DE102006019415B4 - Apparatus and method for displaying the position of a medical device in the body of a living being - Google Patents

Apparatus and method for displaying the position of a medical device in the body of a living being Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper (K) eines Lebewesens, umfassend: – die mit zumindest einem Transponder (3) versehene medizinische Einrichtung, wobei der zumindest eine Transponder (3) ein Mittel (4) zur Modulation des Sendesignals (S) umfasst, – eine Bilderzeugungseinrichtung (12, 13, 14) zur Erzeugung eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren aus ersten Bilddaten, wobei die ersten Bilddaten mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems korreliert sind, – zumindest drei außerhalb des Körpers (K) vorgesehene Sendeempfänger (1, 1a bis 1d) zum Senden elektromagnetischer Sendesignale (5) zum zumindest einen Transponder (3) und zum Empfangen von vom zumindest einen Transponder (3) infolge der Sendesignale (S) abgestrahlten Reflexionsignalen (R), wobei jeder der Sendempfänger (1, 1a bis 1d) zur Ermittlung einer Phasendifferenz zwischen dem Sende- (S) und dem Reflexionssignal (R) einen IQ-Transmissionsmischer (6, 7, 8, 9) und einen Tiefpassfilter zum Filtern des I- und Q-Signals umfasst, – eine Positionsermittlungseinrichtung...Device for displaying the position of a medical device in the body (K) of a living being, comprising: - the medical device provided with at least one transponder (3), wherein the at least one transponder (3) comprises means (4) for modulating the transmission signal (S ), an image generating device (12, 13, 14) for generating a first image of a section of the body inside from first image data, the first image data being correlated with coordinates of a first coordinate system, at least three transceivers provided outside the body (K) ( 1, 1a to 1d) for transmitting electromagnetic transmission signals (5) to the at least one transponder (3) and for receiving from the at least one transponder (3) due to the transmission signals (S) radiated reflection signals (R), each of the transceivers (1, 1a to 1d) for determining a phase difference between the transmission (S) and the reflection signal (R) an IQ transmission mixer (6, 7, 8, 9) and a low-pass filter for filtering the I and Q signal comprises, - a position detecting means ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens.The invention relates to a device and a method for displaying the position of a medical device in the body of a living being.

Aus der US 6,233,476 B1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines freien Endes eines Katheters bekannt. Dabei ist am freien Ende des Katheters eine Sendeeinrichtung mit drei senkrecht aufeinander stehenden Sendespulen zur Erzeugung gerichteter elektromagnetischer Felder vorgesehen. Aus der Richtung der elektromagnetischen Felder kann mittels außerhalb des Körpers angeordneter Empfänger die Position der Sendeeinrichtung im Körper ermittelt werden. Zur Stromversorgung der Sendeeinrichtung ist es erforderlich, ein Kabel innerhalb des Katheters vorzusehen. Das erhöht den Herstellungsaufwand des Katheters und wirkt einer Miniaturisierung desselben entgegen. Abgesehen davon ist das vorgeschlagene Verfahren störanfällig. Die Ermittlung der Position der Sendeeinrichtung kann durch in der Nähe befindliche metallische Gegenstände erheblich verfälscht werden.From the US 6,233,476 B1 For example, a device for determining the position of a free end of a catheter is known. In this case, a transmitting device with three mutually perpendicular transmitting coils for generating directed electromagnetic fields is provided at the free end of the catheter. From the direction of the electromagnetic fields, the position of the transmitting device in the body can be determined by means of receivers arranged outside the body. To power the transmitter, it is necessary to provide a cable within the catheter. This increases the production cost of the catheter and counteracts a miniaturization of the same. Apart from that, the proposed method is prone to failure. The determination of the position of the transmitting device can be significantly falsified by nearby metallic objects.

Die DE 42 15 901 A1 offenbart einen Katheter, an dessen freiem Ende eine elektrische Spule angeordnet ist. Ein von der Spule erzeugtes Magnetfeld wird mittels mehrerer außerhalb des Körpers angeordneter Hallsensoren gemessen. Aus den gemessenen Magnetfeldstärken wird sodann die Position der Spule ermittelt. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass zur Versorgung der Spule mit elektrischem Strom ebenfalls Kabel innerhalb des Katheters vorzusehen sind. Zur Ermittlung einer exakten Position der Sendespule ist es erforderlich, die Empfänger in einer Abschirmkammer anzuordnen.The DE 42 15 901 A1 discloses a catheter having at its free end an electrical coil. A magnetic field generated by the coil is measured by means of a plurality of Hall sensors arranged outside the body. From the measured magnetic field strengths, the position of the coil is then determined. A major disadvantage of the known device is that for supplying the coil with electric current also cables are provided within the catheter. To determine an exact position of the transmitting coil, it is necessary to arrange the receiver in a shielding chamber.

Die DE 101 12 303 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur drahtlosen Erfassung von Bewegungen eines medizinischen Instruments im Körperinneren eines Patienten mit einer einen Sender und einen Empfänger aufweisenden Transponderabfrageeinrichtung und einem mit dem medizinischen Instrument verbundenen Transponder.The DE 101 12 303 A1 describes a method and a device for the wireless detection of movements of a medical instrument in the interior of a patient with a transmitter and a receiver having a transponder interrogation device and a transponder connected to the medical instrument.

Die DE 102 02 091 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Koordinatentransformation für die Einblendung eines Abbildes eines medizinischen Instrumentes in ein Röntgenbild unter Anwendung eines Navigationssystems.The DE 102 02 091 A1 describes a method and a device for determining a coordinate transformation for the display of an image of a medical instrument in an X-ray image using a navigation system.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, mit denen mit möglichst geringem Aufwand eine störunanfällige und genaue Ermittlung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens durchführbar ist.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a device and a method are to be specified with which a trouble-free and accurate determination of the position of a medical device in the body of a living being can be carried out with the least possible outlay.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der jeweiligen Unteransprüche.This object is solved by the features of claims 1 and 8. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the features of the respective subclaims.

Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung erfolgt die Ermittlung der Position mittels eines an der medizinischen Einrichtung vorgesehenen Transponders. Es kann sich dabei insbesondere um einen passiven Transponder handeln, der keine eigenständige Energieversorgung benötigt. Passive Transponder entnehmen die zum Abstrahlen des elektromagnetischen Reflexionssignals erforderliche Energie dem eingestrahlten elektromagnetischen Sendesignal. Zur Realisierung der Erfindung können aber auch aktive Transponder verwendet werden, welche mit Energie zu versorgen sind. Aktive Transponder haben den Vorteil, dass die Abstrahlung des elektromagnetischen Reflexionssignals nicht durch die aus dem eingestrahlten elektromagnetischen Sendesignal bereitgestellte Energie beschränkt ist. Mit aktiven Transpondern kann eine größere Reichweite des elektromagnetischen Reflexionssignals erreicht werden.According to an essential feature of the invention, the determination of the position takes place by means of a transponder provided on the medical device. In particular, it may be a passive transponder that does not require an independent power supply. Passive transponders remove the energy required to radiate the electromagnetic reflection signal from the radiated electromagnetic transmission signal. However, active transponders which are to be supplied with energy can also be used to implement the invention. Active transponders have the advantage that the emission of the electromagnetic reflection signal is not limited by the energy provided by the radiated electromagnetic transmission signal. With active transponders, a longer range of the electromagnetic reflection signal can be achieved.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung wird die Position des Transponders aus der Phasendifferenz zwischen dem Sende- und dem Reflexionssignal ermittelt. Aus der Phasendifferenz ergibt sich die Laufzeit, welche das Sendesignal bis zum Transponder und zurück zum Empfänger benötigt. Damit ist es möglich, den Abstand zwischen dem Transponder und dem Sender/Empfänger und damit die Position der medizinischen Einrichtung zu ermitteln. Auch bei einer Bestimmung des Abstands zu mehreren räumlich voneinander verschieden angeordneten Sendern/Empfängern ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung lediglich ein Transponder erforderlich. Das ermöglicht eine weitgehende Miniaturisierung der medizinischen Einrichtung.According to a further essential feature of the invention, the position of the transponder is determined from the phase difference between the transmission and the reflection signal. The phase difference results in the transit time, which requires the transmission signal to the transponder and back to the receiver. This makes it possible to determine the distance between the transponder and the transmitter / receiver and thus the position of the medical device. Even with a determination of the distance to a plurality of transmitters / receivers arranged differently from one another, only one transponder is required in the proposed device. This allows a substantial miniaturization of the medical device.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Korrelationseinrichtung zur Korrelation eines ersten Koordinatensystems mit einem zweiten Koordinatensystem vorgesehen. Mit dem ersten Koordinatensystem werden Bildkoordinaten eines mit einer Bilderzeugungseinrichtung erzeugten ersten Bilds beschrieben. Es kann sich dabei beispielsweise um die Koordinaten eines Röntgenbilds handeln. Das zweite Koordinatensystem dient der Beschreibung der Koordinaten des Transponders in Bezug zu dem mindestens einen Sender und Empfänger. Durch eine Korrelation der Koordinatensysteme ist es möglich, die Position des Transponders in einem, beispielsweise mittels einer Röntgeneinrichtung, zuvor hergestellten ersten Bild anzuzeigen. Es ist damit in vorteilhafter Weise möglich, auf eine kontinuierliche Durchleuchtung des Lebewesens mittels Röntgenstrahlung zu verzichten. Die Position des Transponders oder auch eine fortlaufende Änderung der Position des Transponders, beispielsweise beim Einführen eines Katheters, kann in einem am Beginn der Untersuchung aufgenommenen ersten Bild fortlaufend wiedergegeben werden. Damit kann z. B. die applizierte Röntgendosis für das Lebewesen drastisch vermindert werden. Selbstverständlich ist es zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsermittlung möglich, in bestimmten vorgegebenen zeitlichen Abständen mittels der Bilderzeugungseinrichtung ein aktuelles erstes Bild zu erzeugen und darin die Position des Transponders wiederzugeben.According to a further feature of the invention, a correlation device is provided for correlating a first coordinate system with a second coordinate system. The first coordinate system describes image coordinates of a first image generated by an image generation device. It may be, for example, the coordinates of an X-ray image. The second coordinate system is used to describe the coordinates of the transponder with respect to the at least one transmitter and receiver. By correlating the coordinate systems, it is possible to display the position of the transponder in a first image prepared beforehand, for example by means of an X-ray device. It is thus possible in an advantageous manner to dispense with a continuous fluoroscopy of the living being by means of X-rays. The position of the transponder or a continuous change of the The position of the transponder, for example when inserting a catheter, can be reproduced continuously in a first image recorded at the beginning of the examination. This can z. B. the applied X-ray dose for the living being are drastically reduced. Of course, in order to increase the accuracy of the position determination, it is possible to generate a current first image at specific predetermined time intervals by means of the image generation device and to reproduce therein the position of the transponder.

Die Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems kann beispielsweise mittels einer an der medizinischen Einrichtung vorgesehenen und mit der Bilderzeugungseinrichtung eindeutig erfassbaren Markierung erfolgen. Die Korrelation der Koordinatensysteme kann zu Beginn der Untersuchung vorgenommen werden. Die dabei gewonnenen Korrekturdaten zur Korrelation der Koordinatensysteme können, beispielsweise unter Verwendung eines Computers, gespeichert werden und es kann nachfolgend unter Verwendung der gespeicherten Daten die Korrelation erfolgen.The correlation of the first and the second coordinate system can be effected, for example, by means of a marking provided on the medical device and clearly detectable by the image generation device. The correlation of the coordinate systems can be made at the beginning of the investigation. The obtained correction data for the correlation of the coordinate systems can be stored, for example using a computer, and subsequently the correlation can take place using the stored data.

Bei dem die Position des Transponders wiedergebenden zweiten Bild kann es sich um ein Markierungssymbol, beispielsweise ein Kreuz, einen Punkt, einen Pfeil oder dgl., handeln, mit der die Position des Transponders im ersten Bild besonders klar und eindeutig darstellbar ist.The second image reproducing the position of the transponder can be a marking symbol, for example a cross, a point, an arrow or the like, with which the position of the transponder in the first image can be represented particularly clearly and unambiguously.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind drei, vorzugsweise vier, räumlich voneinander verschieden angeordnete Empfänger vorgesehen. Insbesondere beim Empfangen von Reflexionssignalen mit vier räumlich voneinander verschieden angeordneten Empfängern kann aus den relativ zu jedem der Empfänger ermittelten Laufzeitdifferenzen schnell und eindeutig die Position des Transponders festgestellt werden. Es sind in diesem Fall keine zusätzlichen Rechenoperationen, beispielsweise die Durchführung von Plausibilitätsalgorithmen oder dgl., zur Bestimmung einer eindeutigen Position erforderlich.According to an advantageous embodiment of the invention, three, preferably four, spatially differently arranged receiver are provided. In particular, when receiving reflection signals with four receivers arranged spatially different from one another, the position of the transponder can be determined quickly and unambiguously from the travel time differences determined relative to each of the receivers. In this case, no additional arithmetic operations, for example the implementation of plausibility algorithms or the like, are required to determine a unique position.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind der zumindest eine Sender und der zumindest eine Empfänger zu einem Sendeempfänger zusammengefasst. Vorteilhafterweise sind drei, vorzugsweise vier, räumlich voneinander verschieden angeordnete Sendeempfänger vorgesehen. Jeder der Sender der Sendeempfänger kann ein Sendesignal mit einer von den anderen Sendern verschiedenen Frequenz senden. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, dass das vom Sender erzeugte Sendesignal eine Frequenz von 100 bis 400 MHz aufweist. Die vorgeschlagenen Frequenzen werden nur im geringen Umfang vom Körper eines durchstrahlten Lebewesens absorbiert und eignen sich besonders gut zur Positionsermittlung.According to one embodiment of the invention, the at least one transmitter and the at least one receiver are combined to form a transceiver. Advantageously, three, preferably four, spatially differently arranged transceivers are provided. Each of the transmitters of the transceivers can transmit a transmission signal at a frequency different from the other transmitters. It has proven particularly expedient that the transmission signal generated by the transmitter has a frequency of 100 to 400 MHz. The proposed frequencies are absorbed only to a small extent by the body of an irradiated animal and are particularly well suited for position determination.

Bei dem Sendesignal kann es sich insbesondere um ein kontinuierliches Sendesignal handeln. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Transponder ein Mittel zur Modulation des Sendesignals umfasst. Damit kann das Reflexionssignal besonders einfach vom Sendesignal und/oder von Störsignalen unterschieden werden. Bei der Modulation kann es sich sowohl um eine Phasen- als auch um eine Amplitudenmodulation handeln.The transmission signal may in particular be a continuous transmission signal. According to a particularly advantageous embodiment, it is provided that the transponder comprises a means for modulating the transmission signal. Thus, the reflection signal can be distinguished in a particularly simple manner from the transmission signal and / or from interfering signals. The modulation can be both phase and amplitude modulation.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sendeempfänger die Positionsermittlungseinrichtung umfasst. Damit kann die Phasendifferenz zwischen dem Sendesignal und dem daraus erzeugten Reflexionssignal bestimmt werden. Mit der Positionsermittlungseinrichtung können vorteilhafterweise aus der Phasendifferenz der Laufzeit und daraus wiederum der Abstand zwischen dem Sendeempfänger und dem Transponder ermittelt werden. Diese Daten können dann an einen Computer übermittelt werden, der daraus nach einem vorgegebenen Algorithmus die Position des Transponders im zweiten Koordinatensystem ermittelt. Das dabei erzielte Ergebnis kann laufend – ggf. nach erfolgter Korrelation mit dem ersten Koordinatensystem – im ersten Koordinatensystem wiedergegeben, mit den Bilddaten im ersten Koordinatensystem überlagert und mit einem Markierungssymbol dargestellt werden.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the transceiver comprises the position detection device. Thus, the phase difference between the transmission signal and the reflection signal generated therefrom can be determined. With the position determining device can advantageously be determined from the phase difference of the term and, in turn, the distance between the transceiver and the transponder. These data can then be transmitted to a computer, which determines therefrom according to a predetermined algorithm, the position of the transponder in the second coordinate system. The result obtained can be reproduced continuously - possibly after correlation with the first coordinate system - in the first coordinate system, superimposed with the image data in the first coordinate system and displayed with a marker symbol.

Bei der Bilderzeugungseinrichtung handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Röntgeneinrichtung, eine sonographische Einrichtung oder eine nuklearmedizinische Einrichtung. Insbesondere eignen sich zur Bilderzeugung Einrichtungen, mit denen digitale Bilder erzeugt und auf einem Bildschirm darstellbar sind. Digitale Bilderzeugungsverfahren eignen sich besonders gut zur Überlagerung bzw. Registrierung, beispielsweise mittels eines die Position des Transponders wiedergebenden zweiten Bilds bzw. Markierungssymbols.The imaging device is expediently an X-ray device, an ultrasound device or a nuclear medicine device. In particular, imaging devices are suitable for generating digital images and displaying them on a screen. Digital image generation methods are particularly well suited for superposition or registration, for example by means of a second image or marking symbol reproducing the position of the transponder.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Bestimmung der Position von medizinischen Einrichtungen, wie beispielsweise einem Katheter, einer Nadel oder ähnlichen Instrumenten. Sie eignet sich gleichermaßen zur Bestimmung der Position von Implantaten, beispielsweise eines Stents.The inventively proposed device is particularly suitable for determining the position of medical devices, such as a catheter, a needle or similar instruments. It is equally suitable for determining the position of implants, for example a stent.

Nach einer weiteren Maßgabe der Erfindung ist zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 vorgesehen.According to a further aspect of the invention, a method having the features of claim 8 is provided for the representation of the position of a medical device in the body of a living being.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist eine besonders exakte Ermittlung der Position eines Transponders im Körper eines Lebewesens möglich. Insbesondere kann eine Änderung der Position des Transponders im Körper eines Lebewesens kontinuierlich beobachtet werden. Dabei kann die Position des Transponders als zweites Bild, beispielsweise als Markierungssymbol in Form eines Kreuzes oder eines Punkts, durch Überlagerung mit einem ersten Bild wiedergegeben werden. Das erste Bild kann beispielsweise mit einem Röntgenverfahren hergestellt werden. Im ersten Bild kann durch fortwährende Überlagerung mit dem zweiten Bild eine Positionsänderung des Transponders beobachtet werden. Vorteilhafterweise ist es nach dem vorgeschlagenen Verfahren nicht erforderlich, zur fortlaufenden Beobachtung des Transponders ständig neue erste Bilder herzustellen. Es genügt vielmehr, am Anfang einer Untersuchung ein erstes Bild und ggf. in zeitlich vorgegebenen Abständen wiederholend erste Bilder herzustellen und mit dem zweiten Bild zu überlagern. Damit kann beispielsweise bei der Herstellung erster Bilder mittels Röntgenverfahren drastisch die applizierte Röntgendosis vermindert werden. With the proposed method, a particularly accurate determination of the position of a transponder in the body of a living being is possible. In particular, a change in the position of the transponder in the body of a living being can be continuously observed. In this case, the position of the transponder can be reproduced as a second image, for example as a marker symbol in the form of a cross or a dot, by superposition with a first image. The first image can be produced, for example, with an X-ray method. In the first image, a positional change of the transponder can be observed by continuous superposition with the second image. Advantageously, it is not necessary according to the proposed method to constantly produce new first images for continuous observation of the transponder. On the contrary, it is sufficient to produce a first image at the beginning of an examination and, if appropriate, to repeat the first images repeatedly at time intervals and to overlay them with the second image. Thus, for example, in the production of first images by means of X-ray methods, the applied X-ray dose can be drastically reduced.

Wegen der vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens wird auf die zur Vorrichtung beschriebenen Merkmale verwiesen, welche sinngemäß auch Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens bilden können.Because of the advantageous embodiments of the method, reference is made to the features described for the device, which can form mutatis mutandis design features of the method.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematic representation of a device according to the invention,

2 eine schematische Darstellung einer Positionsermittlungseinrichtung, 2 a schematic representation of a position detecting device,

3 ein mit der Positionsermittlungseinrichtung gemäß 2 erzeugtes Frequenzspektrum, 3 a with the position detecting device according to 2 generated frequency spectrum,

4 eine aus dem Frequenzspektrum gemäß 3 ermittelte Phasensumme Σφ als Funktion der Wellenlänge λ und 4 one from the frequency spectrum according to 3 determined phase sum Σφ as a function of the wavelength λ and

5 eine schematische Übersicht über die wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 5 a schematic overview of the essential components of the device according to the invention.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfasst einen Sendeempfänger 1 mit einer ersten Antenne 2. Bei dem im Sendeempfänger 1 vorgesehenen Sender handelt es sich um einen Sender zum Senden von, vorzugsweise kontinuierlichen, hochfrequenten Funksignalen. Die Frequenzen der Funksignale liegen zweckmäßigerweise im Bereich von 100 bis 400 MHz. Der Sendeempfänger 1 ist außerhalb eines (hier nicht dargestellten) Körpers K eines Lebewesens, z. B. eines Säugetiers, insbesondere eines Menschen, angeordnet.In the 1 The device shown comprises a transceiver 1 with a first antenna 2 , In the transceiver 1 provided transmitter is a transmitter for transmitting, preferably continuous, high-frequency radio signals. The frequencies of the radio signals are suitably in the range of 100 to 400 MHz. The transceiver 1 is outside of a (not shown here) body K of a living being, z. B. a mammal, in particular a human being arranged.

Innerhalb des Körpers befindet sich eine medizinische Einrichtung, z. B. ein Katheter, ein Stent, ein medizinisches Instrument oder dgl., welches mit einem Transponder 3 versehen ist. Der Transponder 3 umfasst einen Modulator 4, der mit einer zweiten Antenne 5 versehen ist.Within the body is a medical facility, such. As a catheter, a stent, a medical instrument or the like., Which with a transponder 3 is provided. The transponder 3 includes a modulator 4 that with a second antenna 5 is provided.

5 zeigt schematisch eine Anordnung der wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Als Bilderzeugungseinrichtung ist hier eine Röntgeneinrichtung vorgesehen, welche eine Röntgenquelle 12 und in gegenüberliegender Anordnung einen Röntgendetektor 13 umfasst. Der Röntgendetektor ist zur Übertragung damit ermittelter Bilddaten mit einem Computer 14 verbunden. Mit dem Bezugszeichen 15 ist ein mit dem Computer 14 verbundener Monitor bezeichnet. Vier Sendeempfänger 1a bis 1d sind an vier räumlich voneinander verschiedenen Positionen außerhalb eines Körpers K angebracht, in welchem der Transponder 3 als Bestandteil eines medizinischen Instruments sich befindet. Jeder der Sendeempfänger 1a bis 1d ist ebenfalls mit dem Computer 14 verbunden. 5 schematically shows an arrangement of the essential components of the device according to the invention. As an image generating device, an X-ray device is provided here, which is an X-ray source 12 and an opposing X-ray detector 13 includes. The X-ray detector is for transmitting thus determined image data with a computer 14 connected. With the reference number 15 is one with the computer 14 connected monitor called. Four transceivers 1a to 1d are attached to four spatially different positions outside a body K, in which the transponder 3 is part of a medical instrument. Each of the transceivers 1a to 1d is also with the computer 14 connected.

Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:
Mit dem Sender des Sendeempfängers 1 wird über die erste Antenne 2 ein hochfrequentes Sendesignal S auf den Transponder 3 eingestrahlt. Das Sendesignal S wird mittels der zweiten Antenne 5 empfangen. Mittels des Modulators 4 wird dem Sendesignal S eine Modulation aufgeprägt. Das sich damit ergebende Reflexionssignal R wird über die zweite Antenne 5 an den Sendeempfänger 1 reflektiert und mit einem im Sendeempfänger 1 vorgesehenen Empfänger empfangen und weiterverarbeitet. – Die Modulation im Transponder 3 kann z. B. erfolgen, indem das Reflexionsverhalten der zweiten Antenne 5 periodisch mit einer vom Modulator 4 erzeugten Modulationsfrequenz variiert wird. Die Modulation kann insbesondere passiv erfolgen, d. h. es ist keine aktive Verstärkung des Sendesignals S im Transponder 3 erforderlich. Bei der Modulation kann es sich sowohl um eine Amplituden- als auch um eine Phasenmodulation handeln.The function of the device is as follows:
With the transmitter of the transceiver 1 will be over the first antenna 2 a high-frequency transmission signal S to the transponder 3 irradiated. The transmission signal S is transmitted by means of the second antenna 5 receive. By means of the modulator 4 the modulation signal S is impressed on the transmission signal S. The resulting reflection signal R is transmitted through the second antenna 5 to the transceiver 1 reflected and with one in the transceiver 1 received receiver received and processed. - The modulation in the transponder 3 can z. B. done by the reflection behavior of the second antenna 5 periodically with one from the modulator 4 generated modulation frequency is varied. In particular, the modulation can be passive, ie there is no active amplification of the transmission signal S in the transponder 3 required. The modulation can be both amplitude and phase modulation.

2 zeigt schematisch eine im Sendeempfänger 1 vorgesehene Einrichtung zur Bestimmung der Phasendifferenz bzw. der Laufzeit. Es handelt sich dabei um einen herkömmlichen IQ-Transmissionsmischer. Der IQ-Transmissionsmischer umfasst einen ersten Leistungsteiler 6, in welchen das Sendesignal S eingespeist wird, sowie einen zweiten Leistungsteiler 7, welcher zum Senden des Sendesignals S sowie zum Empfangen des Reflexionssignals R mit der ersten Antenne 2 verbunden ist. Zur Erzeugung von I- und Q-Signalen sind der erste und der zweite Leistungsteiler 6, 7 mit einem ersten Transmissionsmischer 8 und einem ersten 45°-Phasenschieber 9 sowie einem zweiten Transmissionsmischer 10 und einem zweiten 45°-Phasenschieber 11 entsprechend der in 2 gezeigten Anordnung verbunden. 2 schematically shows a in the transceiver 1 provided device for determining the phase difference or the transit time. It is a conventional IQ transmission mixer. The IQ transmission mixer includes a first power divider 6 in which the transmission signal S is fed, and a second power divider 7 which is used to transmit the transmission signal S and to receive the reflection signal R with the first antenna 2 connected is. To generate I and Q signals, the first and second power dividers are 6 . 7 with a first transmission mixer 8th and a first 45 ° phase shifter 9 and a second transmission mixer 10 and a second 45 ° phase shifter 11 according to the in 2 connected arrangement shown connected.

Mit den Transmissionsmischern wird das Reflexionssignal R mit dem ursprünglich ausgesandten Sendesignal S gemischt. Durch eine geeignete Verstärkung, Filterung und Signalverarbeitung kann aus den sich aus dem Mischvorgang ergebenden I- und Q-Signalen die zur Laufzeitbestimmung erforderliche Phaseninformation ermittelt werden.With the transmission mixers, the reflection signal R is mixed with the originally transmitted transmission signal S. By means of suitable amplification, filtering and signal processing, the phase information required for determining the transit time can be determined from the I and Q signals resulting from the mixing process.

3 zeigt eine Auswertung der Phaseninformation nach einer Tiefenpassfilterung des I- und des Q-Signals. Bei dem in 3 gezeigten Frequenzspektrum sind die vom Transponder 3 stammenden modulierten Signalanteile mit den Frequenzen –fmod und +fmod bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen OSB ist ein oberes Seitenband und mit dem Bezugszeichen USB ein unteres Seitenband bezeichnet. Die Signalanteile im Bereich der Frequenz f 0 geben nicht modulierte Störsignale wieder. Wie aus 3 klar erkennbar ist, kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren eindeutig zwischen dem vom Transponder 3 reflektierten Reflexionssignal R und sonstigen Störsignalen unterschieden werden. 3 shows an evaluation of the phase information after a low-pass filtering of the I and the Q signal. At the in 3 shown frequency spectrum are those of the transponder 3 derived modulated signal components with the frequencies -f mod and + f mod called. The reference symbol OSB denotes an upper sideband and the reference symbol USB denotes a lower sideband. The signal components in the frequency range f 0 represent unmodulated interference signals. How out 3 clearly identifiable, can with the proposed method clearly between that of the transponder 3 reflected reflection signal R and other interference signals are distinguished.

Zur Ermittlung eines Abstands d zwischen dem Sendeempfänger 1 und dem Transponder 3 können die Phasenwerte φUSB und φOSB des unteren USB sowie des oberen Seitenbands OSB bei den Frequenzlinien –fmod und +fmod bestimmt werden. Aus den Phasenwerten wird sodann die Phasensumme Σφ = φUSB + φOSB gebildet. Der Abstand d zwischen dem Sendeempfänger 1 und dem Transponder 3 kann nach der folgenden Formel ermittelt werden: d = Σφc0/42πf0, wobei

c0
die Lichtgeschwindigkeit und
f0
die Sendefrequenz des Sendeempfängers
bezeichnen.To determine a distance d between the transceiver 1 and the transponder 3 For example, the phase values φ USB and φ OSB of the lower USB and the upper sideband OSB can be determined at the frequency lines -f mod and + f mod . From the phase values, the phase sum Σφ = φ USB + φ OSB is then formed. The distance d between the transceiver 1 and the transponder 3 can be determined by the following formula: d = 0 Σφc / 42πf 0, in which
c 0
the speed of light and
f 0
the transmission frequency of the transceiver
describe.

4 zeigt beispielhaft den Verlauf der Phasensumme Σφ über dem Abstand d bzw. der Wellenlänge λ. Bei der Auswertung ist wegen der Periodizität der Phase mit 2π eine eindeutige Bestimmung des Abstands d lediglich im Bereich von π/4 möglich. Dieser Umstand ist zur Erzielung einer möglichst exakten Auswertung zu berücksichtigen. 4 shows by way of example the course of the phase sum Σφ over the distance d or the wavelength λ. In the evaluation, because of the periodicity of the phase with 2π, an unambiguous determination of the distance d is possible only in the range of π / 4. This circumstance must be taken into account to achieve the most accurate evaluation possible.

Obwohl im vorstehenden Ausführungsbeispiel das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines passiven Transponders 3 beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich auch möglich, dass es sich bei dem Transponder 3 um einen aktiven Transponder, d. h. einem Transponder mit eigener Stromversorgung, handelt. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, das vom Transponder 3 empfangene Sendesignal S aktiv zu verstärken und anschließend an den Sendeempfänger 1 zurückzusenden.Although in the above embodiment, the inventive method using a passive transponder 3 has been described, it is of course also possible that it is the transponder 3 is an active transponder, ie a transponder with its own power supply. In this context, it is also possible that of the transponder 3 receive active transmitted signal S and then to the transceiver 1 returned.

Als Sendeempfänger 1 kann ein monostatisches Radar, ein bistatisches Radar oder auch ein multistatisches Radar verwendet werden.As a transceiver 1 A monostatic radar, a bistatic radar or even a multistatic radar can be used.

Zur Herstellung einer geeigneten Position des Transponders 3 im Körper K eines Lebewesens wiedergebenden Bildinformation kann beispielsweise zunächst in herkömmlicher Weise ein digitales Röntgenbild hergestellt werden. Die dem digitalen Röntgenbild zu Grunde liegenden ersten Bilddaten sind mit einem ersten Koordinatensystem korreliert, auf dessen Grundlage die Anordnung der Bildpunkte auf dem Bildschirm 15 erfolgt.To create a suitable position of the transponder 3 For example, in the conventional manner, a digital X-ray image can be produced in the body K of a living being reproducing image information. The first image data underlying the digital X-ray image is correlated with a first coordinate system, on the basis of which the arrangement of the pixels on the screen 15 he follows.

Zur Anzeige der Position des Transponders 3 im digitalen Röntgenbild wird zunächst die Position des Transponders 3 relativ zu mehreren räumlich voneinander verschieden angeordneten Sendeempfängern 1a bis 1d bestimmt. Zweckmäßigerweise werden dazu drei oder vier Sendeempfänger 1a bis 1d verwendet. Nach der herkömmlichen Methode der Trilateration kann die Position des Transponders 3 in einem zweiten Koordinatensystem eindeutig mittels des Computers 14 bestimmt werden. Nach einer entsprechenden herkömmlichen Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems kann sodann ein vorgegebenes zweites Bild, beispielsweise ein Kreuz, mit dem digitalen Röntgenbild zur Darstellung des Transponders 3 überlagert werden.To display the position of the transponder 3 The position of the transponder is initially displayed in the digital X-ray image 3 relative to a plurality of spatially mutually differently arranged transceivers 1a to 1d certainly. Conveniently, this will be three or four transceivers 1a to 1d used. According to the traditional method of trilateration, the position of the transponder 3 in a second coordinate system uniquely by means of the computer 14 be determined. After a corresponding conventional correlation of the first and the second coordinate system then a predetermined second image, such as a cross, with the digital X-ray image for displaying the transponder 3 be superimposed.

Solange sich die durch das digitale Röntgenbild wiedergegebene Lage des Lebewesens nicht wesentlich ändert, kann auf die Herstellung weiterer digitaler Röntgenbilder verzichtet und lediglich fortlaufend die Position des Transponders 3 im digitalen Röntgenbild angezeigt werden. Damit kann die applizierte Röntgendosis drastisch vermindert werden.As long as the position of the living being reproduced by the digital X-ray image does not change significantly, it is possible to dispense with the production of further digital X-ray images and only continuously to the position of the transponder 3 be displayed in the digital X-ray image. Thus, the applied X-ray dose can be drastically reduced.

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle von digitalen Röntgenbildern andere Verfahren zur Erzeugung medizinischer Bildinformationen zu verwenden. Es kann sich dabei um herkömmliche nuklearmedizinische, sonographische oder ähnliche Bilderzeugungsverfahren handeln.Of course, it is also possible to use other methods for generating medical image information instead of digital X-ray images. These may be conventional nuclear medicine, sonographic or similar imaging techniques.

Claims (14)

Vorrichtung zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper (K) eines Lebewesens, umfassend: – die mit zumindest einem Transponder (3) versehene medizinische Einrichtung, wobei der zumindest eine Transponder (3) ein Mittel (4) zur Modulation des Sendesignals (S) umfasst, – eine Bilderzeugungseinrichtung (12, 13, 14) zur Erzeugung eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren aus ersten Bilddaten, wobei die ersten Bilddaten mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems korreliert sind, – zumindest drei außerhalb des Körpers (K) vorgesehene Sendeempfänger (1, 1a bis 1d) zum Senden elektromagnetischer Sendesignale (5) zum zumindest einen Transponder (3) und zum Empfangen von vom zumindest einen Transponder (3) infolge der Sendesignale (S) abgestrahlten Reflexionsignalen (R), wobei jeder der Sendempfänger (1, 1a bis 1d) zur Ermittlung einer Phasendifferenz zwischen dem Sende- (S) und dem Reflexionssignal (R) einen IQ-Transmissionsmischer (6, 7, 8, 9) und einen Tiefpassfilter zum Filtern des I- und Q-Signals umfasst, – eine Positionsermittlungseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10, 11) zur Ermittlung der Position des zumindest einen Transponders (3) in einem zweiten Koordinatensystem, wobei die Position aus den sich aus den Phasendifferenzen zwischen den Sende- (S) und den Reflexionssignalen (R) ergebenden Abständen (d) zwischen den Sendeempfängern (1, 1a bis 1d) und dem zumindest einen Transponder (3) ermittelt wird, – eine Korrelationseinrichtung zur Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems und – eine Bildüberlagerungseinrichtung zur Erzeugung eines das erste Bild und darin die Position des zumindest einen Transponders (3) wiedergebenden zweiten Bilds.Device for displaying the position of a medical device in the body (K) of a living being, comprising: - with at least one transponder ( 3 ) provided medical device, wherein the at least one transponder ( 3 ) a means ( 4 ) for modulating the transmission signal (S), - an image generation device ( 12 . 13 . 14 ) for generating a first image of a section of the interior of the body from first image data, the first image data being correlated with coordinates of a first coordinate system, - at least three transceivers provided outside the body (K) ( 1 . 1a to 1d ) for transmitting electromagnetic transmission signals ( 5 ) to at least one transponder ( 3 ) and for receiving from the at least one transponder ( 3 ) due to the transmission signals (S) radiated reflection signals (R), each of the transceivers ( 1 . 1a to 1d ) for determining a phase difference between the transmission (S) and the reflection signal (R) an IQ transmission mixer ( 6 . 7 . 8th . 9 ) and a low-pass filter for filtering the I and Q signals, - a position-determining device ( 6 . 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ) for determining the position of the at least one transponder ( 3 ) in a second coordinate system, wherein the position of the resulting from the phase differences between the transmission (S) and the reflection signals (R) distances (d) between the transceivers ( 1 . 1a to 1d ) and the at least one transponder ( 3 ), a correlation device for the correlation of the first and the second coordinate system, and an image superimposition device for generating a first image and therein the position of the at least one transponder ( 3 ) reproducing the second picture. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei vier räumlich voneinander verschieden angeordnete Sendempfänger (1, 1a bis 1d) vorgesehen sind.Device according to Claim 1, in which four transceivers ( 1 . 1a to 1d ) are provided. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von den Sendeempfängern (1, 1a bis 1d) erzeugte Sendesignal (S) eine Frequenz von 100 bis 400 MHz aufweist.Apparatus as claimed in any one of the preceding claims, wherein the of the transceivers ( 1 . 1a to 1d ) generated transmission signal (S) has a frequency of 100 to 400 MHz. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sendesignal (S) ein kontinuierliches Sendesignal ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the transmission signal (S) is a continuous transmission signal. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeempfänger (1, 1a bis 1d) die Positionsermittlungseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10, 11) umfassen.Device according to one of the preceding claims, wherein the transceivers ( 1 . 1a to 1d ) the position determination device ( 6 . 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilderzeugungseinrichtung eine Röntgeneinrichtung (12, 13, 14), eine sonographische Einrichtung oder eine nuklearmedizinische Einrichtung umfasst.Device according to one of the preceding claims, wherein the image generating device comprises an X-ray device ( 12 . 13 . 14 ), an ultrasound device or a nuclear medicine device. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die medizinische Einrichtung ein medizinisches Instrument, vorzugsweise ein Katheter oder eine Nadel, oder ein Implantat, vorzugsweise ein Stent, ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the medical device is a medical instrument, preferably a catheter or a needle, or an implant, preferably a stent. Verfahren zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper (K) eines Lebewesens, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen der mit zumindest einem Transponder (3) versehenen medizinischen Einrichtung, b) Erzeugung eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren aus ersten Bilddaten, wobei die ersten Bilddaten mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems korreliert sind, c) Senden elektromagnetischer Sendesignale (S) zum zumindest einen Transponder (3) mit zumindest drei außerhalb des Körpers (K) vorgesehenen Sendeempfängern (1), wobei die Sendesignale (S) vom zumindest einen Transponder (3) moduliert werden, d) Empfangen von vom zumindest einen Transponder (3) infolge der Sendesignale (S) abgestrahlten elektromagnetischen Reflexionssignalen (R) mittels der außerhalb des Körpers (K) vorgesehenen Sendeempfänger (1), wobei in jedem der Sendeempfänger mittels eines IQ-Transmissionsmischers (6, 7, 8, 9) ein I- und Q-Signal erzeugt, das I- und das Q-Signal einer Tiefpassfilterung unterzogen und aus der sich ergebenden Phasendifferenz die Laufzeit des modulierten Reflexionssignals bestimmt wird, e) Ermittlung der Position des zumindest einen Transponders (3) in einem zweiten Koordinatensystem aus den sich aus den Phasendifferenzen zwischen den Sende- (S) und den Reflexionssignalen (R) ergebenden Abständen (d) zwischen den Sendeempfängern (1, 1a bis 1d) und dem zumindest einen Transponder (3) mittels einer Positionsermittlungseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10, 11), f) Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems mittels einer Korrelationseinrichtung und g) Erzeugen eines das erste Bild und darin die Position des zumindest einen Transponders (3) wiedergebenden zweiten Bilds mittels einer Bildüberlagerungseinrichtung.Method for displaying the position of a medical device in the body (K) of a living being, comprising the following steps: a) providing the device with at least one transponder ( 3 b) generating a first image of a section of the interior of the body from first image data, the first image data being correlated with coordinates of a first coordinate system, c) transmitting electromagnetic transmission signals (S) to the at least one transponder ( 3 ) with at least three transceivers provided outside the body (K) ( 1 ), wherein the transmission signals (S) from the at least one transponder ( 3 ), d) receiving from the at least one transponder ( 3 ) as a result of the transmission signals (S) radiated electromagnetic reflection signals (R) by means of the outside of the body (K) provided transceiver ( 1 ), wherein in each of the transceivers by means of an IQ transmission mixer ( 6 . 7 . 8th . 9 ) generates an I and Q signal, the I and the Q signal are subjected to a low-pass filtering and the duration of the modulated reflection signal is determined from the resulting phase difference, e) determination of the position of the at least one transponder ( 3 ) in a second coordinate system from the distances (d) between the transceivers resulting from the phase differences between the transmission (S) and the reflection signals (R) ( 1 . 1a to 1d ) and the at least one transponder ( 3 ) by means of a position determining device ( 6 . 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ), f) correlation of the first and the second coordinate system by means of a correlation device, and g) generating the first image and therein the position of the at least one transponder ( 3 ) reproducing the second image by means of an image superimposing device. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Reflexionssignal (R) mit vier an räumlich voneinander verschiedenen Positionen angeordneten Sendeempfängern (1, 1a bis 1d) empfangen wird.Method according to claim 8, wherein the reflection signal (R) is arranged with four transceivers arranged at spatially different positions ( 1 . 1a to 1d ) Will be received. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei von den Sendeempfängern (1) ein Sendesignal (S) mit einer Frequenz von 100 bis 400 MHz gesendet wird.Method according to one of claims 8 or 9, wherein of the transceivers ( 1 ) a transmission signal (S) having a frequency of 100 to 400 MHz is transmitted. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei als Sendesignal (S) ein kontinuierliches Sendesignal verwendet wird. Method according to one of claims 8 to 10, wherein the transmission signal (S) is a continuous transmission signal is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die medizinische Einrichtung ein medizinisches Instrument, vorzugsweise ein Katheter oder eine Nadel, oder ein Implantat, vorzugsweise ein Stent, ist.Method according to one of claims 8 to 11, wherein the medical device is a medical instrument, preferably a catheter or a needle, or an implant, preferably a stent. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Sendeempfänger (1, 1a bis 1d) die Positionsermittlungseinrichtung (6, 7, 8, 9, 10, 11) umfassen.Method according to one of claims 8 to 12, wherein the transceivers ( 1 . 1a to 1d ) the position determination device ( 6 . 7 . 8th . 9 . 10 . 11 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das erste Bild mit einer der folgenden Bilderzeugungseinrichtungen erzeugt wird: Röntgeneinrichtung (12, 13, 14), sonographische Einrichtung oder nuklearmedizinische Einrichtung.Method according to one of claims 8 to 13, wherein the first image is generated with one of the following imaging devices: X-ray device ( 12 . 13 . 14 ), sonographic facility or nuclear medicine facility.
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