass ein innerer Katheter 14b, wie er beispielsweise in 4 gezeigt ist, durch sie hindurchgeführt werden kann. Die vorgeschlagene Katheteranordnung besteht also aus einem verschiebbar im äußeren Katheter 14a geführten inneren Katheter 14b.
Der in 4 gezeigte innere Katheter 14b ist ähnlich aufgebaut, wie der in 1 gezeigte Katheter. Es sind hier lediglich der Ballon 3 und die Strahlenquelle 1 weggelassen.
Bei der in den 5 und 6 gezeigten weiteren Katheteranordnung ist im Bereich eines weiteren freien Endes E5 des äußeren Katheters 14a das Positionsanzeigemittel 2 angebracht. In diesem Fall kann beim inneren Katheter 14b das Positionsanzeigemittel 2 weggelassen werden. Es ist aber auch möglich, dass bei der weiteren Katheteranordnung gemäß 5 oder 6 ein innerer Katheter 14b gemäß 4 zur Anwendung kommt. In diesem Fall kann der äußere Katheter 14a auch mit einem weiteren Positionsanzeigemittel versehen sein, welches verglichen mit dem Positionsanzeigemittel 2 unterscheidbare Signale liefert. Infolgedessen kann mittels des weiteren Positionsanzeigemittels separat eine Position des äußeren Katheters 14a im dreidimensionalen Koordinatensystem ermittelt werden.
Die in den 5 und 6 gezeigte weitere Katheteranordnung zeichnet sich wiederum dadurch aus, dass darin ein innerer Katheter 14b, welcher z. B. gemäß 4 ausgestaltet ist, verschiebbar geführt ist, wobei ein den OCT-Sensor 7 und den Ultraschallwandler 6 aufweisendes freies Ende E1 durch eine am weiteren freien Ende E5 des äußeren Katheters 14a vorgesehenen Durchbruch hindurchführbar ist.
7 zeigt die wesentlichen Komponenten einer bildgebenden Diagnosevorrichtung. Die bildgebende Diagnosevorrichtung besteht hier im Wesentlichen aus einer Röntgenvorrichtung A, einer Kathetersteuer- und -signalerfassungseinrichtung B und einer leistungsstarken Datenverarbeitungseinrichtung C.
Die Röntgenvorrichtung A umfasst einen Röntgenstrahler 16, einen oder mehrere Röntgendetektoren 17, eine Röntgen-Bildverarbeitungseinheit 18, eine Röntgensteuervorrichtung 19 sowie einen Hochspannungsgenerator 20. Die Röntgen-Bildverarbeitungseinheit 18 und die Röntgensteuervorrichtung 19 sind mit einem Datenbus 20 verbunden.
Die Kathetersteuer- und -signalerfassungseinrichtung B weist die bereits in der 1 beschriebene Rotationseinrichtung 12 zum Anschluss eines (hier nicht gezeigten) Katheters auf. In der Rotationseinrichtung 12, in der bereits eine Digitalisierung der gelieferten Daten erfolgen kann, ist gekoppelt mit einer OCT-Bildverarbeitungseinheit 21 und einer Ultraschall-Bildverarbeitungseinheit 22 sowie einer Positionssignalverarbeitungseinheit 23. Zur Verminderung von Bewegungsartefakten, welche beispielsweise durch die Atmung oder durch die Bewegung des Herzens eines Patienten verursacht werden, können derartige physiologische Funktionen erfassende Sensoren vorgesehen sein. Mit dem Bezugszeichen 23a ist eine Einheit zur Erfassung und Verarbeitung von von physiologischen Sensoren gelieferten Signalen vorgesehen. Die vorgenannten Einheiten sind wiederum am Datenbus 20 angeschlossen.
Eine leistungsstarke Datenverarbeitungseinrichtung C ermöglicht eine parallele Verarbeitung, insbesondere eine Bildverarbeitung, der über den Datenbus 20 gelieferten Daten. So kann die Datenverarbeitungseinrichtung C beispielsweise eine erste Bildverarbeitungseinrichtung 24 zur Herstellung von OCT-Bildern, eine zweite Bildverarbeitungseinrichtung 25 zur Herstellung von Bildern aus Ultraschallsignalen, eine dritte Bildverarbeitungseinrichtung 26 zur Herstellung von Bildern aus Positionssignalen, eine vierte Bildverarbeitungseinrichtung 27 zur Herstellung von Röntgenbildern, eine Bildfusions- und Bildrekonstruktionseinheit 28, eine Bildkorrektureinheit 29 sowie eine Display- und Bedieneinheit 30 zum Anzeigen der erzeugten Bilder aufweisen. Die Bildkorrektureinheit 29 kann über eine Kalibriereinheit 31 mit dem Datenbus 20 verbunden sein. Mit dem Bezugszeichen 32 ist eine Spannungsversorgung und mit dem Bezugszeichen 33 ein Interface zum In- und Export von Patientendaten bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 34 ist eine Datenbank bezeichnet, in der Parameterdaten des Röntgen oder eines β-, γ-Strahlers gespeichert sind. Das Bezugszeichen 35 bezeichnet schließlich einen Datenspeicher, welcher insbesondere zum Speichern von Bilddaten dient.
Mit der vorgeschlagenen bildgebenden Diagnosevorrichtung kann in Kombination mit dem vorgeschlagenen Katheter oder der Kathetereinrichtung folgender typischer Verfahrensablauf realisiert werden:

– Einführen des Katheters oder des inneren Katheters unter Röntgenkontrolle, wobei Kontrastmittel verwendet werden kann;
– Erstellen einer röntgenographischen, insbesondere angiographischen, Übersichtsaufnahme;
– Erstellen von Bildern mittels der Positionsanzeigemittel;
– Erstellen von Bildern mittels des Ultraschallwandlers und/oder des OCT-Sensors;
– Überlagerung der mittels der Positionsanzeigemittel sowie der mit Röntgenverfahren erzeugten Bilder;
– Überlagerung der mittels des Ultraschallwandlers und/oder OCT-Sensors erzeugten Bilder mit mittels röntgenographischer Verfahren hergestellten Bildern;
– dreidimensionale Rekonstruktion der mittels Ultraschallwandler und/oder OCT-Sensor gewonnen Bilder unter Verwendung der mit den Positionsanzeigemitteln gewonnenen Bilder;
– Navigieren des Katheters oder des inneren Katheters auf der Grundlage der erzeugten Bilder bis zur Zielposition;
– Aufblasen des Ballons an der Zielposition und Spülen mit Spülflüssigkeit;
– Erzeugen von hoch aufgelösten Bildern mittels des Ultraschallwandlers und/oder des OCT-Sensors im Bereich der Zielposition;
– ggf. Einbringen eines äußeren Katheters bis zur Zielposition, indem dieser über den inneren Katheter geschoben wird;
– Kontrolle der exakten Position des äußeren Katheters mittels Ultraschallwandler und/oder OCT-Sensor und/oder der Positionsanzeigemittel.

Insbesondere das Vorsehen der Positionsanzeigemittel ermöglicht die Herstellung dreidimensionaler Bilder aus den vom OCT-Sensor und Ultraschallwandler gelieferten Signalen. Es ist beispielsweise möglich, nach Herstellung einer angiographischen Übersichtsaufnahme durch eine geeignete Ausnutzung der von den Positionsanzeigemitteln gelieferten Signale den Weg des Katheters ausschließlich mittels der vom Ultraschallwandler 6 und/oder OCT-Sensor 7 sowie der von den Positionsanzeigemitteln 2 gelieferten Signale darzustellen und damit eine Belastung des Patienten mit Röntgenstrahlen zu vermindern. Die vorgeschlagene bildgebende Diagnosevorrichtung liefert wichtige, insbesondere exakte medizinische Informationen über, beispielsweise das arteriosclerotische Plaque und/oder Tumorgewebe. Abgesehen davon kann exakt die Lage des freien Endes des Katheters ermittelt werden.
8 zeigt schematisch die Herstellung eines korrigierten Volumendatensatzes unter Verwendung der mittels der Positionsanzeigemittel 2 gewonnenen Positionsdaten. Die mittels des OCT-Sensors 7 und/oder des Ultraschallwandlers 6 gewonnenen Signale können zu zweidimensionalen ersten Bildern B1 verarbeitet werden. Die ersten Bilder B1 können auch durch eine Fusion von mit dem OCT-Sensor 7 und dem Ultraschallsensor 6 gewonnenen Bildern hergestellt werden. Anschließend können die so erzeugten ersten Bilder B1 mit den von den Positionsanzeigemitteln 2 gelieferten Positionsdaten korrigiert werden. Dazu können die mit den Positionsanzeigemitteln 2 gewonnenen Daten, beispielsweise nach dem Verfahren der diskreten Tomografie, welches z. B. in der DE 102 24 011 beschrieben ist, rechnerisch rekonstruiert und daraus ein dreidimensionales Bild errechnet werden.
Ferner können aus den von den Positionsanzeigemitteln 2 gelieferten Daten eine Mittellinie des Gefäßes und/oder eine Hüllkurve des Gefäßes errechnet werden. Unter Verwendung dieser rechnerischen Modelle können dann die ersten Bilder B1 zu einem Satz zweiter Bilder B2 verarbeitet werden, welche reduzierte Artefakte im Verhältnis zu den ersten Bildern B1 aufweisen.
Zur Registrierung bzw. Überlagerung von Bilddaten des Patienten mit den von den Positionsanzeigemitteln 2 gewonnenen Daten ist es erforderlich, die räumlichen Koordinaten der Bilddaten und der Positionsdaten in ein gemeinsames Koordinatensystem zu transferieren. Dabei können Bewegungen eines Patienten während der Untersuchung Fehler verursachen. Zur Fehlerkorrektur kann ein magnetischer Hilfssensor benutzt werden, wie er beispielsweise in der US 6,233,476 beschrieben ist. Ein solcher Hilfssensor kann auch kabellos, z. B. mit einer Bluetooth Sendeeinheit, versehen sein. Alternativ kann eine Bewegung des Patienten auch mittels einer optischen Kamera erfasst und mit rechnerischen Methoden der Mustererkennung ermittelt und bei der Registrierung der Bilddaten berücksichtigt werden.
Zur Verminderung von Bewegungsartefakten, welche beispielsweise durch die Atmung oder die Bewegung des Herzens eines Patienten verursacht werden, können gesonderte allgemein bekannte Funktionseinheiten zusätzlich vorgesehen sein.

Claims

Katheter für die Brachytherapie mit einer im Bereich eines freien Endes (E1) angebrachte Strahlenquelle (1) zur Erzeugung von β- oder γ-Strahlen, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des freien Endes (E1) ein Positionsanzeigemittel (2) vorgesehen ist, mit dem durch bei Anlegen eines äußeren Felds hervorgerufenen Wechselwirkungen eine Position in einem dreidimensionalen Koordinatensystem ermittelbar ist.
Katheter nach Anspruch 1, wobei das äußere Feld ein Magnetfeld ist.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Positionsanzeigemittel (2) zumindest eine, vorzugsweise drei, Spulen umfasst.
Katheter nach Anspruch 1, wobei ein von zumindest zwei Spulen erzeugtes Magnetfeld eine unterschiedliche Richtung aufweist.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Bereich des freien Endes (E1) eine OCT-Einrichtung (7) zur Erzeugung und zur Erfassung optischer Signale zur Herstellung optischer kohärenztomographischer erster Bilddaten vorgesehen ist.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Bereich des freien Endes (E1) eine Ultraschalleinrichtung (6) zur Erzeugung und Erfassung von Ultraschallsignalen zur Herstellung von zweiten Bilddaten vorgesehen ist.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Bereich des freien Endes (E1) ein aufblasbarer Ballon (3) vorgesehen ist.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Bereich des freien Endes (E1) Ablenkmittel angebracht sind.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ablenkmittel zumindest einen, vorzugsweise mehrere, weitere Permanentmagneten und/oder Elektromagneten umfasst.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein von zumindest zwei weiteren Permanentmagneten und/oder Elektromagneten erzeugtes Magnetfeld eine unterschiedliche Richtung aufweist.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positionsanzeigemittel (2) sowie ggf. die Strahlenquelle (1), die OCT-Einrichtung (7) und/oder die Ultraschalleinrichtung (6) und/oder die Ablenkmittel an einer den Bereich des freien Endes (E1) bildenden lang gestreckten Trägerstruktur (T) angebracht sind, welche mit einem flexiblen Rohr (4) verbunden ist.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steifigkeit der Trägerstruktur (T) größer ist als eine Steifigkeit des Rohrs (4).
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstruktur (T) und/oder das Rohr (4) mit einer bei der Herstellung eines Röntgenbilds erkennbaren Markierung versehen ist/sind.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine die Trägerstruktur (T) und/oder das Rohr (4) umgebende Schicht zur Abschirmung von Magnetfeldern vorgesehen ist.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellte Hohlfasern oder nanomagnetische Partikel enthält.
Katheter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Eigenschaften des Katheters anzeigender Transponder vorgesehen ist.
Kathetereinrichtung mit einem inneren Katheter (14b) und einem im inneren Katheter (14b) geführten äußeren Katheter (14a), an dessen Ende (E5) eine Strahlenquelle (1) angebracht ist, und wobei am freien Ende (E1) des inneren Katheters (14b) und/oder am Ende (E5) des äußeren Katheters (14a) ein Positionsanzeigemittel (2) vorgesehen ist.
Kathetereinrichtung nach Anspruch 17, wobei die Strahlenquelle (1) als Ring oder Hohlzylinder ausgebildet ist, so dass der innere Katheter (14b) durch die Strahlenquelle (1) hindurch hin- und herschiebbar ist.
Kathetereinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei der äußere Katheter (14a) mit einer bei der Herstellung eines Röntgenbilds erkennbaren Markierung versehen ist/sind.
Kathetereinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei eine den äußeren Katheter (14a) umgebende Schicht zur Abschirmung von Magnetfeldern vorgesehen ist.
Kathetereinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellte Hohlfasern oder nanomagnetische Partikel enthält.
Kathetereinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei der innere Katheter (14b) ein Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ist.
Kathetereinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei das Positionsanzeigemittel (2) zumindest einen, vorzugsweise drei, Permanentmagneten umfasst.
Kathetereinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei das Positionsanzeigemittel (2) zumindest eine, vorzugsweise drei, Spulen umfasst.
Kathetereinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei ein von zumindest zwei Permanentmagneten oder Spulen erzeugtes Magnetfeld eine unterschiedliche Richtung aufweist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung mit einem Katheter oder einer Kathetereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Einrichtung (13, 23, 26) zur Ermittlung einer durch die Positionsanzeigemittel (2) angezeigten Position im dreidimensionalen Koordinatensystem vorgesehen ist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Einrichtung (13, 23, 26) zur Ermittlung zumindest zwei Feldgeneratoren (13) zur Erzeugung von Magnetfeldern, insbesondere magnetischen Wechselfeldern unterschiedlicher Frequenz, aufweist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, wobei eine Einrichtung zum Berechnen einer den Weg des Positionsanzeigemittels (2) wiedergebenden Gefäßmittellinie vorgesehen ist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei ein Mittel zum Berechnen einer eine Gefäßwand beschreibenden Gefäßhüllkurve vorgesehen ist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei eine Einrichtung (12) zum Rotieren der Einrichtung zur Erzeugung und Erfassung der optischen Signale (7) und/oder der Ultraschallsignale (6) vorgesehen ist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei die Einrichtung (12) zum Rotieren eine Einrichtung zum Auswerten der optischen Signale und/oder der Ultraschallsignale umfasst.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31, wobei eine Einrichtung (28) zum Erzeugen eines zwei- oder dreidimensionalen Bilds unter Verwendung der mit dem Positionsanzeigemittel ermittelten Positionen und unter Verwendung der ersten und/oder zweiten Bilddaten vorgesehen ist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 32, wobei ein Mittel zum Korrelieren der mittels der Positionsanzeigemittel (2) ermittelten Koordinaten mit weiteren Koordinaten vorgesehen ist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 33, wobei zur Ermittlung der weiteren Koordinaten eine Röntgenvorrichtung (A) mit zumindest einem Halbleiterdetektor (17) und einer Datenverarbeitungseinrichtung (18, C) vorgesehen sind.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 34, wobei eine Einrichtung (28) zur wahlweisen Überlagerung des auf der Grundlage der ersten Bilddaten erzeugten ersten und/oder eines auf der Grundlage der zweiten Bilddaten erzeugten zweiten Bilds und/oder eines mittels einer bildgebenden Diagnoseinrichtung erzeugten dritten Bilds vorgesehen ist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 35, wobei die bildgebende Diagnoseeinrichtung aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Röntgenvorrichtung (1), vorzugsweise Röntgen-Computertomograph; Kernspintomograph; Positron-Emissionstomograph; endoskopische Bilderfassungseinrichtung.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 36, wobei eine Einrichtung zur Erzeugung eines äußeren Magnetfelds vorgegebener Richtung und Stärke zur Ablenkung der Ablenkmittel vorgesehen ist.
Bildgebende Diagnosevorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 37, wobei die zumindest eine Röntgenquelle (16), einen in einer ersten Ebene angeordneten ersten Halbleiterdetektor (17) und einem in einer von der ersten Ebene verschiedenen zweiten Ebene angeordneten zweiten Halbleiterdetektoren (17) umfasst.