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Die
Erfindung betrifft einen Kryokatheter zur Einführung in ein Körpergefäß oder in
ein Organ mit einem von einer Katheterhülle umgebenen Katheterinneren
und mit einer am distalen Ende angeordneten Katheterspitze, wobei
in der Katheterhülle
oder im Katheterinneren eine Zuleitung für ein Expansions- und Kühlmittel
angeordnet ist, und wobei in der Nähe der Katheterspitze ein durch
das Expansions- und Kühlmittel
reversibel expandierbarer Ballon angeordnet ist. Sie betrifft ferner
eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung mit
einem derartigen Kryokatheter.
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Zu
den häufigsten
Erkrankungen mit Todesfolge zählen
die vaskulären
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
in jiziert wird. Anschließend
wird eine Röntgenaufnahme
des Gefäßbereiches
angefertigt und der Katheter wird 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 (IWS-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 und
auch die darunter liegenden Gewebeschichten in einer 360°-Schnittdarstellung
abgebildet werden.
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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 insbesondere die Strukturen in der Nähe der Gefäßoberfläche vergleichsweise exakt wiedergeben.
Das Prinzip dieses Verfahrens beruht darauf, dass vom Katheter über einen
Lichtleiter zugeführtes
Licht, vorzugsweise Infrarotlicht, 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. Ein OCT-Untersuchungskatheter ist
beispielsweise aus der
US
5,921,926 A bekannt. Bei dem OCT-Verfahren muss der untersuchte Gefäßabschnitt
kurzzeitig vom Blut befreit werden. Dazu wird üblicherweise der Blutfluss
während
der Bildaufnahme durch einen Verschlusspfropfen unterbrochen und
der Gefäßabschnitt
mit einer physiologischen Kochsalzlösung ausgespült.
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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 ein elektrisches Magnetresonanzsignal induziert wird,
das 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 intrakorporale 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
nicht wieder in den ursprünglichen
Zustand zurückgeht (Restenose),
wird nach der Dilatation häufig
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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Auch
nach dem Einsetzen eines Stents können noch Restenosen auftreten.
Ursachen für
die postinterventionelle Restenosierung sind das Fortschreiten der
ursächlichen
Arteriosklerose und die Antwort der Gefäßwand auf das PTCA-induzierte Trauma.
Daher gibt es inzwischen verschiedene Techniken, um den betroffenen
Gefäßabschnitt
vor der Implantation eines Stents zu behandeln und so einer Restenose
vorzubeugen. Klinische Studien haben beispielsweise gezeigt, dass
die endovaskuläre Bestrahlung
der Gefäßwand mit
Beta- und/oder Gamma-Strahlung (Brachytherapie) die Restenosen reduziert.
Die Mechanismen sind noch nicht vollständig geklärt, verschiedene Modelle werden
aber diskutiert, z. B. Zelltod, Zellinaktivierung, Behinderung der
Zellmigration, Unterdrückung
des konstruktiven Gefäßumbaus
und Blockierung der extrazellulären Matrixsynthese.
Der Nachteil der Brachytherapie liegt in der zusätzlichen Strahlenbelastung
des Patienten und in dem aufwendigen Logistik-Prozess, den die radioaktiven
Strahler in der Klinik verursachen (Beschaffung, Lagerung, Entsorgung).
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Ein
neues Verfahren befindet sich derzeit in der klinischen Forschung:
Die Vorbehandlung der Stenose vor oder während der Dilatation mit Hilfe
der Kryotechnik (Kältetechnik).
Dabei wird ein so genannter Kryokatheter in das Gefäß bis zur
Stenose geführt.
Sobald die Stenose erreicht ist, wird flüssiger Stickstoff in den Katheter
eingeleitet, der in der Katheterspitze bereits den gasförmigen Zustand
erreicht und bei seiner Expansion einen Dilatations-Ballon dehnt.
Der Stickstoff dient somit sowohl als Expansionsmittel als auch
als Kühlmit tel.
Mit anderen Worten: Der von der Stenose betroffene Gefäßabschnitt
wird kurzfristig bei sehr niedriger Temperatur abgekühlt, und
gleichzeitig durch die Ausdehnung des Ballons geweitet. Durch die
kältebedingte "Verödung" des Gewebes wird
in der Gefäßwand ein ähnlicher
Effekt wie bei der Brachytherapie erreicht, d. h., die Restenose-Rate
wird deutlich reduziert, aber der Patient wird keiner zusätzlichen
Strahlenbelastung ausgesetzt. Die Methode ist beispielsweise von
James D. Joye et al. in "In
Vivo Study of Endovascular Cryotherapy for the Prevention of Restenosis", zu beziehen im
Internet unter http://www.cryoinc.com, beschrieben. Ein zur Durchführung des Verfahrens
geeigneter Kryokatheter ist z. B. aus der
US 6,355,029 B1 bekannt.
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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.
Da der Untersuchungskatheter zuerst wieder aus dem Gefäßsystem des
Patienten herausgezogen werden muss, bevor der zur Kryobehandlung
und zur Gefäßerweiterung vorgesehene
Kryokatheter eingeführt
werden kann, bereitet es häufig
Schwierigkeiten, die bei der Voruntersuchung ermittelte Behandlungsregion
erneut exakt zu lokalisieren. Der Kryokatheter kann nämlich beim
Einführen
lediglich schemenhaft im Angiographie-Röntgenbild beobachtet werden,
wodurch seine Handhabung erschwert ist und die Lage der Katheterspitze
im zu behandelnden Gefäßabschnitt
nur annähernd
geschätzt
werden kann. Unter Umständen ist
der Kryokatheter während
der Anwendung nicht präzise
im Zielgebiet positioniert, wodurch sich das Restenose-Risiko erhöht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kryokatheter der
eingangs genannten Art anzugeben, der bei einfacher Handhabung zielgenau
im Körpergefäß positioniert
werden kann, und der die Belastung eines Patienten durch invasive
Eingriffe minimiert. 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 Kryokatheter wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem
in der Nähe
der Katheterspitze eine Bildaufnahmeeinrichtung mit mindestens einem
bildgebenden Sensor zur Abbildung des den Ballon umgebenden Gefäßbereiches
positioniert ist.
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Der
Erfindung liegt die Überlegung
zugrunde, dass die Anzahl der den Patienten belastenden invasiven
Eingriffe verringert werden kann, falls die Diagnose einer Stenose
und die ggf. erforderlichen Behandlungs- und Kontrollmaßnahmen,
insbesondere die Kältebehandlung
und die Weitung des betroffenen Gefäßabschnittes, in einem gemeinsamen "Arbeitsgang" oder Therapieschritt
erfolgen. Zu diesem Zweck sollte ein mit einem expandierbaren Ballon und
mit einer Zuleitung für
ein Expansions- und Kühlmittel
ausgestatteter Kryokatheter zusätzlich über eine
integrierte Bildaufnahmevorrichtung zur intravaskulären Bildgebung
verfügen.
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Dazu
ist in der Nähe
der Katheterspitze, vorzugsweise im Katheterinneren, mindestens
ein bildgebender Sensor derart angeordnet und ausgebildet, dass
der Gefäßbereich,
in dem der Ballon positioniert ist, abgebildet werden kann. Damit
kann bereits während
des Einführvorganges
bei kontinuierlicher Bildaufnahme die Bewegung des Katheters im
Bereich der Katheterspitze kontinuierlich erfasst und überwacht
werden. Daneben besteht die Möglichkeit,
den Katheter samt Ballon absolut exakt im Zielgebiet, d. h. im stenösen Gefäßabschnitt,
zu positionieren, nachdem über
die Bildaufnahmeeinrichtung eben genau der Gefäßbereich aufgenommen wird,
in dem sich der Ballon befindet. Das heißt, es kann die Ist-Lage des
Ballons erfasst und dieser exakt positioniert werden. Gleichermaßen kann
während
und nach der Kältebehandlung
und der Gefäßaufweitung stets
eine Lage- und Positionskontrolle durchgeführt werden, ohne dass in irgendeiner
Weise der Katheter zu bewegen oder auszutauschen wäre. Das
heißt, der
mit dem Bildge bungssensor versehene Kryokatheter lässt bei
einmaliger Invasion eine genaue Diagnose der Stenose sowie ein lagegenaues
Ausrichten bei gleichzeitiger Kältebehandlung
und Gefäßdilatation
zu. Die intravaskuläre
Bildgebung ist aussagekräftiger
und verlässlicher
als die (externe) angiographische Röntgenkontrolle. Die in den
Kryokatheter integrierte Bildaufnahmeeinrichtung liefert zum einen
hochauflösende,
exakt diagnostisch auswertbare Bilder direkt aus dem Gefäßinneren,
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 bildgebende Kryokatheter, verwendet werden.
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Um
den ballonnahen Gefäßbereich
aufnehmen zu können,
ist es zweckmäßig, wenn
die Bildaufnahmeeinrichtung 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 für
das bildgebende Verfahren transparenten Material bestehen.
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Optional
ist am Ballon des Kryokatheters ein im Körpergefäß zu implantierender Stent
angeordnet, der durch die Expansion des Ballons geweitet und dabei
in dem durch die Kälteeinwirkung
vorbehandelten Gefäßabschnitt
fixiert wird. Alle Untersuchungs- und Behandlungsmaßnahmen
inklusive der Stent-Implantation
können
damit beinahe zeitgleich in einem Arbeitsgang und mit ein und demselben
Kryokatheter erfolgen.
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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-Enginee ring 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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Als
Expansions- und Kühlmittel
ist vorzugsweise Stickstoff vorgesehen, welcher in flüssiger Form
in einem Vorratsbehälter
außerhalb
des Kryokatheters vorgehalten wird. Stickstoff lässt sich vergleichsweise einfach
handhaben und auf die benötigten
Temperaturen abkühlen.
Zudem führt
er im unwahrscheinlichen Falle eines Lecks im Ballon oder innerhalb
der Zuleitung des Katheters zu keinerlei toxischen Reaktionen oder
sonstigen nachteiligen Auswirkungen auf das Gefäßsystem und den Organismus.
Damit ist eine besonders hohe Sicherheit für den Patienten gewährleistet.
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Neben
der Zuleitung für
das Expansions- und Kühlmittel
ist in der Katheterhülle
oder im Katheterinneren üblicherweise
auch noch eine separate, durch ein regelbares Auslassventil verschließbare Entlüftungsleitung
zur "Entlüftung" des expandierten Ballons,
d. h. für
ein kontrolliertes Ablassen des in den Ballon eingeströmten Expansions-
und Kühlmittels,
geführt.
Durch die voneinander unabhängige Regelung
der zu- und abströmenden
Massenströme sowie
der Eintrittstemperatur des Expansions- und Kühlmittels lassen sich die Druckverhältnisse
im Ballon weitgehend unabhängig
von den Temperaturverhältnissen
kontrollieren und auch über
einen längeren
Behandlungszeitraum von z. B. 1-2 min. konstant halten bzw. gezielt
beeinflussen.
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Die
Bildaufnahmeeinrichtung umfasst vorteilhafterweise mindestens einen
IVMRI-Sensor zur intravaskulären
Magnetresonanztomographie und/oder einen IVUS-Sensor zur intravaskulären Ultraschallbildgebung
und/oder einen OCT-Sensor zur optischen Kohärenztomographie. Jedes der
diesen drei Sensortypen zugrunde liegenden bildgebenden Verfahren
ist in der Lage, über
die im Rahmen der Koronarangiographie verfügbaren visu ellen Informationen
hinaus auch noch zusätzliche
medizinische Informationen über
die arteriosklerotischen Ablagerungen, etwa über deren Dicke und über eventuell
entzündliche
Prozesse, zu liefern. Neben einer erleichterten Handhabung und Navigation
des Kryokatheters bewirkt die Bildaufnahmeeinrichtung somit auch einen
gesteigerten diagnostischen Nutzen. Sofern mit dem Kryokatheter
ein Stent implantiert werden soll, so kann mit Hilfe der Bildaufnahmevorrichtung auch
dessen Lage und Sitz im Gefäß überprüft werden,
so dass gegebenenfalls entsprechende Korrekturmaßnahmen noch im Rahmen des
ursprünglichen Eingriffs
durchführbar
sind.
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Die
optische Kohärenztomographie
weist insbesondere den Vorteil auf, dass Strukturen in der Nähe der Gefäßoberfläche mit
sehr hoher Detailauflösung
dargestellt werden können;
teilweise sind mikroskopische Gewebedarstellungen möglich. Die
intravaskuläre
Ultraschallbildgebung ist hingegen für eine gute Auflösung von
tiefer liegenden Gewebeschichten besonders geeignet. Alternativ
kann mit der intravaskulären
Magnetresonanztomographie eine besonders gute und differenzierte
Darstellung von das Gefäß umgebenden
Weichteilen erreicht werden, was bei der Untersuchung von arteriosklerotischem
Plaque von Vorteil ist. Die IVMRI-Methode besitzt außerdem den
Vorteil, dass sie einen im Gefäß zu implantierenden
Stent ausgesprochen deutlich und kontrastreich abzubilden vermag.
Dies gilt insbesondere auch für
neuartige bioresorbierbare Stents, die für die Koronarangiographie transparent und
daher unsichtbar sind. Mit einem in den Kryokatheter integrierten
IVMRI-Sensor, aber auch mit einem IVUS-Sensor oder einem OCT-Sensor, ist daher ein
zielgenaues Setzen eines Stents sowie eine anschließende präzise Kontrolle
seiner Lage im Gefäß möglich.
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In
einer ersten vorteilhaften Variante des Kryokatheters ist eine Mehrzahl
von über
den Katheterquerschnitt verteilten und jeweils zur Gefäßwand ausgerichteten
bildgebenden Sensoren der gleichen Art vorgesehen. Die beispielsweise
sternförmig
nach außen
gerichteten und zweckmäßigerweise
in einer gemein samen Schnittebene angeordneten Sensoren können so
eine Mehrzahl von Bildern mit jeweils unterschiedlicher Blickrichtung
simultan aufnehmen, welche sich in einem mit dem Kryokatheter datenseitig
verbundenen Bildrechner zu einem 360°-Schnittbild der Gefäßwand und
der angrenzenden Gewebeschichten zusammensetzen lassen. Die bildgebenden
Sensoren sind in diesem Fall gegenüber der Katheterhülle feststehend.
Ein Rotationsantrieb für
den Katheter oder den bildgebenden Sensor ist bei dieser Ausführungsform
nicht erforderlich. Vorzugsweise sind die bildgebenden Sensoren über einen
Multiplexer an eine gemeinsame, in der Katheterhülle oder im Katheterinneren
verlaufende Signalleitung angeschlossen, wobei die Ansteuerung bzw.
Signalabfragung der Sensoren zweckmäßigerweise zyklisch erfolgt.
Eine geringe Zahl von Signalleitungen, vorzugsweise nur eine einzige,
ist für
die Flexibilität
und Biegsamkeit des Katheters vorteilhaft.
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In
einer alternativen zweiten Variante weist die Bildaufnahmeeinrichtung
zumindest einen bildgebenden Sensor auf, der über eine in der Katheterhülle oder
im Katheterinneren geführte
Antriebswelle rotierbar ist. 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. Außerdem
ist der Platzbedarf für
die Sensoreinheit bei dieser Variante geringer als bei der ersten
Variante, bzw. der bildgebende Sensor muss nicht so stark miniaturisiert
sein, was die Herstellungskosten verringert.
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Weiterhin
kann es sinnvoll sein, mehrere bildgebende Sensoren von jeweils
verschiedenem Typ im Bereich der Katheterspitze unterzubringen. Besonders
bevorzugt sind die Kombinationen IVUS/IVMRI oder IVUS/OCT. Die einzelnen
Sensoren dieser beiden Kombinationen liefern jeweils zueinander
komplementäre
Bilddaten, die sich in besonders geeigneter Weise ergänzen. Beispielsweise führt die
Kombination IVUS/OCT zu einer guten Auflösung im tiefer liegenden Bereich
und gleichzeitig zu einer sehr hohen Auflösung im Nahbereich der Gefäßwand. Die
zueinander korrespondierenden Einzelbilder können auf einem Anzeigemonitor
einer an den Katheter angeschlossenen elektronischen Auswerte- und
Anzeigevorrichtung entweder getrennt, gemeinsam nebeneinander oder übereinander
oder auch überlagert
oder fusioniert angezeigt werden. Beispielsweise kann ein kombiniertes
IWS/OCT-Bild erzeugt werden, das sich aus einem im Wesentlichen kreisförmigen inneren
Bildausschnitt eines OCT-Bildes (Nahbereich) und einem den kreisförmigen Innenbereich
umgebenden äußeren IVUS-Bildausschnitt
(Fernbereich mit tiefer liegenden Gewebeschichten) zusammensetzt.
Entsprechendes gilt auch für
die Kombination IVUS/IVMRI, bei der der IVMRI-Sensor den unmittelbar
an die Gefäßwand angrenzenden
Nahbereich, in dem sich gegebenenfalls auch der Stent befindet,
abdeckt.
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Es
können
auch alle drei Arten bildgebender Sensoren in den Kryokatheter integriert
sein, wobei die Sensoren gegebenenfalls über eine gemeinsame Antriebswelle
angetrieben werden.
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Um
bei einer derartigen Kombination bildgebender Sensoren einen möglichst
einfachen Aufbau zu erzielen, kann es vorgesehen sein, dass der
Sensor des intravaskulären
Ultraschallbildaufnahmesystems und der Sensor der optischen Kohärenztomographie
(und/oder der Magnetresonanzsensor) über eine gemeinsame Antriebswelle
antreibbar sind. Damit erübrigt
sich eine separate Antriebswelle oder ein andersartiger Antrieb
für den
zweiten Sensor. Im Falle des OCT-Sensors ist es überdies zweckmäßig, wenn
die zur Lichtübertragung
benutzte optische Faser zugleich die Antriebswelle ist. In diesem
Fall dient die optische Faser einerseits zum Führen eines Lichtstrahls, der
in dem Untersuchungsbereich abgestrahlt wird, gleichzeitig wird
das Reflektionslicht über die
optische Faser zurückgeführt, und
die optische Faser dient als Antriebswelle für den OCT-Sensor, gegebenenfalls
für beide
Sensoren. Gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung kann es auch vorgesehen sein, dass die beiden in der
Katheterspitze angeordneten Sensoren über eine gemeinsame Antriebswelle
und ein zwischen geschaltetes Mikrogetriebe mit unterschiedlichen,
an das jeweilige Bildaufnahmeverfahren angepassten Umdrehungsgeschwindigkeiten
betreibbar sind.
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Vorteilhafterweise
weist die Katheterhülle des
Kryokatheters im Bereich des jeweiligen bildgebenden Sensors mindestens
ein für
das zugrunde liegende bildgebende Verfahren transparentes Fenster auf.
Je nach Sensortyp handelt es sich dabei um ein optisch transparentes
Fenster (OCT), eine akustisch transparentes Fenster (Ultraschall)
oder ein für
die IVMRI-Radiowellen transparentes Fenster, welches sich vorzugsweise über den
gesamten Umfang der Katheterhülle
erstreckt.
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Vorteilhafterweise
ist zur Verbesserung der Bildgebung in der Katheterhülle oder
im Katheterinneren mindestens eine Kontrastmittelzuleitung für ein Kontrastmittel
vorgesehen, die in eine in der Nähe des
bildgebenden Sensors an der Außenseite
der Katheterhülle
angeordnete Austrittsöffnung
mündet. Dabei
kann im Falle der MRI-Bildgebung 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. Entsprechend kann im Fall der Ultraschallbildgebung ein Kontrastmittel
auf der Basis von Schwefelhexaflourid injiziert werden. Derartige
Ultraschallkontrastmittel bilden temporäre Gasblasen im Blutstrom und
verändern
dadurch die Reflektionseigenschaften im betroffenen Gefäßabschnitt,
wodurch bei entsprechender Anpassung der Ultraschall-Signalauswerteeinheit eine
Verbesserung der Bildqualität
resultiert. Ultraschallkontrastmittel wurden bislang vor allem bei
extrakorporaler Beschallung eingesetzt.
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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 internen bildgebenden Sensors sinnvoll ergänzen. Neben einer Mehrzahl
von Zuleitungen für
unterschiedliche Zwecke kann auch nur eine einzige Kontrastmittel-Zuleitung
vorgesehen sein, über
die sich nacheinander verschiedenartige Kontrastmittel in das zu
untersuchende Gefäß injizieren
lassen.
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Zur
Verbesserung der Sichtbarkeit des Katheters und insbesondere der
Katheterspitze im Röntgenlicht
ist zumindest im Bereich der Katheterspitze vorteilhafterweise eine
Anzahl von röntgenopaken
Markierungen (Röntgen-Marker)
vorgesehen.
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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 bildgebende IVMRI-Sensor
und/oder der IVUS-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
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 bildgebenden Sensor und ggf. eine Anzahl von Positionssenso ren
sowie ggf. weitere Sensoren umfassenden elektrischen Funktionseinheiten
an oder in einem Innenkörper
angeordnet, der in einen korrespondierenden Hohlraum eines die Katheterhülle, den
Ballon und ggf. 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 bildgebenden Sensors vorgesehene
Antriebswelle am oder im Innenkörper
angeordnet, während
eine Expansions- und Kühlmittel-Zuleitung
und/oder eine Ableitung für
ein zur Kryobehandlung und zur Expansion des Ballons verwendetes
Expansions- und Kühlmittel
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 auseinander
genommenen Zustand auch besonders leicht zugänglich. Dabei ist es auch möglich, einen
an die jeweiligen anatomischen Bedingungen und an den Einsatzzweck
und Ort angepassten "äußeren" Kryokatheter 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 Schutz schicht zur (elektro-)magnetischen Abschirmung
auf. Auch die in die Funktionseinheiten oder in die Messfühler integrierten
elektronischen Schaltungen und sonstigen Bauteile können auf
diese Weise (elektro-)magnetisch abgeschirmt sein. Gleiches gilt
für weitere
in den Kryokatheter 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 beispielsweise mit der
MRI-Bildgebung oder mit den externen Führungsmagnetfeldern 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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Vorteilhafterweise
sind die elektrischen Funktionseinheiten des Kryokatheters, insbesondere die
bildgebenden Sensoren und die Positionssensoren, durch eine thermische
Isolierung oder Ummantelung vor dem Einfluss des Kühlmittels
geschützt,
so dass ihre Funktionstüchtigkeit
nicht infolge zu tiefer Temperaturen beeinträchtigt wird.
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Während der
Kryobehandlung werden die Temperatur und der Druck des Expansions-
und Kühlmittels
im Ballon vorteilhafterweise durch jeweils einen Messfühler überwacht.
Der Temperatur-Messfühler
kann z. B. als Thermoelement ausgeführt sein. Gegebenenfalls wird
anhand der Temperatur- und Druckdaten der Zu- und Abstrom des Expansions- und
Kühlmittels
nachgeregelt.
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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 Ge fährdung des Patienten auszuschließen. Besonders
vorteilhaft ist hierbei eine optische Entkopplung.
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Vorteilhafterweise
ist der Kryokatheter 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 Kryokatheter 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 Kryokatheter anzuschließenden Auswerte-
und Steuereinheit vorzunehmen.
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Der
Kryokatheter ist zweckmäßigerweise
in eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung eingebunden,
wobei der bildgebende Sensor des Kryokatheters 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
an geordneten 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
Schnittbildern herangezogen.
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Die
für die
Generierung der dreidimensionalen Bilder oder Volumendatensätze grundlegenden zweidimensionalen
Schnittbilder werden vorteilhafterweise gewonnen, indem der rotierende
Bildgebungssensor 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 Kryokatheters 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 Kryokatheter 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.
-
Weitere
physiologische Sensoren können insbesondere
Messdaten zur Atmung oder Gefäßpulsation
oder auch ein Elektrokardio gramm (EKG) aufnehmen und diese dem 3D-Korrekturmodul
zur Eliminierung von Bewegungsartefakten, insbesondere von atmungsbedingten
Bewegungsartefakten, zuführen.
Zur Beseitigung der Atmungsartefakte kann beispielsweise ein Brustband
genutzt werden, das über entsprechende
Sensoren die Atemamplitude und die Frequenz ermittelt. Alternativ
können
die Amplitude und die Frequenz aus der Hüllkurve des EKG-Signals berechnet
und der Korrektureinheit der Bildverarbeitungseinheit zugeführt werden.
Zusätzlich
kann das Pulsen der Gefäße durch
Auswerten des EKG-Signals oder der Blutdruckkurve ermittelt werden.
In dem Fall, dass der Kryokatheter mehrere verschiedenartige bildgebende
Sensoren umfasst, z. B. einen IVUS-Sensor in Kombination mit einem
OCT-Sensor, weist die Auswerte- und
Steuereinheit vorzugsweise eine Bildfusionseinheit auf, die eine
Registrierung (lage- und phasenrichtige Ausrichtung) und Fusion
der verschiedenartigen Bilder ermöglicht, wobei die besonders
aussagekräftigen
Fusionsbilder auf der Displayeinheit darstellbar sind.
-
Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch die Integration einer Bildaufnahmeeinrichtung in einen
Kryokatheter eine Reduktion der zur Untersuchung und Behandlung
von koronaren Gefäßerkrankungen
notwendigen invasiven Verfahrensschritte erreicht wird. Die Bilder
des bildgebenden Sensors liefern wichtige medizinische Zusatzinformationen über die
arteriosklerotischen Ablagerungen, z. B. über entzündliche Prozesse, die bei der
Entscheidung über
eventuelle weitere Behandlungsschritte berücksichtigt werden können. Die
Handhabung und Navigation des Kryokatheters ins Zielgebiet ist aufgrund
der integrierten Bildgebung wesentlich erleichtert. Auf eine mit
einer Strahlenbelastung verbundene angiographische Röntgenkontrolle
kann daher unter Umständen
verzichtet werden. Zudem kann anhand der intravaskulären 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 Kryo-Anwendung vor dem Einsetzen
des Stents reduziert sich das Risiko einer Restenose, wobei im Gegensatz
zu einer Brachytherapie keine zusätzliche Strahlenbelastung auftritt.
-
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.
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Verschiedene
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen Kryokatheter mit einem integrierten bildgebenden Sensor gemäß einer
ersten Ausführungsform,
-
2 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen Kryokatheter mit einem integrierten bildgebenden Sensor gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
bei der der Kryokatheter einen auswechselbar in einen Außenkatheter
einschiebbaren Innenkatheter umfasst,
-
3 einen
Längsschnitt
durch einen Kryokatheter ähnlich
wie in 1, jedoch mit zwei hintereinander angeordneten
bildgebenden Sensoren verschiedenen Typs,
-
4 einen
Längsschnitt
durch einen Kryokatheter ähnlich
wie in 2, jedoch mit zwei hintereinander angeordneten
bildgebenden Sensoren verschiedenen Typs,
-
5 eine
Prinzipdarstellung einer einen Kryokatheter mit integriertem Bildgebungssensor umfassenden
medizinischen Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung,
-
6 eine
Prinzipdarstellung von weiteren zur medizinischen Untersuchungs-
und Behandlungsvorrichtung gehörenden
Betriebsgerätschaften,
-
7 ein
von einem bildgebenden IVMRI-Sensor aufgenommenes IVMRI-Schnittbild
der untersuchten Gefäßregion
und eine schematische Repräsentation
eines aus einer Mehrzahl von IVMRI-Schnittbildern konstruierten
dreidimensionalen Volumendatensatzes,
-
8 ein
IVUS-Schnittbild und ein daraus abgeleiteter Volumendatensatz,
-
9 ein
OCT-Schnittbild und ein daraus abgeleiteter Volumendatensatz,
-
10 ein
kombiniertes IVUS/OCT-Schnittbild und ein daraus abgeleiteter Volumendatensatz, und
-
11 eine
Prinzipskizze, in der die zeitversetzte, getaktete Übermittlung
von Detektorsignalen veranschaulicht ist.
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Der
in 1 dargestellte Kryokatheter 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 Expansions- und
Kühlmittel
K expandierbarer Ballon 10 mit einem außenseitig angeordneten Stent 12 vorgesehen.
Als Expansions- und Kühlmittel
K wird flüssiger
Stickstoff in einem externen Vorratsbehälter bereitgehalten und im
Bedarfsfall mit einem Druck von 8-15 bar durch eine im Katheterinneren 14 verlaufende
Zuleitung 15 in den Ballon gepumpt. Durch die Expansion
des Ballons 10 kann im Rahmen einer PTCA-Behandlung ein
verengtes Herzkranzgefäß geweitet
werden. Gleichzeitig wird die Gefäßwand im Bereich des Ballons 10 durch
den noch innerhalb der Zuleitung 15 oder beim Eintritt
in den Ballon 10 verdampfenden Stickstoff stark abgekühlt. Je
nach Dauer der Kryo-Anwendung sind Temperaturen von –10 °C bis –80 °C im Balloninneren vorteilhaft.
Dadurch wird einer erneuten Gefäßverengung
(Restenose) vorgebeugt. Bei der Expansion des Ballons 10 wird
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 Kryokatheters 2 als
Gefäßstütze in dem
geweiteten Koronargefäß. Vor dem
Herausziehen des Kryokatheters 2 aus dem Gefäß wird das
im Ballon 10 befindliche Expansions- und Kühlmittel K komplett abgelassen.
Dazu ist ein im Katheterinneren 14 verlaufender Austrittskanal
(hier nicht gezeigt) vorgesehen. Anstelle eines einzigen Ballons 10 kann
auch ein in einem Außenballon
geschachtelt angeordneter Innenballon vorgesehen sein. Der Stent 12 ist
optional; je nach den Umständen
des Einzelfalls kann auch auf die Implantation eines Stents verzichtet
werden.
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Zur
verbesserten Diagnose von Gefäßerkrankungen,
zur zielgenauen Kältebehandlung
und Gefäßweitung
und ggf. zur Überprüfung der
korrekten Lage eines im Gefäß platzierten
Stents ist der Kryokatheter 2 mit einer Bildaufnahmevorrichtung ausgestattet,
welche einen bildgebenden Sensor 16 zur intravaskulären Bildgebung
umfasst.
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In
einer ersten Variante handelt es sich bei dem bildgebenden Sensor 16 um
einen so genannten IVMRI-Sensor zur intravaskulären Magnetresonanztomographie.
Zu diesem Zweck sind in den IVMRI-Sensor 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.
Alterna tiv können
getrennte Sende- und Empfangsspulen vorgesehen sein.
-
Im
Gegensatz zu herkömmlichen
MRI-Anlagen sind der IVMRI-Sensor 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 Ausführungsform
intravaskulär,
d. h. durch am Kryokatheter 2 angeordnete Sende- und Empfangseinheiten
erzeugt.
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In
einer zweiten Variante ist der bildgebende Sensor 16 ein
so genannter IVUS-Sensor zur intravaskulären Ultraschallbildgebung.
Der IVUS-Sensor weist zur Aussendung primärer und zum Empfang reflektierter
Ultraschallwellen geeignete Ultraschallwandler, etwa in der Form
von piezoelektrischen Elementen auf. Die intravaskuläre Ultraschallbildgebung ist
besonders zur Abbildung von tiefer liegenden Gewebeschichten und
Gefäßstrukturen
geeignet.
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Schließlich kann
in einer dritten Variante der bildgebende Sensor 16 ein
so genannter OCT-Sensor zur optischen Kohärenztomographie sein. Mit der optischen
Kohärenztomographie
lassen sich Oberflächenstrukturen
der Gefäßwand besonders
detailliert in hoher Auflösung
darstellen.
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Der
im Allgemeinen richtungsempfindliche, radial nach außen gerichtete
bildgebende 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 Kryokatheters 2 ein Rotationsantrieb 22 vorgesehen. Um
den bildgebenden Sensor 16 herum weist die Katheterhülle 4 ein
für das
bildgebende Verfahren transparentes Fenster 24 auf. Die
Materialien des Ballons 10 und des Stents 12 sind
im Falle der IVMRI- oder IVUS-Bildgebung derart gewählt, dass
sie keine nennenswerte Abschwächung
oder Abschirmung der MRI-Radiosignale oder der Ultraschallwellen
verursachen. Im Falle der OCT-Bildgebung ist der OCT-Sensor in Relation
zum Ballon 10 derart angeordnet, dass die Lichtwellen ungestört aus-
und eingekoppelt werden können.
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Die
vom bildgebenden Sensor 16 gelieferten Signale (elektrische
Signale oder Lichtsignale) 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 bildgebenden 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. Im Falle der OCT-Bildgebung ist
die im Katheterinneren 14 verlaufende Signalleitung 26 als
Lichtleiter (Glasfaser) ausgeführt.
Der Lichtleiter kann auch in die Antriebswelle 18 integriert sein.
Die elektrischen Signal- und Versorgungsleitungen 26 sind
ferner mit einer Nanobeschichtung zur Abschirmung von äußeren magnetischen
Feldern und zum Schutz vor elektromagnetischen Interferenzen 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 bildgebenden Sensors 16 in
jeweilige Austrittsöffnungen
mündende
Kontrastmittel-Zuleitungen: Eine der Zuleitungen dient je nach Sensortyp
der Zuführung
eines MAI-Kontrastmittels oder eines Ultraschall-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
eine externe 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 Kryokatheter weist ähnliche
Funktionseinheiten wie der aus 1 bekannte
Kryokatheter auf. Allerdings sind bei der Ausführungsform gemäß 2 die
elektrischen Funktionseinheiten, die insbesondere den bildgebenden Sensor 16 und
die Positionssensoren 32 beinhalten, konsequent von den übrigen Funktionseinheiten,
denen in erster Linie eine mechanische Funktion zukommt, separiert.
Der Kryokatheter 2 ist somit aus zwei Hauptkomponenten
zusammengesetzt: Erstens aus einem die äußere Katheterhülle 4,
den Ballon 10, den Stent 12 sowie die Expansionsmittel-Zuleitung 15 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 bildgebenden Sensor 16 und den elektromagnetischen
Positionssensoren 32 auch noch die zugehörigen Signal-
und Versorgungsleitungen 26 sowie die Antriebswelle 18 für den bildgebenden
Sensor 16 angeordnet. Zu Reinigungs- und Wartungszwecken
lassen sich die beiden Hauptkomponenten des Kryokatheters 2,
der Innenkörper 38 und der
Außenkörper 34,
wie in 2 dargestellt leicht auseinander nehmen. Zum Betrieb
des Kryokatheters 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
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
des Kryokatheters 2, bei der zwei unterschiedliche bildgebende
Sensoren 16' und 16'' über eine gemeinsame Antriebswelle 18 rotierbar
im Bereich der Katheterspitze 8 angeordnet sind. Bei den in
Längsrichtung
hintereinander angeordneten Sensoren 16' und 16" kann es sich beispielsweise um
einen IWS-Sensor und einen OCT-Sensor handeln, wobei der IWS-Sensor
von der Katheterspitze 8 aus gesehen sowohl der vordere
als auch der hintere Sensor sein kann. Eine weitere bevorzugte Kombination
wird durch einen IVUS-Sensor und einen IVMRI-Sensor gebildet. Auch
in diesen Fällen
ist eine Ausführung
mit einem Innenka theter und einem separaten Außenkatheter möglich, siehe 4.
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5 zeigt
schematisch einige Komponenten einer den Kryokatheter 2 umfassenden
medizinischen Untersuchungs- und Behandlungsvorrichtung 42.
Der Kryokatheter 2 ist bereits in ein zu untersuchendes
Körpergefäß 44 eingeführt. Der
bildgebende Sensor 16 am distalen Ende 6 des Kryokatheters 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 Sensorsignalen des
bildgebenden Sensors 16 Querschnittsbilder des untersuchten
Gefäßes 44 generiert und
gegebenenfalls nachbearbeitet, wobei unter Einbeziehung der von
den Positionssensoren 32 übermittelten Positionsdaten
auch artefaktereduzierte 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 Kryokatheters 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 Kryokatheters 2 an weitere externe
Betriebsgerätschaften.
Zu diesen gehören
insbesondere eine Expansionsmittelpumpe, die das in einem Vorratsbehälter 54 gelagerte
und gekühlte
Expansions- und Kühlmittel
K in den Ballon 10 des Kryokatheters 2 pumpt,
und mindestens ein Kontrastmittel-Injektor 56, wobei die
Expansionsmittelpumpe und der Kontrastmittel-Injektor 56 jeweils über die
zentrale Steuereinheit 46 steuerbar bzw. regelbar sind.
Insbesondere lässt
sich über
in die Expansionsmittel-Zuleitung 15 (siehe auch 1 bis 4)
und in die Ableitung eingesetzte Ventile auch der in den Ballon 10 ein- und abströmende Massenstrom
des Kühl-
und Expansionsmittels K regeln. Die Regelung erfolgt automatisch
in der Steuereinheit 46 auf der Grundlage der von Temperatur-
und Drucksensoren im Bereich der Katheterspitze 8 gelieferten und über die
Signalleitungen 26 an die Steuereinheit 46 übermittelten
Daten. Weiterhin können
mittels der Steuereinheit 46 ein optionaler, hier gestrichelt
gezeichneter, externer Elektromagnet 58 zur magnetischen
Führung
des Kryokatheters 2 und eine Antriebseinheit 60 zum
automatischen und gleichmäßigen Vorschub
oder Rückzug
des Kryokatheters 2 innerhalb des Gefäßes 44 angesteuert
werden. Im Fall der OCT-Bildgebung ist in der Regel auch die zugehörige (Infrarot-)Lichtquelle
außerhalb
des Kryokatheters 2 angeordnet, wobei die Ankopplung an
den im Katheterinneren 14 verlaufenden Lichtleiter über den
Anschlussadapter 28 erfolgt.
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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
die externen Röntgenbilddaten
und die intravaskulären
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
des Kryokatheters 2 abgestimmt.
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Im
Betrieb wird nun der Kryokatheter 2 unter Röntgenkontrolle
in das Gefäß 44 eingeführt. Evtl. kann
dies unter Zugabe von Röntgenkontrastmittel erfolgen.
Für eine
verbesserte Sicht barkeit im Röntgenlicht
sind zudem vornehmlich im Bereich der Katheterspitze 8 eine
oder mehrere röntgenopake
Markierungen vorgesehen. Bereits beim Einführen kann die in den Kryokatheter 2 integrierte
Bildaufnahmeeinrichtung 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
Hilfe der Bildaufnahmeeinrichtung in hoher Auflösung betrachtet werden. Zum einen
können
hierüber
Informationen über
die Stenose erhalten werden, zum anderen kann die Platzierung des
Ballons 10 und ggf. des Stents 12 überprüft werden.
Ergibt sich, dass die Positionierung nicht korrekt ist, kann ohne
Weiteres der Kryokatheter 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 bildgebende Sensor 16 für eine Erfassung des unmittelbar dem
Ballon 10 bzw. dem Stent 12 gegenüberliegenden
Gefäßbereiches
ausgelegt und am distalen Ende 6 des Kryokatheters 2 angeordnet
ist. Ist der Ballon 10 bzw. der Stent 12 nun richtig
platziert, so wird der Ballon 10 mittels des durch die
Expansionsmittelpumpe geförderten
Expansions- und Kühlmittels
K 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. Zugleich erfolgt die Kryobehandlung der den Ballon 10 umgebenden
Gefäßwand. Anschließend wird
der Ballon 10 wieder etwas entlastet, so dass eine Kontrolle
der Position und Lage des Stents 12 über die 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
Bildaufnahmeeinrichtung 16 erfolgen, woraufhin der Kryokatheter 2 aus
dem Gefäß 44 herausgezogen
wird.
-
Einige
weitere Komponenten des medizinischen Untersuchungs- und Behandlungssystems 42 sind
in der Art einer Prinzipskizze in 6 dargestellt.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 46 umfasst neben einem über eine
Signalleitung 61 an den katheterseitigen Bildgebungssensor 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
Sensordaten 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 Schnittbildern wiedergegebenen Gefäßabschnittes rekonstruiert
und anschließend
eine Mehrzahl von Einzelbildern 67, 67', 67'' zu einem artefaktreduzierten dreidimensionalen
Volumendatensatz 68, 68', 68'' kombiniert. Dies
ist schematisch in 7 bis 9 dargestellt, und
zwar jeweils für
IVMRI-Bilder (7), IVUS-Bilder (8)
und für
OCT-Bilder (9). Mit Hilfe der Gefäßhüllkurve
und ggf. weiterer geometrischer Parameter des Gefäßes 44 ist
es auch möglich,
die dreidimensional rekonstruierten Bilder oberflächenbasiert
mit anderen anatomischen Bilddaten (z. B. 3D-Angiographie, Ultraschall)
desselben Gefäßabschnitts
zu kombinieren und anschließend
fusioniert darzustellen.
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Eine
in die Bildverarbeitungseinheit 64 integrierte Bildfusionseinheit
dient im Falle eines Kryokatheters 2 mit kombiniertem OCT/IVUS-Sensor
(gemäß 3 oder 4)
dazu, aus den separaten Bildern, die anhand der Signale des OCT-Sensors
bzw. des IVUS-Sensors erzeugt werden, ein gemeinsames Bild herzustellen.
Im einfachsten Fall ist die "Bildfusion" lediglich eine Überlagerung
der Einzelbilder aus OCT und IVUS. Vorzugsweise wird jedoch ein
gemeinsames, kombiniertes Untersuchungsbild erzeugt, indem ein bestimmter
Bildausschnitt des IVUS-Bildes und ein komplementärer Bildausschnitt des
OCT- Bildes zu einem
gemeinsamen Bild kombiniert werden. Das IVUS-Bild weist eine sehr gute Auflösung in
tiefer liegenden Gewebeschichten auf. Das OCT-Bild besitzt eine
sehr hohe Auflösung
im Nahbereich, wobei sogar mikroskopische Aufnahmen möglich sind.
Zweckmäßigerweise
sind die beiden Bildausschnitte zueinander gegengleich ausgebildet,
so dass der OCT-Ausschnitt genau in den Freiraum des IVUS-Bildes
passt. Auf diese Weise wird von beiden Bildern der jeweils optimale
Bereich für
die Erzeugung des kombinierten Bildes herangezogen. Der OCT-Bildausschnitt
und der IVUS-Bildausschnitt können
mittels entsprechender Bildverarbeitungsprogramme so miteinander
verschmolzen werden, dass keine Trennlinie oder Kontur erkennbar
ist. Ein Beispiel für
ein derart verschmolzenes IVUS/OCT-Bild 80 ist in 11 darstellt.
Aus den zweidimensionalen Bildern 80 können auch wieder dreidimensionale,
artefaktreduzierte Volumendatensätze 81 erzeugt
werden. Die obigen Ausführungen
lassen sich sinngemäß auch auf
andere Kombinationen bildgebender Sensoren übertragen, z. B. IVUS/IVMRI.
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Zusätzlich können in
der Bildfusionseinheit die intravaskulären Bilder des Bildgebungssensors 16 mit
den Röntgenbildern
der angiographischen Röntgeneinheit 59 oder
auch mit bereits vorhandenen Vorauf nahmen anderer Bilderzeugungsverfahren
(beispielsweise CT, MRI, PET oder SPECT), die vorzugsweise über eine
DICOM-Schnittstelle bereitgestellt bzw. übermittelt werden, überlagert
oder verschmolzen werden.
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Das
in 6 gezeigte 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 integ rierten 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 bildgebenden Sensors 16 oder
die vom Kryokatheter 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.
Die I/O-Einheit kann als Tastatur oder Bedienkonsole ausgebildet
sein.
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Da
im Falle der IVMRI-Bildgebung sowohl die Positionssensoren 32 als
auch der bildgebende 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 11 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. Ein
derart zeitversetztes Auslesen der Detektorsignale ist insbesondere
bei der IVMRI-Bildgebung zweckmäßig, kann
aber in ähnlicher
Form auch bei der IVUS- oder OCT-Bildgebung zum Einsatz kommen.