DE102006015162A1

DE102006015162A1 - Vorrichtung und System sowie Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans

Info

Publication number: DE102006015162A1
Application number: DE102006015162A
Authority: DE
Inventors: Rainer Kuth; Johannes Dr. Reinschke; Sebastian Dr. Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-04

Abstract

Die Vorrichtung sowie das System dienen zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten. Die Vorrichtung weist hierzu einen mit einem Ablationskopf (31) versehenen Katheter (30) uaf. Der Ablationskopf (31) ist an einem Katheterende um eine Drehachse (34) drehbar gelagert mit dem Katheter (30) verbunden und zumindest teilweise mit permanent-magnetischem Material ausgestaltet. Dabei weist der Ablationskopf (31) ein zumindest einteilig senkrecht zur Drehachse (34) ausgerichtetes magnetisches Dipolmoment (52) auf. Zudem ist der Ablationskopf (31) in Wechselwirkung mit einem außerhalb der Vorrichtung erzeugten magnetischen Wechselfeld von diesem in Drehbewegung versetzbar. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein System zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten. Die Vorrichtung weist dabei einen mit einem Ablationskopf versehenen Katheter auf. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.
In Blutgefäßsystemen kommt es immer wieder zu funktionsbeeinträchtigenden insbesondere kalkhaltigen Ablagerungen. Ablagerungen im Herzbereich kommen dabei besonders häufig vor. Verkalkten Herzklappen können beispielsweise zu einer so genannten Aortenklappenstenose, d.h. zu einer ungenügenden Öffnung der Aortenklappe, führen. Die Folgen einer Aortenklappenstenose sind insbesondere eine Behinderung des Blutstroms aus dem Herzen, ein verminderter Blutdruck und eine Überlastung des Herzens.
Falls eine medikamentöse Behandlung nicht ausreicht, mit welcher eine erhöhte Pumpleistung des Herzens angeregt wird, wird in der Regel die betroffene Herzklappe operativ erweitert. Dies kann entweder offen chirurgisch oder über einen Ballon erfolgen, der durch einen Katheter in die Klappe eingebracht und dort aufgeblasen wird. Dadurch wird die Klappe auf gedehnt. Dieser Vorgang ist jedoch schlecht kontrollierbar und kann im schlimmsten Fall die Klappe irreversibel beschädigen. Dies macht dann wiederum einen chirurgischen Klappenersatz notwendig, bei welchem die betroffene Herzklappe operativ entfernt und durch eine künstliche Herzklappe ersetzt wird.
Eine weitere minimal invasive, katheterbasierte Eingriffsmöglichkeit ist in der US 6,652,546 B1 angegeben. Hier ist ein Katheter angegeben, an dessen Spitze ein rotierender Ablationskopf angeordnet ist. Nach Heranführen des Ablationskopfs an die abzutragende Stelle im Blutgefäßsystem trägt dieser in einer Rotationsbewegung, ähnlich einem Bohrkopf, das Verschlussmaterial ab, welches durch den Katheter nach außen transportiert werden kann. Der Ablationskopf wird dabei von einem außerhalb des Patienten angeordneten elektrischen Motor mit bis zu 3000 Umdrehungen pro Sekunde angetrieben. Die Drehmomentübertragung vom Elektromotor auf den Ablationskopf erfolgt über eine im Katheter angeordnete biegsame Welle. Die Welle sollte dabei einerseits sehr weich sein, um den Katheter positionieren zu können, und andererseits steif genug sein, um die Antriebskraft zu übertragen. Somit muss bei der Ausführung der Welle stets ein Kompromiss zwischen Biegsamkeit und Drehmomentübertragungsvermögen eingegangen werden. Auch eine Integration des elektrischen Antriebsmotors im Ablationskopf bringt wesentliche Nachteile mit sich. Beispielsweise muss ein solcher miniaturisierter Motor ein ausreichendes Drehmoment aufbringen, was jedoch konstruktiv schwer und mit viel Aufwand zu realisieren ist. Zudem entwickelt ein derartiger Motor in Betrieb Hitze, die das umliegende Gewebe schädigen könnte, so dass hierfür aufwändige Wärmeabführmaßnahmen vorgenommen werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein System zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten sowie ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung bereitzustellen, mit welchen die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 angegeben.
Dementsprechend soll die Vorrichtung zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten, welche einen mit einem Ablationskopf versehenen Katheter aufweist, wobei der Ablationskopf an einem Katheterende um eine Drehachse drehbar gelagert mit dem Katheter verbunden ist, dahingehend ausgeführt sein, dass der Ablationskopf zumindest teilweise mit permanent-magnetischem Material ausgestaltet ist, wobei der Ablationskopf

– ein zumindest anteilig senkrecht zur Drehachse ausgerichtetes magnetisches Dipolmoment aufweist, und
– in Wechselwirkung mit einem außerhalb der Vorrichtung erzeugten magnetischen Wechselfeld von diesem in Drehbewegung versetzbar ist.

Indem der Ablationskopf ein magnetisches Dipolmoment aufweist und zudem drehbar gelagert ist, kann er als Rotor eines bürstenlosen Gleichstrommotors verstanden werden, welcher von einem magnetischen Wechselfeld in eine Drehbewegung versetzt werden kann. Die Kraftübertragung auf den Ablationskopf erfolgt somit über die Wechselwirkung des magnetischen Dipolmoments des Ablationskopfs mit dem magnetischen Wechselfeld. Ein durch den Katheter zum Ablationskopf geführtes mechanisches Drehmomentübertragungsmittel wird somit hinfällig. Zudem tritt auch keine das umliegende Gewebe schädigende kritische Wärmeerzeugung, die vom Antrieb ausgeht, auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
So ist es vorteilhaft, wenn der Ablationskopf über eine, insbesondere starre, Welle mit dem Katheter am einen Katheterende, der so genannten Katheterspitze, verbunden ist, und die Drehachse durch die Welle vorgegeben ist.
Weiter ist vorteilhaft, wenn Mittel zur Bestimmung einer Drehposition des Ablationskopfs vorgesehen sind. Bei Kenntnis der momentanen Drehposition des Ablationskopfs kann der Richtungswechsel des außerhalb erzeugten Magnetfeldes derart mit der momentanen Drehposition des Ablationskopfs korreliert werden, dass der Ablationskopf in Rotation gebracht wird. Die Drehzahl und das Drehmoment des Ablationskopfs sind dabei unabhängig voneinander einstellbar.
Ferner ist vorzusehen, dass die Mittel zur Bestimmung der Drehposition des Ablationskopfs mindestens ein relativ zum drehbaren Ablationskopf feststehendes optisches Sende-/Empfangsmittel umfassen, mit welchem elektromagnetische Strahlung in Richtung des drehbaren Ablationskopfs aussendbar ist und zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung nach Reflexion an Reflexionsmitteln, mit denen der Ablationskopf versehen ist, empfangbar ist. Dabei weisen die Reflexionsmittel ein mit der Ausrichtung des magnetischen Dipolmoments korreliertes Reflexionsvermögen auf. Zudem ist bei einer Umdrehung des Ablationskopfs die ausgesandte elektromagnetische Strahlung unterschiedlich, d.h. mit der Ausrichtung des magnetischen Dipolmoments korreliert, reflektierbar. Eine optische Drehpositionerfassung hat den Vorteil, dass sie unempfindlich für elektrische und vor allem magnetische sowie elektromagnetische externe Einflüsse ist. So wird die Bestimmung der Drehposition beispielsweise von extern erzeugten starken Magnetfeldern weder beeinflusst noch gestört.
Der Ablationskopf ist zumindest an dem Teil seiner Oberfläche vorteilhafter Weise mit Schleifmitteln, insbesondere mit Diamantsplittern, versehen, der mit dem Verschlussmaterial in Berührung treten kann. Hiermit kann eine deutliche Verbesserung der Abtrageleistung erreichet werden. Alternativ oder auch in Kombination miteinander kann die Ablationskopfoberfläche mit einer die Abtragung fördernden Strukturierung versehen sein.
Es ist günstig, wenn der Ablationskopf einen Außendurchmesser von 0,5 bis 3 mm, insbesondere von 1 bis 2 mm, aufweist. Die konstruktive Einfachheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt eine derartige Miniaturisierung auf einfache Weise. Ein Außendurchmesser in den angegebenen Bereichen ermöglicht es, mit der Vorrichtung auch in kleinste Blutgefäße, insbesondere Koronargefäße, vorzudringen.
Günstig ist weiter, wenn der Ablationskopf eine Länge von 1 bis 4 mm, insbesondere von 2 bis 3 mm, aufweist. Eine Länge in den angegebenen Bereichen ermöglicht mit der Vorrichtung auch ein Vordringen zu Blutgefäßbereichen über geringste Krümmungen und Kurven hinweg, ohne die Blutgefäße in den Krümmungen bzw. Kurven zu verletzten.
Zur weiteren Lösung der Aufgabe wird mit der Erfindung ein System zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten angegeben mit

– einem ein magnetisches Wechselfeld erzeugenden Spulensystem mit zugeordneter Steuerungseinheit und
– einer Vorrichtung mit den vorgeschlagenen Merkmalen,

Bei dem erfindungsgemäßen System ergeben sich die vorstehend für die erfindungsgemäße Vorrichtung erläuterten Vorteile.
So ist es zudem günstig, wenn das Spulensystem mit sechs Einzelspulen ausgestaltet ist. Das Spulensystem, welches auch mit einem Stator eines büstenlosen Gleichstrommotors verglichen werden kann, ist hierbei als 2-Phasen-Stator betreibbar. Weitere Vorteile sind, dass das magnetische Wechselfeld über einen größeren Bereich homogen geformt werden kann und dass der Ablationskopfs gleichmäßiger in seiner Drehbewegung angetrieben werden kann.
Es ist aber auch günstig, wenn das Spulensystem mit ein oder zwei Einzelspulen, insbesondere Flachspulen und/oder Sattelspulen, ausgestaltet ist. Das Spulensystem ist hierbei quasi als 1-Phasen-Stator betreibbar. Es lässt sich dabei im Gegen satz zum Spulensystem mit sechs Einzelspulen konstruktiv einfacher und kompakter verwirklichen. Betreffend die Laufruhe ist jedoch ein solches Spulensystem einem mit sechs Einzelspulen unterlegen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Spulensystem zumindest teilweise den Körper des Patienten umfasst. Hierbei kann das erfindungsgemäße System besonders kompakt ausgestaltet werden. Ein Innendurchmesser des Spulensystems im Bereich von 50 bis 70 cm ist dabei besonders von Vorteil.
Vorteilhaft ist, wenn mit dem Spulensystem zumindest ein Magnetfeld von 25 bis 200 mT, insbesondere von 50 bis 100 mT, am Ort des Ablationskopfs erzeugbar ist. Somit ist gewährleistet, dass die Drehbewegung des Ablationskopfs mit einem ausreichenden Drehmoment erfolgt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems wird vorgeschlagen, dass die Steuerungseinheit Umrichtermittel aufweist und die Mittel zur Bestimmung der Drehposition des Ablationskopfs in Wirkverbindung mit den Umrichtermitteln stehen. Das erfindungsgemäße System kann somit in seinem Aufbau und seiner Wirkung mit einem Gleichstrommotor verglichen werden, welcher beispielsweise seine Umrichtsignale aus den an den Statorwicklungen vorliegenden Spannungs- und/oder Stromsignalen bezieht. Das Spulensystem wird dabei abhängig von der momentanen Ausrichtung der magnetischen Dipolmoments des Ablationskopfs mittels der Umrichtermittel derart geschaltet, dass das dadurch wechselnde, auf den Ablationskopf wirkende Magnetfeld ein in dieselbe Richtung weisendes Drehmoment bewirkt, welches den Ablationskopf in Rotation versetzt.
Weiterhin kann vorgesehen werden, dass der Ablationskopf in eine Rotation mit einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 1 bis 5000 Umdrehungen pro Sekunde, insbesondere von 10 bis 3000 Umdrehungen pro Sekunde, versetzbar ist. Hiermit ist eine zuverlässige und effektive Abtragung des Verschlussmaterials gewährleistet
Zur weiteren Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 14 angegeben.
Dementsprechend soll das Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten, welche Vorrichtung einen mit einem Ablationskopf versehenen Katheter aufweist, wobei der Ablationskopf an einem Katheterende um eine Drehachse drehbar gelagert mit dem Katheter verbunden ist,
dahingehend ausgeführt werden, dass
der zumindest teilweise mit permanent-magnetischem Material ausgestaltete Ablationskopf, welcher ein zumindest anteilig senkrecht zur Drehachse ausgerichtetes magnetisches Dipolmoment aufweist, in Wechselwirkung mit einem außerhalb der Vorrichtung von einem Spulensystem erzeugten magnetischen Wechselfeld von diesem in Drehbewegung versetzt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich die vorstehend für die erfindungsgemäße Vorrichtung und für das erfindungsgemäße System erläuterten Vorteile.
So ist es von Vorteil, wenn das Spulensystem zumindest ein Magnetfeld im Bereich von 25 bis 200 mT, insbesondere von 50 bis 100 mT, am Ort des Ablationskopfs erzeugt.
Daneben ist es günstig, wenn der Ablationskopf in eine Rotation mit einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 1 bis 5000 Umdrehungen pro Sekunde, insbesondere von 10 bis 3000 Umdrehungen pro Sekunde, versetzt wird.
Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Aspekte sind schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen die
1 ein System zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten mit einem Spulensystem aus sechs Einzelspulen,
2a) einen Querschnitt durch das Spulensystem gemäß 1 im Bereich der vier Sattelspulen,
2b) einen Querschnitt durch ein Spulensystem mit zwei gegenüberliegenden Sattelspulen und
2c) einen Querschnitt durch ein Spulensystem mit zwei gegenüberliegenden Flachspulen,
3 einen Längsschnitt durch einen Katheter mit an der Spitze angebrachtem Ablationskopf, und
4a) einen Ausschnitt aus 3 mit optischem Mittel zur Drehpositionbestimmung des Ablationskopfs und
4b) eine mit einem Strichcode-Muster versehene Innenfläche des Ablationskopfs.
Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes System zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten 4. Das System umfasst ein Spulensystem 6 mit daran angeschlossener Energieversorgung 8 und zugeordneter Steuerungseinheit 10. Weiter umfasst das System eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche einen mit einem Ablationskopf 31 versehenen Katheter 30 aufweist. Das Spulensystem 6 kann beispielsweise bereits in Form eines existierenden Spulensystems zur Führung bzw. Navigation von Katheterspitzen vorhanden sein. Zur besser Verträglichkeit im Körper des Patienten 4 ist der Ablationskopf 31 aus biokompatiblem Material gefertigt.
Das Spulensystem 6 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus sechs Einzelspulen zu drei Spulenpaaren 14, 16a, 16b. Diese untergliedern sich in vier gemeinsam einen Zylindermantel bildende Sattelspulen 16a, 16b und zwei an den Stirnseiten des Zylindermantels angeordnete, ringförmige Flachspulen 14, die insbesondere als Helmholtzspulen ausgeführt sein können. Jede der Sattelspulen 16a, 16b überstreicht bezüglich der Mittellängsachse 18 des Zylindermantels einen Winkelbereich von ca. 90°.
Der in jeder der sechs Einzelspulen 14, 16a, 16b fließende Spulenstrom wird von einem von drei, je einem Einzelspulenpaar 14, 16a, 16b zugeordneten Leistungsverstärkern 20a–c erzeugt. Die drei Leistungsverstärker 20a–c zusammen bilden die Energieversorgung 8. Sämtliche Leistungsverstärker 20a–c werden von der Steuerungseinheit 10 über je eine Steuerleitung 22 angesteuert bzw. geregelt. Der in jeder der sechs Einzelspulen 14, 16a, 16b fließende Spulenstrom kann in einer weiteren Ausgestaltungsvariante aber auch von sechs, je einer Einzelspule 14, 16a, 16b zugeordneten Leistungsverstärkern 20a–c erzeugt werden. Die entsprechenden sechs Leistungsverstärker 20a–c zusammen bilden dann die Energieversorgung 8. Sämtliche Leistungsverstärker 20a–c werden auch in dieser Variante von der Steuerungseinheit 10 über je eine Steuerleitung 22 angesteuert bzw. geregelt.
Der Patient 4 ist entlang der Mittellängsachse 18 des Zylindermantels in das Spulensystem 6 eingefahren. Der Patient 4 wird so im Spulensystem 6 platziert, dass der in ihn eingeführte, mit dem Ablationskopf 31 versehene Katheter 30 etwa in der Mitte des Spulensystems 6 zu liegen kommt. Dort besitzt das Spulensystem 6 ein so genanntes Arbeitsvolumen, innerhalb dessen die erfindungsgemäße Vorrichtung angetrieben werden kann.
Dem Spulensystem 6 ist ein Koordinatensystem 32 fest zugeordnet. Die Ortsposition des Ablationskopfs 31 sowie die Orientierung dessen Dreh- und Längsachse 34 im Koordinatensystem 32 werden über eine Positionserkennung 36 erfasst. Die Positionserkennung 36 übermittelt die Positionsdaten des Ablationskopfs 31 über eine Signalleitung 21 wiederum an die Steuerungseinheit 10.
Das Spulensystem 6 erzeugt im Betrieb ein magnetisches Wechselfeld 54 (vgl. 2), insbesondere ein Drehfeld, im Arbeitsvolumen. Da der drehbar an der Spitze des Katheters 30 gelagerte Ablationskopf 31 zumindest teilweise mit permanentmagnetischem Material derart ausgestaltet ist, dass er eine zur Drehachse senkrechte permanente Magnetisierung und damit ein permanentes magnetisches Dipolmoment 52 (vgl. 2) aufweist, kann er von dem Wechselfeld 54, insbesondere Drehfeld, in eine Drehbewegung 56 (vgl. 2), insbesondere Rotation, versetzt werden.
Idealerweise liegen hierfür die Ausrichtungen des magnetischen Wechselfeldes 54 und die momentane Ausrichtung des magnetischen Dipolmoments 52 in einer gemeinsamen Ebene. Dementsprechend werden einzelne Spulen 14, 16a, 16b des Spulensystems 6 in Abhängigkeit der mit der Positionserkennung 36 ermittelten Daten mittels der Steuerungseinheit 10 zugeordneten Umrichtermitteln 55, beispielsweise einer Umrichterschaltung, zyklisch durchgeschaltet und mit entsprechender Leistung beaufschlagt. Zudem müssen für eine Rotation des Ablationskopfs 31 die Schaltzeitpunkte beim zyklischen Durchschalten der entsprechenden Spulen 14, 16a, 16b abhängig von der momentanen Ausrichtung des magnetischen Dipolmoments 52 derart gewählt sein, dass ein Drehmoment in der gewünschten Drehrichtung 56 auf den Ablationskopf 31 wirkt. Hierfür sind Mittel (vgl. 4) zur Bestimmung der Drehposition des Ablationskopfs 31 vorgesehen, welche über eine zugeordnete Steuerungseinheit 11 Informationen über die momentane Drehposition an die Steuerungseinheit 10 des Spulensystems 6 übertragen, um die entsprechenden Spulen 14, 16a, 16b mit den Umrichtermitteln 55 demgemäß zu schalten. Die Übertragung erfolgt beispielsweise mittels einer Signalleitung 23.
In 2a ist zur Verdeutlichung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems ein Querschnitt durch das Spulensystem 6 gemäß 1 im Bereich der vier Sattelspulen 16a, 16b schematisch dargestellt. In diesem vereinfachten Anschauungsbeispiel fällt die Drehachse 34 des Ablationskopfs 31 auf die Mittellängsachse 18 des von den Sattelspulen 16a, 16b gebildeten Zylindermantels. Das den Ablationskopf 31 antreibende magnetische Wechselfeld 54 wird jeweils von zwei gegenüberliegenden Sattelspulen 16a, 16b erzeugt. In 2a ist eine Momentaufnahme gezeigt, in welcher ein in y-Richtung weisendes magnetisches Feld 54 vom Sattelspulenpaar 16a generiert wird. Der Ablationskopf 31 richtet sich aufgrund der magnetischen Wechselwirkung seines Dipolmoments 52 mit dem Magnetfeld 54 ebenfalls in y-Richtung aus. Dabei führt er eine Drehbewegung aus, deren Richtung durch den Pfeil 56 angegeben ist. Zum Betreiben des erfindungsgemäßen Systems werden die einzelnen Sattelspulenpaare 16a, 16b zyklisch durchgeschaltet, so dass das erzeugte magnetische Feld 54 innerhalb des Zylindermantels am Ort des Ablationskopfs 31, insbesondere in 90°-Schritten, rotiert. Da das Dipolmoment 52 des Ablationskopfs 31 dem rotierenden magnetischen Feld 54 folgt, dreht sich dieser mit der Rotationsfrequenz des magnetischen Feldes 54. Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels lässt sich mit derjenigen eines bürstenlosen Gleichstrommotors vergleichen, wobei die Sattelspulen 16a, 16b mit einem 2-Phasen-Stator und der Ablationskopf 31 mit dem entsprechenden Rotor zu vergleichen sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht das Spulensystem 6 aus nur zwei sich gegenüberstehenden Einzelspulen, die hier als Sattelspulen 16a ausgeführt sind. Das Spulenpaar 16a erzeugen dabei ein magnetisches Wechselfeld 54, das wechselweise in (+y)-Richtung und (-y)-Richtung weisen kann. In 2b ist eine Momentaufnahme gezeigt, in welcher ein in y-Richtung weisendes magnetisches Feld 54 vom Sattelspulenpaar 14 generiert wird. Da der Ablationskopf 31 mit seinem Dipolmoment 52 dem magnetischen Feld 54 folgt, kann dieser vergleichbar mit einem Rotor eines bürstenlosen, einen 1-Phasen- Stator aufweisende Gleichstrommotors in eine Rotation versetzt werden. Wie in 2c schematisch angedeutet, kann prinzipiell das magnetische Wechselfeld 54 auch mit beispielsweise ringförmigen Flachspulen 14, die insbesondere als Helmholtzspulen ausgeführt sind, erzeugt werden. Grundsätzlich kann das magnetische Wechselfeld 54 aber auch mit nur einer Einzelspule, beispielsweise einer Flachspule 14 oder einer Sattelspule 16a, 16b, erzeugt werden. Im Vergleich zu den 2b und 2c wird dabei am Ort des Ablationskapfs 31 ein inhomogeneres Magnetfeld 54 erzeugt. Dabei ändert sich die beschriebene Funktionsweise des Ablationskopfantriebs jedoch nicht.
beispielsweise ringförmigen Flachspulen 14, die insbesondere als Helmholtzspulen ausgeführt sind.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Der Ablationskopf 31 ist dabei drehbar auf einer starren Welle 40 angeordnet, welche wiederum in die Spitze des Katheters 30 hineinragend an einer zugeordneten Wellenaufhängung 33 befestigt ist. Die Längsachse des Ablationskopfs bildet zugleich auch dessen Drehachse 34, die mit der Längserstreckung der Welle 40 zusammenfällt. Der Ablationskopf 31 weist ein senkrecht zur Drehachse 34 ausgerichtetes magnetisches Dipolmoment 52 auf, welches in Wechselwirkung mit einem magnetischen Wechselfeld 54 den Ablationskopf 31 in Drehbewegung 56 versetzen kann. Der Ablationskopf 31 kann beispielsweise ein magnetisches Dipolmoment 52 aufweisen, indem er zumindest teilweise aus permanentmagnetischem Material ausgestaltet ist. Es kann aber auch ein im Ablationskopf 31 integrierter, entsprechend ausgerichteter Permanentmagnet für das gewünschte magnetische Dipolmoment 52 sorgen.
Die Ablationsoberfläche 311 des Ablationskopfs 31, die beim Abtragevorgang mit dem abzutragenden Material in Kontakt ist, weist zur effektiveren Abtragung Schleifmittel 312, insbesondere Diamantsplitter auf. Die Ablationsoberfläche 311 selbst kann darüber hinaus strukturiert ausgeführt sein, um die Abtrageleistung weiter zu erhöhen.
Damit der Ablationskopf 31 in Längsrichtung der Welle 40 möglichst wenig Spiel hat, ist die Welle 40 an ihrem Ende im Ablationskopf 31 mit einem Stempel 41 versehen. Im Stempel 41 sind darüber hinaus Mittel zur Bestimmung der Drehposition des Ablationskopfs 31 vorgesehen, mit welchen bei einer Rotation des Ablationskopfs 31 die momentane Drehposition und auch der momentane Drehwinkel ermittelbar sind. Über eine Signalleitung 19 gelangen die Informationen über die Drehposition zur Steuereinheit 11. Der Übersicht halber sind die Mittel zur Bestimmung der Drehposition des Ablationskopfs 31 in 3 nicht eingezeichnet. Hierzu wird auf die 4 verwiesen, die den in 3 eingezeichneten Ausschnitt IVa detaillierter darstellt.
Die Wellenaufhängung 33 ist mit insbesondere radial verlaufenden Öffnungen, beispielsweise Strömungskanälen oder Strömungsschlitzen, versehen, damit das abgetragene lose Material vom Katheter 30 angesaugt und durch diesen hindurch nach außen transportiert werden kann. Die Öffnungen bzw. Die Strömungsrichtung des abgetragenen Materials ist in 3 mit Pfeilen 50 gekennzeichnet.
In 4a ist der mit IVa gekennzeichnete Ausschnitt aus 3 zur Beschreibung der Mittel zur Bestimmung der Drehposition des Ablationskopfs 31 vergrößert und detaillierter dargestellt. Die Mittel zur Drehpositionerfassung weisen dabei beabstandet von der Drehachse 34 und gleichzeitig von der Längsachse des Ablationskopfs 31 ein optisches Sende-/Empfangsmittel 60, beispielsweise in Form einer kombinierten Einheit mit einer Leuchtdiode und einem lichtempfindlichen Detektor, auf. Vom Sende-/Empfangsmittel 60 aus wird elektromagnetische Strahlung 62, insbesondere Licht, in Richtung des relativ zum Stempel 41 drehbaren Ablationskopfs 31 ausgesandt. Die dem Stempel 41 zugewandete innere Fläche 63 des Ablationskopfs 31 ist mit Reflexionsmitteln 61 versehen, an welchen die ausgesandte elektromagnetische Strahlung 62 zum Sende-/Empfangsmittel 60 reflektiert wird. Mittels der durch die Welle 40 führenden Signalleitung 19 wird das detektierte Signal an die Steuerungseinheit 11 weitergegeben.
Die Reflexionsmittel 61 weisen bei einer Umdrehung des Ablationskopfs 31 zumindest eine ausgezeichnete Stelle mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen auf, von welcher der ausgesandte Lichtstrahl 62 unterschiedlich reflektierbar ist. So können die Reflexionsmittel 61 derart ausgestaltet sein, dass beispielsweise das Reflexionsvermögen im Bereich der Nordpol-Position des magnetischen Dipolmoments 52 eine höhere Reflektivität aufweist. Bei Kenntnis zumindest einer ausgezeichneten Stelle während einer Umdrehung des Ablationskopfs 31 kann die Ansteuerung der einzelnen felderzeugenden Spulen 14, 16a, 16b derart erfolgen, dass eine kontrollierte Drehung des Ablationskopfs 31 erwirkt werden kann.
In 4b ist ein Ausführungsbeispiel für die Reflexionsmittel 61 angegeben. Abgebildet ist die dem Stempel 41 zugewandete innere Fläche 63 des Ablationskopfs 31 mit den Reflexionsmitteln 61. Die Reflexionsmittel 61 bilden ein ringförmig angeordnetes Strich-Code-Muster aus, dessen einzelne Reflexionsmittel 61, d.h. einzelne Striche, radial bezüglich der Drehachse 34 ausgerichtet sind. Die äquidistant angeordneten Striche 61 weisen im Vergleich zu deren Zwischenräumen ein unterschiedliches, beispielsweise höheres, Reflexionsvermögen auf. Zumindest einer der Striche 61 unterscheidet sich wiederum in seinem Reflexionsvermögen, beispielsweise durch eine größere bzw. kleinere Reflektionsfläche, von den übrigen Strichen 61. Dieser im abgebildeten Ausführungsbeispiel längere Strich 64 markiert beispielsweise die Nordpol-Position des magnetischen Dipolmoments 52. Bei einer Umdrehung des Ablationskopfs 31 wird die ausgesandte elektromagnetische Welle 62 korreliert mit dem Strich-Code-Muster wechselweise unterschiedlich stark reflektiert. Mit der Identifikation des einen herausragenden Striches 64 ist zunächst eine Drehposition, beispielsweise die Nordpol-Position, eindeutig bekannt.
Durch Abzählen der „hell-dunkel"-Wechsel, bei Kenntnis des Abstandes zwischen jeweils zwei Strichen 61, kann dann der Drehwinkel relativ zur ausgezeichneten Drehposition bestimmt werden. Somit ist bei einer Rotation des Ablationskopfs 31 zu jedem Zeitpunk dessen Drehposition relativ zur Welle 40 mittels einer der Steuerungseinheit 11 zugeordneten Auswerteeinheit 111 ermittelbar.
In einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sende-/Empfangsmittel 60 als Lichtwellenleiter ausgeführt, aus welchem Licht 62 ausgekoppelt und reflektiert wieder eingekoppelt werden kann. Der Lichtwellenleiter, der zugleich auch die Signalleitung 19 darstellt, kann nach außen zur Steuerungseinheit 11 geführt werden, in welcher bei diesem Ausführungsbeispiel die Lichterzeugung und -detektion erfolgt.

Claims

Vorrichtung zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten (4), welche einen mit einem Ablationskopf (31) versehenen Katheter (30) aufweist, wobei der Ablationskopf (31) an einem Katheterende um eine Drehachse (34) drehbar gelagert mit dem Katheter (30) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablationskopf (31) zumindest teilweise mit permanent-magnetischem Material ausgestaltet ist, wobei der Ablationskopf (31) – ein zumindest anteilig senkrecht zur Drehachse (34) ausgerichtetes magnetisches Dipolmoment (52) aufweist, und – in Wechselwirkung mit einem außerhalb der Vorrichtung erzeugten magnetischen Wechselfeld (54) von diesem in Drehbewegung versetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Ablationskopf (31) über eine, insbesondere starre, Welle (40) mit dem Katheter (30) verbunden ist, und – die Drehachse (34) durch die Welle (40) vorgegeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Bestimmung einer Drehposition des Ablationskopfs (31) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung der Drehposition des Ablationskopfs (31) mindestens ein relativ zum drehbaren Ablationskopf (31) feststehendes optisches Sende-/Empfangsmittel (60) umfassen, mit welchem – elektromagnetische Strahlung (62) in Richtung des drehbaren Ablationskopfs (31) aussendbar ist und – zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung (62) nach Reflexion an Reflexionsmitteln (61), mit denen der Ablationskopf (31) versehen ist, empfangbar ist, wobei – die Reflexionsmittel (61) ein mit der Ausrichtung des magnetischen Dipolmoments (52) korreliertes Reflexionsvermögen aufweisen und – bei einer Umdrehung des Ablationskopfs (31) die ausgesandte elektromagnetische Strahlung (62) unterschiedlich, mit der Ausrichtung des magnetischen Dipolmoments (52) korreliert reflektierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablationskopf (31) mit Schleifmitteln (312), insbesondere mit Diamantsplittern, versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablationskopf (31) einen Außendurchmesser von 0,5 bis 3 mm, insbesondere von 1 bis 2 mm, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablationskopf (31) eine Länge von 1 bis 4 mm, insbesondere von 2 bis 3 mm, aufweist.
System zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten (4) mit – einem ein magnetisches Wechselfeld (54) erzeugenden Spulensystem (6) mit zugeordneter Steuerungseinheit (10) und – einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Ausrichtungen des den Ablationskopf (31) antreibenden magnetischen Wechselfeldes (54) und die Ausrichtung des magnetischen Dipolmoments (52) des Ablationskopfs (31) zumindest anteilig in einer Ebene liegen.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem (6) mit sechs Einzelspulen (14, 16a, 16b) ausgestaltet ist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem (6) mit ein oder zwei Einzelspulen (14, 16a, 16b) ausgestaltet ist.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem (6) zumindest teilweise den Körper des Patienten (4) umfasst.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Spulensystem (6) zumindest ein Magnetfeld (54) von 25 bis 200 mT, insbesondere von 50 bis 100 mT, am Ort des Ablationskopfs (31) erzeugbar ist.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (10) Umrichtermittel (55) aufweist und die Mittel zur Bestimmung der Drehposition des Ablationskopfs in Wirkverbindung mit den Umrichtermitteln (55) stehen.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablationskopf (31) in eine Rotation mit einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 1 bis 5000 Umdrehungen pro Sekunde, insbesondere von 10 bis 3000 Umdrehungen pro Sekunde, versetzbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Öffnen eines zumindest teilweise mit Verschlussmaterial verschlossenen Hohlorgans, insbesondere eines Blutgefäßes, eines Patienten (4), welche Vorrichtung einen mit einem Ablationskopf (31) versehenen Katheter (30) aufweist, wobei der Ablationskopf (31) an einem Katheterende um eine Drehachse (34) drehbar gelagert mit dem Katheter (30) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest teilweise mit permanent-magnetischem Material ausgestaltete Ablationskopf (31), welcher ein zumindest anteilig senkrecht zur Drehachse (34) ausgerichtetes magnetisches Dipolmoment (52) aufweist, in Wechselwirkung mit einem außerhalb der Vorrichtung von einem Spulensystem (6) erzeug ten magnetischen Wechselfeld (54) von diesem in Drehbewegung versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem (6) zumindest ein Magnetfeld (54) im Bereich von 25 bis 200 mT, insbesondere von 50 bis 100 mT, am Ort des Ablationskopfs (31) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablationskopf (31) in eine Rotation mit einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 1 bis 5000 Umdrehungen pro Sekunde, insbesondere von 10 bis 3000 Umdrehungen pro Sekunde, versetzt wird.