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Die
Erfindung betrifft eine Katheterisierungseinrichtung mit einem steuerbaren
Katheter, der durch einen Körper,
ein Lumen oder ein Hohlorgan eines Lebewesens navigierbar ist.
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Aus
der
WO 00/32263 ist
ein zu medizinischen Diagnosezwecken nutzbarer Einführkörper bekannt,
der mehrere Hohlkörper
umfasst. Dieser Einführkörper wird
in eine Körperöffnung,
beispielsweise in eine Gebärmutter,
eingeführt.
Dabei handelt es sich beispielsweise um ein Endoskop, das auch mit
einer Videokamera gekoppelt sein kann. Der Einführkörper als solcher ist starr,
nur die ins Körperinnere
ragenden Enden der Hohlkörper
sind bewegbar.
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Aus
der
DE 43 20 962 A1 ist
ein steuerbarer Katheter bekannt. Steuerbare Katheter werden beispielsweise
in der interventionellen Kardiologie eingesetzt, wo die innerhalb
des Gefäßsystems
zu Engstellen (Stenosen) oder Gefäßverschlüssen (Okklusionen) navigiert
werden. In der Elektrotherapie des Herzens werden sie eingesetzt,
um Stimulations- oder Mess-Elektroden am Herzen zu platzieren. Besondere
Probleme bereitet hier die Navigation eines Katheters zur linken
Seite des Herzens. Ebenfalls problematisch ist das Platzieren und
Verankern von Elektroden im Bereich der Atrien, die verhältnismäßig dünnwandig
und daher leicht durch einen Katheter durchstoßbar sind. Wahre Katheter werden
auch zur Navigation im neuronalen Gefäßsystem, im lymphatischen System,
in der Lunge oder im Verdauungssystem eingesetzt. In der Elektrophysiologie
werden steuerbare Katheter eingesetzt, um die Ursache von Herzrhythmusstörungen zu
untersuchen bzw. Herzmuskelgewebe zu veröden (Ablation).
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Es
ist üblich,
bei der Navigation eines Katheters auf radiologische Aufnahmen zurückzugreifen. In
sehr verzweigten Gefäßbereichen
sind die Aufnahmen häufig
wenig kontrastreich, so dass häufig
Kontrastmittel zugegeben werden muss. Kontrastmittel sind häufig schlecht
verträglich,
können
Allergien hervorrufen und sind kostenintensiv. Zudem verursacht
die Erzeugung radiologischer Aufnahmen eine Strahlenbelastung sowohl
für den
Patienten als auch für
den Operateur, die gerade bei komplizierten und langwierigen Navigationsprozeduren
erheblichen Umfang annimmt.
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Trotz
der Unterstützung
durch radiologische Aufnahmen, die, falls in zwei Bildebenen aufgenommen,
sogar einen dreidimensionalen Eindruck vermitteln können, ist
es für
den Operateur außerordentlich
schwer, die Orientierung des Katheters korrekt zu steuern. Dies
erfordert ein großes
Maß an
Geschicklichkeit und Erfahrung des Operateurs.
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Eine
Verbesserung der Handhabung gegenüber Kathetern, die durch Seilzug
oder hydraulische Systeme zu steuern sind, stellen magnetische Navigationssysteme
dar. Ein derartiges magnetisches Navigationssystem ist aus der
WO 2004/00695A1 bekannt.
Bei derartigen Systemen ist im vorderen Endbereich des Katheters
eine magnetische Spitze vorgesehen. Durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes
kann die Spitze dann ausgelenkt werden, um beispielsweise durch
kurvige Gefäßabschnitte
oder Verzweigungen hindurch navigiert zu werden. Lenkwinkel und
-richtung können
durch die Stärke
und Ausrichtung des äußeren Magnetfeldes
gesteuert werden. Ein derartiges System ist beispielsweise unter
dem Namen NIOBE von der Firma Stereotaxis Inc. bekannt.
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Während magnetische
Navigationssysteme zwar die Lenkung des Katheters erheblich erleichtern können, verbessern
sie jedoch nicht die Möglichkeit des
Operateurs, die gegenwärtige
Orientierung und Position des Katheters in der jeweiligen Umgebung einschätzen zu
können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen steuerbaren Katheter
sowie eine Katheterisierungseinrichtung anzugeben, die eine einfachere
und exaktere Navigation ermöglichen,
ohne dass dazu eine erhöhte
Strahlungsdosis oder Kontrastmittelgabe erforderlich wäre.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch eine Katheterisierungseinrichtung gemäß Anspruch
1.
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Dazu
umfasst die Katheterisierungseinrichtung einen Katheter, der zumindest
in einem Endbereich steuerbar ist und eine optische Kamera aufweist,
die mit diesem Endbereich verbunden ist, und die weiter eine Datenübertragungsstrecke
aufweist und einen über
die Datenübertragungsstrecke
mit der Kamera verbundenen Bildverarbeitungsrechner. Der Bildverarbeitungsrechner
ist dazu ausgestaltet, eine automatische Bilderkennung durchzuführen. Die Kamera
kann z.B. als Mikro- oder Nano-Kamera ausgeführt sein. Bei Mikro- und Nano-Kameras
handelt es sich um Kameras mit kleinster Baugröße, bei denen der Sensorchip
und die benötigte
Optik eine Größe im Bereich
von mm bzw. nm aufweisen.
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Durch
die Kamera können
Bilddaten von einem die Spitze des Katheters bildenden Endbereichs gewonnen
werden. Diese Bilddaten verbessern die Einsicht und den Überblick
in diejenige Region, in der der Katheter jeweils gerade navigiert
wird. Dadurch wird eine einfachere und sichere Navigation ermöglicht,
insbesondere in schwer zugänglichen
oder stark verzweigten Hohlraum- oder Gefäß-Systemen. Dem Operateur wird
dadurch eine bessere visuelle Vorstellung der betroffenen Region
vermittelt, wodurch der Einsatz weiterer Hilfsmittel, z. B. radiologischer
Aufnahmen verringert werden kann. Darüber hinaus wird es dem Operateur
ermöglicht,
zu erkennen, ob eine Verzweigung oder Verengung des Hohlraums bzw.
des Gefäßes für den Katheter
passierbar ist. Zudem wird gerade in medizinischen Anwendungen das
Risiko verringert, dass infolge einer Fehl-Navigation eine Wand
des jeweiligen Organs, z. B. Gefäßwand oder
Herzwand, unbeabsichtigter Weise durchstoßen wird.
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Ein
weiterer vorteilhafter Nebeneffekt besteht darin, dass der Operateur
dadurch, dass er eine bessere Orientierung er hält, weniger Aufmerksamkeit
auf die Navigation lenken muss und dadurch mehr gedanklichen Freiraum
für das
Nachdenken über
nachfolgende, nächste
Operations-Schritte erhält.
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Über die
Bilderkennung wird es möglich,
zusätzlich
zu einer einfachen Visualisierung der Kamera-Daten eine Analyse
dahingehend durchzuführen, dass
dem Operateur Information bezüglich
kritischer Navigations-Situationen gegeben wird. Der Operateur kann
z. B. auf schwer einsehbare Hohlraum-Verzeigungen oder -abzweigungen
hingewiesen werden, oder auf schwer erkennbare Hindernisse im Navigationsbereich
des Katheters, oder auf aufgrund ihres lichten Durchmessers nicht
passierbare Hohlraum-Verengungen, oder auf einen vorbestimmten Navigationspfad.
Ein vorbestimmter Navigationspfad wiederum kann z. B. aufgrund allgemeiner
Kenntnisse der Anatomie oder Umgebung im Navigationsbereich oder
aufgrund von zuvor während
einer vorangegangenen Navigationsprozedur gespeicherten Navigationspfaden
ermittelt werden.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist
die Kamera einen Sender auf, durch den sie Rohbilddaten auf eine
kabellose Datenübertragungsstrecke
ausgeben kann. Die kabellose Übertragung der
Kamera-Daten macht ein zusätzlich
vorzusehendes Datenübertragungs-Kabel
hinfällig
und hilft damit, den Durchmesser und die Flexibilität des Katheters,
an den die Kamera befestigt ist und der das Kabel beherbergen müsste, zu
verbessern.
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In
einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird in Abhängigkeit
von einem Erkennen einer vorbestimmten Katheterposition ein akustisches und/oder
optisches Signal ausgegeben. Auf diese Weise kann der Operateur
insbesondere bei Erreichen kritischer Positionen, z. B. bei Gefahr
des Durchstoßens
einer Wand des Hohlraums oder Gefäßes, gewarnt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben
sich aus den abhängigen
Patentansprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung von Figuren. Es zeigen:
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1 Katheterisierungseinrichtung
mit Katheter und Kamera und
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2 Katheterisierungssystem
mit motorischer Kathetersteuerung.
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In 1 ist
ein Katheterisierungssystem 30 schematisch dargestellt.
Es umfasst einen flexiblen, steuerbaren Katheter 1, der
in Hohlräume,
Hohlorgane, Gefäße oder
andere Körper
einführbar
ist. Der Katheter ist aus einem flexiblen Material, z. B. Kunststoff
oder Kautschuk, gefertigt. Die Steuerung des Katheters 1 erfolgt
darüber,
dass er zum einen vorgeschoben und zurückgezogen wird, und dass zum
anderen sein Endbereich auslenkbar ist. Eine Auslenkung des Endbereichs
erfolgt dadurch, dass ein Zugseil 4, das durch ein innerhalb
des Katheters 1 verlaufendes Lumen 2 geführt ist,
betätigt
wird. Durch Betätigen
des Zugseils 4 wird der Katheter 1, der elastisch
in eine gerade Ausrichtung strebt, aus dieser Ausrichtung heraus
ausgelenkt wird. Das Lumen 2 verläuft nicht zentral innerhalb
des Katheters 1, sondern seitlich, so dass der Katheter
bei Betätigen des
Zugseils 4 zu der Seite hin ausgelenkt wird, auf der das
Lumen 2 verläuft.
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Anstelle
eines einzelnen Lumens 2 kann auch eine Vielzahl solcher
Lumen vorgesehen sein. Anstelle einer Betätigung durch einen oder mehrere Seilzüge kann
auch eine hydraulische oder pneumatische Betätigung mittels eines gasförmigen oder flüssigen Mediums,
z. B. Luft oder Kochsalzlösung, erfolgen.
Alternativ kann die Steuerung des Katheters 1 auch unter
Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts oder unter Verwendung eines
Formgedächtnis-Werkstoffs
erfolgen.
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Innerhalb
des Katheters 1 in dem auslenkbaren Endbereich ist eine
Kamera 5 vorgesehen, die dort mit dem Katheter verbunden
ist. Die Kamera 5 kann in einem weiteren Lumen des Katheters 1 angeordnet
sein, indem sie in das vordere Ende des Lumens vorgeschoben wird.
Sie kann auch im Endbereich des Katheters 1 integriert
sein, indem sie z.B. mit einem aus Kunststoff gefertigten Abschnitt
des Katheters vergossen wird. Weiter kann die Kamera als separates
Teil an den Katheterendbereich angefügt sein.
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Die
Kamera 5 ist über
eine Kabelverbindung 10 mit einem Bildverarbeitungsrechner 11 verbunden. Über diese
Datenübertragungsstrecke
liefert sie Rohbilddaten an den Bildverarbeitungsrechner 11. Zugleich
ist es möglich,
dass sie über
die Kabelverbindung 10 die zum Betrieb erforderliche Energie
erhält.
Die Kabelverbindung 10 ist innerhalb des Katheters 1 geführt. Sie
kann dort in einem separaten Lumen geführt sein, oder als integraler
Bestandteil mit dem Katheter vergossen sein. Sie basiert auf einem hoch
leitfähigen,
flexiblen Material, z. B. einer Silber- oder Kupfer-Litze, oder
auch auf der Verwendung optischer Kabel, z. B. einer Kunststoff-
oder Glasfaser. Die Verwendung optischer Kabel würde den besonderen Vorteil
mit sich bringen, dass die Informationsübertragung keine Elektronenbewegung
umfasst, sondern Lichtimpulse. Lichtimpulse sind in einem Magnetfeld
weniger störanfällig.
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Der
Bildverarbeitungsrechner 11 erzeugt aus den von der Kamera 5 empfangenen
Rohbilddaten Bilddaten, die er an eine Anzeigevorrichtung 13 übermittelt,
auf der sie optisch dargestellt werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Anzeige
der Bilddaten in Echtzeit und die Anzeigevorrichtung 13 ist
im Blickfeld des Operateurs angeordnet, der den Katheter 1 steuert.
Zusätzlich
werden die Bilddaten im Bilddatenspeicher 12 aufgezeichnet.
Sie werden zum einen archiviert, zum anderen stehen sie zur Vorbereitung der
Wiederholung einer zuvor bereits durchgeführten Navigationsprozedur zur
Verfügung.
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Der
Bildverarbeitungsrechner 11 ist weiter dazu ausgebildet,
neben einer Rekonstruktion von Bilddaten anhand der von der Kamera 5 empfangenen
Rohbilddaten eine Bilderkennung auszuführen. Sowohl die Rekonstruktion
von Bilddaten als auch die Bilderkennung können als Softwareprogramme auf
dem Bildverarbeitungsrechner 11 ausgeführt werden. Sie können auch
ganz oder teilweise in Hardwarebausteinen, z. B. Grafikkarten, ablaufen.
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Mittels
der Bilderkennung können
vorbestimmte Positionen des Navigationspfades erkannt werden. Z.B.
kann die Einhaltung eines zuvor bereits durchlaufenen und aufgezeichneten
Navigationspfades überwacht
werden. Weiter kann die Bilderkennung z.B. Kreuzungspunkte von Hohlraum-
oder Gefäß-Systemen
erkennen und schwer einsehbare Abzweigungen. Durch quantitative
Auswertungen kann die Bilderkennung den lichten Durchmesser eines vor
dem Katheter 1 liegenden Hohlraumes ermitteln und beispielsweise
mit gespeicherten Informationen über
den Durchmesser des Katheters 1 vergleichen, um so nicht
passierbare Engstellen erkennen zu können. Weiter kann sie beispielsweise
das Anstoßen des
Katheters 1 an Hindernisse oder das Auflaufen auf Hindernisse
erkennen.
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Der
Bildverarbeitungsrechner 11 verfügt über einen optischen Signalgeber 15 und
einen akustischen Signalgeber 16. Es kann vorgesehen werden,
dass über
einen oder beide Signalgeber Signale ausgegeben werden, falls die
Bilderkennung eine vorbestimmte Katheter-Position erkennt. Auf diese Weise
kann z.B. ein medizinischer Operateur davor gewarnt werden, eine
Gefäßwand oder
Herzwand zu durchstoßen.
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In 2 ist
ein Katheterisierungssystem 31 mit Katheter 1 schematisch
dargestellt. Der Katheter 1 ist wie vorangehend beschrieben
flexibel und elastisch ausgeführt.
Er weist jedoch kein Lumen für
ein Zugseil auf, sondern ist mit einer magnetischen Spitze 9 versehen.
Die magnetische Spitze 9 kann an den Katheterendbereich
angesetzt sein, oder sie kann als integraler Bestandteil des Katheterendbereichs
mit diesem vergossen sein.
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Mit
dem Endbereich des Katheters 1 ist eine Kamera 5 verbunden.
Sie kann, wie schematisch in der Figur dargestellt, außen an den
Katheter 1 angebracht sein. Sie kann auch in der Verlängerung
der Katheterspitze an diesen angesetzt sein oder als integraler
Bestandteil mit dem Katheter vergossen sein. Die Kamera 5 umfasst
einen Sender, mit dem sie Rohbilddaten auf eine Funkverbindung 6 ausgeben
kann. Die Sende-Technologie
bzw. das Sende-Protokoll kann so gewählt werden, dass die Baugröße des Senders
möglichst
gering ist. Grundsätzlich
könnten
z. B. Bluetooth, WLan oder Funk mit den jeweils üblichen Protokollen genutzt
werden.
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Der
Katheter 1 wird über
eine Steuerungsvorrichtung 3 gesteuert. Die Steuerung umfasst
eine motorische Steuerung des Kathetervorschubs, angedeutet durch
einen Doppelpfeil in Längsrichtung
des Katheters. Sie umfasst weiter die Auslenkung des Endbereichs
des Katheters 1, wozu die magnetische Spitze 9 verwendet
wird. Zu diesem Zweck ist die Steuerungsvorrichtung 3 verbunden
mit den Steuermagneten 7, 8. Die Steuermagnete 7, 8 können als Elektro-Magneten
ausgeführt
sein, die von der Steuerungsvorrichtung 3 mit einem Spulenstrom
beaufschlagt werden. Sie können
auch als Dauermagneten ausgeführt
sein, deren Ausrichtung von der Steuerungsvorrichtung 3 vorgegeben
wird. Durch Einstellen eines geeigneten Magnetfeldes im Endbereich des
Katheters 1 wird dessen magnetische Spitze 9 ausgelenkt.
Dadurch ergibt sich, in Verbindung mit der motorischen Vorschub-Steuerung,
eine vollumfängliche
Steuerung der Bewegung des Katheters 1.
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Der
Bildverarbeitungsrechner 11 weist einen Empfänger auf,
mittels dessen er Rohbilddaten von der Kamera über die Funkverbindung 6 empfangen kann.
Auf dem Bildverarbeitungsrechner 11 läuft wie vorangehend beschrieben
eine Rekonstruktion von Bilddaten aus den Rohbilddaten ab. Zusätzlich kann, ebenfalls
wie vorangehend beschrieben, eine Bilderkennung ausgeführt werden.
Der Bildverarbeitungsrechner 11 ist mit der Steuerungsvorrichtung 3 verbunden
und kann diese insbesondere in Abhängigkeit von einem Erkennen
einer Katheter-Position durch die Bilderkennung ansteuern. Dadurch
kann z.B. ein Katheter-Vorschub
bei kritischen Katheter-Positionen, wie ebenfalls vorangehend beschrieben,
automatisch gestoppt oder unterbunden werden. Es ist auch möglich, einen
zuvor im Bilddatenspeicher 12 gespeicherten Navigationspfad
in einer erneuten Navigationsprozedur automatisch nachzuverfolgen,
indem die Bilderkennung eine jeweils aktuelle Katheter-Position
mit einer jeweils während
der vorangegangenen Navigationsprozedur gespeicherten Katheter-Position
vergleicht und die Steuerungsvorrichtung 3 entsprechend
ansteuert.
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Der
Bilddatenspeicher 12 kann neben Navigations-Bilddaten von
der Kamera 5 z. B. auch Patientendaten, Informationen über den
jeweiligen in Zusammenhang mit der Navigations-Prozedur stehenden
Eingriff, oder medizinische Daten speichern.
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Zusammenfassend
betrifft die Erfindung einen steuerbaren Katheter, der durch einen
Körper, ein
Lumen oder ein Hohlorgan eines Lebewesens navigierbar ist. In einem
Ausführungsbeispiel
weist ein Katheter (1) eine Steuereinrichtung auf, durch
die mindestens ein Endbereich des Katheters (1) steuerbar
ist, und ist gekennzeichnet durch eine optische Kamera (5),
die mit dem Endbereich des Katheters (1) verbunden ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel
umfasst eine Katheterisierungseinrichtung (30, 31)
einen solchen steuerbaren Katheter (1), eine Datenübertragungsstrecke,
und einen Bildverarbeitungsrechner (11), wobei der Bildverarbeitungsrechner
(11) über
die Datenübertragungsstrecke
mit der Kamera (5) verbunden ist. Durch die Kamera können Bilddaten
von einem die Spitze des Katheters bildenden Endbereichs gewonnen
werden. Diese Bilddaten verbessern die Einsicht und den Überblick
in diejenige Region, in der der Katheter jeweils gerade navigiert
wird. Dadurch wird eine einfachere und sichere Navigation ermöglicht,
insbesondere in schwer zugänglichen
oder stark verzweigten Hohlraum- oder Gefäß-Systemen.