DE102006045177A1 - Electromagnet for e.g. magnetic navigation of catheter tip, has ring coils provided parallel to each other at front sides of hollow cylinder, and saddle coils arranged between ring coils in circumferential direction - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromagnet zum Erzeugen eines Magnetfelds zur Navigation eines medizinischen Instruments, das ein mit dem Magnetfeld wechselwirkendes Element aufweist.The The invention relates to an electromagnet for generating a magnetic field for the navigation of a medical instrument, the one with the Having magnetic field interacting element.
Es ist bekannt, ein mit einem magnetischen Element bestücktes medizinisches Instrument, beispielsweise eine Katheterspitze, über ein extern erzeugtes Magnetfeld, das auf das Instrument wirkt, durch Hohlorgane zu bewegen oder zu navigieren. Entsprechende Katheterprozeduren werden zur Untersuchung oder Behandlung des Herzens oder in anderen verwinkelten oder verzweigten Hohlorganen durchgeführt. Durch die externe Navigation der Katheterspitze, in der sich das mit dem externen Magnetfeld wechselwirkende magnetische Element, beispielsweise ein kleiner Permanentmagnet, befindet, wird eine Bewegung und exakte Führung der Katheterspitze und des Katheters um enge Kurven oder in Verzweigungen ermöglicht. Durch das Zusammenwirken des externen, gerichteten Magnetfelds mit dem damit wechselwirkenden an der Spitze des medizinischen Instruments angeordneten Elements kann die Ausrichtung der Katheterspitze durch die Steuerung des Magnetfels variiert und der Katheter geführt und navigiert werden. Um eine hinreichend starke Kraft bzw. ein hinreichend starkes Drehmoment mittels des Magnetfelds auf die Katheterspitze oder das medizinische Instrument ausüben zu können, wird an der Katheterspitze ein relativ hohes Magnetfeld mit einer je nach gewünschter Bewegungsrichtung definierten räumlichen Orientierung benötigt. Für Herzkatheter mit magnetischer Spitze sollte das externe Magnetfeld am Ort der Katheterspitze etwa 80-120 mT betragen.It is known, a medical element equipped with a magnetic element Instrument, for example a catheter tip, via an externally generated magnetic field, which acts on the instrument to move through hollow organs or to navigate. Appropriate catheter procedures are under investigation or treatment of the heart or in other mazy or branched Hollow organs performed. Due to the external navigation of the catheter tip, in which the magnetic element interacting with the external magnetic field, For example, a small permanent magnet is located, a Movement and precise guidance catheter tip and catheter around tight bends or ramifications allows. By the interaction of the external, directed magnetic field with the interacting with it at the top of the medical instrument arranged element can the alignment of the catheter tip through the control of the magnetic field varies and the catheter is guided and be navigated. To a sufficiently strong force or a sufficient strong torque by means of the magnetic field on the catheter tip or exercise the medical instrument to be able to becomes at the catheter tip a relatively high magnetic field with a depending on the desired Direction of movement defined spatial Orientation needed. For heart catheter with magnetic tip, the external magnetic field should be at the place of Catheter tip about 80-120 mT amount.
Eine
Vorrichtung zur Navigation eines medizinischen Instruments ist aus
der
Die
magnetische Navigation des medizinischen Instruments, beispielsweise
eines Katheters in einem Blutgefäß oder im
Inneren des Herzens, erfolgt unter Sichtkontrolle mittels eines
oder zweier C-Bogen-Computertomographie- oder -Röntgengeräte. Für die Sichtkontrolle ist es
erforderlich, die entsprechenden Bildaufnahmen aus möglichst
vielen Blickwinkeln zuzulassen. Dies ist jedoch bei dem quasi starren
System gemäß
In
der
Eine ähnliche
Navigationseinrichtung ist aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagneten zum Erzeugen eines Magnetfelds zur Navigation eines medizinischen Instruments anzugeben, der die Erzeugung eines hinreichend hohen Magnetfelds ermöglicht und gleichzeitig eine Bildaufnahme zur Sichtkontrolle erlaubt.Of the Invention is therefore the object of an electromagnet for generating a magnetic field for navigating a medical Indicating the generation of a sufficiently high Magnetic field allows and at the same time allows image acquisition for visual inspection.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Elektromagneten der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass er als Hohlzylinder ausgebildet ist, an dessen Stirnseiten sich zwei zueinander parallele Ringspulen befinden, zwischen denen mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Sattelspulen angeordnet sind. Die Öffnung in wenigstens einer der Sattelspulen ist dabei so groß, dass durch die Öffnung hindurch eine Röntgenaufnahme möglich ist.to solution This object is with an electromagnet of the aforementioned Art provided according to the invention, that it is designed as a hollow cylinder, at its end faces there are two parallel ring coils between which a plurality of circumferentially arranged saddle coils are arranged. The opening in at least one of the saddle coils is so large that through the opening Through an X-ray is possible.
Der erfindungsgemäße Elektromagnet weist den Vorteil auf, dass sich die Ringspulen und Sattelspulen vergleichsweise nah am Patienten, der in dem Hohlzylinder aufgenommen werden kann, befinden, sodass eine relativ geringe Amperewindungszahl in den Spulen für die magnetische Navigation des medizinischen Instruments ausreichend ist.Of the Electromagnet according to the invention has the advantage that the toroidal coils and saddle coils comparatively close to the patient who was taken up in the hollow cylinder can be, so that a relatively low Amperewindungszahl in the coils for the magnetic navigation of the medical instrument sufficient is.
Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn die Sattelspulen relativ zu den Ringspulen um die Längsachse des Hohlzylinders drehbar sind. Es besteht dann die Möglichkeit, die Sichtkontrolle mit dem Computertomographiegerät oder dem Röntgengerät durch Öffnungen der Sattelspulen vorzunehmen, und zwar aus jeder beliebigen Richtung senkrecht zur Patientenlängsachse.A Further improvement can be achieved when the saddle coils relative to the toroids about the longitudinal axis of the hollow cylinder are rotatable. It is then possible to use the visual inspection the computed tomography device or the X-ray device through openings make the saddle coils, and from any direction perpendicular to the patient's longitudinal axis.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektromagnet wird besonders bevorzugt, dass er vier Sattelspulen umfasst, die sich vorzugsweise jeweils über ein Viertel des Umfangs erstrecken.In the electromagnet according to the invention It is particularly preferred that it comprises four saddle coils, which preferably each extend over a quarter of the circumference.
Bei anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Elektromagnet vier Sattelspulen umfasst, von denen zwei gegenüberliegende Permanentmagnete enthalten, die vorzugsweise wie ein Wickelkern in den Sattelspulen angeordnet sind.at Other embodiments of the invention may provide that the electromagnet comprises four saddle coils, two of which are opposite Contain permanent magnets, preferably as a winding core are arranged in the saddle coils.
Als Ringspulen werden vorzugsweise so genannte „Race-Track-Spulen" verwendet, die einen konstanten, rechteckigen Querschnitt aufweisen. In gleicher Weise können auch die Sattelspulen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, es wird jedoch bevorzugt, dass die Sattelspulen einen in der Fläche konstanten aber in der Form variablen Querschnitt aufweisen.When Ring coils are preferably used so-called "race track coils", which have a constant, have rectangular cross-section. In the same way can also the saddle coils have a rectangular cross section, it will however, it is preferable that the saddle coils have a constant in area but in the form of variable cross section.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektromagnet können die Ringspulen und die Sattelspulen Leiter aus Aluminium oder Kupfer aufweisen, die vorzugsweise mit einer Lackisolierung versehen sind.at The electromagnet according to the invention, the Ring coils and saddle coils Ladder made of aluminum or copper have, which are preferably provided with a paint insulation.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können eine Röntgenquelle und/oder ein Röntgendetektor an Sattelspulen des Hohlzylinders angeordnet sein. Bei einer solchen starren Verbindung der Röntgeneinrichtung mit dem Hohlzylinder wird eine Behinderung der Röntgenuntersuchungen vermieden. Alternativ kann die Angiographie jedoch mit einem mechanisch unabhängig von dem Hohlzylinder beweglichen C-Bogen durchgeführt werden, dessen Bewegung mittels einer Steuerungseinrichtung mit der Drehung des die Sattelspulen umfassenden Hohlzylinders synchronisiert ist.According to one Advantageous development of the invention, an X-ray source and / or an X-ray detector be arranged on saddle coils of the hollow cylinder. In such a rigid connection of the X-ray device with the hollow cylinder obstruction of the X-ray examinations is avoided. Alternatively, however, angiography may be performed mechanically independent of the hollow cylinder movable C-arm are performed, its movement by means of a control device with the rotation of the saddle coils synchronized hollow cylinder.
Die Bestromung der einzelnen Spulen des Elektromagneten erfolgt über Stromsteuerungseinheiten, z. B. Leistungsverstärker. Zur Erzeugung von Magnetfeldern in beliebiger Raumrichtung genügt es in der Regel, wenn gegenüberliegende Spulen von einem gemeinsamen Leistungsverstärker angesteuert werden. Alternativ, insbesondere bei einem Spulensystem, das nicht paarweise symmetrisch aufgebaut ist, kann jede Spule von einem separaten Leistungsverstärker angesteuert werden.The Current supply to the individual coils of the electromagnet via current control units, z. B. power amplifier. For generating magnetic fields in any spatial direction, it is sufficient in usually, if opposite Coils can be controlled by a common power amplifier. Alternatively, especially in a coil system that is not symmetrical in pairs is constructed, each coil can be controlled by a separate power amplifier become.
Die Öffnung in einer der Sattelspulen ist vorteilhaft so groß, dass ein kompletter Flachbildröhrendetektor in die Öffnung mechanisch eingefahren bzw. eingesetzt werden kann.The opening in one of the saddle coils is advantageously so large that a complete flat-panel tube detector in the opening can be mechanically retracted or used.
Es kann auch vorgesehen sein, dass bei dem erfindungsgemäßen Elektromagnet die Größe und/oder die Richtung des erzeugten Magnetfelds durch alleinige Steuerung der Sattelspulenströme mittels einer Steuerungseinheit beeinflussbar sind. Dies ist zweckmäßig, wenn bei eingeschaltetem Elektromagnet der Angiographieblickwinkel geändert werden soll, wozu normalerweise eine Drehung des Sattelspulenzylinders erforderlich ist. Damit das Magnetfeld des Elektromagneten nicht geändert wird, kann das Magnetfeld während der Drehung des Sattelspulenzylinders durch die geänderte Steuerung der Sattelspulenströme konstant gehalten werden.It can also be provided that in the solenoid according to the invention the size and / or the direction of the generated magnetic field by sole control the saddle coil currents by means a control unit can be influenced. This is useful if be changed with the solenoid switched on Angiographieblickwinkel should, what usually a rotation of the saddle cylinder is required. So that the magnetic field of the electromagnet is not changed is, the magnetic field can during the rotation of the saddle cylinder by the changed control of the Saddle coil currents kept constant.
Daneben betrifft die Erfindung eine Navigationseinrichtung mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds zur Navigation eines medizinischen Instruments, die einen erfindungsgemäßen Elektromagneten aufweist.Besides The invention relates to a navigation device with a device for generating a magnetic field for navigating a medical Instruments comprising an electromagnet according to the invention.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:Further Advantages and details of the invention are described below of exemplary embodiments explained with reference to the figures. The figures are schematic Representations and show:
Die
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst
der Elektromagnet
Die
Ringspulen
Die
vier Spulenöffnungen
In
Wenn
bei eingeschaltetem Elektromagnet
Die
Die anhand der Ausführungsbeispiele erläuterten Elektromagnete weisen den Vorteil auf, dass sie in der Angiographie flexibler einsetzbar sind als herkömmliche Systeme, die ausschließlich auf Permanentmagneten beruhen. Ein weiterer Vorteil ist in der Abschaltbarkeit des Elektromagneten zu sehen. Daneben können mit dem Elektromagneten durch Änderung der Spulenströme die Richtung des Magnetfelds und dessen Stärke wesentlich schneller geändert werden als dies durch mechanisches Bewegen von schweren Permanentmagneten möglich ist.The based on the embodiments explained Electromagnets have the advantage of being used in angiography are more flexible than conventional systems that rely exclusively on Permanent magnets are based. Another advantage is the shutdown to see the electromagnet. In addition, with the electromagnet by change the coil currents the direction of the magnetic field and its strength are changed much faster than this by mechanically moving heavy permanent magnets possible is.
Da
der als Hohlzylinder ausgebildete Elektromagnet
Für eine minimale
elektrische Leistungsaufnahme wird der Elektromagnet, bestehend
aus den Spulen und den Permanentmagneten, so ausgelegt, dass der
maximal zulässige
elektrische Strom in der Spule gerade das Feld der Permanentmagneten
auszulöschen
vermag. Durch Variation des elektrischen Stroms vom negativen Maximalwert
bis zum positiven Maximalwert ändert
sich das Feld der Spule zwischen (praktisch) Null und dem maximalen
Wert der Feldstärke.
Eine Umkehrung der Feldrichtung ist nicht unbedingt erforderlich,
da dies bereits durch eine mechanische Rotation um 180° des aus
den vier Sattelspulen bestehenden hohlzylindrischen Elektromagnets
Der
Leiterquerschnitt und die Ansteuerung durch Leistungsverstärker des
Elektromagneten sind auf den maximalen Stromwert ausgelegt. Bei
den beiden Elektromagneten
Da die Leiterquerschnitte benachbarter Sattelspulen nicht mehr gleich sind, ist es nicht unbedingt günstig, alle Sattelspulen als Viertelkreisspulen auszubilden. Günstiger ist es, wenn die Spulen mit Permanentmagnet ein Kreisbogensegment < 90° überstreichen und die offenen Spulen ein Kreisbogensegment > 90° überstreichen. Bei dieser Ausführung ergibt sich der Vorteil, dass die erzeugte Feldstärke mit geringeren elektrischen Strömen erzielt wird, wodurch die elektrische Leistungsaufnahme verringert ist.There the conductor cross sections of adjacent saddle coils no longer the same are not necessarily cheap, to form all saddle coils as quarter circle coils. better it is when the coils with permanent magnet sweep over a circular arc segment <90 ° and the open coils sweep a circular arc segment> 90 °. In this version There is the advantage that the generated field strength with lower electrical currents is achieved, thereby reducing the electrical power consumption is.
Claims (14)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006045177A DE102006045177A1 (en) | 2006-09-25 | 2006-09-25 | Electromagnet for e.g. magnetic navigation of catheter tip, has ring coils provided parallel to each other at front sides of hollow cylinder, and saddle coils arranged between ring coils in circumferential direction |
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Publications (1)
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---|---|
DE102006045177A1 true DE102006045177A1 (en) | 2008-04-03 |
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ID=39134102
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DE102006045177A Withdrawn DE102006045177A1 (en) | 2006-09-25 | 2006-09-25 | Electromagnet for e.g. magnetic navigation of catheter tip, has ring coils provided parallel to each other at front sides of hollow cylinder, and saddle coils arranged between ring coils in circumferential direction |
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DE (1) | DE102006045177A1 (en) |
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US20210369373A1 (en) * | 2020-05-28 | 2021-12-02 | The Chinese University Of Hong Kong | Mobile-electromagnetic coil-based magnetic actuation systems |
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-
2006
- 2006-09-25 DE DE102006045177A patent/DE102006045177A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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