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Die Erfindung betrifft einen Katheter zur Einführung in ein Körpergefäß oder in ein Organ mit einem von einer Katheterhülle umgebenen Katheterinneren und mit einer am distalen Ende angeordneten Katheterspitze. Sie betrifft ferner eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung mit einem derartigen Katheter.
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Eine der häufigsten Erkrankungen mit Todesfolge sind vaskuläre Gefäßerkrankungen, insbesondere der Herzinfarkt. Dieser wird durch Erkrankungen der Koronargefäße, die so genannte Arteriosklerose, verursacht. Dabei kommt es durch Ablagerungen (arteriosklerotischer Plaque) an der Gefäßwand zu einer Verringerung des Gefäßdurchmessers bis hin zu einer Verstopfung einzelner oder mehrerer Herzkranzgefäße. Man hat nun erkannt, dass die Gefahr, einen Herzinfarkt zu erleiden, nicht hauptsächlich von der Reduzierung des Gefäßdurchmessers abhängt. Vielmehr kommt es auch darauf an, ob die dünne Schutzschicht, die die arteriosklerotischen Ablagerungen abdeckt, hält. Bricht diese nämlich auf, so lagern sich an der Bruchstelle bevorzugt Blutplättchen an, die das Gefäß innerhalb kurzer Zeit komplett verschließen und somit den Herzinfarkt verursachen.
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Eine Diagnose der auch als Stenose bezeichneten Einengung von Herzkranzgefäßen als mögliche Vorstufe eines zu einem Herzinfarkt führenden Verschlusses kann beispielsweise im Rahmen der Koronarangiographie erfolgen. Dabei wird üblicherweise ein Katheter in die Koronargefäße eingeführt, über den ein Röntgenkontrastmittel in die zu untersuchende Gefäßregion injiziert wird. Anschließend wird eine Röntgenaufnahme des Gefäßbereiches angefertigt und der Katheter wieder entfernt. Auf dem Röntgenbild zeichnet sich dann der mit Kontrastmittel gefüllte Gefäßinnenraum ab. Das resultierende Bild wird auch Angiogramm genannt. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass hierbei nur der vom Blutfluss nutzbare Gefäßdurchmesser bzw. die Engstelle als Silhouette dargestellt wird. Eine Aussage über die Ablagerung, insbesondere ihre Dicke oder den Grad des Entzündungsprozesses, ist nicht möglich.
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Neuerdings kann zur genaueren Diagnose der Stenose auch ein so genannter Ultraschallkatheter mit einem bildgebenden intravaskulären Ultraschallsensor (IVUS-Sensor) in die Koronargefäße eingeführt werden. Ein derartiger Ultraschallkatheter ist beispielsweise aus der
DE 198 27 460 A1 bekannt. Der IVUS-Sensor liefert Ultraschallbilder aus dem Gefäßinneren, wobei üblicherweise die Gefäßwand in einer 360°-Schnittdarstellung abgebildet wird. Dieses Verfahren liefert zwar einige medizinische Informationen über die Ablagerungen, die im Rahmen der Koronarangiographie nicht verfügbar sind, jedoch ist die räumliche Auflösung der Ultraschallbilder und auch deren Nutzen für die medizinische Diagnose in der Regel begrenzt.
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Alternativ kann der Untersuchungskatheter auch mit einem Sensor zur optischen Kohärenztomographie (OCT = Optical Coherence Tomography) oder mit einem Sensor zur intravaskulären Magnetresonanztomographie (IVMRI = Intravascular Magnetic Resonance Imaging) ausgestattet sein.
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Die optische Kohärenztomographie-Bildgebung liefert hochauflösende Bilder, die den Gefäßbereich vergleichsweise exakt wiedergeben, so dass sich hierüber eine deutliche Verbesserung der Bildaufnahmen, die der Diagnostik zugrunde liegen, erzielen lässt. Das Prinzip dieses Verfahrens beruht darauf, dass vom Katheter über einen Lichtleiter zugeführtes Licht in das Gefäß eingestrahlt wird, wobei das dort reflektierte Licht wieder in den Lichtleiter eingekoppelt und zu einer Auswerteeinrichtung geführt wird. In der Auswerteeinheit wird – ähnlich wie bei einem Michelson-Interferometer – die Kohärenz des reflektierten Lichts mit dem Referenzlicht zur Bilderzeugung ausgewertet. Nachteilig ist bei dem OCT-Verfahren allerdings, dass der untersuchte Gefäßabschnitt kurzzeitig vom Blut befreit werden muss. Dazu wird der Blutfluss durch einen Verschlusspfropfen unterbrochen und der Gefäßabschnitt mit einer physiologischen Kochsalzlösung ausgespült. Ein Katheter, der wenigstens eine Bildaufnahmeeinrichtung zur optischen Kohärenztomographie umfasst, ist in der
DE 10 2004 001 498 A1 beschrieben.
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Ein weiteres bildgebendes Verfahren, das insbesondere für seine gute Darstellung von Weichteilen bekannt ist, ist die magnetische (Kern-)Resonanz-Tomographie. Bei diesem Verfahren werden die magnetischen Momente (Kernspins) der Atomkerne des untersuchten Gewebes in einem äußeren Magnetfeld ausgerichtet und durch eingestrahlte Radiowellen zu einer Kreiselbewegung (Präzession) angeregt, wobei infolge von Relaxationsvorgängen in einer zugeordneten Empfangsspule eine Wechselspannung induziert wird, die die Grundlage für die Bildberechnung darstellt. Neuerdings ist es gelungen, die magnetfelderzeugenden Elemente sowie die Sende- und Empfangsspulen derart zu miniaturisieren und in einem bildgebenden IVMRI-Sensor eines Untersuchungskatheters zu integrieren, dass eine interkorporale bzw. intravaskuläre Anwendung des MRI-Verfahrens möglich ist, wobei auch das erforderliche statische Magnetfeld innerhalb des Patientenkörpers erzeugt bzw. appliziert wird. Eine derartige Lösung ist z. B. in der
US 6,704,594 B1 beschrieben.
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Wenn durch die oben geschilderten Untersuchungsmethoden Stenosen der Koronargefäße erkannt werden, die den Patienten bedrohen oder in seiner Leistungsfähigkeit stark einschränken, sind in der Regel weitere Behandlungsschritte erforderlich. Je nach Fall wird dabei entweder eine Bypass-Operation oder eine Ballon-Dilatation, auch als ”Perkutane transluminale koronare Angioplastik (PTCA)” bekannt, durchgeführt. Bevorzugt kommt heutzutage die PTCA-Methode zur Anwendung. Hierbei werden die Engstellen der Koronargefäße mit einem so genannten Ballon-Katheter, der unter Röntgenkontrolle in die Behandlungsregion eingebracht wird, gedehnt. Dieser Katheter weist in seinem vorderen Spitzenbereich (am distalen Ende) einen in der Regel mit einer unter Druck stehenden Salzlösung expandierbaren Ballon auf, der am Ort der Stenose expandiert oder aufgeblasen wird. Damit die Gefäßerweiterung nach der Dilatation nicht wieder in den ursprünglichen Zustand zurückgeht, wird nach der Dilatation ein so genannter Stent in den geweiteten Gefäßabschnitt eingeführt. Dieser Stent ist ein in der Regel metallisches, zylindrisches Maschengitter, das über den Ballon plastisch verformt wird und sich bei dessen Expansion an die Gefäßinnenwand legt.
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Nachteilig ist insgesamt, dass das bekannte Prozedere mehrfach invasiv ist, d. h., es müssen nacheinander mehrere unterschiedliche Katheter – zur Voruntersuchung und zur Behandlung – eingeführt werden. Jede Invasion ist aber mit einem gewissen Patientenrisiko verbunden. Zudem ist es häufig schwierig, den zur Behandlung eingesetzten Ballon-Katheter zielgenau am vorgesehenen Einsatzort zu positionieren und die Lage des Stents nach seiner Platzierung anhand des Angiographie-Röntgenbildes zu überprüfen. Insbesondere sind derzeitig in der Entwicklung befindliche bioresorbierbare Stents, die eine Restenose des geweiteten Gefäßabschnittes auf besonders effektive Weise verhindern sollen, im Röntgenbild praktisch überhaupt nicht sichtbar.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Katheter der eingangs genannten Art anzugeben, der die Belastung eines Patienten durch invasive Eingriffe minimiert und der ein zielgenaues Setzen eines Stents sowie eine anschließende präzise Kontrolle seiner Lage im Gefäß ermöglicht. Außerdem soll eine den Katheter umfassende medizinische Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung angegeben werden, die eine für den Einsatz des Katheters zweckmäßige Infrastruktur bereithält.
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In Bezug auf den Katheter wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem in der Nähe der Katheterspitze ein reversibel expandierbarer Ballon angeordnet ist, an dessen Außenseite ein im Körpergefäß zu implantierender Stent angeordnet ist, wobei ein IVMRI-Sensor zur intravaskulären Magnetresonanz-Tomographie derart in der Nähe der Katheterspitze angeordnet ist, dass der Gefäßbereich, in dem der Ballon positioniert ist, abbildbar ist.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Anzahl der den Patienten belastenden invasiven Eingriff verringert werden kann, falls die Diagnose einer Stenose und die ggf. erforderlichen Behandlungsmaßnahmen, insbesondere die Weitung des betroffenen Gefäßabschnittes und die Platzierung eines Stents zur Verhinderung der Restenose, in einem gemeinsamen ”Arbeitsgang” oder Therapieschritt erfolgen. Zu diesem Zweck sollte ein mit einer hochauflösenden Bildaufnahmeeinrichtung zur Abbildung des Untersuchungs- und Behandlungsbereiches ausgestatteter Untersuchungskatheter zusätzlich auch mit einem expandierbaren Ballon zur Gefäß-Dilatation und mit einem im Gefäß implantierbaren Stent versehen sein. Dieser Katheter dient dann als kombinierter Untersuchungs- und Behandlungskatheter.
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Die Bildaufnahmeeinrichtung sollte derart beschaffen sein, dass sie dem mit der Diagnose befassten Arzt oder Mediziner über die im Rahmen der Angiographie verfügbaren visuellen Informationen hinaus möglichst auch noch zusätzliche medizinische Informationen über die arteriosklerotischen Ablagerungen, insbesondere über deren Dicke und über eventuelle entzündliche Prozesse, liefert. Die Bildaufnahmeeinrichtung sollte daher einerseits für eine hochauflösende Schnittdarstellung von Weichteilen, wie etwa den Gefäßwänden mitsamt dem angelagerten Plaque, ausgelegt sein. Andererseits sollte es auch möglich sein, mit den so gewonnenen Bildern die Lage des Stents nach seiner Platzierung im Gefäß zu überprüfen. Mit anderen Worten: Der Stent sollte im Rahmen des bildgebenden Verfahrens nicht transparent, sondern im Gegenteil möglichst opak (undurchlässig) sein. Wie sich herausgestellt hat, werden diese Anforderungen insbesondere auch bei neuartigen bioresorbierbaren Stents, die für herkömmliche bildgebende Technologien unsichtbar sind, besonders gut von der intravaskulären Magnetresonanztomographie erfüllt.
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Dazu ist in der Nähe der Katheterspitze, vorzugsweise im Katheterinneren, ein IVMRI-Sensor derart angeordnet und ausgebildet, dass der Gefäßbereich, in dem der Ballon und der Stent positioniert sind, abgebildet werden kann. Damit kann bereits während des Einführvorganges bei kontinuierlicher IVMRI-Bildaufnahme die Bewegung des Katheters im Bereich der Katheterspitze kontinuierlich erfasst und überwacht werden. Daneben besteht die Möglichkeit, den Ballon samt Katheter absolut exakt im Zielgebiet, d. h. im stenösen Gefäßabschnitt, zu positionieren, nachdem über die IVMRI-Bildaufnahmeeinrichtung eben genau der Gefäßbereich aufgenommen wird, in dem sich der Ballon samt Stent befindet. Das heißt, es kann die Ist-Lage des Ballons erfasst und dieser exakt positioniert werden. Gleichermaßen kann während und nach der Fixierung des Stents stets eine Lage- und Positionskontrolle durchgeführt werden, ohne dass in irgendeiner Weise der Katheter zu bewegen oder auszutauschen wäre. Das heißt, der mit dem IVMRI-Sensor versehene Ballon-Stent-Katheter lässt bei einmaliger Invasion eine genaue Diagnose der Stenose sowie ein lagegenaues Ausrichten und Setzen des Stents bei gleichzeitiger Gefäßdilatation zu. Die IVMRI-Bildgebung liefert zum einen hochauflösende, exakt diagnostisch auswertbar Bilder, zum anderen ist die Anzahl der Invasionen und die Zahl der zu verwendenden unterschiedlichen Katheter minimiert. Im einfachsten Fall muss nur ein einziger Katheter, nämlich der kombinierte IVMRI-Ballon-Stent-Katheter, verwendet werden.
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Um den ballonnahen Gefäßbereich aufnehmen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Bildaufnahmeeinrichtung mit dem IVMRI-Sensor im Wesentlichen unmittelbar benachbart zum Ballon angeordnet ist. Sie kann dabei bezogen auf die Katheterspitze vor oder hinter dem Ballon oder auch auf gleicher Höhe angeordnet sein. Im zuletzt genannten Fall sollte der Ballon vorzugsweise aus einem MRI-transparenten Material bestehen.
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Vorzugsweise ist der IVMRI-Sensor über eine in der Katheterhülle oder im Katheterinneren geführte Antriebswelle rotierbar. Somit lässt sich mit einem einzigen, in der Regel richtungsempfindlichen Sensor ein 360°-Schnittbild der Gefäßwand und der angrenzenden Gewebeabschnitte aufnehmen, ohne dass der Katheter selbst bzw. dessen Katheterhülle bewegt werden muss. Vorzugsweise werden dabei die von den Sende- und Empfangsspulen des IVMRI-Sensors erzeugten und empfangenen elektromagnetischen Wellen über mindestens ein umfänglich an der Katheterhülle angeordnetes, im betreffenden Frequenzband strahlungstransparentes Fenster aus- und eingekoppelt.
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Vorteilhafterweise ist zur Verbesserung der MRI-Bildgebung in der Katheterhülle oder im Katheterinneren mindestens eine Kontrastmittelzuleitung für ein MRI-Kontrastmittel vorgesehen, die in eine in der Nähe des IVMRI-Sensors an der Außenseite der Katheterhülle angeordnete Austrittsöffnung mündet. Dabei kann ein MRI-Kontrastmittel, beispielsweise ein Kontrastmittel auf Gadolinium-Basis, durch die Zuleitung oder den Kanal des Katheters direkt zu dem interessierenden Gefäß bzw. in den Körperhohlraum eingeleitet werden. Dies hat gegenüber einem Einbringen durch eine periphere Vene den Vorteil, dass das Kontrastmittel ohne Zeitverzögerung wirksam wird.
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Der Stent ist zweckmäßigerweise ein metallischer Stent, z. B. aus Edelstahl oder Nitinol. Zur Prophylaxe der Restenose nach der PTCA kann der Stent auch mit einer geeigneten Beschichtung versehen sein. Diese Beschichtung kann beispielsweise eine Nanobeschichtung und/oder eine medikamentöse Beschichtung sein. Im letztgenannten Fall spricht man auch von einem ”Drug Eluding Stent”. In einer alternativen Variante kann der Stent auch teilweise oder vollständig aus einem bioresorbierbaren Material, etwa aus biologischem Material, Bio-Engineering Material, aus Magnesium oder aus Kunststoff, insbesondere einem polymeren Kunststoff, gefertigt sein, welches sich nach einer vorgegebenen Zeitspanne auflöst und durch den Blutkreislauf oder den Stoffwechsel ausgeschieden oder abgebaut wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist im Bereich der Katheterspitze eine Anzahl von Positionssensoren oder Positionsgebern angeordnet, mittels derer sich die aktuelle Position und vorzugsweise auch die Orientierung der Katheterspitze bestimmen lässt. Vorzugsweise handelt es sich dabei um mehrere, insbesondere um drei elektromagnetische Sendespulen, die mit einer Anzahl von extern, d. h. außerhalb des Patienten angeordneten Empfangsspulen oder Signaldetektoren zusammenwirken. Für eine präzise Ortung im Raum und Bestimmung der Orientierung und der Winkelbeziehungen sind die Sendespulen vorzugsweise orthogonal zueinander angeordnet, wobei zweckmäßigerweise jedem Sender ein eigener Empfänger zugeordnet ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Rolle der Sende- und der Empfangseinheiten auch vertauscht sein, d. h. die Empfangsspulen sind katheterseitig fixiert, während die Sendespulen vorzugsweise stationär im Raum angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich zu den elektromagnetischen Positionssensoren sind auch Ultraschall-Positionsgeber und -empfänger einsetzbar. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann alternativ oder zusätzlich zu den bislang beschriebenen Positionsgebern auch der IVMRI-Sensor als Positionssender wirksam sein und ein Positionssignal für eine im Raum angeordnete Empfangseinheit bereitstellen. Die so erhaltenen Positionsangaben erleichtern einerseits das sichere Einführen des Katheters und die Navigation zum Zielgebiet, andererseits unterstützen sie in vorteilhafter Weise die nachfolgend noch zu beschreibende Konstruktion von dreidimensionalen Aufnahmen aus einer Mehrzahl zweidimensionaler IVMRI-Querschnittsbilder.
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In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung kann im Bereich der Katheterspitze mindestens ein magnetisches Element zur Führung des Katheters mittels eines externen Magnetfeldes vorgesehen sein. Bei dieser so genannten magnetischen Navigation wird der Katheter also durch ein externes Magnetfeld gesteuert und angetrieben. Bei dem jeweiligen magnetischen Element kann es sich um einen Permanentmagneten oder um einen Elektromagneten handeln. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, eine Drahtspule bei entsprechender Dimensionierung und bei geeigneter Ansteuerung wahlweise als Empfangsspule bzw. als Empfangsantenne für Positionssignale eines zugeordneten Positionssignalsenders oder als Elektromagnet zur magnetischen Führung des Katheters zu verwenden. Zur Erhöhung der Permeabilität und somit auch zur Erhöhung der erreichbaren magnetischen Feldstärken kann die Spule in diesem Fall mit einem Eisen- oder Ferritkern oder dergleichen ausgestattet sein.
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Alternativ zur Führung des Katheters durch ein externes Magnetfeld kann eine mechanische Navigation vorgesehen sein. Hierzu sind in den Katheter geeignete mechanische Elemente, z. B. in Form von Zugdrähten und dergleichen, integriert, die durch äußere Zug- und Druckkräfte eine temporäre mechanische Verformung, Dehnung und/oder Biegung des Katheters oder einzelner, auswählbarer Katheterabschnitte, insbesondere der Katheterspitze, erlauben. Vorzugsweise erfolgt die mechanische und/oder magnetische Führung des Katheters automatisch mit Hilfe einer computergestützten Steuervorrichtung.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die den IVMRI-Sensor und ggf. eine Anzahl von Positionssensoren sowie ggf. weitere Sensoren umfassenden elektrischen Funktionseinheiten an oder in einem Innenkörper angeordnet, der in einen korrespondierenden Hohlraum eines die Katheterhülle, den Ballon und den Stent umfassenden Außenkörpers einschiebbar ist. Dabei sind zweckmäßigerweise die zur Verbindung der elektrischen Funktionseinheiten mit einer Auswerte- und Steuereinheit vorgesehenen Versorgungs- und Signalleitungen und/oder eine zur Rotation des IVMRI-Sensors vorgesehene Antriebswelle am oder im Innenkörper angeordnet, während eine Expansionsmittel-Zuleitung für ein zur Expansion des Ballons verwendetes Expansionsmittel und/oder mindestens eine Kontrastmittel-Zuleitung bevorzugt am oder im Außenkörper angeordnet sind. Bei diesem Design sind die jeweiligen Komponenten im Bedarfsfall, etwa zur Wartung oder Reinigung, leicht auswechselbar und im auseinandergenommenen Zustand auch besonders leicht zugänglich. Dabei ist es auch möglich, einen an die jeweiligen anatomischen Bedingungen und an den Einsatzzweck und Ort angepassten ”äußeren” Ballon-Katheter in die Koronargefäße einzuführen und während der Untersuchung und Behandlung den ”inneren” Katheter bzw. den mit den bildgebenden und sonstigen elektrischen Funktionseinheiten versehenen Innenkörper auszuwechseln. Beispielsweise kann dann, falls dies für diagnostische Zwecke vorteilhaft oder sinnvoll ist, ein IVMRI-Innenkatheter gegen einen OCT-Innenkatheter ausgetauscht werden, ohne dass der Patient durch eine erneute Invasion, sprich durch einen Wechsel oder eine Bewegung oder sonstige Manipulation des äußeren Katheters, belastet wird. Der ausgewechselte Innenkatheter muss auch nicht erst aufwändig in das Zielgebiet navigiert und dort erneut justiert werden. Vielmehr genügt es, ihn bis zu einer Anschlagsposition in den Hohlraum des äußeren Katheters einzuschieben, der während der Prozedur in seiner zuvor erreichten oder eingenommenen Lage im Gefäß verbleibt.
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Vorteilhafterweise weisen die zur Verbindung der elektrischen Funktionseinheiten mit der Auswerte- und Steuereinheit vorgesehenen Versorgungs- und Signalleitungen jeweils eine Schutzschicht zur magnetischen Abschirmung auf. Auch die in die Funktionseinheiten oder in die Messfühler integrierten elektronischen Schaltungen und sonstigen Bauteile können auf diese Weise magnetisch abgeschirmt sein. Gleiches gilt für weitere in den Katheter integrierte physiologische Sensoren. Dies können insbesondere Temperatur- und Drucksensoren zur Überwachung der Gefäßtemperatur und des Gefäßdruckes sein. Damit ist eine ungestörte Signalübertragung und -aufbereitung auch in Anbetracht der mit der MRI-Bildgebung einhergehenden, vergleichsweise starken magnetischen Felder gewährleistet. Die magnetisch abschirmende Schutzschicht kann z. B. wie in der
US 6,506,972 B1 beschrieben, eine Dünnfilmschicht aus leitenden Nanopartikeln, etwa auf Siliziumdioxid-, Aluminiumoxid-, Silikonnitrat- oder Kohlenstoffbasis sein.
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Die Anschlüsse für die bildgebenden und die physiologischen Sensoren sowie für die Positionssensoren sind über eine zugeordnete galvanische Trennung von der vergleichsweise hohe Spannungswerte von typischerweise 110 V oder 230 V aufweisenden Netzspannung entkoppelt, um jegliche diesbezügliche Gefährdung des Patienten auszuschließen. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine optische Entkopplung.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der Katheterhülle oder im Katheterinneren mindestens eine Kontrastmittel-Zuleitung für ein Röntgenkontrastmittel vorgesehen, die in eine an der Außenseite der Katheterhülle angeordnete Austrittsöffnung mündet. Damit kann der zu untersuchende und ggf. zu behandelnde Gefäßbereich auch besonders gut im Rahmen der Koronarangiographie abgebildet werden, wobei die auf diese Weise gewonnenen Bilddaten die Bilddaten des IVMRI-Sensors sinnvoll ergänzen. Zur Verbesserung der Sichtbarkeit des Katheters und insbesondere der Katheterspitze im Röntgenlicht ist zumindest im Bereich der Katheterspitze eine Anzahl von röntgenopaken Markierungen (Röntgen-Marker) vorgesehen.
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Vorteilhafterweise ist der Katheter an seiner Außenseite mit einer Beschichtung versehen, die den Reibungswiderstand bei der Führung bzw. Geleitung durch die Gefäße verringert. Diese Beschichtung hat zweckmäßigerweise hydrophilen Charakter. Sie kann beispielsweise eine Silikonbeschichtung oder eine auf der Nanotechnologie beruhende Nanobeschichtung sein. Die Beschichtung ist ferner so gewählt, dass sie möglichen Thrombosen entgegenwirkt oder vorbeugt, wobei dem Fachmann diesbezügliche Konzepte und Maßnahmen geläufig sind.
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Vorzugsweise ist der Katheter mit einem auch als RFID-Transponder bezeichneten Mikrochip oder Etikett versehen, in dem technische Daten des Katheters und/oder eine Dokumentation der Einsatzgeschichte des Katheters speicherbar und über eine externe, auch als RFID-Reader bezeichnete Sende- und Empfangseinheit berührungslos auslesbar und manipulierbar sind (RFID = Radio Frequency Identification). Der RFID-Transponder und der zugehörige RFID-Reader sind Bestandteile einer EDV-gestützten RFID-Infrastruktur, die dazu beiträgt, den Katheter in der Logistikkette eines Krankenhauses oder sonstigen medizinischen Behandlungseinrichtung besser zu verfolgen. Die im RFID-Tag gespeicherten technischen Daten können auch dazu herangezogen werden, um auf automatisierte und zuverlässige Weise gerätespezifische Voreinstellungen oder Anpassungen einer an den Katheter anzuschließenden Auswerte- und Steuereinheit vorzunehmen.
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Der IVMRI-Ballon-Katheter ist zweckmäßigerweise in eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung eingebunden, wobei der IVMRI-Sensor des Katheters datenseitig mit einer Auswerte- und Steuereinheit verbunden ist. Dabei umfasst die Auswerte- und Steuereinheit eine elektronische Bildverarbeitungseinheit zur visuellen Aufbereitung der Sensorsignale und eine Displayeinheit zur Anzeige der aus den Sensorsignalen berechneten Bilder. Die im Katheterinneren angeordneten Positionsgeber oder Detektoren und/oder die diesen Positionssensoren zugeordneten, außerhalb des Patienten angeordneten Empfangs- oder Sendeeinheiten sind ebenfalls mit der Auswerte- und Steuereinheit verbunden und übermitteln an diese ein Positionssignal, aus dem sich die aktuelle Position und vorzugsweise auch die räumliche Orientierung der Katheterspitze ermitteln lässt. Die ermittelten Positionsdaten werden vorteilhafterweise in einem 3D-Korrekturmodul der Bildverarbeitungseinheit weiterverarbeitet und zur Erstellung eines artefaktreduzierten, dreidimensionalen Volumendatensatzes aus einer Mehrzahl von zweidimensionalen IVMRI-Schnittbildern herangezogen.
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Die für die Generierung der dreidimensionalen Bilder oder Volumendatensätze grundlegenden zweidimensionalen IVMRI-Schnittbilder werden gewonnen, indem der rotierende IVMRI-Sensor im Gefäß vorwärts oder rückwärts bewegt wird. Im bevorzugt zur Anwendung kommenden letztgenannten Fall ist die Methode auch als ”Pullback-Methode” bekannt. Für einen besonders gut kontrollierbaren Vorschub oder Rückzug des Katheters mit einer definierten, vorzugsweise konstanten Geschwindigkeit kann die medizinische Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung auch eine entsprechende Antriebsvorrichtung für den Katheter umfassen, die zweckmäßigerweise über die Auswerte- und Steuereinheit angesteuert wird.
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Da der Katheter in der Regel im Querschnitt kleiner als das untersuchte Gefäß ist und sich daher innerhalb des Gefäßdurchmessers hin- und herbewegen kann, können bei der 3D-Bildverarbeitung Bewegungsartefakte auftreten. Durch die Einbeziehung der Positionsdaten lassen sich derartige Artefakte deutlich reduzieren oder sogar vollständig vermeiden. Dadurch könne realistischere und aussagekräftigere 3D-Aufnahmen des Untersuchungsbereiches erzeugt werden, die eine verbesserte medizinische Diagnose erlauben.
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Die hardware- oder softwaremäßig im 3D-Korrekturmodul implementierte Artefaktkorrektur ermittelt zweckmäßigerweise aus den 2D-Schnittbildern zuerst die Gefäßmittellinie und approximiert dabei vorteilhafterweise auch die Gefäßhüllkurve. Dies kann beispielsweise durch Interpolation zwischen den bei der Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung des Katheters ermittelten Grenzpunkten, bei denen die Katheterspitze die Gefäßwand berührt oder an ihr anstößt, geschehen. Anhand der so gewonnenen geometrischen Daten, zu denen des Weiteren auch der minimale und der maximale Gefäßdurchmesser zählen, kann dann eine Versatzkorrektur, d. h. eine Verschiebung eines Einzelbildes in der Bildebene, und ggf. auch eine Rotation der 2D-Einzelbilder erfolgen, bevor diese zu dem gewünschten versatz- und artefaktkorrigierten 3D-Bild ”zusammenmontiert” werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden bei der Artefaktkorrektur und bei der 3D-Rekonstruktion auch etwaige Patientenbewegungen, insbesondere auch atmungs- und herzschlagbedingte Organbewegungen sowie Bewegungen des Brustkorbs und der Blutgefäße erfasst und berücksichtigt (so genanntes Gating). Zu diesem Zweck ist die Auswerte- und Steuereinheit bzw. deren 3D-Korrekturmodul vorteilhafterweise dateneingangsseitig mit einem an einem Patienten fixierbaren Bewegungssensor und/oder mit einer Anzahl von physiologischen Sensoren verbunden. Der Bewegungssensor kann ein elektrisches, kapazitives, magnetisches, akustisches oder auch optisches Wirkprinzip haben und in einer besonders vorteilhaften Variante in kabelloser RFID-Transponder-Technologie ausgeführt sein. Der Bewegungssensor kann etwa in der Art eines mit einer Klebefläche und einem integrierten Sensorchip versehenen Pflasters gehalten sein, das dem Patienten bei der Untersuchung aufgeklebt und nach der Verwendung entsorgt wird. Zusätzlich oder alternativ kann eine rein mathematischstatistische Bewegungskorrektur und Bildnachbearbeitung mit Hilfe bekannter Korrekturalgorithmen in der Auswerteeinheit erfolgen.
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Weitere physiologische Sensoren können insbesondere Messdaten zur Atmung oder Gefäßpulsation oder auch ein Elektrokardiogramm (EKG) aufnehmen und diese dem 3D-Korrekturmodul zur Eliminierung von Bewegungsartefakten, insbesondere von atmungsbedingten Bewegungsartefakten, zuführen.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Integration einer Bildaufnahmeeinrichtung zur intravaskulären Magnetresonanztomographie in einen Ballon-Katheter eine Reduktion der zur Untersuchung und Behandlung von koronaren Gefäßerkrankungen notwendigen invasiven Verfahrensschritte erreicht wird. Die Bilder des IVMRI-Systems liefern wichtige medizinische Zusatzinformationen über die arteriosklerotischen Ablagerungen, z. B. über entzündliche Prozesse, die bei der Entscheidung über eventuelle weitere Behandlungsschritte berücksichtigt werden können. Zudem kann anhand der IVMRI-Bilder die korrekte Lage eines implantierten Stents wesentlich einfacher und genauer überprüft werden, als dies bislang möglich ist. Dies gilt insbesondere für bioresorbierbare Stents, die im Rahmen der herkömmlichen Koronarangiographie praktisch überhaupt nicht sichtbar sind. Durch die Integration zusätzlicher Positionssensoren lassen sich aus den zweidimensionalen IVMRI-Schnittbildern hochwertige, weitgehend artefaktfreie dreidimensionale Darstellungen des Untersuchungs- und Behandlungsbereiches gewinnen. Das hier vorgeschlagene Konzept ist nicht auf die Koronargefäße beschränkt, sondern kann für alle Hohlräume, Gefäße und Organe im menschlichen oder tierischen Körper verwendet werden. Darüber hinaus lässt sich der IVMRI-Sensor im Bedarfsfall auch mit weiteren bildgebenden Sensoren, z. B. vom IVUS- oder OCT-Typ, kombinieren.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Ballon-Katheter mit einem integrierten IVMRI-Sensor zur intravaskulären magnetischen Resonanztomographie gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Ballon-Katheter mit einem integrierten IVMRI-Sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei der der Katheter einen auswechselbar in einen Außenkatheter einschiebbaren Innenkatheter umfasst,
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3 eine Prinzipdarstellung einer einen Ballon-Katheter mit IVMRI-Bildgebung umfassenden medizinischen Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung,
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4 eine Prinzipdarstellung von weiteren zur medizinischen Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung gehörenden Betriebsgerätschaften,
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5 ein IVMRI-Schnittbild und eine schematische Repräsentation eines aus einer Mehrzahl von Schnittbildern konstruierten dreidimensionalen Volumendatensatzes, und
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6 eine Prinzipskizze, in der die zeitversetzte, getaktete Übermittlung von Detektorsignalen veranschaulicht ist.
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Der in 1 dargestellte Katheter 2 weist eine äußere Katheterhülle 4 und eine am distalen Ende 6 angeordnete abgerundete Katheterspitze 8 auf. In der Nähe der Katheterspitze 8 ist ein durch ein Expansionsmittel expandierbarer Ballon 10 mit einem außenseitig angeordneten Stent 12 vorgesehen. Als Expansionsmittel wird eine Salzlösung in einem externen Vorratsbehälter bereitgehalten und im Bedarfsfall mit einem Druck von 10–15 bar durch eine in einem Hohlraum im Katheterinneren 14 verlaufende, hier nicht gezeigte Expansionsmittel-Zuleitung in den Ballon gepumpt. Durch die Expansion des Ballons 10 kann im Rahmen einer PTCA-Behandlung ein verengtes Herzkranzgefäß geweitet werden. Dabei wird gleichzeitig der als metallisches Drahtnetz ausgeführte Stent 12 über seine elastischen Grenzen hinaus überdehnt, so dass seine Form nach der Ballondehnung erhalten bleibt. Dabei löst sich der ursprünglich am Ballon 10 fixierte Stent 12 vom Ballon 10 ab und verbleibt auch nach der Entfernung des Katheters 2 als Gefäßstütze in dem geweiteten Koronargefäß. Dadurch wird einer erneuten Gefäßverengung (Restenose) vorgebeugt.
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Zur verbesserten Diagnose von Gefäßerkrankungen und zur Überprüfung der korrekten Lage eines im Gefäß platzierten Stents ist der Katheter 2 mit einer Bildaufnahmevorrichtung ausgestattet, welche einen so genannten IVMRI-Sensor 16 zur intravaskulären Magnetresonanztomographie umfasst. Zu diesem Zweck sind in den IVMRI-Sensor 16 ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes und eine gleichermaßen als Sende- und Empfangsspule wirksame Spule integriert. Der Magnet erzeugt Feldgradienten von vorzugsweise 2 T/m bis zu 150 T/m in der Nähe des zu untersuchenden Gefäßes bzw. Organs. In der Nähe bedeutet hierbei bis zu 20 mm vom Magneten entfernt. Über die Spule können abhängig von der Stärke des Magnetfeldes Radiowellen im Frequenzbereich von 2 MHz bis 250 MHz zur Anregung des umliegenden Körpergewebes ausgekoppelt werden. Höhere statische Magnetfeldstärken erfordern höhere Frequenzen beim Anregungsfeld. Die Spule dient auch zum Empfang der zugehörigen ”Antwort” des Körpergewebes. Alternativ können getrennte Sende- und Empfangsspulen vorgesehen sein.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen MRI-Anlagen sind der IVMRI-Sensor 16 und die zur Signalaufbereitung und -auswertung vorgesehenen elektronischen Schaltkreise und digitalen Auswerteeinheiten derart ausgelegt, dass sie auch bei einem vergleichsweise inhomogenen Magnetfeld mit hohen örtlichen Feldgradienten arbeiten und entsprechende Magnetresonanzbilder erzeugen können. Da unter diesen Bedingungen die empfangenen Echo-Signale in charakteristischer Weise durch die mikroskopische Diffusion von Wassermolekülen in dem untersuchten Gewebe beeinflusst werden, ist in der Regel eine ausgezeichnete Darstellung und Differenzierung zwischen unterschiedlichen Weichteilen, z. B. zwischen Lipidschichten und faserigem Gewebe, ermöglicht. Alternativ zu dem hier beschriebenen Konzept kann das statische Magnetfeld auch durch externe Magneten erzeugt werden. Im Gegensatz zur herkömmlichen MRI werden die dynamischen Felder, d. h. die Radiowellen, aber auch bei dieser Variante intravaskulär, d. h. durch am Katheter 2 angeordnete Sende- und Empfangseinheiten erzeugt.
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Der richtungsempfindliche, radial nach außen gerichtete IVMRI-Sensor 16 ist über eine im Katheterinneren 14 geführte flexible Antriebswelle 18 rotierbar, so dass ein 360° abdeckendes Querschnittsbild des untersuchten Gefäßabschnittes abgetastet werden kann. Zur Rotation der Antriebswelle 18 und des bildgebenden Sensors 16 ist am körperabgewandten, freien Ende 20 des Katheters 2 ein Rotationsantrieb 22 vorgesehen. Um den IVMRI-Sensor 16 herum weist die Katheterhülle 4 ein für die MRI-Radiowellen transparentes Fenster 24 auf. Die Materialien des Ballons 10 und des Stents 12 sind derart gewählt, dass sie keine nennenswerte Abschwächung oder Abschirmung der Radiosignale verursachen. Die vom IVMRI-Sensor 16 gelieferten Signale werden über eine ebenfalls im Katheterinneren 14 verlaufende Signalleitung 26 zu einem Anschlussadapter 28 am körperabgewandten Ende 20 des Katheters 2 und von dort über ein schematisch dargestelltes Signalinterface 30 zu einer nachfolgend beschriebenen Auswerte- und Steuereinheit geleitet. Die Spannungsversorgung des IVMRI-Sensors 16 kann über hier nicht im Einzelnen dargestellte, parallel zu der oder den Signalleitungen 26 verlaufende Versorgungsleitungen erfolgen. Die Signal- und Versorgungsleitungen 26 können auch in die Antriebswelle 18 integriert sein. Die Signal- und Versorgungsleitungen 26 sind ferner mit einer Nanobeschichtung zur Abschirmung der äußeren magnetischen Felder versehen.
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Im Bereich der Katheterspitze 8 sind weiterhin mehrere elektromagnetische Positionssensoren 32 angebracht. Für jede Richtung eines dreidimensionalen Koordinatensystems ist jeweils eine Sendespule vorgesehen, die ein entsprechendes Positionssignal an einen ihr zugeordneten, außerhalb des Katheters und außerhalb des zu untersuchenden Patientenkörpers angeordneten Detektor oder Signalempfänger übermittelt. Anhand der von den Detektoren aufgenommenen und in der nachgeschalteten Auswerte- und Steuereinheit verarbeiteten Positionssignale lässt sich die aktuelle Position und Ausrichtung der Katheterspitze 8 im Raum ermitteln.
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Nicht in 1 eingezeichnet sind zwei im Katheterinneren 14 angeordnete und in der Nähe der Katheterspitze 8 oder des IVMRI-Sensors 16 in jeweilige Austrittsöffnungen mündende Kontrastmittel-Zuleitungen: Eine der Zuleitungen dient der Zuführung eines MRI-Kontrastmittels in die Untersuchungs- und Behandlungsregion, über die andere Zuleitung ist ein Röntgenkontrastmittel für die Koronarangiographie injizierbar. An der Katheterspitze 8 ist schließlich noch ein über die Auswerte- und Steuereinheit ansteuerbares magnetisches Element in Form eines Elektromagneten vorgesehen, welches im Bedarfsfall mit einem extern applizierbaren Führungsmagnetfeld wechselwirkt und dabei eine magnetische Navigation und Führung der Katheterspitze 8 zulässt. Es kann vorgesehen sein, die in der Katheterspitze 8 angeordneten Positionssensoren 32 auch als Elektromagneten zur magnetischen Führung zu verwenden. Die Positionssensoren 32 üben in diesem Fall eine Doppelfunktion aus, wobei mittels der Auswerte- und Steuereinheit von dem einen zum anderen Anwendungsfall umgeschaltet werden kann.
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Der in 2 dargestellte Katheter weist ähnliche Funktionseinheiten wie der aus 1 bekannte Katheter auf. Allerdings sind bei der Ausführungsform gemäß 2 die elektrischen Funktionseinheiten, die insbesondere den bildgebenden IVMRI-Sensor 16 und die Positionssensoren 32 beinhalten, konsequent von den übrigen Funktionseinheiten, denen in erster Linie eine mechanische Funktion zukommt, separiert. Der Katheter 2 ist somit aus zwei Hauptkomponenten zusammengesetzt: Erstens aus einem die äußere Katheterhülle 4, den Ballon 10, den Stent 12 sowie die Expansionsmittel-Zuleitung und die Kontrastmittel-Zuleitungen umfassenden Außenkörper 34 oder Außenkatheter, und zweitens aus einem in einen korrespondierenden Hohlraum 36 des Außenkörpers 34 einschiebbaren Innenkörper 38 oder Innenkatheter. Am oder im Innenkörper 38 sind neben dem IVMRI-Sensor 16 und den elektromagnetischen Positionssensoren 32 auch noch die zugehörigen Signal- und Versorgungsleitungen 26 sowie die Antriebswelle 18 für den IVMRI-Sensor 16 angeordnet. Zu Reinigungs- und Wartungszwecken lassen sich die beiden Hauptkomponenten des Katheters 2, der Innenkörper 38 und der Außenkörper 34, wie in 2 dargestellt leicht auseinander nehmen. Zum Betrieb des Katheters 2 wird einfach der Innenkörper 38 in den Hohlraum 36 des Außenkörpers 34 geschoben, was in 2 durch die beiden Richtungspfeile 40 angedeutet ist. Dies kann vor oder auch nach der Einführung des Außenkatheters 34 in ein Koronargefäß einer zu untersuchenden Person erfolgen. Es ist somit auch möglich, aus einer Mehrzahl unterschiedlicher, aber zueinander kommensurabler Innen- und Außenkatheter eine für den jeweiligen Einsatzzweck besonders geeignete Kombination zusammenzustellen.
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3 zeigt schematisch einige Komponenten einer den Katheter 2 umfassenden medizinischen Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung 42. Der Katheter 2 ist bereits in ein zu untersuchendes Körpergefäß 44 eingeführt. Der IVMRI-Sensor 16 am distalen Ende 6 des Katheters 2 ist signalseitig über einen am körperabgewandten Ende 20 angeordneten Anschlussadapter 28 mit einer Auswerte- und Steuereinheit 46 verbunden. Die Auswerte- und Steuereinheit 46 ist ferner signaleingangsseitig an einen oder mehrere im Raum um den Patienten herum angeordnete Positionssignalempfänger 48 angeschlossen, welche von den katheterseitig angeordneten Positionssendern 32 emittierte Positionssignale empfangen. Damit lässt sich in der Auswerte- und Steuereinheit 46 die Position der Katheterspitze 8 innerhalb eines raumfesten, dreidimensionalen Koordinatensystems errechnen.
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In der Auswerteeinheit 46 werden aus den IVMRI-Sensorsignalen Querschnittsbilder des untersuchten Gefäßes 44 generiert und gegebenenfalls nachbearbeitet, wobei unter Einbeziehung der von den Positionssensoren 32 übermittelten Positionsdaten auch artefaktreduzierte dreidimensionale Volumendatensätze konstruiert werden können. Die so erzeugten Bilder und Daten der untersuchten Gefäßregion können auf einem Anzeigemonitor einer Displayeinheit 52 angezeigt werden und so den behandelnden Arzt bei der Diagnose und Behandlung von Gefäßkrankheiten und bei der Handhabung des Katheters 2 unterstützen.
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Über den Anschlussadapter 28 erfolgt neben der elektrischen Verbindung der signalgebenden Elemente mit der Auswerte- und Steuereinheit 46 auch die mechanische Ankopplung des Katheters 2 an weitere externe Betriebsgerätschaften. Zu diesen gehören insbesondere eine Expansionsmittelpumpe 54 zum Aufblasen des Ballons, ein MRI-Kontrastmittel-Injektor 56 und ein Röntgenkontrastmittel-Injektor, welche jeweils über die zentrale Steuereinheit 46 steuerbar bzw. regelbar sind. Weiterhin können mittels der Steuereinheit 46 ein optionaler, hier gestrichelt gezeichneter, externer Elektromagnet 58 zur magnetischen Führung des Katheters 2 und eine Antriebseinheit 60 zum automatischen und gleichmäßigen Vorschub oder Rückzug des Katheters 2 innerhalb des Gefäßes 44 angesteuert werden.
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Optional kann eine hier gestrichelt gezeichnete Röntgenvorrichtung 59, insbesondere eine kardiologische Röntgenvorrichtung, in das Untersuchungs- und Behandlungssystem 42 integriert werden, die über die gemeinsame Auswerte- und Steuereinheit 46 angesteuert und ausgelesen wird. Dabei können Röntgenbilddaten und IVMRI-Bilddaten ausgetauscht und z. B. durch Bildfusion vereinigt werden. Die besonders aussagekräftigen Fusionsbilder sind dann auf dem Anzeigemonitor der gemeinsamen Displayeinheit 52 darstellbar. Die Benutzer-Schnittstelle zur Bedienung der gesamten Anlage ist auf den gemeinsamen Betrieb des Röntgensystems 59 und der IVMRI-Vorrichtung abgestimmt.
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Im Betrieb wird nun der Katheter 2 unter Röntgenkontrolle in das Gefäß 44 eingeführt. Evtl. kann dies unter Zugabe von Röntgenkontrastmittel erfolgen. Für eine verbesserte Sichtbarkeit im Röntgenlicht sind zudem vornehmlich im Bereich der Katheterspitze 8 eine oder mehrere röntgenopake Markierungen vorgesehen. Bereits beim Einführen kann die in den Katheter 2 integrierte IVMRI-Bildaufnahmeeinrichtung 16 aktiv sein und Bilder vom Gefäß 44 liefern. Unter Umständen kann daher auch auf die Röntgenkontrolle verzichtet werden. Ist die gewünschte Zielposition erreicht, kann die Stenose bzw. die Gefäßwand mit der IVMRI-Bildaufnahmeeinrichtung 16 in hoher Auflösung betrachtet werden. Zum einen können hierüber Informationen über die Stenose erhalten werden, zum anderen kann die Platzierung des Ballons 10 und des Stents 12 überprüft werden. Ergibt sich, dass die Positionierung nicht korrekt ist, kann ohne Weiteres der Katheter 2 noch etwas weiter geschoben oder zurückgezogen werden, bis der Ballon 10 bzw. der Stent 12 richtig positioniert ist. Dies alles ist möglich, da der IVMRI-Sensor 16 für eine Erfassung des unmittelbar dem Ballon 10 bzw. dem Stent 12 gegenüberliegenden Gefäßbereiches ausgelegt und am distalen Ende 6 des Katheters 2 angeordnet ist. Ist der Ballon 10 bzw. der Stent 12 nun richtig platziert, so wird der Ballon 10 mittels des durch die Expansionsmittelpumpe 54 komprimierten oder geförderten Expansionsmittels expandiert. Der Ballon 10 dehnt sich definiert aus, der Stent 12, bei dem es sich in der Regel um ein metallisches, plastisch deformierbares Gitter handelt, wird gleichermaßen gedehnt. Der Ballon 10 wird dabei so weit aufgeblasen, bis der Stent 12 etwas an der Gefäßinnenwand fixiert ist. Anschließend wird der Ballon 10 wieder etwas entlastet, so dass eine Kontrolle der Position und Lage des Stents 12 über die IVMRI-Bildaufnahmeeinrichtung 16 erfolgen kann. Ergibt sich, dass der Stent 12 richtig positioniert ist, wird der Ballon 10 erneut mit höherem Druck aufgeblasen und der Stent 12 endgültig im Gefäß 44 fixiert. Nach erneutem Entlasten des Ballons 10 kann eine Endkontrolle über die IVMRI-Bildaufnahmeeinrichtung 16 erfolgen, woraufhin der Katheter 2 aus dem Gefäß 44 herausgezogen wird.
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Einige weitere Komponenten des medizinischen Untersuchungs- und Behandlungssystems 42 sind in der Art einer Prinzipskizze in 4 dargestellt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 46 umfasst neben einem über eine Signalleitung 61 an den katheterseitigen IVMRI-Sensor 16 angeschlossenen Pre-Processor 62, in dem die Sensorsignale geeignet verstärkt, gefiltert, digitalisiert und für die weitere digitale Verarbeitung aufbereitet werden, ein Bildverarbeitungsmodul 64, in welchem mit Hilfe bekannter software- oder hardwareseitig implementierter Mittel die eigentliche visuelle Umsetzung und Nachbehandlung der IVMRI-Daten erfolgt. Das Bildverarbeitungsmodul 64 umfasst ein 3D-Korrekturmodul 66 mit einem so genannten Bewegungs- und Gatingprozessor, welcher unter Rückgriff auf die von dem Positionssignalempfänger 48 bereitgestellten Positionsdaten der Katheterspitze 8 die Mittellinie und die Gefäßhüllkurve des in den IVMRI-Schnittbildern wiedergegebenen Gefäßabschnittes rekonstruiert und anschließend eine Mehrzahl von IVMRI-Einzelbildern 67 zu einem artefaktreduzierten dreidimensionalen Volumendatensatz 68 kombiniert. Dies ist schematisch in 5 dargestellt. Mit Hilfe der Gefäßhüllkurve und ggf. weiterer geometrischer Parameter des Gefäßes 44 ist es auch möglich, die dreidimensional rekonstruierten IVMRI-Bilder oberflächenbasiert mit anderen anatomischen Bilddaten (z. B. 3D-Angiographie, Ultraschall) desselben Gefäßabschnitts zu kombinieren und anschließend fusioniert darzustellen.
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Das 3D-Korrekturmodul 66 ist weiterhin mit einem Signalinterface 69 verbunden, das datenseitig mit einem oder mehreren Bewegungssensoren 70 zur Messung der Atmungsbewegungen des auf einem Patientenstuhl oder Patiententisch 72 gelagerten Patienten 74 sowie mit verschiedenen physiologischen Sensoren, etwa für EKG, Puls, Respiration oder Blutdruck, in Verbindung steht. Damit können auch diese Daten bei der Artefaktkorrektur der 3D-Bilder berücksichtigt werden. Die physiologischen Sensoren und die Bewegungssensoren 70 sind zum Teil als aktive oder passive RFID-Transponder ausgeführt und können von einem in das Signalinterface 69 integrierten oder daran angeschlossenen RFID-Reader 76 drahtlos ausgelesen werden. Der jeweilige RFID-Transponder umfasst beispielsweise einen in ein Pflaster integrierten RFID-Mikrochip, wobei das Pflaster während der Untersuchung auf die Haut des Patienten aufgeklebt wird. Die von den Bewegungssensoren 70 und den physiologischen Sensoren erfassten Daten können zusammen mit den Bilddaten sowie weiteren technischen Daten, betreffend z. B. die Phasenlage oder die Umdrehungsgeschwindigkeit des IVMRI-Sensors 16 oder die vom Katheter 2 zurückgelegte Wegstrecke, auf dem Anzeigemonitor der Displayeinheit 52 angezeigt werden. An die Displayeinheit 52 oder an die Auswerte- und Steuereinheit 46 ist eine Eingabe-/Ausgabeeinheit, kurz I/O-Einheit, angeschlossen, über die der Benutzer Eingaben vornehmen kann. Insbesondere kann er die Darstellung des oder der auf dem Anzeigemonitor dargestellten Bilder beeinflussen.
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Die I/O-Einheit kann als Tastatur oder Bedienkonsole ausgebildet sein.
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Da sowohl die Positionssensoren 32 als auch der IVMRI-Sensor 16 zeitlich variierende elektromagnetische Felder erzeugen, könnten diese sich unter Umständen wechselseitig beeinflussen und stören. Zur Vermeidung derartiger Probleme wird vorgeschlagen, das hochfrequente MR-Anregungssignal nicht kontinuierlich, sondern in so genannten Sequenzen (getaktet) auszusenden und die Positionssignale der Positionssensoren 32 derart zeitlich versetzt bzw. synchronisiert auszulesen, dass sich die Ausleseintervalle nicht mit den Intervallen der MR-Signalerzeugung überlappen. Dies ist schematisch in 6 dargestellt. Dabei stellt der obere Graph den zeitlichen Verlauf des MR-Anregungsfeldes und der mittlere Graph die Antwort des angeregten Körpergewebes, d. h. das zur Bildgebung verwendete MR-Signal, dar. Im unteren Graphen repräsentieren schließlich die rechteckförmigen Signalfenster die für das Auslesen der Positionssensoren 32 günstigen Zeitintervalle.
