DE102010005744A1

DE102010005744A1 - Verfahren zum Betreiben eines Rechnersystems zum Unterstützen des Einbringens eines Führungsdrahts im Körpergewebe, sowie zugehörige Anordnung

Info

Publication number: DE102010005744A1
Application number: DE102010005744A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 91346 Klingenbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-07-28
Also published as: US20110184275A1

Abstract

Ein interventioneller Eingriff wird durch das Einbringen eines Führungsdrahtes in Körpergewebe vorbereitet. Der Führungsdraht wird mit Sensoren ausgestattet. Dessen Signale werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren empfangen, damit ein Vergleich von Ist-Werten (rFD und SFD) mit Soll-Werten (rNP und SNP) möglich ist und eine zukünftige Soll-Bewegungsrichtung (SNPkorr) abgeleitet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Rechnersystems, wobei das Rechnersystem zum Unterstützen des Einbringens eines Führungsdrahtes in Körpergewebe dient. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zum Vorbereiten eines interventionellen Eingriffs. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Ermitteln der Position und Ausrichtung einer Spitze eines Führungsdrahtes in Körpergewebe.
Zum Vorbereiten eines interventionellen Eingriffs wie beispielsweise des Einbringens eines Katheters, mit Hilfe dessen ein Dilatationsballon oder ein Stent in einen Körper verbracht wird, wird regelmäßig ein Führungsdraht in das Körpergewebe eingebracht. Seinem Namen entsprechend dient der Führungsdraht der Führung des Katheters, welcher einfach über den Führungsdraht geschoben wird. Der Führungsdraht ist ein dünner, flexibler Draht. Mit Hilfe eines Führungsdrahts wird eine Zielstelle in einem Körpergewebe des Patienten sondiert.
Es ist bekannt, einen solchen Führungsdraht mittels elektromagnetischer Felder in dem Körpergewebe zu bewegen. Die WO 2006/005013 A2 beschreibt, dass dieses sog. Navigieren im Körpergewebe teilautomatisch erfolgen kann. Es werden hierzu Röntgenbilder des zu transportierenden Körpers aufgenommen.
Dieses Aufnehmen von Röntgenbildern ist aufwändig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie das Einbringen eines Führungsdrahtes in Körpergewebe in unaufwändiger Weise unterstützt werden kann.
Die Aufgabe wird in einem Aspekt durch ein Verfahren zum Betreiben eines Rechnersystems zum Unterstützen des Einbringens eines Führungsdrahts in Körpergewebe gemäß Patentanspruch 1 gelöst, in einem anderen Aspekt durch eine Anordnung zum Vorbereiten eines interventionellen Eingriffs gemäß Patentanspruch 5 gelöst, und in einem anderen Aspekt durch ein Verfahren zum Ermitteln der Position und Ausrichtung einer Spitze eines Führungsdrahts in Körpergewebe gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Rechnersystems umfasst die Schritte:

– Empfangen von Signalen einer Sensoreinrichtung an der Spitze des Führungsdrahtes durch das Rechnersystem, über die ein Ist-Ort und eine Ist-Ausrichtung der Spitze des Führungsdrahtes übermittelt werden,
– Vergleichen des Ist-Orts und der Ist-Ausrichtung mit einem Soll-Ort und einer Soll-Ausrichtung und Festlegen einer Soll-Bewegungsrichtung für eine zukünftige Soll-Bewegung des Führungsdrahts.

Durch den Einsatz eines oder mehrerer Sensoren an der Spitze des Führungsdrahtes, dessen bzw. deren Signale von dem Rechnersystem empfangbar sind und empfangen werden, kann auf Röntgenbilder verzichtet werden.
Ein Soll-Ort und eine Soll-Ausrichtung kann zuvor aufgrund von Eingaben an dem Rechnersystem festgelegt sein oder durch das Rechnersystem selbst aufgrund von sonstigen Informationen wie z. B. Bildinformationen automatisch gewonnen sein.
Bei einer möglichen Alternative wird die ermittelte Soll-Bewegungsrichtung über eine Ausgabeeinrichtung mitgeteilt, sodass eine behandelnde Person, deren Aufgabe das Einbringen des Führungsdrahtes in das Körpergewebe des Patienten ist, unmittelbar die Information erhält, was nachfolgend zu tun ist, wie also der Führungsdraht weiter einzubringen ist.
Bei einer anderen Alternative erzeugt das Rechnersystem in Abhängigkeit von der Soll-Bewegungsrichtung Steuerbefehle und gibt diese an Mittel zum Bewegen des Führungsdrahtes ab. Es kann sich hierbei um Mittel handeln, die zumindest eine Magnetspule umfassen, sodass das Magnetfeld eine Bewegung der Spitze des Führungsdrahtes bewirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bei einer bevorzugten Ausführungsform das Empfangen einer Eingabe über eine Benutzerschnittstelle zur Festlegung eines Ausmaßes einer Korrekturgröße, die bei der Festlegung der Soll-Bewegungsrichtung verwendet wird. Beispielsweise kann die Soll-Bewegungsrichtung eine Komponente entsprechend der Soll-Ausrichtung und eine Komponente senkrecht hierzu haben, und ein Vorfaktor, der die Größe der Komponente senkrecht zur Soll-Ausrichtung bestimmt, kann aufgrund einer Eingabe festgelegt werden. Ein Benutzer kann auf diese Weise die Steilheit der Korrektur einer Abweichung von der Wunschtrajektorie festlegen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zum Vorbereiten eines interventionellen Eingriffs weist einen Führungsdraht auf, der zumindest einen Sensor zum Ermitteln der Position und Ausrichtung der Führungsdrahtspitze umfasst, und welcher Sensorsignale abzugeben ausgelegt ist. Sie weist ferner Mittel zum Bewegen des Führungsdrahtes in einem Gewebe auf, und sie weist eine Steuereinheit mit Mitteln zum Empfangen und Auswerten der Sensorsignale und zum Festlegen und Abgeben von Steuerbefehlen an die Mittel zum Bewegen auf.
Die Anordnung spiegelt daher das Konzept wider, dass automatisch die Ist-Position und Ist-Ausrichtung der Führungsdrahtspitze durch zumindest einen Sensor am Führungsdraht selbst sensiert wird, und dass gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Rechnersystem diese Signale auswertet und gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar die Korrekturbewegung hervorruft.
Bevorzugt umfassen auch hier die Mittel zum Bewegen zumindest eine Magnetspule.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln der Position und Ausrichtung eines Führungsdrahtes in Körpergewebe umfasst das Gewinnen von Messsignalen durch zumindest einen an dem Führungsdraht angeordneten Sensor, das Aussenden von Messsignalen durch den Sensor, das Empfangen der Messsignale durch eine Rechnereinheit und das nachfolgende Auswerten dieser Messsignale durch die Rechnereinheit.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
1 schematisch die Komponenten einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Vorbereiten eines interventionellen Eingriffs zeigt,
2 ein Flussschaubild zweier alternativer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der in der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Größen ist.
Eine im Ganzen mit 100 bezeichnete Anordnung zum Vorbereiten eines interventionellen Eingriffs umfasst einen Führungsdraht 10, an dem eine Mehrzahl von Spulen angeordnet sind, von denen zwei Spulen 12a, 12b beispielhaft gezeigt sind. Mit Hilfe von Spulen lässt sich eine Position sowie eine Ausrichtung des vorderen Bereichs 14 messen.
Für jede Komponente des dreidimensionalen Raums ist hierfür üblicherweise eine Spule vorzusehen.
Der Führungsdraht 10 soll in das Körpergewebe eines Patienten (nicht gezeigt) eingebracht werden und dort automatisch bewegbar sein. Zur Bewegung des Führungsdrahtes werden Magnetfelder erzeugt, durch die der aus ferromagnetischem Material bestehende Führungsdraht 10 angezogen bzw. abgestoßen wird. Die Magnetfelder werden durch eine schematisch mit 16 gezeigte Spule erzeugt, die durch eine Stromquelle 18 mit Strom beschickt wird. Das Ausmaß des Stromes bestimmt eine Rechnereinheit 20. Der Rechnereinheit 20 werden die Messwerte der Sensorspulen 12a, 12b über in einem Hohlraum 22 des Führungsdrahtes 10 angeordnete Kabel 24 zugeführt. An der Rechnereinrichtung 20 sind über eine Computermaus 26 bzw. eine Tastatur 28 Eingaben möglich. Auf einem Bildschirm 30 können Bilder 32 gezeigt werden.
Es wird nun dargestellt, wie das erfindungsgemäße Verfahren abläuft, das durch die Recheneinheit 20 und die mit dieser gekoppelten technischen Vorrichtungen durchgeführt wird. Eine Empfangseinheit der Rechnereinheit 20 (in der 1 nicht gezeigt) empfängt gemäß Schritt S10 die Signale der Sensorspulen 12a, 12b. Die Rechnereinheit 20 wertet sodann mit Hilfe eines Mikroprozessors 34 die eingehenden Signale gemäß Schritt S12 aus und berechnet dann in Schritt in Schritt S14, mit welchem Strom die Spule 16 zu beaufschlagen ist. Bei einer ersten Alternative wird gemäß Schritt S16a auf dem Bildschirm 32 ausgegeben, wie der Führungsdraht 10 weiter zu bewegen ist. Bei einer zweiten Alternative wird gemäß Schritt S16b durch die Stromquelle 20 automatisch an die Stromquelle 18 ein Signal abgegeben, das angibt, mit welchem Strom die Spule 16 zu beschicken ist.
In der Rechnereinheit 20 ist insbesondere ein Navigationspfad NP abgelegt. Dieser kann z. B. anhand von zuvor aufgenommenen Röntgenbildern des Patienten durch einen Benutzer festgelegt sein; beispielsweise kann dieser in einem Röntgenbild bestimmte Stellen markieren und so den Pfad festlegen. Alternativ kann die Zentrallinie eines Körpergefäßes automatisch durch die Rechnereinheit 20 anhand von medizinischen Bildern wie Röntgenbildern, Kernresonanzbildern o. ä. ermittelt werden. Anhand einer Gefäßdarstellung kann außerdem automatisch der Pfad des geringsten Widerstandes durch Gewebe ermittelt werden.
Es sei nun gemäß 3 der Führungsdraht auf einer Kurve FD bewegt, die in einem Bereich von der Navigationskurve NP abweicht. Ein Ist-Ort r_FD weiche von dem Soll-Ort r_NP ab. Genauso weiche auch Ist-Ausrichtung S_FD von einer Soll-Ausrichtung S_NP ab. Der Führungsdraht soll nun nachfolgend gemäß der Soll-Ausrichtung S_NP einerseits bewegt werden, andererseits soll die Abweichung zwischen Ist-Ort und Soll-Ort ausgeglichen werden. So lässt sich eine Soll-Bewegungsrichtung S_NPkorr zusammensetzen aus einer Komponente S_NP und einer Komponente senkrecht zur Soll-Ausrichtung S_NP,
Hierbei kann die Länge des von S_NP gleich der Länge von S_NP sein, wohingegen die Länge von
proportional zum Winkel ϑ sein kann, der sich in einem Dreieck ergibt, dessen Schenkel die Punkte r_NP bzw. r_FD in die Richtungen S_NP bzw. S_FD durchlaufen. Alternativ kann die senkrechte Komponente
auch proportional zum Sinus dieses Winkels ϑ, sinϑ sein. Ein möglicher Proportionalfaktor lässt sich gegebenenfalls über die Benutzerschnittstellen 26, 28 durch eine Bedienperson eingeben.
Die Rechnereinheit 20 berechnet nun die Größe S_NPkorr.
Die Magnetspule 16 hat die Aufgabe, ein solches Magnetfeld zu erzeugen, das parallel zum Richtungspfeil S_NPkorr ist, sodass der Führungsdraht 10 längs dieser Richtung bewegt wird und sich daher dem Normalpfad NP annähert.
Das erfindungsgemäße, an der Rechnereinheit 20 durchgeführte Verfahren ermöglicht daher ein automatisches Navigieren des Führungsdrahtes 10 im Körpergewebe eines Patienten. Die Rechnereinheit 20 muss hierzu mit dem Führungsdraht 10 und den Mitteln 16, 18 zum Bewegen desselben zusammenwirken und Signale empfangen bzw. aussenden.
Das Verfahren zum Betreiben eines Rechnersystems, wie es oben beschrieben wurde, funktioniert grundsätzlich auch dann, wenn Sensorsignale der Rechnereinheit lediglich vorgetäuscht werden und der Empfang von Ansteuersignalen ebenfalls lediglich vorgetäuscht wird. Die Rechnereinheit 20 kann daher auch grundsätzlich ohne den Führungsdraht 10 und die Mittel 16, 18 zum Bewegen desselben betrieben werden, dann natürlich, ohne dass es eine ersichtliche Außenwirkung an einem Führungsdraht 10 im Patientengewebe gibt.
Anstatt mit Hilfe von Magnetfeldern kann auch ein elektromechanisches Führungssystem gemäß dem sog. Hansen-Prinzip verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2006/005013 A2 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Rechnersystems (20) zum Unterstützen des Einbringens eines Führungsdrahts (10) in Körpergewebe, mit den Schritten: – Empfangen (S10) von Signalen einer Sensoreinrichtung (12a, 12b) an der Spitze (14) des Führungsdrahtes (10) durch das Rechnersystem (20), über die ein Ist-Ort (r_FD) und eine Ist-Ausrichtung (S_FD) der Spitze (14) des Führungsdrahtes (10) ermittelt werden, – Vergleichen des Ist-Orts (r_FD) und der Ist-Ausrichtung (S_FD) mit einem Soll-Ort (r_NP) und einer Soll-Ausrichtung (S_NP) und Festlegen einer Soll-Bewegungsrichtung (S_NPkorr) für eine zukünftige Soll-Bewegung des Führungsdrahtes (10).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ermittelte Soll-Bewegungsrichtung (S_NPkorr) über eine Ausgabeeinrichtung mitgeteilt (S16a) wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in Abhängigkeit von der ermittelten Soll-Bewegungsrichtung (S_NPkorr) Steuerbefehle an Mittel (16, 18) zum Bewegen des Führungsdrahtes (10) abgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Empfangen einer Eingabe über eine Benutzerschnittstelle zur Festlegung eines Ausmaßes einer Korrekturgröße, welche bei der Festlegung der Soll-Bewegungsrichtung (S_NPkorr) verwendet wird.
Anordnung (100) zur Vorbereitung eines interventionellen Eingriffs, mit – einem Führungsdraht (10), der eine Sensoreinrichtung (12a, 12b) zum Ermitteln der Position und Ausrichtung der Führungsdrahtspitze umfasst, wobei die Sensoreinrichtung (12a, 12b) im Betrieb Signale abgibt, – Mittel (16, 18) zum Bewegen des Führungsdrahtes (10) in einem Gewebe, – eine Steuereinheit (20) mit Mitteln zum Empfangen und Auswerten der Sensorsignale und mit Mitteln zum Festlegen und Abgeben von Steuerbefehlen an die Mittel (16, 18) zum Bewegen.
Anordnung (100) nach Anspruch 5, bei dem die Mittel zum Bewegen zumindest eine Magnetspule (16) umfassen.
Verfahren zum Ermitteln der Position und Ausrichtung einer Spitze eines Führungsdrahtes in Körpergewebe, umfassend das Gewinnen von Messsignalen durch zumindest einen an dem Führungsdraht angeordneten Sensor (12a, 12b), Aussenden von Messsignalen durch den Sensor (12a, 12b), Empfangen und Auswerten der Messsignale durch eine Rechnereinheit (20).