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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.
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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.
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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
EP 0 885 594
B1 bekannt.
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Die
US 6 377 048 B1 sowie
die
US 6 704 594 B1 beschreiben
einen Katheter, welcher mit einer NMR-Einrichtung zur Erzeugung
und Erfassung von durch magnetische Resonanz des Atomkerns hervorgerufenen
NMR-Signalen versehen ist. Die NMR-Einrichtung ermöglicht die
Herstellung 2- oder 3-dimensionaler Bilder eines den Katheter umgebenden
Gewebes. Damit können
insbesondere unerwünschte
Ablagerungen in Gefäßen sichtbar
gemacht werden.
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Die
US 2004/0 242 953
A1 offenbart ein radioaktives Implantat sowie ein Verfahren
zur Herstellung eines solchen Implantats. Dabei ist auf einem sphärischen
oder drahtförmigen
Trägerkörper eine radioaktive
Schicht aufgebracht.
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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, vorgese hen,
welche mit einem äußeren Magnetfeld
in Wechselwirkung treten. Infolge der Wechselwirkungen kann auf
eine Position der am Katheter vorgesehenen Positionsanzeigemittel
in einem 3-dimensionalen 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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 23 und 38 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis
22, 24 bis 37 und 39 bis 51.
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Nach
Maßgabe
der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich des freien Endes des
Katheters eine NMR-Einrichtung zur Erzeugung und Erfassung von durch
magnetische Resonanz einer Art von Atomkernen hervorgerufenen NMR-Signalen
vorgesehen ist. Mit dem vorgeschlagenen Katheter ist es möglich, eine
Umgebung des Katheters, insbesondere ein den Katheter umgebendes
Gewebe, sichtbar zu machen und damit eine Strahlenquelle zur Therapie
exakt in einer vorgegebenen Position im Gefäßsystem anzuordnen. Das ermöglicht eine
verbesserte Therapie. Der Zeitaufwand für die Behandlung einer Restenose
kann vermindert werden.
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Die
NMR-Einrichtung kann ein Mittel zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds
umfassen. Es kann sich dabei auch um ein nichthomogenes Magnetfeld
handeln. Das Mittel zur Erzeugung des statischen Magnetfelds kann,
vorzugsweise zwei, erste Permanentmagneten umfassen. Ferner kann
die NMR-Einrichtung zumindest eine Empfangsspule zur Erfassung der
NMR-Signale und zweckmäßigerweise
einen Verstärker
zum Verstärken
der erfassten NMR-Signale umfassen. Ferner kann die NMR-Einrichtung
um eine Katheterachse rotierbar sein. Das ermöglicht bei einer Bewegung parallel
zur Katheterachse die Herstellung 3-dimensionaler Bilder. NMR-Einrichtungen
mit den vorgenannten Merkmalen sind nach dem Stand der Technik allgemein
bekannt. Es wird beispielsweise verwiesen auf die
US 6 704 594 B1 sowie die
US 6 377 048 B1 .
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Nach
einem weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltungsmerkmal ist
im Bereich des freien Endes ein Positionsanzeigemittel vorgesehen,
mit dem durch bei Anlegen eines äußeren Magnetfelds hervorgerufenen
Wechselwirkungen eine Position der radioaktiven Strahlenquelle in
einem 3-dimensionalen Koordinatensystem ermittelbar ist.
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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.
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Als
Positionsanzeigemittel kann auch zumindest eine Empfangsspule verwendet
werden. Das ermöglicht
eine Verwendung der Empfangsspule in unterschiedlichen Funktionalitäten und
damit eine Miniaturisierung des Katheters.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein von zumindest
zwei Spulen bzw. Empfangsspulen erzeugtes Mag netfeld eine unterschiedliche
Richtung aufweist. Zweckmäßigerweise sind
die von den Spulen bzw. Empfangsspulen erzeugten Magnetfelder um
zumindest 30°,
vorzugsweise 60° bis
90°, voneinander
verschieden. Insbesondere eine bezüglich der Richtung der Magnetfelder
versetzte Anordnung der Spulen bzw. Empfangsspulen 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 der
DE 695 14 238 T2 ,
der
EP 1 034 738 B1 und
der
EP 0 993 804 A1 verwiesen.
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Nach
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist im Bereich
des freien Endes eine OCT-Einrichtung zur Erzeugung und zur Erfassung optischer
Signale zur Herstellung optischer kohärenztomographischer erster
Bilddaten vorgesehen. Eine solche OCT-Einrichtung ist nach dem Stand
der Technik allgemein bekannt. Es wird dazu auf die
WO 01/11409 A2 verwiesen.
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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
die
EP 0 885 594 B1 und
R. J. Dickinson, "Miniature
ultrasonic probe construction for minimal access surgery", Phys. Med. Biol.
49 (2004) verwiesen.
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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.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Bereich des
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.
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Des
Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, im Bereich des freien
Endes Ablenkmittel anzubringen. Die Ablenkmittel können zumindest
einen, vorzugsweise mehrere, zweite Permanentmagneten und/oder Elektromagneten
umfassen. Dabei kann ein von zumindest zwei zweiten Permanentmagneten
und/oder Elektromagneten erzeugtes Magnetfeld eine unterschiedliche
Richtung aufweisen. Mit den vorgeschlagenen Ablenkmitteln ist es
möglich,
bei Anlegen geeigneter äußerer Magnetfelder
das freien 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.
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Als
Ablenkmittel können
vorteilhafterweise auch die ersten Permanentmagneten verwendet werden.
Die Verwendung der ersten Permanentmagneten in einer zweifachen
Funktionalität
ermöglicht
eine Miniaturisierung des Katheters.
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Die
NMR-Einrichtung, die Strahlenquelle, und/oder die Positionsanzeigemittel,
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.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem ersten oder 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.
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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, welche insbesondere
von außen
oder von den Spulen erzeugt werden, abgeschirmt werden.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Trägerstruktur
und/oder das Rohr mit zumindest einer bei der Herstellung des Röntgenbilds
erkennbaren Markierung versehen sind. Das ermöglicht eine Korrelation der
mit den Positionsanzeigemitteln ermittelten Position mit einem weiteren
Koordinatensystem zugeordneten Bilddaten für ein Röntgenbild.
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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.
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Nach
weiterer Maßgabe
der Erfindung ist eine Kathetereinrichtung mit einem äußeren Katheter und
einem im äußeren Katheter
verschiebbar geführten
inneren Katheter vorgesehen, wobei am Ende des äußeren Katheter eine radioaktive
Strahlenquelle angebracht ist, und wobei im Bereich des freien Endes
des inneren Katheters und/oder im Bereich des Endes des äußeren Katheters
eine NMR-Einrichtung zur Erzeugung und Erfassung von durch magnetische
Resonanz einer Art von Atomkernen hervorgerufenen NMR-Signalen 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 äußere Katheter
bis zum therapierenden Gefäß geschoben
werden. Der äußere Katheter
weist am Ende die radioaktive 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 radioaktiven Strahlenquelle
vermindert werden.
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Die
NMR-Einrichtung kann ein Mittel zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds
umfassen. Das Mittel zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds
umfasst, vorzugsweise zwei, erste Permanentmagneten. Ferner kann
die NMR-Einrichtung zumindest eine Empfangsspule zur Erfassung der
NMR-Signale umfassen. Es kann außerdem ein Verstärker zum
Verstärken
der erfassten NMR-Signale vorgesehen sein. Ferner kann die NMR-Einrichtung
um eine Katheterachse rotierbar sein. Das ermöglicht die Herstellung 3-dimensionaler
Bilder. Derartige NMR-Einrichtungen sind nach dem Stand der Technik
allgemein bekannt. Es wird beispielhaft auf die
US 6 704 594 B1 und die
US 6 377 048 B1 verwiesen.
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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.
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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.
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Der
innere Katheter kann im Übrigen
dieselben Ausgestaltungsmerkmale aufweisen, wie der Katheter. Es
wird insoweit auf die vorangegangenen Ausführungen verwiesen.
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Nach
weiterer Maßgabe
der Erfindung ist eine bildgebende Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Katheter
oder einer erfindungsgemäßen Kathetereinrichtung
vorgesehen, wobei eine Einrichtung zur Ermittlung eines 2- oder
3-dimensionalen Bilds aus den NMR-Signalen vorgesehen ist. Die vorgeschlagene
bildgebende Vorrichtung eignet sich zur Diagnose sowie zur anschließenden Therapie,
insbesondere von Restenosen. Es kann damit exakt ein zu therapierender
Bereich im Gefäßsystem
sichtbar gemacht werden. Eine Therapie kann auf den gewünschten
vorgegebenen Bereich des Gefäßsystems
beschränkt
werden. Damit wird eine Belastung des Patienten minimiert.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Mittel zur Umwandlung
der NMR-Signale in, einem ersten Koordinatensystem zugeordnete erste Bilddaten
vorgesehen. Es kann sich dabei um einen herkömmlichen Analog-Digital-Wandler
handeln, der Be standteil einer Datenverarbeitungseinrichtung ist. Zur
Zuordnung der ersten Bilddaten zu einem ersten Koordinatensystem
kann eine durch die Positionsanzeigemittel ermittelte Position verwendet
werden. Es kann aber auch eine Einrichtung zur Ermittlung eines Vorschubwegs
des Katheters oder der Kathetereinrichtung vorgesehen sein. Es kann
sich dabei beispielsweise um einen herkömmlichen Wegaufnehmer oder
dgl. handeln.
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Die
vorgenannte Einrichtung zur Ermittlung der Position eines Positionsanzeigemittels
ist 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 auf den Offenbarungsgehalt
der folgenden Dokumente verwiesen:
EP 0 776 176 B1 ,
EP 1 034 738 B1 ,
EP 0 993 804 A1 .
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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 3-dimensionalen Koordinatensystem.
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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
3-dimensionalen 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 B1 verwiesen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung ist ein Mittel zum Berechnen einer
eine Gefäßwand beschreibenden
Gefäßhüllkurve
vorge sehen. Das ermöglicht
beispielsweise eine Abschätzung
eines minimalen und eines maximalen Gefäßdurchmessers und die Erkennung
von Gefäßverengungen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung ist eine Einrichtung zum Rotieren der
NMR-Einrichtung vorgesehen. Damit kann die NMR-Einrichtung, vorzugsweise 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 NMR-Einrichtung gelieferten Signale können in
der Einrichtung zum Rotieren ausgewertet werden. Dazu kann die Einrichtung
zum Rotieren eine Einrichtung zum Auswerten der NMR-Signale umfassen.
Die Auswertung umfasst hier in erster Linie eine Digitalisierung
der erfassten Signale sowie deren Korrelation mit einem bestimmten
Drehwinkel.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einrichtung zum Erzeugen
eines 2- oder 3-dimensionalen Bilds ein Mittel zum Korrelieren des
ersten und zweiten Koordinatensystems. Damit können die ersten Bilddaten beispielsweise
auf das zweite Koordinatensystem bezogen werden. Das ermöglicht eine Reduzierung
von durch Abweichungen der Koordinatensysteme bedingten Artefakten.
Es kann auch sein, dass die ersten Bilddaten unmittelbar dem zweiten Koordinatensystem
zugeordnet werden. Es kann also eine Zuordnung zu einem ersten Koordinatensystem
entfallen. Bei der Einrichtung zum Erzeugen eines 2- oder 3-dimensionalen 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.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mittel zum Korrelieren
der mittels der Positionsanzeigemittel ermittelten Koordinaten mit
weiteren Koordinaten vorgesehen.
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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 mittels einer
bildgebenden Diagnoseeinrichtung erzeugten zweiten Bilds vorgesehen
sein. Eine derartige Überlagerung oder
Fusion führt
zu Bildern mit einer hohen Aussagekraft. Es kann sich dabei beispielsweise
um 3-dimensionale Bilder handeln, in denen exakt die Position des
Katheters dargestellt werden kann.
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Die
bildgebende Diagnoseeinrichtung kann aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein:
Röntgenvorrichtung,
vorzugsweise Röntgen-Computertomograph;
Kernspintomograph; Positron-Emission-Tomograph
(PET); Single Photon Emission Tomograph (SPECT); endoskopische Bilderfassungseinrichtung.
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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.
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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 Halbleiterde tektor 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.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht eines Katheters,
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2 eine
schematische Querschnittsansicht des Katheters nach 1 mit
einer Antriebseinrichtung,
-
3 eine
schematische Querschnittansicht einer ersten Kathetereinrichtung,
-
4 eine
schematische Querschnittansicht einer zweiten Kathetereinrichtung,
-
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 3-dimensionalen Bilds.
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Bei
dem in 1 gezeigten Katheter ist ein freies erstes Ende
E1 abgerundet ausgebildet. Im Bereich freien des Endes E1 ist der
Katheter mit einer. Strahlenquelle 1 versehen, mit der
zu therapeutischen Zwecken β-
oder γ-Strahlung
erzeugbar ist.
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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 oder Ultraschallwandler, in entsprechender
versetzter Anordnung bezüglich der
Richtung des magnetischen Flusses vorgesehen sein. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet
einen aufblasbaren Ballon.
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In
einem Rohr
4 des Katheters ist eine um eine Katheterachse
rotierbare Seele
5 aufgenommen, an deren zweiten Ende E2
eine NMR-Einrichtung
6 angebracht sind. Die NMR-Einrichtung
6 ist gegenüberliegend
einem für
magnetische Felder durchlässigen
Fenster
7 angeordnet. Bei der NMR-Einrichtung
6 kann
es sich um eine herkömmliche
NMR-Einrichtung handeln, wie sie beispielsweise aus der
US 6 704 594 B1 oder
der
US 6 377 048 B1 bekannt
ist. Sie kann insbesondere zwei Permanentmagneten zur Erzeugung
eines statischen Magnetfelds mit zwei unterschiedlichen Richtungen
sowie eine Empfangsspule aufweisen. Ferner kann die NMR-Einrichtung
6 einen
Vorverstärker
zur Verstärkung
der mit der Empfangsspule empfangenen Signale umfassen. Eine insbesondere
die Strahlenquelle
1, die Positionsanzeigemittel
2 und
das Fenster
7 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.
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In
der Seele 5 sind mit der NMR-Einrichtung 6 verbundene
Versorgungs- und/oder Signalleitungen 8 integriert. Im
Rohr 4 oder an einer Innenwand desselben sind weitere Versorgungs- und/oder Signalleitungen 9 vorgesehen,
welche mit den Positionsanzeigemitteln 2 verbunden sind.
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Ein
drittes Ende E3 des Rohrs 4 sowie ein viertes Ende E4 der
Seele 5 sind mit einer Rotationseinrichtung 10 verbunden.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, kann die
Rotationseinrichtung 10 so ausgestaltet sein, dass damit
das Rohr 4 reibschlüssig
an einem Vorschubelement 12 gehalten ist. Das Vorschubelement 12 kann
auch so ausgebildet sein, dass damit das Rohr 4 rotiert
werden kann. Die Verbindung kann mittels einer Rotationskupplung
erfolgen, welche ein Ein- bzw. Auskuppeln einer Versorgungsspannung
und/oder von Signalen ermöglicht.
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Das
Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Interface, mit dem die
von der NMR-Einrichtung 6 gelieferten NMR-Signale und/oder
von den Positionsanzeigemitteln 2 gelieferte weitere Signale
digitalisiert und einem Koordinatensystem zugeordnet werden können.
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Mit
dem Bezugszeichen 13 ist eine Sende-/Empfangseinrichtung
bezeichnet, welche außerhalb
eines zu untersuchenden Körpers
angeordnet ist. Damit kann eine Position der Positionsanzeigemittel 2 in
einem 3-dimensionalen Koordinatensystem rechnerisch, beispielsweise
mittels eines Computers, ermittelt und z. B. mittels eines Monitors
angezeigt werden.
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Die 3 und 4 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.
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Bei
der in den 5 und 6 gezeigten weiteren
Katheteranordnung ist im Bereich eines 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
3-dimensionalen Koordinatensystem ermittelt werden.
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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 die NMR-Einrichtung 6 aufweisendes erstes
Ende E1 durch eine am Ende E5 des äußeren Katheters 14a vorgesehenen
Durchbruch hindurchführbar
ist. Wie aus den 3 bis 6 ersichtlich
ist, ist im Bereich des freien Endes E1 zusätzlich eine Ultraschalleinrichtung 6a vorgesehen.
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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.
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Die
Röntgenvorrichtung
A umfasst einen Röntgenstrahler 16,
einen oder mehrere Röntgendetektoren 17,
eine Röntgen-Bildverarbeitungseinheit 18,
eine Röntgensteuervorrichtung 19 sowie
einen Hochspannungsgenerator 20a. Die Röntgen-Bildverarbeitungseinheit 18 und
die Röntgensteuervorrichtung 19 sind
mit einem Datenbus 20 verbunden.
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Die
Kathetersteuer- und -signalerfassungseinrichtung B weist die bereits
in der 1 beschriebene Rotationseinrichtung 10, 12 zum
Anschluss eines (hier nicht gezeigten) Katheters auf. In der Rotationseinrichtung 10, 12,
in der bereits eine Digitalisierung der gelieferten Daten erfolgen
kann, ist gekoppelt mit einer NMR-Bildverarbeitungseinheit 21.
Der erfindungsgemäße Katheter
kann neben der NMR-Einrichtung 6 vorteilhafteweise auch
einen Ultraschallwandler (hier nicht gezeigt) aufweisen. Zur Auswertung
der vom Ultraschallwandler gelieferten Ultraschallsignale kann eine
Ultraschall-Bildverarbeitungseinrichtung 22 vorgesehen
sein. Mit dem Bezugszeichen 23 ist eine Positionssignalverarbeitungseinrichtung
bezeichnet. 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 Erfassungseinheit
zur Erfassung und Verarbeitung von von physiologischen Sensoren
gelieferten Signalen vorgesehen. Die vorgenannten Einheiten sind
wiederum am Datenbus 20 angeschlossen.
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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 NMR-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 weiteres Interface zum
In- und Export von
Patientendaten bezeichnet. Mit dem Bezugszei chen 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.
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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 der NMR-Einrichtung und/oder des Ultraschallwandlers;
- – Überlagerung
der mittels der Positionsanzeigemittel sowie der mit Röntgenverfahren
erzeugten Bilder;
- – Überlagerung
der mittels der NMR-Einrichtung und/oder des Ultraschallwandlers
erzeugten Bilder mit mittels röntgenographischer
Verfahren hergestellten Bildern;
- – 3-dimensionale
Rekonstruktion der mittels der NMR-Einrichtung und/oder des Ultraschallwandlers
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 optionales Einbringen von NMR-
oder Ultraschall-Kontrast-Mittel,;
- – Erzeugen
von hoch aufgelösten
Bildern mittels der NMR-Einrichtung und/oder des Ultraschallwandlers
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 der NMR-Einrichtung und/oder des Ultraschallwandlers und/oder
der Positionsanzeigemittel.
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Insbesondere
das Vorsehen der Positionsanzeigemittel ermöglicht die Herstellung 3-dimensionaler
Bilder aus den von der NMR-Einrichtung und/oder dem 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 von der NMR-Einrichtung 6 und/oder dem Ultraschallwandler
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 arteriosklerotische Plaque und/oder Tumorgewebe. Abgesehen davon kann
exakt die Lage des freien Endes des Katheters ermittelt werden.
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8 zeigt
schematisch die Herstellung eines korrigierten Volumendatensatzes
unter Verwendung der mittels der Positionsanzeigemittel
2 gewonnenen
Positionsdaten. Die mittels der NMR-Einrichtung
6 und/oder
des Ultraschallwandlers gewonnenen Signale können zu 2-dimensionalen ersten
Bildern B1 verarbeitet werden. Die ersten Bilder B1 können auch
durch eine Fusion von mit der NMR-Einrichtung
6 und dem
Ultraschallsensor 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 A1 beschrieben ist, rechnerisch rekonstruiert
und daraus ein 3-dimensionales Bild errechnet werden.
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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.
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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 B1 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.
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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.