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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur ortsaufgelösten, intrakorporalen Entnahme einer Blutprobe.
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Bei invasiven oder minimal-invasiven medizinischen Eingriffen an einem Gewebe oder Organ eines Patienten, sind nicht nur Bildinformationen vom Körperinneren des Patienten, seien es Röntgendurchleuchtungsbilder oder intraoperativ erzeugte 3D-Bilder, für die erfolgreiche Durchführung des Eingriffes von Bedeutung, sondern häufig auch physiologische Daten, insbesondere aus einer Blutanalyse gewonnene Daten des Patienten, wie z. B. die Sauerstoffsättigung des Blutes, welche mit einem Blutgasanalysegerät ermittelt werden kann.
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Bei bestimmten medizinischen Eingriffen ist es sogar erforderlich Blutproben direkt in einem zu untersuchenden und/oder zu behandelnden Gewebe oder Organ zu entnehmen, um aus den Blutproben wichtige Informationen ableiten zu können, die als Entscheidungsgrundlage für den weiteren Fortgang des Eingriffs dienen.
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Ein solcher Eingriff ist beispielsweise ein Eingriff am Herzen eines Patienten mit einer Funktionsanalyse des Herzens des Patienten, bei der basierend auf an verschiedenen Stellen im Herzen entnommenen und analysierten Blutproben, die Größe bzw. Durchlässigkeit eines Shunts in der Herzwand des Patienten bestimmt werden kann. Unter einem Shunt versteht man dabei eine Kurzschlussverbindung mit Flüssigkeitsübertritt zwischen normalerweise getrennten Gefäßen oder Hohlräumen. Durch einen Shunt in der Herzwand kann die Sauerstoffsättigung des Blutes durch Vermischung vermindert sein, was zu einer Unterversorgung des Organismus mit Sauerstoff führen kann. Durch die Entnahme von Blutproben an den Ventrikeln, der Aorta und den Vorhöfen des Herzens sowie einer Blutgasanalyse der verschiedenen Blutproben kann der Gradient des Sauerstoffgehalts im Herzen und somit die Größe des Herzdefektes bzw. die Größe des Shunts sowie die Durchlässigkeit des Shunts bestimmt werden. Die Aufzeichnung, an welchen Stellen im Herzen Blutproben genommen wurden, erfolgt dabei von Hand.
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Auch bei lokalen Tumortherapien, insbesondere für die Lokalisierung von Tumoren sind Blutanalysen von Bedeutung. Exemplarisch sei hier auf hormonexprimierende Tumore in der Nebennierenrinde hingewiesen. Mit Hilfe von Blutanalysen können mit bildgebenden Geräten nicht oder nur schwer sichtbar zu machende Tumore lokalisiert werden, indem selektiv in den verschiedenen Nierenvenen Blutproben entnommen und auf das Vorhandensein bestimmter Hormone untersucht werden, die der Tumor exprimiert. Über Blutproben, die eine hohe Konzentration der bestimmten Hormone aufweisen und deren Entnahmestellen festgehalten wurden, kann auf den Sitz des Tumors geschlossen werden. Auch hier erfolgt die Aufzeichnung der Entnahmestellen in Form von händischen Notizen.
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Aus
Wo 2006/064433 A2 ist ein System zum automatischen Einfügen und Kontrolle einer eingeführten Nadel in eine Blutgefäß eines Menschen oder eines Tieres bekannt. Hierbei wird die Position einer Nadel unter Haut bestimmt und überprüft, ob die Nadel an der richtigen Stelle sitzt. Dieses System kann zur Blutentnahme, Medikation oder Infusion verwendet werden. Dieses System ist zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Katheteranwendung, bei der der Katheter viel tiefer in das Körperinnere eines Patienten eingeführt wird, nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die Zuordnung einer entnommenen Blutprobe oder ihres Analyseergebnisses zum Ort ihrer Entnahme vereinfacht ist.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder ein Verfahren nach Anspruch 7 zur ortsaufgelösten, intrakorporalen Entnahme einer Blutprobe. Die Vorrichtung weist einen in den Körper eines Patienten einführbaren Katheter zur intrakorporalen Entnahme einer Blutprobe in einem Gewebe des Patienten, Mittel zur automatischen Ermittlung und Speicherung von Koordinaten des Katheters im Raum zum Zeitpunkt der Entnahme der Blutprobe, Mittel zur Speicherung der entnommenen Blutprobe und/oder zur In-Vitro-Analyse der entnommenen Blutprobe und eine Recheneinrichtung zur Zuordnung der ermittelten Koordinaten des Katheters zum Zeitpunkt der Entnahme der Blutprobe zu der entnommenen Blutprobe und/oder zu dem Ergebnis der In-Vitro-Analyse der entnommenen Blutprobe auf. Mit dem Katheter können also an verschiedenen Stellen bzw. Orten eines Zielgewebes vorzugsweise jeweils unter simultaner Erfassung der Position bzw. der Koordinaten des Katheters Blutproben entnommen werden, die gespeichert und/oder in-Vitro analysiert werden können, wobei den einzelnen Blutproben oder auch Analyseergebnissen automatisiert eindeutig jeweils die Position oder Koordinaten des Katheters und damit die Entnahmeposition zugeordnet werden kann. Auf diese Weise lassen sich z. B. die Durchführungen der eingangs erwähnten medizinischen Eingriffe am Herzen oder an der Niere eines Patienten vereinfachen, da die Koordinaten des Katheters und somit die Entnahmestelle einer Blutprobe automatisch ermittelt und eindeutig der entnommenen Blutprobe oder deren Analyseergebnis elektronisch zugeordnet werden kann bzw. wird. Werden mehrere Blutproben sequentiell entnommen, können diese in einer Tabelle, einer Datenbank oder anderweitig für eine weitere Nutzung der Daten erfasst werden, wobei einer beispielsweise mit einer Nummer gekennzeichneten Blutprobe die jeweiligen Koordinaten des Katheters bzw. die Entnahmestelle sowie die Analysewerte zugeordnet werden.
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Nach einer Variante der Erfindung umfassen die Mittel zur automatischen Ermittlung und Speicherung der Koordinaten des Katheters ein Positionserfassungssystem, wobei der Katheter mit einem entsprechenden Positionssensor des Positionserfassungssystems versehen ist. Als Positionserfassungssystem kommen ein elektromagnetisches, ein optisches sowie ein akustisches oder irgendein anderes Positionserfassungssystem in Frage, mit dem automatisiert die Koordinaten des Katheters im Raum und somit die Entnahmestellen von Blutproben als 2D-Daten, 3D-Daten oder sogar 4D-Daten unter Berücksichtigung der Entnahmezeit ermittelbar sind.
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Alternativ oder zusätzlich können die Mittel zur automatischen Ermittlung und Speicherung der Koordinaten des Katheters ein Röntgengerät aufweisen. Bei dem Röntgengerät handelt es sich bevorzugt um ein Angiographieröntgengerät, welches z. B. einen oder zwei C-Bogen aufweist, so dass basierend auf zwei 2D-Röntgenprojektionen, welche unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen wurden, die Koordinaten des Katheters im Raum automatisiert ermittelt werden können. Der Katheter weist hierzu bevorzugt an seinem distalen Ende eine röntgenpositive Markierung auf, damit dieser möglichst einfach in den 2D-Röntgenprojektionen zu erkennen bzw. zu detektieren ist. Hierzu kann eine Mustererkennungssoftware eingesetzt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist jede entnommene Blutprobe für eine Analyse zu einem späteren Zeitpunkt in einem separaten Behältnis speicherbar. Hierzu können mehrere beispielsweise sequentiell angeordnete Aufnahmegefäße vorgesehen sein, die sequentiell mit dem Katheter zur Aufnahme der jeweiligen Blutprobe verbindbar bzw. befüllbar sind.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Mittel zur In-Vitro-Analyse der entnommenen Blutprobe eine Blutanalyseeinrichtung, beispielsweise ein Blutgasanalysegerät auf. Die Blutanalyseeinrichtung kann dabei in das Positionserfassungssystem oder in das Röntgengerät integriert sein. Mit Hilfe der Blutanalyseeinrichtung kann eine entnommene Blutprobe optional unmittelbar nach Ihrer Entnahme analysiert und das Ergebnis der Analyse den Koordinaten des Katheters bzw. der Entnahmestelle zugeordnet werden.
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Nach einer Variante der Erfindung wird die Entnahmestelle einer Blutprobe in ein Bild vom Körperinneren des Patienten eingeblendet. Bei dem Bild kann es sich um ein intraoperativ oder um ein präoperativ aufgenommenes Bild des Gewebes des Patienten handeln, welches mit den Mitteln zur Ermittlung der Koordinaten des Katheters registriert ist. Auf diese Weise können einem Arzt direkt die Positionen des Katheters bzw. die Entnahmestellen der Blutproben visualisiert werden.
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Nach einer weiteren Variante der Erfindung wird zusätzlich das Ergebnis der In-Vitro-Analyse in das Bild vom Körperinneren des Patienten eingeblendet. Dies kann beispielsweise in Form einer Tabelle erfolgen oder als dem Ort der Entnahme der Blutprobe zugeordnetes Wertetupel aufweisend die Koordinaten und die Kennzeichnung der Blutprobe und/oder den oder die Analysewerte und/oder die Entnahmezeit.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten schematischen Zeichnung dargestellt, welche eine Vorrichtung zur ortsaufgelösten, intrakorporalen Entnahme einer Blutprobe zeigt.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ist ein Patient P auf einer schematisch dargestellten Patientenliege 1 gelagert, an dem ein Eingriff am Herzen H verbunden mit einer Funktionsanalyse des Herzens H durchgeführt werden soll, da der Patient einen Herzdefekt in Form eines Shunts aufweist.
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Hierzu ist an der Patientenliege 1 ein C-Bogen-Röntgengerät 2 angeordnet, an dessen C-Bogen 3 einander gegenüber liegend eine Röntgenstrahlenquelle 4 und ein Röntgenstrahlenempfänger 5 angeordnet sind. Der C-Bogen 3 ist an einer Halterung 6 um seine Orbitalachse O in die Richtungen des Doppelpfeils a verstellbar gelagert. Die Halterung 6 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels an einem Deckenstativ 7 angeordnet, welches die in der FIG mit Doppelpfeilen c, d, e und f gekennzeichneten Verstellmöglichkeiten der mit dem C-Bogen 3 versehenen Halterung 6 bietet. Außerdem ist der C-Bogen 3 mit der Halterung 6 um seine Angulationsachse A in die Richtungen des Doppelpfeils b verstellbar.
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Mit dem C-Bogen-Röntgengerät 2 können in an sich bekannter Weise von dem auf der Patientenliege 1 gelagerten Patienten P 2D-Röntenprojektionen oder Durchleuchtungsbilder aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen bzw. gewonnen werden, die auf einem an einem Bildrechner 8 angeschlossenen Sichtgerät 9 darstellbar sind. Darüber hinaus können mit dem C-Bogen-Röntgengerät 2 aus aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommenen 2D-Röntgenprojektionen 3D-Bilder vom Körperinneren des Patienten P mit dem Bildrechner 8 des C-Bogen-Röntgengerätes 2 rekonstruiert und auf dem Sichtgerät 9 dargestellt werden.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung soll unter anderem mit Hilfe von mit dem C-Bogen-Röntgengerät 2 gewonnenen Bildinformationen vom Herzen H des Patienten P die Funktionsanalyse des Herzens H des Patienten P durchgeführt werden, bei der ein Katheter 10 in den Körper des Patienten P eingeführt, bis ins Herz H des Patienten P vorgeschoben und dort zur lokalen, intrakorporalen Entnahme von Blutproben eingesetzt wird. Bei dem Katheter 10 handelt es sich dabei um einen Hohlkatheter, mit dem Blutproben aus dem Körperinneren, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung aus dem Herzen H des Patienten sequentiell entnommen werden können. Die Blutproben können optional in bevorzugt sequentiell zur Verfügung gestellten Behältnissen 25 gespeichert oder direkt einer Blutanalyseeinrichtung 26 zur In-Vitro-Analyse zugeführt werden.
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Zur Lokalisierung des Katheters 10 insbesondere im Herzen H des Patienten P ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ein elektromagnetisches Positionserfassungssystem 11 vorgesehen. Das elektromagnetische Positionserfassungssystem 11 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung eine Steuer- und Recheneinheit 12, an die ein Transmitter oder Feldgenerator 13 zur Erzeugung eines alternierenden elektromagnetischen Feldes angeschlossen ist. Der Feldgenerator 13 ist hierzu in der Nähe des Herzens H des Patienten P angeordnet. Des Weiteren umfasst das Positionserfassungssystem kleine, an sich bekannte, nicht explizit dargestellte Spulen, welche in oder an der Spitze des Katheters 10 in einem Positionssensor angeordnet und mit der Steuer- und Recheneinheit 12 mittels in einem Kabel 14 zusammengefasster Leitungen verbunden sind. Das elektromagnetische Feld des Feldgenerators 13 induziert Spannungen in den kleinen Spulen des Katheters 10, die mit der Steuer- und Recheneinheit 12 gemessen und dazu verwendet werden, die Koordinaten bzw. die Position und/oder die Orientierung der Spitze des Katheters 10 in einem dem Positionserfassungssystem 11 zugeordneten Koordinatensystem zu ermitteln.
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Unter Verwendung des Positionserfassungssystems 11 kann also jeweils die aktuelle Position des Katheters 10 insbesondere im Herzen H des Patienten P bestimmt werden, sei es zur Identifizierung und Speicherung einer Entnahmestelle einer Blutprobe oder auch zur Navigation des Katheters 10 an eine gewünschte Entnahmestelle einer Blutprobe.
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Zur Unterstützung der Durchführung der Funktionsanalyse des Herzens H durch Einblendung eines Abbildes oder einer Kennzeichnung der Position zumindest der Spitze des Katheters 10 in ein mit dem C-Bogen-Röntgengerät 2 gewonnenes Bild vom Körperinneren des Patienten P, sei es zur Navigation des Katheters 10 und/oder zur Kennzeichnung der Entnahmestelle einer Blutprobe, müssen ein Patienten- oder Bildkoordinatensystem und das Koordinatensystem des Positionserfassungssystems 11, in dem die Koordinaten der Spitze des Katheters 10 bestimmt werden, miteinander registriert werden. Unter einer Registrierung versteht man dabei die Ermittlung einer Koordinatentransformation zwischen einem dem Patienten oder einem Bild des Patienten P und einem dem Positionserfassungssystem 11 zugeordneten Koordinatensystem, die an sich bekannt ist.
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Die Registrierung kann beispielesweise mit einer unterhalb des Patienten P, im Bereich des Herzens H im Bildaufnahmebereich des C-Bogen-Röntgengerätes 2 angeordneten, flachen Platte 20 erfolgen. Die Platte 20 weist in nicht dargestellter, aber an sich bekannter Weise mehrere, z. B. fünf röntgenpositive, vorzugsweise Blei aufweisende kugelförmige Marker auf.
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Außerdem ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein sechs, nicht explizit gezeigte, relativ zueinander räumlich verschieden ausgerichtete Empfangsspulen aufweisender, also ein sechs Freiheitsgrade aufweisender elektromagnetischer Marker des Positionserfassungssystems 11 in die Platte 20 eingebettet, dessen Lage relativ zu den röntgenpositiven Markern bekannt ist. Zur elektrischen Kontaktierung des elektromagnetischen Markers weist die Platte 20 ein Interface oder einen Anschluss auf, der mit dem elektromagnetischen Marker über ein Kabel verbunden ist. Mit einem in der FIG gezeigten Kabel 21 ist die Platte 20 mit der Steuer- und Recheneinheit 12 des Positionserfassungssystems 11 verbunden.
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Nach der Aufnahme einer Serie von Röntgenbildern unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen von dem das Herz H aufweisenden Körperbereich des Patienten P, z. B. unter Verstellung des C-Bogens 3 um seine Angulationsachse A, in denen auch die röntgenpositiven Marker der Platte 20 abgebildet sind, werden zumindest einzelne Röntgenbilder der Serie an die Steuer- und Recheneinheit 12 des Positionserfassungssystems 11 weitergeleitet. Die Software der Steuer- und Recheneinheit 12 analysiert die Röntgenbilder und führt die Registrierung, also die Ermittlung der Koordinatentransformation automatisch durch.
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Aus der Serie von Röntgenbildern wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ein 3D-Bild vom Herzen H des Patienten P von dem Bildrechner 8 rekonstruiert und auf dem Sichtgerät 9 dargestellt.
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Der Eingriff mit der Funktionsanalyse des Herzens H des Patienten P erfolgt im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung nun derart, dass nach der Einführung des Katheters 10 in das Herz H sequentiell zwei Blutproben I, II, an den Ventrikeln, eine Blutproben III an der Aorta und zwei Blutproben IV, V in den Vorhöfen des Herzens H mit dem Katheter 10 entnommen werden. Hierbei wird basierend auf der Registrierung eine Kennzeichnung der Spitze des Katheters 10 in das 3D-Bild eingeblendet, so dass der Arzt den Katheter 10 anhand der Einblendung der Kennzeichnung an die jeweils gewünschte Entnahmestelle im Herzen H führen bzw. navigieren kann.
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Bei der Entnahme der Blutproben I bis V werden jeweils zum Zeitpunkt der Entnahme der jeweiligen Blutprobe I bis V die Koordinaten des Katheters 10 und somit die Koordinaten der jeweiligen Entnahmestelle mit dem Positionserfassungssystem 11 erfasst und gespeichert. Die Positionserfassung und die Speicherung der erfassten Koordinaten zu dem jeweiligen Entnahmezeitpunkt kann dabei mit nicht dargestellten Eingabemitteln des Positionserfassungssystems 11 veranlasst werden. Hierbei kann es sich um eine Tastatur, eine Computermaus oder ein anderes Eingabemittel handeln. Besonders vorteilhaft ist eine sprachgesteuerte Auslösung der Positionserfassung, so dass der Arzt keine händischen Auslöseaktionen zur Positionserfassung und -speicherung vollziehen muss und sich auf die Navigation des Katheters 10 konzentrieren kann.
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Die Blutproben I bis V können wie bereits erwähnt optional in den Behältnissen 25 für eine nachfolgende Analyse zwischengespeichert werden oder wie im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels direkt einem Blutgasanalysegerät 26 zur unmittelbaren In-Vitro-Analyse zugeführt werden. Die Analyseergebnisse werden anschließend in einer Tabelle in der Entnahmereihenfolge der Blutproben I bis V abgespeichert.
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Die Zuordnung der Entnahmestellen bzw. der Koordinaten der Entnahmestellen der Blutproben I bis V zu den zugehörigen Blutproben I bis V bzw. den Analyseergebnissen der Blutproben I bis V erfolgt mit dem Bildrechner 8 oder mit der Steuer- und Recheneinheit 12.
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Aufgrund der Registrierung besteht nicht nur die Möglichkeit die Entnahmestellen der Blutproben I bis V in das mit dem C-Bogen-Röntgengerät 2 erzeugte 3D-Bild, sondern auch in ein mit dem C-Bogen-Röntgengerät 2 intraoperativ aufgenommenes Durchleuchtungsbild einzublenden, welches dem mit dem C-Bogen-Röntgengerät 2 erzeugten 3D-Bild oder auch einem 2D-Röntgenbild überlagert werden kann, um den Arzt bei dem Eingriff zu unterstützen. Die Transformationsberechungen der Koordinaten des Katheters 10 können dabei von der Steuer- und Recheneinheit 12 oder von dem Bildrechner 8 durchgeführt werden.
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Neben der Visualisierung der Entnahmestellen in dem Fluoroskopie-, dem 2D- oder dem 3D-Bild vom Herzen H des Patienten besteht zusätzlich die Möglichkeit die Analyseergebnisse einzublenden. Das Blutgasanalysegerät 26 ist hierzu mit dem Bildrechner 8 verbunden. Die Einblendung kann dabei tabellarisch erfolgen, wobei die Blutentnahmestellen mit den römischen Ziffern I bis V gekennzeichnet sind und die Tabelle die zugehörigen Koordinaten des Bildkoordinatensystem und/oder des Koordinatensystems des Positionserfassungssystems 11 und die interessierenden Analyseergebnisse wiedergibt. Alternativ können die interessierenden Analyseergebnisse auch jeweils direkt an der Entnahmestelle der jeweiligen Blutprobe eingeblendet werden. Auf die Einblendung der Koordinaten der Entnahmestelle kann aus Gründen der Übersichtlichkeit auch verzichtet werden.
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Die Analyseergebnisse umfassen im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels den Sauerstoffgehalt des Blutes an den fünf Entnahmestellen der Blutproben I bis V. Basierend auf diesen Werte und ggf. weiteren Werten des Sauerstoffgehaltes an anderen Stellen des Herzens kann der Gradient des Sauerstoffgehaltes und damit die Größe des Herzdefektes bzw. des Shunts des Patienten P und dessen Durchlässigkeit ermittelt werden. Ausgehend von diesem Wissen kann der den Eingriff durchführende Arzt über den Fortgang des medizinischen Eingriffs eine fundierte Entscheidung treffen.
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Im Unterschied zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Ermittlung der Koordinaten des Katheters 10 bei der Entnahme einer Blutproben auch mit Hilfe des C-Bogen-Röntgengerätes 2 erfolgen, indem unter zwei voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen Röntgenaufnahmen von dem Katheter 10 bei der jeweiligen Entnahme der Blutprobe gewonnen werden, aus denen die Koordinaten des Katheters im Raum ermittelt werden können. Diese Form der Ermittlung der Koordinaten des Katheters wird vor allem dann eingesetzte, wenn es sich bei dem Röntgengerät um eine Biplan-Röntgenanlage mit zwei C-Bogen handelt. Der Katheter 10 weist in diesem Fall vorzugsweise eine röntgenpositive Markierung an seiner Spitze auf, so dass der Katheter 10 für die Ermittlung der Koordinaten in einfacher Weise manuell oder automatisch in den Röntgenaufnahmen detektierbar ist.
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Zur Visualisierung des Katheters an den Entnahmestellen der Blutproben können im Übrigen auch 2D- oder 3D-Bilder vom Herzen H des Patienten P verwendet werden, die präoperativ mit einem MR-Gerät, einem Computertomographiegerät oder einem Ultraschallgerät erzeugt und mit dem Positionserfassungssystem 11 registriert wurden. Darüber hinaus ist eine Überlagerung oder Fusion dieser präoperativ erzeugten 2D- oder 3D-Bilder mit intraoperativ mit dem C-Bogen-Röntgengerät 2 erzeugten Durchleuchtungsbildern möglich.
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Bei dem Positionserfassungssystem muss es sich nicht notwendigerweise um ein elektromagnetisches Positionserfassungssystem handeln. Es können auch optische oder akustische Positionserfassungssysteme verwendet werden.
