DE102010051684B4 - Magnet-assisted navigation system for vascular catheterization - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Steuern der Bewegungen eines katheterartigen Werkzeugs (14) innerhalb eines Blutgefässes durch Ausrichtung eines von ausserhalb des Körpers einwirkenden Magnetfeldes,wobei eine Steuerung (16) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, auf der Basis einer Datenstruktur, konstruiert aus einer computer- oder kernspintomographischen 3-d-Rekonstruktion des Gefässverlaufs (34), die räumliche Ausrichtung des Elektromagneten (2) zu bestimmen,dadurch gekennzeichnet, dassüber einen einzelnen magnetischen Gradienten zwischen den Polen einer magnetisierten Katheterspitze (14a) und eines einzelnen, durch eine motorisierte Mechanik in allen Raumrichtungen beweglichen Elektromagneten (2), eine Zugkraft auf die Katheterspitze (14a) ausgeübt wird, welche gleichzeitig den Einzug und die räumliche Orientierung des Katheters (14) in Übereinstimmung mit dem Gefässverlauf (34) bewirkt,wobei die Steuerung ausgeführt ist als eine synchronisierende Steuerung ,welche in Abhängigkeit von der aktuellen Position der intraluminären Katheterspitze (14a), fortlaufend bestimmt durch eine elektromagnetische Detektion, die räumliche Ausrichtung des Elektromagneten (2) und die motorisierte Führung (8) des Katheters (14) ausserhalb des Körpers, die einen intermittierenden mechanischen Rückhalt des Katheters (14) ausübt, kontrolliert.Device for controlling the movements of a catheter-like tool (14) within a blood vessel by directing a magnetic field applied from outside the body, wherein a controller (16) is provided which is adapted to operate on the basis of a data structure constructed from a computer or magnetic resonance tomographic 3-d reconstruction of the vessel course (34) to determine the spatial orientation of the electromagnet (2), characterized in that a single magnetic gradient between the poles of a magnetized catheter tip (14a) and a single one, by a motorized mechanism in all electromagnets (2) movable in spatial directions, a tensile force is exerted on the catheter tip (14a), which simultaneously causes the retraction and the spatial orientation of the catheter (14) in accordance with the course of the vessel (34), the control being implemented as a synchronizing control , which depending on the current llen position of the intraluminal catheter tip (14a), continuously determined by electromagnetic detection, the spatial orientation of the electromagnet (2) and the motorized guide (8) of the catheter (14) outside the body, which provides intermittent mechanical retention of the catheter (14) exercised, controlled.

Description

Der klinische Einsatz setzt jedoch intravasale Bedingungen voraus und lässt sich mit großer Wahrscheinlichkeit nicht auf die Bedingungen übertragen, wie sie in Körperhöhlen oder im Körpergewebe herrschen. Vor allem aber bei der Akutbehandlung häufiger vaskulärer Erkrankungen (wie etwa des „zerebralen stroke“) im Rahmen der stationären Regelversorgung wäre eine relevante Überlegenheit der therapeutischen Effizienz gegenüber herkömmlichen Verfahren zu erwarten.However, clinical use requires intravascular conditions and it is very unlikely that they can be transferred to the conditions prevailing in body cavities or in body tissue. Above all, however, in the acute treatment of common vascular diseases (such as "cerebral stroke") in the context of standard inpatient care, a relevant superiority in therapeutic efficiency compared to conventional methods would be expected.

III. Anforderungs-Profil und Stand der Technik bei der intravaskulären KatheterisierungIII. Requirement profile and state of the art in intravascular catheterization

(s. Literatur, S. 32)(see Literature, p. 32)

Wesentliche Anforderungen an ein Verfahren zur intravaskulären Katheterisierung werden vor allem unter den anspruchsvollen anatomischen Gegebenheiten der hirnzuführenden arteriellen Gefäße deutlich: Man begegnet Gefäßen, deren Lumen sich nach distal hin bereits auf 2-3 mm verengt hat (A. cerebri media) mit entsprechend leicht verletzbaren Gefäßwänden. Zusätzliche krankheitsbedingte (oder altersdegenerative) Stenosierungen des Lumens sind auf allen Ebenen des „zerebralen Gefäßbaumes“ möglich und mitunter als sog. „Tandem-Stenosen“ hintereinander geschaltet. Die nach distal anschließenden Gefäße (Aa. perforantes, Äste der A. cerebri media) sind aufgrund ihrer Anatomie, krankheitsbedingter Einengung und eines nicht selten steilen Winkels ihres Abzweigens gegenwärtig schwer oder nicht mehr erreichbar. Bereits einer der Gefäßstämme (A. carotis interna) zeigt einen kurvenreichen Verlauf, der innerhalb einer kurzen Distanz in allen 3 Raumrichtungen nachvollzogen werden muss.Significant requirements for a procedure for intravascular catheterization become clear above all under the demanding anatomical conditions of the cerebral arterial vessels: One encounters vessels whose lumen has already narrowed distally to 2-3 mm (A. cerebri media) with correspondingly easily injured ones vessel walls. Additional disease-related (or age-related degenerative) stenoses of the lumen are possible at all levels of the "cerebral vascular tree" and sometimes occur one after the other as so-called "tandem stenoses". The vessels connected distally (Aa. perforantes, branches of the A. cerebri media) are currently difficult or no longer accessible due to their anatomy, disease-related narrowing and the often steep angle of their branching. Already one of the vascular trunks (A. carotis interna) shows a curvy course, which must be followed within a short distance in all 3 spatial directions.

Daraus resultiert als Anforderung 1 ein ausreichend präziser Richtungswechsel der Katheterspitze innerhalb eines möglichst geringen Radius (möglichst „auf der Stelle“), um enge Kurvenführungen unter Schonung der Gefäßwände vornehmen zu können. This results in requirement 1: a sufficiently precise change of direction of the catheter tip within the smallest possible radius (if possible "on the spot") in order to be able to make tight curves while protecting the vessel walls.

Wesentliche mechanische Vorgaben für einen hohen Grad an Beweglichkeit der Katheterspitze bestehen in einer möglichst klein dimensionierten Spitze, in einer möglichst großen Flexibilität eines möglichst dünnen Katheterschlauchs, in der Art der Wirkkraft auf die Katheterspitze (Schubkraft, Zugkraft, Drehkräfte), im Ort des Kraftansatzes (Schlauch, Katheterspitze) sowie bei magnetischen Verfahren auch in der Stärke und Ausformung des Magnetfeldes (z. Bsp. eine möglichst große Konzentration der magnetischen Feldlinien um die longitudinale Polachse) in Verbindung mit einem möglichst klein dimensionierten permanenten Magneten in der Katheterspitze, um ein promptes Ankoppeln mit exakter räumlicher Ausrichtung der Spitze zu erreichen. Bei magnetgestützten Verfahren hängt darüber hinaus der erreichte Grad an Präzision nicht unwesentlich davon ab, ob ein ausreichend feinstufiges Ausrichten des Magnetfeldes auf mechanischem Wege erreicht werden kann und ob die Ausrichtung die tatsächliche Gefäßanatomie exakt nachvollzieht, was die „Deckungsgleichheit“ der Bezugssysteme (Bildgebung und Navigation) bzw. eine wirksame Fehlerkontrolle bei der verfahrensnotwendigen Positionierung und horizontalen Verschiebung des Patienten erfordert - eine ausreichend hohe „Auflösung“ der heutigen Bildgebung und die Verwendung eines ausreichend sensiblen und präzisen Detektions-Systems vorausgesetzt.
Die Passierbarkeit eines Gefäßes bzw. einer Stenose, wie auch die Weite des Vordringens nach distal („supraselektive Katheterisierung“) hängen im Wesentlichen vom Zusammenwirken von Präzision, Abmessungen der Katheterspitze und der Stärke der aufgewendeten magnetischen Feldstärke ab.
Essential mechanical requirements for a high degree of mobility of the catheter tip consist of a tip with the smallest possible dimensions, the greatest possible flexibility of a catheter tube that is as thin as possible, the type of force acting on the catheter tip (shearing force, pulling force, rotary forces), the location of the application of force ( hose, catheter tip) as well as in magnetic procedures also in the strength and shape of the magnetic field (e.g. the greatest possible concentration of the magnetic field lines around the longitudinal pole axis) in connection with a permanent magnet with the smallest possible dimensions in the catheter tip in order to ensure prompt coupling to achieve with exact spatial alignment of the tip. In the case of magnet-assisted procedures, the degree of precision achieved also depends not insignificantly on whether a sufficiently finely graduated alignment of the magnetic field can be achieved mechanically and whether the alignment exactly reproduces the actual vascular anatomy, which means the "congruence" of the reference systems (imaging and navigation ) or an effective error control in the procedure-necessary positioning and horizontal shifting of the patient requires a sufficiently high "resolution" of today's imaging and the use of a sufficiently sensitive and precise detection system.
The ability to pass through a vessel or a stenosis, as well as the extent of distal advance ("supraselective catheterization") depend essentially on the interaction of precision, dimensions of the catheter tip and the strength of the applied magnetic field strength.

Im Unterschied zu den Bedingungen in einer Körperhöhle (etwa einer Herzkammer) setzt ein Gefäß dem Bewegungsumfang des intraluminären Katheters entsprechend eines „Kanals“ Grenzen, abhängig von der Lumenweite. Ein seitliches Abweichen der Katheterspitze vom idealen Weg wird „anatomisch“ eingegrenzt, umso mehr, je dünner das Gefäß ist.
Für die magnetische Navigation resultiert daraus, dass eine jederzeit stabile „Einbettung“ der Katheterspitze in ein aufwendig kontrolliertes (homogenes) Magnetfeld, verbunden mit einem stabilen „Halten“ der Katheterspitze in ihrer jeweils erreichten Position und Ausrichtung, k ein e zwingende Anforderung an die intravaskuläre Katheterisierung darstellt. Vielmehr lässt sich erwarten, dass ein geringes Maß an Abweichung der Katheterspitze vom „idealen Weg“ (im Rahmen eines Positionswechsels der Magnete oder gar eines vorübergehenden Wegfalls der Magnetkraft) tolerierbar ist, ohne das Ergebnis der Navigation zu gefährden oder wesentlich zu verzögern - im Unterschied zur Navigation innerhalb einer Herzkammer oder auch innerhalb des Hirngewebes (Stereotaxie).
In contrast to the conditions in a body cavity (e.g. a heart chamber), a vessel imposes limits on the range of movement of the intraluminal catheter according to a "channel" depending on the lumen width. A lateral deviation of the catheter tip from the ideal path is "anatomically" limited, all the more so the thinner the vessel is.
For magnetic navigation, the result is that stable "embedding" of the catheter tip in a complex, controlled (homogeneous) magnetic field at all times, combined with stable "holding" of the catheter tip in its respective position and alignment, is not a mandatory requirement for the intravascular represents catheterization. Rather, it can be expected that a slight deviation of the catheter tip from the "ideal path" (in the context of a change in the position of the magnets or even a temporary loss of magnetic force) can be tolerated without endangering the result of the navigation or significantly delaying it - the difference for navigation within a heart chamber or within the brain tissue (stereotaxy).

Das Hirngewebe besitzt gegenüber anderen Körpergeweben die weitaus größte Vulnerabilität gegenüber Ischämie, welche in vielen Fällen akut auftritt (thrombo-embolisch) und nur einen kurzen Zeitkorridor für eine kausale Therapie, d.h. für eine Rekanalisierung des verschlossenen Gefäßes zulässt. Auch wenn derzeit über Zeitkorridore von 4 Stunden („systemische Lyse“) und bis zu 8 Stunden („arterielle Lyse“ mit vorausgehender Katheterisierung) diskutiert wird, innerhalb derer das statistische benefit der Behandlung die Risiken überwiegt, ist der ideale Zeitpunkt einer Behandlung sofort nach Auftreten der ersten Symptome anzusetzen, um eine vollständige Rekanalisierung und die Vermeidung bleibender neurologischer Defizite erwarten zu dürfen.
Die daraus resultierende Anforderung 2 an die intravaskuläre Katheterisierung ist somit eine möglichst hohe Geschwindigkeit des Verfahrens bzw. eine möglichst kurze Dauer bis zur endgültigen Lage des Katheters.
Compared to other body tissues, the brain tissue has by far the greatest vulnerability to ischemia, which occurs acutely in many cases (thrombo-embolic) and only allows a short time corridor for causal therapy, ie for recanalization of the blocked vessel. Even if time corridors of 4 hours (“systemic lysis”) and up to 8 hours (“arterial lysis” with preceding catheterization) are currently being discussed, within which the statistical benefit of the treatment outweighs the risks, the ideal time for treatment is immediately after on the first symptoms appear in order to be able to expect complete recanalization and the avoidance of permanent neurological deficits.
The resulting requirement 2 for intravascular catheterization is therefore the highest possible speed of the procedure and the shortest possible time until the catheter is in its final position.

Die Navigation innerhalb von Gefäßen, Herzkammern und Parenchym zur Verrichtung unterschiedlicher diagnostischer und therapeutischer Eingriffe an umschriebener Stelle erfolgt in der heutigen stationären Schwerpunktversorgung weiterhin überwiegend manuell: „Interventionalisten“ der Neuroradiologie und Kardiologie verwenden derzeit dazu eine drahtunterstützte Navigation mit Führungsdrähten aus Edelstahl mit Kalibergrößen von 0,008" bis 0,014" (0,36 mm), die vor dem Einschub des flexiblen Mikrokatheters unter relativ hohem Zeiteinsatz - im Mittel zwischen 45 und 60 min bei den Hirngefäßen - und in erheblichem Maße abhängig von der Erfahrung des Untersuchers entlang des Gefäßes zu positionieren sind. Die entsprechenden Innendurchmesser der verwendeten Mikrokatheter, die im Anschluss an die Navigation über den Führungsdraht in die gewünschte Position geschoben werden, liegen in der Regel bei 0,010" und 0,018" (0,46 mm). Der Vorschub wird sowohl manuell, als auch apparativ (sog. „advancer“) vorgenommen.The navigation within vessels, heart chambers and parenchyma for the performance of various diagnostic and therapeutic interventions at a circumscribed location is still predominantly manual in today's inpatient primary care: "Interventionalists" in neuroradiology and cardiology currently use wire-supported navigation with guide wires made of stainless steel with a caliber size of 0.008 " to 0.014" (0.36 mm) that have to be positioned along the vessel before inserting the flexible microcatheter, which takes a relatively long time - on average between 45 and 60 minutes for the cerebral vessels - and depends to a large extent on the experience of the examiner . The corresponding inner diameters of the microcatheters used, which are pushed into the desired position over the guide wire after navigation, are usually 0.010" and 0.018" (0.46 mm). The feed is carried out both manually and mechanically (so-called "advancer").

Erhebliche Nachteile, die sich aus diesem etablierten Vorschub-Verfahren ergeben, betreffen therapeutische Effizienz, Einsetzbarkeit und Sicherheit der Gefäß-Katheterisierung:

  • - Die Möglichkeit der Gerinselbildung an der Oberfläche des Katheters mit zunehmender Dauer des Verfahrens.
  • - Die Möglichkeit, die Ischämie durch den eingeführten Katheter selbst zu verschlimmern, abhängig von dessen Durchmesser.
  • - Sprunghafte, schwer kontrollierbare Bewegungen des Führungsdrahtes (Vorschnellen, „coning“ usw.) bei der manuellen Kraftübertragung vom proximalen zum distalen Ende des Drahtes, insbesondere bei langen Übertragungswegen.
  • - Die Möglichkeit der Auslösung sog. Gefäßspasmen mit nachfolgender Ischämie, abhängig vom Ausmaß der Gefäßwandirritation.
  • - Das relativ hohe Risiko der Verletzung von Gefäßwänden mit der Folge intrazerebraler Blutungen, Loslösung von Gefäßwand-Plaques, akuter Ischämie oder Dissektionen.
  • - Die intolerable Zunahme dieser Komplikationen bei komplexen und / oder pathologisch stark veränderten Gefäßverläufen mit kombinierten steilen Gefäßabgängen, stark gewundenen Abschnitten und ausgeprägten Stenosierungen, die bisher nicht selten eine Anwendungsbeschränkung für die Gefäß-Katheterisierung bedeuten.
  • - Der große Zeitbedarf angesichts der therapeutischen Erfordernisse, wie sie sich bei akuten vaskulären Krankheitsbildern (insbesondere beim „zerebralen stroke') ergeben.
  • - Die Abhängigkeit des Resultats (und der Komplikationsrate) vom Erfahrungsstand des Untersuchers und demzufolge die Beschränkung des Einsatzes auf erfahrene Zentren, auch bei der Versorgung durchaus häufiger Krankheitsbilder.
Significant disadvantages resulting from this established advancement procedure relate to therapeutic efficiency, usability and safety of vascular catheterization:
  • - The possibility of clot formation on the surface of the catheter as the procedure progresses.
  • - The possibility of aggravating the ischemia from the inserted catheter itself, depending on its diameter.
  • - Erratic, difficult-to-control movements of the guide wire (jumping, "coning", etc.) during manual force transmission from the proximal to the distal end of the wire, especially over long transmission distances.
  • - The possibility of triggering so-called vascular spasms with subsequent ischemia, depending on the extent of the vascular wall irritation.
  • - The relatively high risk of injury to vessel walls resulting in intracerebral hemorrhage, detachment of vessel wall plaques, acute ischemia or dissections.
  • - The intolerable increase in these complications in complex and / or pathologically severely altered vascular courses with combined steep vascular branches, severely tortuous sections and pronounced stenoses, which up to now have often meant a limitation of the use of vascular catheterization.
  • - The great amount of time required in view of the therapeutic requirements as they arise in the case of acute vascular diseases (especially in the case of "cerebral stroke").
  • - The dependency of the result (and the complication rate) on the level of experience of the examiner and consequently the restriction of use to experienced centres, even when treating quite common clinical pictures.

Ausgangpunkt bei der Entwicklung magnetgestützter Navigationssysteme blieb bis heute die Erwartung, dass sich mittels präziser und möglicherweise beschleunigter Fortbewegung des Katheters durch das Gefäß diese wesentlichen Nachteile des manuellen Vorschubs aufheben lassen und sich dadurch sowohl eine signifikante Steigerung der therapeutischen Effektivität und Sicherheit der intravaskulären Katheterisierung, als auch eine Ausweitung ihrer Anwendung auf bislang sehr problematische Gefäßverhältnisse oder auf die Akutbehandlung kardialer und zerebraler Erkrankungen ergeben mögen.
Die Entwicklung während der vergangenen 4 Jahrzehnte verlief dabei in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit ausreichend kompakter und starker, axial symmetrischer Elektromagneten, ferner von der Anwendbarkeit einer ausreichend präzisen Mechanik mit Freiheitsgraden in allen Raumrichtungen, von der Qualität der Bildgebung, von der Verfügbarkeit geeigneter Detektionssysteme (elektromagnetisch, sonographisch, biplanare Fluoroskopie usw.) sowie von der Entwicklung anwendungsorientierter Strategien, Algorithmen und Verfahren im Umgang mit diesen Techniken, in denen sich ein wachsendes Verständnis des Anforderungs-Profils der intravaskulären Katheterisierung und der Wechselwirkungen zwischen Magnetkräften, Katheter und den jeweiligen physiologischen und anatomischen Bedingungen abbildete (1, 2, 5, 7).
Die Entwicklung solcher Systeme war zunächst kardiologisch und neurochirurgisch motiviert und vollzog sich daher auch in Anpassung an die besonderen physiologischen und anatomischen Bedingungen, wie sie in Herzkammern und Hirngewebe herrschen. Hier erwies es sich als vorteilhaft, ein kontinuierlich wirksames, die Katheterspitze exakt ausrichtendes und in ihrer jeweiligen Position „haltendes“ Magnetfeld zu etablieren, um mögliche Abweichungen der Katheterspitze vom idealen Weg bzw. von ihrer erreichten Position zu vermeiden und das Ziel im Bereich der Herzkammer über die Zeitdauer der folgenden therapeutischen Verrichtungen hinweg punktgenau zu focussieren. Für die magnetgestützte Navigation innerhalb der Herzkammern ergab sich ein besonderes Anforderungs-Profil, bei dem auch der rhythmische Bewegungsumfang des Herzens selbst, die turbulenten Strömungsverhältnisse, aber auch die Folgen einer möglichen Abweichung der Katheterspitze vom idealen Weg (durch Verlust der magnetischen Kontrolle) eine besondere Rolle spielten. Das schrittweise Voranbringen des Katheters wurde in herkömmlicher Weise der manuell oder apparativ aufgebrachten Schubkraft überlassen - jeweils nach der vorausgegangenen Ausrichtung der Katheterspitze durch das magnetische Feld (2, 3, 4, 5, 6). Man konzentrierte sich auf die aufwendige Steuerung überlagernder bzw. homogener Magnetfelder, mit dem Ziel, die magnetisierte Spitze eines Führungsdrahtes oder Katheters entlang der im Körper erzeugten magnetischen Feldlinien auszurichten, entsprechend den vorgefundenen anatomischen Gegebenheiten, die jeweils vor dem Eingriff durch Bildgebung (Computer- bzw. Kernspintomographie) zu ermitteln waren. Diese Systeme sehen heute die Anwendung zumeist mehrerer externer Elektromagneten (Magnet-Cluster) vor, entweder mobilisiert und ausgestattet mit mechanischen Aufhängungen unterschiedlicher Freiheitsgrade für die Ausrichtung ihrer Magnetfelder oder fest in bestimmten Raumrichtungen positioniert, wie etwa in orthogonaler oder gegenüberliegender Anordnung, das betreffende Gefäßsystem umgebend (1, 2, 3, 6, 11).
Für die computergestützte Durchführung entstanden entsprechend aufwendige Verfahrens-Algorithmen.
Das von Ritter et.al. (3, 4, 5, 7) entwickelte und mittlerweile kontinuierlich weiterentwickelte „magnetic navigation system“ (MNS) von StereotaxisR (Niobe II System, StereotaxisR, St. Louis, Mo) befindet sich international in klinischer Nutzung im Bereich der universitären und schwerpunktmäßigen kardiologischen Versorgung. Es arbeitet mit zwei gegenüberliegend angeordneten, vertikal schwenkbaren, komplexen Elektromagneten und stellt im Herzen ein homogenes Magnetfeld von 0,1 bis 0,3 tesla zur Ausrichtung der magnetisierten Katheterspitze her. Die resultierende Geschwindigkeit, die dieser komplexe Regelkreis in der klinischen Anwendung aufbringt, ist noch nicht ausreichend im Vergleich mit anderen Verfahren evaluiert und beurteilbar. Die Ausrichtung der Magnete erfolgt für jede neue Position innerhalb von 5 - 10 sec, zuzüglich der Zeit, die jeweils für die Beurteilung der aktuellen Katheterlage und die resultierenden Steuerungen durch den Untersucher (der in den Regelkreis des Verfahrens notwendigerweise eingebunden bleibt) sowie für den weiterhin vorgesehenen mechanischen Vorschub des Katheters aufzuwenden ist. Die aufwendige technische Ausstattung sichert die exakte und „haltende“ Führung der Katheterspitze, wie sie zum Navigieren innerhalb der Herzkammern erforderlich ist.
The starting point in the development of magnet-supported navigation systems has always been the expectation that these essential disadvantages of manual advancement can be eliminated by means of a precise and possibly accelerated movement of the catheter through the vessel, and that a significant increase in the therapeutic effectiveness and safety of intravascular catheterization can be achieved as a result an extension of their application to previously very problematic vascular conditions or to the acute treatment of cardiac and cerebral diseases may also result.
The development over the past 4 decades was dependent on the availability of sufficiently compact and strong, axially symmetrical electromagnets, the applicability of sufficiently precise mechanics with degrees of freedom in all spatial directions, the quality of the imaging, the availability of suitable detection systems (electromagnetic , sonographic, biplanar fluoroscopy, etc.) as well as the development of application-oriented strategies, algorithms and procedures in dealing with these techniques, in which there is a growing understanding of the requirement profile of intravascular catheterization and the interactions between magnetic forces, catheter and the respective physiological and anatomical Conditions mapped (1, 2, 5, 7).
The development of such systems was initially motivated by cardiology and neurosurgery and was therefore also adapted to the special physiological and anatomical conditions prevailing in heart chambers and brain tissue. Here it proved to be advantageous to establish a continuously effective magnetic field that precisely aligns the catheter tip and "holds" it in its respective position in order to avoid possible deviations of the catheter tip from the ideal path or from its reached position and the target in the area of the heart chamber over the duration of the following therapeutic procedures to focus precisely. A special requirement profile arose for the magnet-supported navigation within the heart chambers, in which the rhythmic range of motion of the heart itself, the turbulent flow conditions, but also the consequences of a possible deviation of the catheter tip from the ideal path (due to loss of magnetic control) have a special role played. The step-by-step advancement of the catheter was conventionally left to the manual or mechanically applied pushing force - in each case after the previous alignment of the catheter tip by the magnetic field (2, 3, 4, 5, 6). The focus was on the complex control of superimposed or homogeneous magnetic fields, with the aim of aligning the magnetized tip of a guide wire or catheter along the magnetic field lines generated in the body, according to the anatomical conditions found, which were determined by imaging (computer or computer) prior to the intervention . Magnetic resonance tomography) were to be determined. Today, these systems usually envisage the use of several external electromagnets (magnet clusters), either mobilized and equipped with mechanical suspensions with different degrees of freedom for the orientation of their magnetic fields, or fixed in certain spatial directions, such as in an orthogonal or opposite arrangement, surrounding the vascular system in question (1, 2, 3, 6, 11).
Correspondingly complex process algorithms were developed for the computer-assisted implementation.
The Ritter et al. (3, 4, 5, 7) developed and now continuously further developed "magnetic navigation system" (MNS) by Stereotaxis R (Niobe II System, Stereotaxis R , St. Louis, Mo) is internationally in clinical use in the field of university and focused cardiological care. It works with two oppositely arranged, vertically pivotable, complex electromagnets and creates a homogeneous magnetic field of 0.1 to 0.3 tesla in the heart to align the magnetized catheter tip. The resulting speed that this complex control circuit generates in clinical use has not yet been adequately evaluated and assessed in comparison with other methods. The magnets are aligned for each new position within 5 - 10 seconds, plus the time required for the assessment of the current catheter position and the resulting controls by the examiner (who necessarily remains involved in the control loop of the procedure) and for the further intended mechanical advancement of the catheter is to be expended. The complex technical equipment ensures the exact and "holding" guidance of the catheter tip, as required for navigating within the heart chambers.

Ein durch Magnetkraft bewirkter Ein zug des Katheters simultan zu seiner magnetisch bewirkten Navigation wurde in der bisherigen Entwicklung wiederholt angeregt und diskutiert (7), insbesondere im Zusammenhang mit dem Einbringen embolisierenden Materials in Form magnetisierter sog. ‚coils‘ in ein Aneurysma, wobei es darum geht, das Material gradient-vermittelt an eine geeignete Wand des Aneurysmas zu ziehen bzw. zu drücken.A pull-in of the catheter caused by magnetic force simultaneously with its magnetically caused navigation has been repeatedly suggested and discussed in previous developments (7), particularly in connection with the introduction of embolizing material in the form of magnetized so-called 'coils' into an aneurysm is to pull or push the material gradient-mediated against a suitable wall of the aneurysm.

Shacharet. al. (11) entwickelten ein aufwendiges Magnet-System, das neben eines „navigierenden Kraftfelds“ zur Ausrichtung der Katheterspitze an den erzeugten Feldlinien (0,15 - 0,3 tesla) auch eine gradient-vermittelte, longitudinale Kraftwirkung zur Fortbewegung des Katheters (1,6 - 3,0 tesla) nutzt. Die aufwendige Modulation des Kraftfeldes erlaubt auch die Kombination der unterschiedlichen Kraftansätze und ihren synchronen Einsatz. Das System stellt sich jedoch ebenfalls als sehr aufwendig dar und kontrolliert das Magnetfeld über ein Cluster mit maximal 8 Elektromagneten, jeweils angeordnet in unterschiedlichen Symmetrien und mit einem entsprechend komplexen steuernden Algorithmus. Auch seine Geschwindigkeit in der klinischen Anwendung ist noch nicht hinreichend evaluiert.Shacharet. al. (11) developed an elaborate magnet system which, in addition to a "navigating force field" to align the catheter tip to the generated field lines (0.15 - 0.3 tesla), also uses a gradient-mediated, longitudinal force effect to move the catheter (1, 6 - 3.0 tesla) uses. The complex modulation of the force field also allows the combination of the different force approaches and their synchronous use. However, the system is also very complex and controls the magnetic field via a cluster with a maximum of 8 electromagnets, each arranged in different symmetries and with a correspondingly complex controlling algorithm. Its speed in clinical application has also not yet been adequately evaluated.

Eine weitere Entwicklungslinie besteht in einem „all-in-one“-Konzept mit enger Anlehnung an die Technik der Kernspintomographie bzw. sogar einer Implementierung der Navigation in die apparative Anordnung der Kernspintomographie (8, 9, 10). Mit dem Ziel, Bildgebung und Navigation synchron erfolgen zu lassen und dadurch sowohl die Präzision zu erhöhen, als auch die möglichen Fehlerquellen zu vermeiden, die aus der räumlichen und zeitlichen Trennung und der Horizontal-Verschiebung des Patienten resultieren können, werden derzeit von unterschiedlichen Arbeitsgruppen sehr große Anstrengungen unternommen. Allerdings würde diese Entwicklung den Einsatz der Navigation langfristig sehr aufwendig gestalten und auf hochspezialisierte Zentren der sog. Maximalversorgung einengen.Another line of development consists of an "all-in-one" concept closely based on the technology of magnetic resonance imaging or even an implementation of the navigation in the apparatus configuration of magnetic resonance imaging (8, 9, 10). Various working groups are currently working very great effort made. However, this development would make the use of navigation very complex in the long term and would restrict it to highly specialized centers of so-called maximum care.

Die bisherige Entwicklung führte vielmehr zu aufwendigen und kostenträchtigen Systemen, deren Steuerungsumfang über das Erfordernis-Profil einer ausschließlich intravaskulären Katheterisierung hinausgeht und deren Schwerpunkt bei speziellen, elektiven Eingriffen in kardiologischen oder neurochirurgischen Zentren liegt, deren Einsatz aber aufgrund der langfristig nicht zu leistenden finanziellen Belastung nicht in der stationären Regelversorgung und zur Akutbehandlung häufiger vaskulärer Krankheitsbilder vorgesehen ist.
Zudem bleibt es fraglich, ob der Zeitbedarf dieser komplexen Systeme bis zur endgültigen Positionierung des Katheters die Erfordernisse einer Akutbehandlung (etwa des „zerebralen stroke“) erfüllt.
Rather, the previous development has led to complex and costly systems whose scope of control goes beyond the requirement profile of an exclusively intravascular catheterization and whose focus is on special, elective interventions in cardiological or neurosurgical centers, but whose use is not possible due to the financial burden that cannot be met in the long term in standard inpatient care and for the acute treatment of frequent vascular diseases.
In addition, it remains questionable whether the time required for these complex systems until the catheter is finally positioned meets the requirements for acute treatment (such as a “cerebral stroke”).

Aus dem Dokument DE 10 2005 028 226 A1 ist bekannt eine Vorrichtung zum Steuern der Bewegung eines katheterartigen Werkzeugs mit einer magnetischen Katheterspitze, die am vorderen Ende eines langen Katheterschlauchs angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von einander diametral gegenüberliegenden Magneten, die an einem bogenförmigen Magnetarm schwenkbeweglich angebracht sind, der wiederum über eine Lagerung in Umfangsrichtung verfahrbar ist. Soll der Katheter vorgeschoben werden, so werden durch die Magnete solche Magnetfelder erzeugt, dass die magnetische Katheterspitze sich in die gewünschte Richtung orientiert. Dazu ist ein joystickartiges Lenkelement vorgesehen. Der Katheter kann manuell oder motorisch vorgeschoben werden. Das Lenken der Katheterspitze durch die Mehrzahl von Magneten einerseits und der Vorschub des Katheterschlauchs andererseits sind funktional getrennt.From the document DE 10 2005 028 226 A1 is known a device for controlling the movement of a catheter-like tool with a magnetic catheter tip arranged at the front end of a long catheter tube. The device comprises a plurality of diametrically opposed magnets which are pivotally attached to an arcuate magnet arm which in turn can be moved in the circumferential direction via a bearing. If the catheter is to be advanced, the magnets generate such magnetic fields that the magnetic catheter tip is oriented in the desired direction. A joystick-like steering element is provided for this purpose. The catheter can be advanced manually or by motor. The steering of the catheter tip by the plurality of magnets on the one hand and the advancement of the catheter tube on the other are functionally separate.

Der besondere Focus lag in der bisherigen Entwicklung nicht auf einem magnetisch geführten Ein zug des Katheters durch Wirksamwerden eines einzigen ausgerichteten magnetischen Gradienten. Die Beschränkung auf eine ausschließlich gradientvermittelte Navigation mit einer einzigen gerichteten Zugkraft entlang des longitudinalen Gradienten, der eine magnetisierte Katheterspitze „ankoppeln“ und seiner räumlichen Ausrichtung folgen lässt, wurde bisher nicht zu einem grundlegenden Prinzip für die Gefäß-Katheterisierung erhoben und unter entsprechenden methodisch-apparativen Neuerungen und Anpassungen an klinische Abläufe realisiert.In the previous development, the special focus was not on a magnetically guided insertion of the catheter through the activation of a single aligned magnetic gradient. The restriction to an exclusively gradient-mediated navigation with a single directed pulling force along the longitudinal gradient, which allows a magnetized catheter tip to "couple" and follow its spatial orientation, has not yet been raised to a fundamental principle for vascular catheterization and has not been subject to the appropriate methodological and apparatus Innovations and adjustments to clinical processes implemented.

Es lässt sich erwarten, dass ein apparatives Verfahren entsprechend dem vorgestellten die bei der intravaskulären Katheterisierung gestellten Probleme zu lösen imstande ist, um

  • - eine vergleichbar rasche Katheter-Positionierung,
  • - eine vergleichbar größere Sicherheit und geringere Traumatisierung,
  • - eine relevante Ausweitung der Indikationsstellung bei seiner Anwendung sowie
leichzeitig eine relevante anwendungsorientierte Verfahrensvereinfachung im Vergleich mit bisherigen magnetischen Navigationsverfahren zu erreichen.It can be expected that an apparatus-based procedure corresponding to the one presented will be able to solve the problems associated with intravascular catheterization in order to
  • - a comparably quick catheter positioning,
  • - Comparably greater security and less traumatization,
  • - a relevant extension of the indication for its use as well as
at the same time to achieve a relevant application-oriented process simplification compared to previous magnetic navigation processes.

Durch Herstellung der beschriebenen verfahrenstechnischen Voraussetzungen und Problemlösungen sollen die genannten Ziele erreicht werden.The goals mentioned are to be achieved by establishing the process engineering prerequisites and problem solutions described.

IV. Methodische und technische Neuerungen des VorhabensIV. Methodical and technical innovations of the project

1. Die Beschränkung auf eine Zugkraft durch Wirksamwerden eines magnetischen Gradienten zwischen der magnetisierten Katheterspitze und einem einzelnen externen und mit hohem Freiheitsgrad räumlich exakt ausgerichteten Elektromagneten („Zugmagnet“) lässt Ausrichtung und Fortbewegung der intravaskulären Katheterspitze in einem Zuge erfolgen („synchrone Navigation“), wobei die Kraftumkehr (Einzug statt Vorschub) den Katheter gleichsam mit einem „Frontantrieb“ ausstattet, die präzise Lenkung der Katheterspitze unterstützt und die Risiken gegenüber dem manuellen Vorschub-Verfahren minimiert.1. The restriction to a tensile force through the effect of a magnetic gradient between the magnetized catheter tip and a single external electromagnet that is spatially precisely aligned with a high degree of freedom ("pulling magnet") allows the intravascular catheter tip to be aligned and moved in one go ("synchronous navigation"). , whereby the force reversal (retraction instead of advance) equips the catheter with a "front drive", so to speak, supports the precise steering of the catheter tip and minimizes the risks compared to the manual advance procedure.

2. Die Anwendung eines C-Bogens als wesentlicher Bestandteil der tragenden und ausrichtenden Mechanik des Elektromagneten, wobei zwei getrennt positionierte mechanische Einheiten vorgesehen sind: Eine sog. „innere Mechanik“ vermittelt das longitudinale Verschieben des Magneten entlang des C-Bogens und dessen Neigung gegenüber der Ebene, die der C-Bogen umschließt. Die Motor-Einheit ist an der Innenseite des C-Bogens sowie in seinem Inneren untergebracht und nutzt zur Verschiebung eine Schiene innerhalb des C-Bogen und zur Neigung ein Kugelgelenk. Eine sog. „äußere Mechanik“ bewirkt das Schwenken des C-Bogens um seine horizontale Achse sowie seine Drehung um die Ebene, die er umschließt. Die Motoren sind innerhalb eines den C-Bogen umfassenden Gelenkes (zur Drehung) sowie innerhalb der stehenden Haltevorrichtung für den C-Bogen (Schwenken) positioniert. „Innere“ und „äußere“ Mechanik erlauben für die räumliche Ausrichtung einen Freiheitsgrad in allen Raumrichtungen bis auf die Bewegung des Magneten innerhalb der Ebene, die der C-Bogen umschließt (Die Variation des Abstands des Pols von der Katheterspitze wird hier durch die Variation der Magnetfeldstärke ersetzt).2. The use of a C-arm as an essential part of the supporting and aligning mechanics of the electromagnet, whereby two separately positioned mechanical units are provided: A so-called "internal mechanism" mediates the longitudinal displacement of the magnet along the C-arm and its inclination in relation to it the plane that the C-arm encloses. The motor unit is housed on the inside and inside of the C-arm and uses a rail inside the C-arm to move and a ball joint to tilt. A so-called "external mechanism" causes the C-arm to swivel around its horizontal axis and rotate around the plane it encloses. The motors are positioned within a joint encompassing the C-arm (for rotation) and within the stationary holding device for the C-arm (pivoting). "Inner" and "outer" mechanics allow a degree of freedom in all spatial directions for the spatial alignment except for the movement of the magnet within the plane that encloses the C-arm (the variation in the distance of the pole from the catheter tip is here caused by the variation in the magnetic field strength replaced).

3. Das kontinuierliche Einwirken der magnetischen Zugkraft sowie ein gleichzeitig andauernder, mechanisch vermittelter Rückhalt verleihen der Katheterspitze eine dynamische „Aufhängung“ zwischen beiden gegeneinander gerichteten Kräften, was sowohl ihre Absicherung herstellt, wie auch ihre magnetische Ankopplung und ihre präzise Ausrichtung am longitudinalen magnetischen Gradienten unterstützt.3. The continuous action of the magnetic pulling force as well as a simultaneously lasting, mechanically mediated support give the catheter tip a dynamic "suspension" between the two opposing forces, which both creates its security and supports its magnetic coupling and its precise alignment with the longitudinal magnetic gradient .

4. Der in Segmenten variabler Länge und mit variabler Geschwindigkeit erfolgende Einzug des Katheters aufgrund entsprechender Rotation motorisierter, den Katheterschlauch führender und komprimierender Walzen („Holder“), die das jeweilige Katheter-Segment unter kontrollierendem und synchronisierendem Einfluss der Systemsteuerung an die Wirkung der kontinuierlich auf die Katheterspitze gerichteten Zugkraft „übergeben“ („permissiver Einzug“).4. The retraction of the catheter, which takes place in segments of variable length and at variable speed, due to the corresponding rotation of motorized rollers that guide and compress the catheter tube ("holder"), which adapt the respective catheter segment under the controlling and synchronizing influence of the system control to the effect of the continuously to the pulling force directed at the tip of the catheter (“permissive retraction”).

5. Die Verwendung eines Katheters, der neben seiner entsprechend magnetisierten und an die verwendete Detektion angepassten Spitze einen geringen Durchmesser (0,5 - 1,5 mm) bewahren und entsprechend günstige mechanische Eigenschaften aufweisen kann - im Wesentlichen ermöglicht durch den Wegfall der beim herkömmlichen Vorschub-Verfahren notwendigen Kraftübertragung - und der über Perforationen seines Schlauchs, unmittelbar an seine Spitze anschließend, zur Verbesserung seiner Flexibilität sowie zum Austritt diagnostischer oder therapeutischer Präparate verfügt.5. The use of a catheter next to its appropriately magnetized and attached the tip used for detection can retain a small diameter (0.5 - 1.5 mm) and have correspondingly favorable mechanical properties - essentially made possible by the omission of the power transmission required in the conventional feed method - and that via perforations in its hose connected to its tip, to improve its flexibility and to release diagnostic or therapeutic preparations.

7. Die Prozedur zur Konstruktion einer geeigneten Datengrundlage aus dem Datensatz einer computer- bzw. kernspintomographisch erstellten 3-d-Rekonstruktion des Gefäßabschnitts geschieht vor Beginn der Navigation und wird durch einen programmierten Algorithmus vorgenommen. Die Datengrundlage dient der Systemsteuerung zur synchronisierenden Lenkung aller Elemente des Regelkreises bei der Navigation. Sie umfasst die Segmentierung des gesamten Einzugs, die angepasste Variationsfolge der Magnetfeldstärke, den resultierenden Führungsweg des Zugmagneten mit entsprechenden Positionierungsbefehlen an seine Mechanik sowie einer synchronisierten Befehlsstruktur an den „Holder“.7. The procedure for constructing a suitable data basis from the data set of a 3-D reconstruction of the vessel section created by computer or magnetic resonance imaging takes place before the start of the navigation and is carried out by a programmed algorithm. The data basis is used by the system control for the synchronizing control of all elements of the control loop during navigation. It includes the segmentation of the entire feed, the adapted variation sequence of the magnetic field strength, the resulting guide path of the pull magnet with corresponding positioning commands to its mechanics and a synchronized command structure to the "holder".

V. Detaillierte Beschreibung des VerfahrensV. Detailed description of the procedure

(s. VIII. Abbildungen, S. 34 - 46)(see VIII. Figures, p. 34 - 46)

Der geschlossene Regelkreis des Verfahrens verfügt über „exekutive“ Vorrichtungen (Elektromagnet und seine Mechanik, Holder und Mikrokatheter), „detektierende“ Komponenten (integrierte elektromagnetische Detektion, das zu detektierende Tool in der Katheterspitze und die Längenbestimmung durch den Holder) sowie über die „Systemsteuerung“. Der Regelkreis verfügt darüber hinaus über eine Schnittstelle zum Datensatz der vorausgehenden Bildgebung sowie über einen implementierten Algorithmus zur Generierung einer systemkonformen Datengrundlage. Den kontrollierenden Zugang des Untersuchers vermittelt die Systemsteuerung über ein entsprechendes Interface. Vorgesehen sind weiterhin diejenigen Vorrichtungen, die eine exakte Positionierung des Patienten, seine horizontale Verlagerung einschließlich einer fein-justierbaren Fehlerkorrektur sicherstellen.
und geben im Maßstab 1:16,6 und 1:13,6 einen ersten Überblick über die Anordnung des Elektromagneten (2), seiner Mechanik (1, 3 - 7) und der integrierten elektromagnetischen Detektion (15b - 15d) aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen. Die dabei angegebenen Abmessungen der Mechanik sind Annäherungswerte. Darüber hinaus sind auch der horizontal bewegliche Untersuchungstisch (26), der die Gantry (13) des Tomographen (11, 12) mit dem Wirkbereich der Navigation verbindet, wie auch die horizontale Widerstandsbahn (9), die Unterlage des Patienten (10) sowie die Position der Haltevorrichtung für den Kopf des Patienten (46) dargestellt. Die Position des Tomographen (11, 12, 13), der kein systemimmanentes Tool darstellt, bleibt daher angedeutet. Vorderansicht und Aufsicht ( ) geben zudem den geschätzten Abstand zwischen Antennen (15b) und Kopf des Patienten sowie den Abstand zwischen den Markern (15c) an.
The closed control loop of the procedure has "executive" devices (electromagnet and its mechanics, holder and microcatheter), "detecting" components (integrated electromagnetic detection, the tool to be detected in the catheter tip and the length determination by the holder) as well as the "system control “. The control circuit also has an interface to the data set of the previous imaging and an implemented algorithm for generating a system-compliant data basis. The system control mediates the controlling access of the examiner via a corresponding interface. Also provided are those devices that ensure an exact positioning of the patient, his horizontal displacement including a finely adjustable error correction.
and give a first overview of the arrangement of the electromagnet (2), its mechanics (1, 3 - 7) and the integrated electromagnetic detection (15b - 15d) from different viewing directions on a scale of 1:16.6 and 1:13.6. The specified mechanical dimensions are approximate values. In addition, the horizontally movable examination table (26), which connects the gantry (13) of the tomograph (11, 12) with the effective range of the navigation, as well as the horizontal resistance track (9), the patient's pad (10) and the Position of patient head support (46) shown. The position of the tomograph (11, 12, 13), which is not a tool inherent in the system, is therefore indicated. Front view and top view ( ) also indicate the estimated distance between the antennae (15b) and the patient's head and the distance between the markers (15c).

Am Beginn des Verfahrens und noch vor der Navigation steht die Prozedur zur Konstruktion einer geeigneten Datengrundlage (17) aus der computer- bzw. kernspintomographisch erstellten 3-d-Rekonstruktion des betreffenden Gefäßverlaufs, auf die sich fortan die Steuerung des Regelkreises der Navigation bezieht. sowie , und zeigen Teilschritte und Ergebnisse dieses Prozesses.At the beginning of the process and even before the navigation, there is the procedure for constructing a suitable database (17) from the computer or magnetic resonance tomographic 3D reconstruction of the course of the vessel in question, to which the control of the navigation control loop is based from now on. such as , and show partial steps and results of this process.

Der implementierte Algorithmus (18) lässt über eine Schnittstelle auf den Datensatz der Bildgebung (11) zugreifen. Der dargestellte Gefäßverlauf (34) wird zunächst über seine gesamte Länge hinweg in virtuelle Segmente (37) unterteilt. Der Abstand (38) der senkrecht zur longitudinalen Achse des Gefäßes gesetzten Schnittebenen (37a) steht in einem reziproken Verhältnis zur Richtungsänderung der longitudinalen Achse des Gefäßes (36) (entsprechend der Fließrichtung), die den Winkel der Schnittebenen zueinander bestimmt: Je größer die Richtungsänderung der longitudinalen Gefäßachse (d.h. der Krümmungsgrad des Gefäßes), desto dichter ist die Schnittfolge (42). Die Vorgabe an den Algorithmus besteht somit in einem bestimmten Winkelmaß, ab dem eine erneute Schnittführung durch die Gefäßrekonstruktion angelegt wird. Die Berücksichtigung von stenosebedingten Richtungswechseln (35) hängt dabei vom Auflösungsvermögen der verwendeten Bildgebung ab (die mittlerweile eine dafür ausreichende Qualität erreicht hat).
Die Schnittebenen (37a) durch die Gefäßrekonstruktion werden auf das virtuelle Koordinatensystem der Bildgebung (20) bezogen. Danach erfolgen für jedes Segment longitudinale Vektorführungen (40) durch das Zentrum des Gefäßlumens, deren Raumrichtungen, ebenfalls bezogen auf das Koordinatensystem (20), die Abfolge der Raumrichtungen abbildet, in welche die Fließrichtung des Gefäßes jeweils „zielt“. Die vektoriellen Daten werden im Anschluss auf das virtuelle Koordinatensystem der Navigation (19) übertragen, was einer virtuellen Horizontalverschiebung des Koordinatensystems (25) gleichkommt, die nachfolgend vom Körper, der das Gefäßsystem beherbergt, in exakter Übereinstimmung nachvollzogen werden muss (21). Es resultiert eine Abfolge räumlicher Ausrichtungen, die das Magnetfeld des Zugmagneten (2) einzunehmen hat, um den wirksamen magnetischen Gradienten stets in Übereinstimmung mit der longitudinalen Gefäßachse zu bringen und die intravaskuläre Katheterspitze magnetisch ankoppeln zu lassen. Diese räumlichen Koordinaten entsprechen in ihrer Abfolge dem „Pfad“ (28), auf dem der Zugmagnet (2) während der folgenden Navigation um den betreffenden Gefäßverlauf (34) herum geführt wird, im Sinne eines exakt definierten Bewegungsumfangs.
Abschließend werden die räumlichen Koordinaten in entsprechende Steuerbefehle übersetzt, die als Abfolge während der Navigation an die motorisierte Mechanik des Magneten gerichtet werden (29, 30).
The implemented algorithm (18) allows access to the imaging data set (11) via an interface. The course of the vessel (34) shown is first divided into virtual segments (37) over its entire length. The distance (38) of the section planes (37a) perpendicular to the longitudinal axis of the vessel is in a reciprocal relationship to the change in direction of the longitudinal axis of the vessel (36) (corresponding to the direction of flow), which determines the angle of the section planes to one another: the greater the change in direction the longitudinal axis of the vessel (ie the degree of curvature of the vessel), the denser the cut sequence (42). The default for the algorithm is therefore a specific angular dimension from which a new incision is made through the vessel reconstruction. The consideration of stenosis-related changes in direction (35) depends on the resolution of the imaging used (which has now reached a sufficient quality for this).
The sectional planes (37a) through the vessel reconstruction are related to the virtual coordinate system of the imaging (20). Then, for each segment, longitudinal vector guides (40) are made through the center of the vessel lumen, the spatial directions of which, also related to the coordinate system (20), depict the sequence of spatial directions in which the flow direction of the vessel is "targeted". The vectorial data are then transferred to the virtual coordinate system of the navigation (19), which is equivalent to a virtual horizontal displacement of the coordinate system (25), which must then be reproduced in exact accordance by the body that houses the vascular system (21). The result is a sequence of spatial alignments that the magnetic field of the pulling magnet (2) has to adopt in order to always bring the effective magnetic gradient into line with the longitudinal axis of the vessel and having the intravascular catheter tip magnetically coupled. The sequence of these spatial coordinates corresponds to the “path” (28) on which the pulling magnet (2) is guided around the relevant course of the vessel (34) during the subsequent navigation, in the sense of a precisely defined range of motion.
Finally, the spatial coordinates are translated into corresponding control commands, which are directed to the motorized mechanics of the magnet as a sequence during navigation (29, 30).

Die resultierende Längen-Abfolge der Segmente (42) über den gesamten Gefäßverlauf hinweg wird in eine entsprechende Befehlsstruktur an den Holder (8) übersetzt, die während der folgenden Navigation, synchronisiert mit der Ausrichtung des Magneten, an die Motoren des Holders gesendet wird (32), um den segmentierten Einzug des Katheters zu ermöglichen.
Obwohl sich die Variationsbreite der Längen (38) erst durch experimentelle Evaluation bestimmen lässt, verlangt ein exaktes Nachvollziehen stenosebedingter Richtungswechsel des Gefäßes (35) auf kurzer Distanz (im Bereich weniger Millimeter) möglichst kurze Schrittfolgen bis hin zu einem möglichst fließenden Einzug. Der Untersucher kann zu jedem späteren Zeitpunkt während der Navigation die Entscheidung über die jeweiligen Längen der Einzugs-Segmente treffen. Der am Beginn des Verfahrens generierende Algorithmus nimmt hingegen diese Entscheidung bereits vorweg und unterstützt dadurch den automatisierten Ablauf des Navigations-Verfahrens.
The resulting sequence of lengths of the segments (42) over the entire course of the vessel is translated into a corresponding command structure to the Holder (8), which is sent to the Holder's motors during the subsequent navigation, synchronized with the alignment of the magnet (32 ) to allow segmented insertion of the catheter.
Although the range of variation of the lengths (38) can only be determined by experimental evaluation, an exact replication of stenosis-related changes in direction of the vessel (35) over a short distance (in the range of a few millimeters) requires the shortest possible step sequences up to the most fluid possible retraction. At any later point in time during the navigation, the examiner can decide on the respective lengths of the catchment segments. The algorithm generated at the beginning of the process, on the other hand, already anticipates this decision and thus supports the automated flow of the navigation process.

Die konstruierte Datengrundlage (17) beinhaltet zudem die erforderliche Variation der Magnetfeldstärke in Anpassung an die Variation des Abstands (39) zwischen Magnet-Pol und Katheterspitze sowie an mögliche (stenosebedingte) Widerstände während der Passage. Eine entsprechende Befehls-Abfolge an die Spannungsgenerierung (31) des Elektromagneten wird für die folgende Navigation bereitgestellt. Dazu werden für jede longitudinale Vektorführung durch die Gefäß-Segmente auch die Schnittpunkte (19a) mit den Ebenen des umgebenden Koordinatensystems (19) der Navigation (auf denen sich der Elektromagnet (2) bewegt) und damit auch der jeweilige Abstand zwischen Gefäß und Magnet-Pol (39), bestimmt. Um die Durchdringung von Luft, Haut, Kalotte, Hirnhaut, Liquor und Hirngewebe (41) zu garantieren und zusätzlich den Einzug des Katheters zu ermöglichen, wird die Feldstärke entsprechend angepasst. Dabei gilt für den Algorithmus die Priorität, den Einzug jeweils mit der minimal wirksamen Feldstärke zu erreichen (Die steuernde Variation des Abstands des Magnet-Pols zum Gefäß durch die motorisierte Mechanik ist im Verfahren nicht vorgesehen und kann allenfalls im Rahmen einer Fehlerkontrolle durch Verschiebung des Patiententisches erfolgen (s.u.)).
Obwohl der „ränge“ der aufzuwendenden Feldstärke erst das Ergebnis experimenteller und vorklinischer Evaluation sein wird, kann vorab von einer Variation der Magnetfeldstärke zwischen 0,5 und 3,0 tesla ausgegangen werden. Insbesondere die Passage stenosebedingter Widerstände erfordert eingrenzende vorklinische Untersuchungen.
Die Variation der Magnetfeldstärke kann darüber hinaus zu jedem Zeitpunkt der Navigation auch durch den Untersucher über ein entsprechendes Interface (43) erfolgen, etwa bei der Passage eines stenosebedingten Widerstands - eine der möglichen Problemsituationen.
The constructed database (17) also includes the necessary variation of the magnetic field strength in adaptation to the variation of the distance (39) between the magnet pole and the tip of the catheter as well as to possible (stenosis-related) resistances during the passage. A corresponding command sequence to the voltage generator (31) of the electromagnet is provided for the following navigation. For this purpose, for each longitudinal vector guidance through the vessel segments, the intersection points (19a) with the planes of the surrounding coordinate system (19) of the navigation (on which the electromagnet (2) moves) and thus also the respective distance between vessel and magnet pole (39), determined. The field strength is adjusted accordingly to ensure penetration of air, skin, calvaria, meninges, liquor and brain tissue (41) and also to enable the catheter to be pulled in. The priority for the algorithm is to achieve the pull-in with the minimum effective field strength (the controlling variation of the distance between the magnet pole and the vessel by the motorized mechanics is not provided for in the process and can at best be done as part of an error check by moving the patient table take place (see below)).
Although the "range" of the field strength to be used will only be the result of experimental and preclinical evaluation, a variation in the magnetic field strength between 0.5 and 3.0 tesla can be assumed in advance. In particular, the passage of stenosis-related resistance requires narrowing preclinical investigations.
In addition, the examiner can also vary the magnetic field strength at any time during the navigation via a corresponding interface (43), for example when passing through a resistance caused by a stenosis—one of the possible problem situations.

Beim vorgestellten Verfahren wird von der räumlichen und zeitlichen Trennung zwischen Erfassung der Datengrundlage (Bildgebung und ihre Aufbereitung) und der Ausführung der Navigation ausgegangen, was eine zwischenzeitliche horizontale Verlagerung des Körpers bzw. des Gefäßsystems vom Wirkungsbereich der Bildgebung in den Wirkungsbereich der Navigation notwendig macht s. .
Wie bereits beschrieben, wurde bei der Konstruktion der Datengrundlage eine Übertragung des Koordinatensystems der Bildgebung (20) auf das Koordinatensystem der Navigation (19) vorgenommen, was einer „virtuellen Horizontalverschiebung“ gleichkam. Vor Beginn der Navigation erfolgt nun auch die entsprechende Horizontalverschiebung des Körpers (21), in dem sich das Gefäßsystem befindet, mit dem Ziel, die „Deckungsgleichheit“ von konstruierter Datengrundlage und realem Gefäßsystem wieder herzustellen.
The procedure presented is based on the spatial and temporal separation between the acquisition of the data basis (imaging and its processing) and the execution of the navigation, which makes it necessary to temporarily move the body or the vascular system horizontally from the area of effect of imaging to the area of effect of navigation (s . .
As already described, when constructing the database, the imaging coordinate system (20) was transferred to the navigation coordinate system (19), which amounted to a “virtual horizontal shift”. Before the navigation begins, the body (21) in which the vascular system is located is also moved horizontally with the aim of restoring the “congruence” of the constructed data base and the real vascular system.

Systematische Fehler können dabei sowohl aus dem Vorgang der Horizontalverschiebung, als auch aus zwischenzeitlichen Lageveränderungen des Körpers resultieren. Sie können die Abweichung der Katheterspitze in allen Raumrichtungen zur Folge haben, wobei Verschiebungen im Bereich eines Bruchteils eines Millimeters bis zu mehreren Millimetern zu erwarten sind. Eine ungenügende Deckungsgleichheit wird früher oder später zu einem Widerstand gegen den weiteren Einzug des Katheters führen, den die Gefäßwand bietet. Bereits Abweichungen im Millimeter-Bereich wären daher nicht tolerabel, wobei sie sich vor allem bei der Passage enger Gefäßwindungen, steiler Gefäßabgänge oder enger Stenosen als problematisch erweisen würden, weniger in gestreckten Abschnitten eines Gefäßes.Systematic errors can result both from the process of horizontal displacement and from changes in the position of the body in the meantime. They can cause the catheter tip to deviate in all spatial directions, with displacements ranging from a fraction of a millimeter to several millimeters being to be expected. Inadequate congruence will sooner or later result in resistance to further retraction of the catheter provided by the vessel wall. Even deviations in the millimeter range would therefore not be tolerable, although they would prove to be problematic above all when passing narrow vessel windings, steep vessel branches or narrow stenoses, less so in stretched sections of a vessel.

Die Vermeidung solcher systematischer Fehler umfasst (s. )
1. die konstante Lagebeziehung (22) zwischen Tomograph (11 - 13) und Navigationssystem (1 - 5, 7), wobei der Abstand zwischen beiden Geräten möglichst gering sein sollte,
2. eine längenkontrollierte Horizontal-Verschiebung des Körpers, die hier durch Anwendung einer über Spannungspegel gesteuerten Widerstandsbahn (9), die den Untersuchungstisch trägt, sichergestellt wird sowie
3. die fixierende Lagerung des Körpers (46 und 47), ggf. auch eine vorausgehende Sedierung und Muskelrelaxation.
The avoidance of such systematic errors includes (see )
1. the constant positional relationship (22) between the tomograph (11 - 13) and the navigation system (1 - 5, 7), whereby the distance between the two devices should be as small as possible,
2. A length-controlled horizontal displacement of the body, which is ensured here by using a resistance track (9) controlled by a voltage level, which carries the examination table, and
3. the fixed positioning of the body (46 and 47), possibly also prior sedation and muscle relaxation.

Die Fehlererkennung resultiert im Wesentlichen aus dem Zusammenwirken des gewählten Detektions-Verfahrens (15) (hier ein elektromagnetisches Verfahren) und der Systemsteuerung (16) (beide werden weiter unten detailliert beschrieben). Die Systemsteuerung erhält Positionsdaten über die Katheterspitze in Echtzeit und in elektronisch zu verarbeitender Form von der fortlaufenden Detektion (15) und vergleicht diese räumlichen Daten zunächst mit den Erwartungswerten der generierten Datengrundlage, s. . Eine aktuelle Katheterposition „außerhalb“ der erwarteten Gefäßwand zeigt eine ungenügende „Deckungsgleichheit“ an.
(Die Detektion einer Abweichung von der „Deckungsgleichheit“ hängt entscheidend von der Sensibilität und Präzision des gewählten Detektions-Verfahren ab - bisherige anwendungsorientierte Studien haben gezeigt, dass die elektromagnetische Detektion mit ausreichender Präzision und Sensibilität auch geringe Abweichungen bzw. Veränderungen in der Position eines intravaskulären Markers (Sonde, Ring u.a.) erkennbar machen kann).
Dennoch mag es in diesem Verfahrensabschnitt, also noch vor Beginn der Navigation, sinnvoll sein, zusätzlich ein anderes bildgebendes Verfahren mit guter Präzision und Sensibilität, wie etwa die biplanare Fluoroskopie, durchzuführen, um das Erkennen einer mangelnden Deckungsgleichheit bezüglich des Gefäßverlaufs und der Position der Katheterspitze zu schärfen.
Darüber hinaus ist vorgesehen, das Verfahren der Fehler-Detektion kontinuierlich bzw. in engen zeitlichen Abständen auch später während der Navigation erfolgen zu lassen, obwohl die Horizontalverschiebung abgeschlossen ist und aktiven und passiven Bewegungen des Körpers entgegengewirkt wird.
The error detection essentially results from the interaction of the selected detection method (15) (here an electromagnetic method) and the system controller (16) (both are described in detail further below). The system control receives position data about the catheter tip in real time and in electronically processable form from the continuous detection (15) and first compares this spatial data with the expected values of the generated database, s. . A current catheter position "outside" the expected vessel wall indicates insufficient "congruence".
(The detection of a deviation from "congruence" depends crucially on the sensitivity and precision of the selected detection method - previous application-oriented studies have shown that electromagnetic detection with sufficient precision and sensitivity can also detect small deviations or changes in the position of an intravascular Markers (probe, ring, etc.) can make recognizable).
Nevertheless, in this part of the procedure, i.e. before the start of the navigation, it may make sense to also carry out another imaging procedure with good precision and sensitivity, such as biplanar fluoroscopy, in order to detect a lack of congruence with regard to the course of the vessels and the position of the catheter tip to sharpen.
In addition, it is provided that the method of fault detection be carried out continuously or at short time intervals, also later during the navigation, although the horizontal displacement has been completed and active and passive movements of the body are counteracted.

Weiterhin erfolgt zur orientierenden Kontrolle über die tatsächlichen Längen der Einzugs-Segmente eine fortlaufende Längenkontrolle, s. durch den Holder während des Einzugs. Die Systemsteuerung vergleicht diese Daten mit den vorgesehenen Längen der Einzugs-Segmente der generierten Datengrundlage und stellt Abweichungen fest, die auf einen fehlerhaften Einzug (über einen längeren Abschnitt wirksamer Widerstand, „Verhaken“ der Katheterspitze) hinweisen können.Furthermore, a continuous length control is carried out for orientation control of the actual lengths of the feeder segments, s. by the holder during the move-in. The system control compares this data with the planned lengths of the retraction segments of the generated database and detects discrepancies that can indicate faulty retraction (resistance effective over a longer section, "jamming" of the catheter tip).

Die Korrektur bei mangelnder „Deckungsgleichheit“ erfolgt, gezeigt in , durch eine Feinjustierung der Körperposition im Millimeter-Bereich und in allen 3 Raumrichtungen (23, 24), über die der Untersuchungstisch verfügt und die zu jedem Zeitpunkt des Verfahrens möglich ist, wobei die Systemsteuerung Richtung und Maß der Korrektur vorgibt.
Die Korrektur erfolgt also zunächst durch die Positionsänderung des Körpers und nicht durch eine Neuberechnung der Datengrundlage. Die Konzeption des verwendeten Algorithmus ist darauf ausgelegt, die korrigierenden Prozeduren automatisch erfolgen zu lassen - der Untersucher behält jedoch die Möglichkeit, die Korrekturen selbst vorzunehmen, entweder über Interface oder manuell am Tisch.
Darüber hinaus ist eine Neuberechnung der Datengrundlage, ausgehend von den aktuellen Daten zur Position der Katheterspitze, jederzeit möglich.
The correction for a lack of "matching" is shown in , through a fine adjustment of the body position in the millimeter range and in all 3 spatial directions (23, 24), which the examination table has and which is possible at any point in the procedure, with the system control specifying the direction and extent of the correction.
The correction is therefore initially made by changing the position of the body and not by recalculating the data basis. The algorithm used is designed to allow the corrective procedures to take place automatically - the examiner, however, retains the option of making the corrections himself, either via the interface or manually at the table.
In addition, the database can be recalculated at any time based on the current data on the position of the catheter tip.

Wie in und dargestellt, ist als exekutives Element des Regelkreises ein einzelner Elektromagnet (2) vorgesehen („single-coil-System“). Bei der Anpassung an die Notwendigkeiten dieses Navigationssystems wird auf bereits verfügbare technische Möglichkeiten zurückgegriffen: Es wird ein zu kühlender supraleitender Elektromagnet (2) in Form eines zylindrischen, axial symmetrischen Rings aus einer unter Luftabschluss komprimierten Kupferspule (2b) mit einem exponierten ferromagnetischen Kernzylinder (2a) verwendet, der ein ausreichendes magnetisches Kraftfeld erzeugt (bis 3 tesla) und die Feldlinien seines polseitigen Magnetfeldes möglichst stark entlang der Longitudinal-Achse (36, 39) zu konzentrieren vermag, gefolgt von der ausreichenden magnetischen Ankopplung der Katheterspitze (14b). Der während der Navigation resultierende Abstand des Pols, s. , vom zugewandten Pol der Katheterspitze (14b) ist abhängig von der jeweiligen Position des Magneten und der anzutreffenden Lage des Gefäßes und wird mit 10 - 40 cm veranschagt. Die zu durchdringenden Medien (41) bestehen neben der Luft zwischen Pol und Schädeldach zum einen in Haut, Schädelknochen, Hirnhäute, Liquor und Gefäßwand zum anderen im Hirngewebe unterschiedlicher Dicke bis zum Ziel-Gefäß (34 bzw. 37), und stellen einen überindividuell gering schwankenden Anteil dieses Abstands dar. Eine Magnetfeldstärke von 0,5 - 2 tesla könnte ausreichend sein.
Die Ausdehnung des Kernzylinders wird wahrscheinlich einen Durchmesser der Polfläche von 12 - 15 cm und eine Länge von 45 - 50 cm erreichen.
Zur Wasserkühlung wird ein Fluss von etwa 0,4 - 0,5 gpm. ausreichend sein
(in nicht dargestellt).
Ein hydraulisch bewirktes Vorschieben und Zurückziehen des Eisenkerns im Inneren des Magneten, um den Magnetpol variabel auszudehnen und die Konzentration der Feldlinien zu verändern, ist hier zunächst nicht vorgesehen (Ein mögliches Erfordernis wird sich aus der vorklinischen Anwendung des Verfahrens ergeben).
Ein parabolisches, den Magneten umgebendes, entsprechend beschichtetes Schild, das ebenso zu einer Verstärkung des Kraftfeldes führen könnte, ist ebenfalls zunächst nicht vorgesehen (in nicht dargestellt).
As in and shown, a single electromagnet (2) is provided as the executive element of the control circuit (“single-coil system”). When adapting to the needs of this navigation system, the technical possibilities already available are used: A superconducting electromagnet (2) to be cooled in the form of a cylindrical, axially symmetrical ring made of a copper coil (2b) compressed in an airtight manner with an exposed ferromagnetic core cylinder (2a ) that generates a sufficient magnetic force field (up to 3 tesla) and is able to concentrate the field lines of its pole-side magnetic field as strongly as possible along the longitudinal axis (36, 39), followed by the sufficient magnetic coupling of the catheter tip (14b). The resulting pole distance during navigation, s. , from the facing pole of the catheter tip (14b) depends on the respective position of the magnet and the position of the vessel and is estimated at 10 - 40 cm. The media to be penetrated (41), in addition to the air between the pole and the cranial vault, consist of skin, cranial bones, meninges, liquor and vessel walls, and also brain tissue of varying thickness up to the target vessel (34 or 37), and represent a supra-individual small fluctuating part of this distance. A magnetic field strength of 0.5 - 2 tesla could be sufficient.
The expansion of the core cylinder will probably reach a pole face diameter of 12-15 cm and a length of 45-50 cm.
A flow of about 0.4 - 0.5 gpm is used for water cooling. be enough
(in not shown).
A hydraulically induced advancement and retraction of the iron core inside the magnet in order to variably expand the magnetic pole and change the concentration of the field lines is initially not provided here (a possible requirement This will result from the pre-clinical application of the method).
A parabolic shield surrounding the magnet and coated accordingly, which could also lead to an intensification of the force field, is also initially not planned (in not shown).

Die motorisierte Mechanik ist konzipiert, das Gewicht des Zugmagneten zu tragen und gleichzeitig seine ausreichend exakte räumliche Ausrichtung zu ermöglichen. Wie in , und dargestellt, ist ein C-Bogen (1) aus Stahl
(oder aus einem anderen ausreichend belastbaren Material bestehend) vorgesehen, der den Magneten innenseitig führt. Der C-Bogen umgibt das betreffende Körperteil in einem Abstand, der ausreichend Raum für den Magneten lässt, aber auch eine möglichst große Nähe der Polfläche zur Körperoberfläche ermöglicht.
Die Konstruktion umfasst eine „innere“ ( und ) und „äußere“ Mechanik
( ). Ihre Kombination ermöglicht dem Magneten einen Beweglichkeitsgrad in allen Raumrichtungen - durch sein Verschieben entlang des Bogens (3e), gezogen von einem Motorblock (3a), der sich innerhalb einer Schiene des C-Bogens fortbewegt (3c), durch das Schwenken des Bogens (1a) vermittelt durch einen weiteren Motorblock (6) sowie durch die Neigung (3d) der magnetischen Achse gegenüber der Ebene des C-Bogens, vermittelt über ein Kugelgelenk (3b).
Der Bewegungsumfang des Magneten wird nochmals erweitert durch die Drehung des C-Bogens (1b) um die Ebene, die er umgreift, vermittelt durch ein mit einer weiteren Gleitschiene des Bogens artikulierenden, motorisierten Gelenk (4), das am stehenden Element der tragenden Haltevorrichtung (5) angebracht ist. Diese Drehung gestattet eine weiter reichende Lateralisierung des Magneten zu beiden Enden des C-Bogens. Sie ist jedoch nicht immer in allen Ebenen (horizontale, vertikale oder geneigte Ebenen) möglich bzw. nur eingeschränkt ausführbar, aufgrund des Raumbedarfs des betreffenden Körperteils (27, sog. „exclusive zone“).
Die Abfolge der Magnet-Bewegung und die entsprechende Kette von Positionsbefehlen an die Motoren der Mechanik wurden bereits zu Beginn des Verfahrens im Rahmen der konstruierten Datengrundlage generiert und werden während der Navigation von der Systemsteuerung (16) an die „innere“ und „äußere“ Mechanik (29, 30) gerichtet. Da neben der longitudinalen Konzentration der magnetischen Feldlinien auch die Schritt-Intervalle beim Richtungswechsel des Magneten Einfluss auf die exakte Ausrichtung der Kraftwirkung und auf die magnetische Ankopplung der Katheterspitze haben, werden bei der Generierung der Datengrundlage möglichst kleinschrittige Bewegungs-Segmente (im Millimeter-Bereich oder als nahezu kontinuierliche Bewegung) angestrebt - entsprechend der möglichst kleinschrittigen Segmentierung des Gefäßverlaufs.
Der Untersucher behält die Möglichkeit, die Bewegung und Ausrichtung des Magneten zu jedem Zeitpunkt des Verfahrens selbst über sein Interface (43) vorzunehmen, indem er die Länge und Anzahl der Einzelschritte vorgibt und die Raumrichtung mittels eines geeigneten Equipments beeinflusst.
The motorized mechanism is designed to support the weight of the pulling magnet while allowing it to be spatially aligned with sufficient accuracy. As in , and shown is a C-arm (1) made of steel
(or consisting of another sufficiently resilient material) is provided, which leads to the inside of the magnet. The C-arm surrounds the body part in question at a distance that leaves enough space for the magnet, but also allows the pole face to be as close as possible to the body surface.
The construction includes an "inner" ( and ) and “external” mechanics
( ). Their combination enables the magnet to be mobile in all spatial directions - by moving it along the arc (3e), pulled by a motor block (3a), which moves along a rail of the C-arm (3c), by pivoting the arc (1a ) mediated by another engine block (6) and by the inclination (3d) of the magnetic axis relative to the plane of the C-arm, mediated via a ball joint (3b).
The range of motion of the magnet is further increased by the rotation of the C-arm (1b) around the plane it encompasses, mediated by a motorized joint (4) articulating with another slide rail of the arch, which is attached to the stationary element of the supporting holding device ( 5) is attached. This rotation allows for more lateralization of the magnet to either end of the C-arm. However, it is not always possible in all planes (horizontal, vertical or inclined planes) or can only be carried out to a limited extent due to the space requirements of the body part in question (27, so-called “exclusive zone”).
The sequence of the magnet movement and the corresponding chain of position commands to the motors of the mechanics were already generated at the beginning of the procedure within the framework of the constructed data basis and are transmitted during the navigation from the system control (16) to the "inner" and "outer" mechanics (29, 30). Since, in addition to the longitudinal concentration of the magnetic field lines, the step intervals when the magnet changes direction also have an influence on the exact alignment of the force effect and on the magnetic coupling of the catheter tip, movement segments that are as small as possible (in the millimeter range or as an almost continuous movement) - corresponding to the smallest possible segmentation of the course of the vessels.
The examiner retains the option of moving and aligning the magnet himself at any time during the procedure via his interface (43) by specifying the length and number of individual steps and influencing the direction in space using suitable equipment.

Ein weiteres exekutives Element, dargestellt in , besteht in einer motorisierten mechanischen Apparatur (Holder) (8), die sich außerhalb des Körpers befindet, den Katheterschlauch bis zur Eintrittsstelle in den Körper (sog. „Schleuse“) führt (8i) und mittels einer Anordnung von 5 quer zur Längsachse des Katheters gestellten Führungs-Walzen (8a) einen kontinuierlichen, komprimierenden Druck auf den Katheterschlauch ausübt, welcher der kontinuierlich auf die Katheterspitze wirkenden Zugkraft des Magneten einen Rückhalt entgegensetzt und den Einzug während des Einzug-Intervalls verhindert.
Der Einzug erfolgt mit der kontrollierten Rotation der 5 Führungs-Walzen (8a), die auf diese Weise ein Segment des Katheterschlauchs mit variabler Länge und mit variabler Geschwindigkeit „freigeben“ und seinen Einzug durch die kontinuierlich wirksame magnetische Zugkraft „erlauben“ (permissiver Einzug). Anzahl und Längen aller Einzug-Segmente wurden am Beginn des Verfahrens bereits bei der Konstruktion der Datengrundlage (17) bestimmt. Sie sind jedoch auch zu jedem späteren Zeitpunkt durch den Untersucher definierbar (43).
Der Holder verfügt über eine gläserne Einfassung (8j) zur besseren Beobachtbarkeit seiner Funktionen und ist mit einer langgestreckten Führungsschiene (8h) fest verbunden, die den Katheterschlauch (14d) innerhalb einer absichernden Rinne vor Eintritt in den Holder (8g) und nach Austritt (8i) bis zur sog. „Schleuse“ (Eintritt in den Körper) führt. Der Motorblock umfasst 5 separierte Elektromotoren (8b), deren Antriebswellen in die jeweiligen Rotationsstäbe (8k) der Walzen übergehen. Während die 3 unter dem Katheterschlauch positionierten Walzen und die zugehörigen 3 Motoren über feste Rollager (8d) bzw. Aufhängungen verfügen, besitzen die 2 über dem Katheterschlauch positionierten Walzen mit ihren entsprechenden Motoren eine in vertikaler Richtung „abfedernde“ Aufhängung in Form einer vorderen Schiene (8c) mit 2 Rollagern für die Rotationsstäbe der beiden Walzen und einer entsprechend federnden Aufhängung für die Motoren.
Die beiden oberen Walzen und ihre Motoren werden von 2 Kompressoren (8f) flankiert, die einen variablen Druck sowohl auf die quer zu ihnen verlaufende vordere Schiene (8c), als auch auf eine hintere, quer zu ihnen verlaufende Schiene (8e),
die den beiden oberen Elektromotoren (8b) aufliegt, ausüben. Dadurch kommt es zur Absenkung der beiden oberen Walze-Motor-Einheiten, damit zur Komprimierung und zum Rückhalt des Katheterschlauchs. Die beiden Kompressoren arbeiten synchron und senken die vordere und hintere Schiene um das gleiche, zur ausreichenden Kompression des Schlauchs notwendige Maß herab, das gleichzeitig noch eine Rotation der Walzen erlaubt.
Another executive element, presented in , consists of a motorized mechanical apparatus (holder) (8), which is located outside the body, leads the catheter tube to the point of entry into the body (so-called "sluice") (8i) and by means of an arrangement of 5 transverse to the longitudinal axis of the Guide rollers (8a) provided by the catheter exert a continuous, compressive pressure on the catheter tube, which counteracts the tensile force of the magnet continuously acting on the catheter tip and prevents it from being drawn in during the drawing-in interval.
The retraction takes place with the controlled rotation of the 5 guide rollers (8a), which in this way "release" a segment of the catheter tube with variable length and variable speed and "allow" its retraction through the continuously effective magnetic pulling force (permissive retraction) . The number and lengths of all indentation segments were determined at the beginning of the process when constructing the data basis (17). However, they can also be defined by the examiner at any later point in time (43).
The holder has a glass frame (8j) for better observability of its functions and is firmly connected to an elongated guide rail (8h) which guides the catheter tube (14d) within a protective groove before it enters the holder (8g) and after it exits (8i ) to the so-called “lock” (entry into the body). The engine block includes 5 separate electric motors (8b) whose drive shafts merge into the respective rotation rods (8k) of the rollers. While the 3 rollers positioned under the catheter tube and the associated 3 motors have fixed roller bearings (8d) or suspensions, the 2 rollers positioned above the catheter tube with their corresponding motors have a vertical “cushioning” suspension in the form of a front rail ( 8c) with 2 roller bearings for the rotation rods of the two rollers and a correspondingly springy suspension for the motors.
The two upper rollers and their motors are flanked by 2 compressors (8f) which apply variable pressure to both the front transverse rail (8c) and a rear transverse rail (8e),
which rests on the two upper electric motors (8b), exercise. This leads to the lowering of the two upper roller-motor units, thus to the com priming and retention of the catheter tube. The two compressors work in sync, lowering the front and rear rails the same amount needed to compress the hose sufficiently while still allowing the rollers to rotate.

Die Elektromotoren unterliegen der Systemsteuerung (32), von der sie während der Navigation, etwa im Fall einer zwischengeschalteten Retraktion des Katheters, entsprechende Signale empfangen. Sie arbeiten ebenfalls synchron und erlauben die Rotation der Walzen in beide Drehrichtungen und mit variabler Geschwindigkeit. Unter anhaltender Komprimierung des Katheterschlauchs (und fortwährend wirksamer Zugkraft auf die Katheterspitze) erfolgt der Einzug mit der bezüglich Geschwin digkeit und Dauer kontrollierten synchronen Rotation der Walzen. Während des kontrollierten Einzugs bleibt der Rückhalt also weiterhin wirksam, was ein unkontrolliertes Vorschnellen des Katheters (und entsprechende Traumatisierungen der Gefäßwände) verhindert. Der Einzug stoppt mit dem Stoppen der Rotation.
Die Rotation in anderer Drehrichtung erlaubt eine kontrollierte Retraktion des Katheters, wie auch seine Entfernung aus dem Gefäß. Im Falle einer in longitudinaler Richtung nicht mehr beweglichen Katheterspitze, was auf eine erhebliche Deviation, ihre Einklemmung oder auf einen stenosebedingten Widerstand hinweist, kann das entgegen gerichtete Rotieren der Führungs-Walzen und eine bemessene Retraktion des Katheters genutzt werden, um ihn (und auch die Systemsteuerung) auf die jeweils vorausgegangene Position zurückzusetzen und die Katheterspitze dadurch zu remobilisieren.
Die Drehung der Führungs-Walzen ist mit einer kontinuierlichen Längenkontrolle (33) der Einzugs-Segmente verbunden, deren Ergebnisse fortlaufend an die Systemsteuerung geleitet werden und zum Abgleich mit den zuvor errechneten Werten der Datengrundlage und damit auch zur Detektion von Fehlern bzw. Störungen des Einzugs dienen.
The electric motors are subject to the system controller (32), from which they receive appropriate signals during navigation, for example in the case of an intermediate retraction of the catheter. They also work synchronously and allow the reels to rotate in both directions and at variable speeds. With continued compression of the catheter tube (and continuous effective traction on the catheter tip), it is pulled in with the synchronous rotation of the rollers, which is controlled in terms of speed and duration. The restraint remains effective during the controlled retraction, which prevents the catheter from jumping out in an uncontrolled manner (and corresponding traumatization of the vessel walls). Feeding stops when rotation stops.
The rotation in the other direction allows a controlled retraction of the catheter as well as its removal from the vessel. In the case of a longitudinally immobile catheter tip, indicating significant deviation, its entrapment, or resistance due to stenosis, counter-rotation of the guide rollers and measured retraction of the catheter can be used to guide it (and also the system control) to the previous position and thereby remobilize the catheter tip.
The rotation of the guide rollers is connected to a continuous length control (33) of the feed segments, the results of which are continuously sent to the system control for comparison with the previously calculated values of the database and thus also for the detection of errors or faults in the feed to serve.

Sowohl während des Einzugs, als auch während der Einzug-Intervalle gerät die Katheterspitze, die sich jeweils im entsprechenden Einzug-Segment (37) des Gefäßes (34) befindet in eine besondere Positionierung („Aufhängung“) zwischen 2 entgegengesetzten Kräften, dargestellt in , nämlich die kontinuierlich auf die Katheterspitze wirkende Zugkraft des ausgerichteten Elektromagneten (2) sowie der gleichzeitige über den Katheterschlauch vermittelte, mechanische Rückhalt durch den Holder (8). Dieser entgegengesetzte Kraftansatz bewirkt einerseits eine dauerhafte longitudinale Anspannung des Katheterschlauchs (14d), unterstützt gleichzeitig aber auch die magnetische Ankopplung der Katheterspitze (14a) und ihre exakte Ausrichtung am longitudinalen Zug-Gradienten (36) bzw. wirkt einem seitlichen Abweichen der Katheterspitze entgegen.Both during the retraction and during the retraction intervals, the catheter tip, which is located in the corresponding retraction segment (37) of the vessel (34), gets into a special position ("suspension") between 2 opposing forces, shown in , namely the continuous pulling force of the aligned electromagnet (2) acting on the catheter tip and the simultaneous mechanical support provided by the holder (8) via the catheter tube. On the one hand, this opposing application of force causes a permanent longitudinal tensioning of the catheter tube (14d), but at the same time supports the magnetic coupling of the catheter tip (14a) and its exact alignment on the longitudinal tension gradient (36) and counteracts a lateral deviation of the catheter tip.

Demgegenüber ist zu erwarten, dass die longitudinale Anspannung des Katheterschlauchs zu Gefäßwandschädigung und zur Loslösung von Plaques führen könnte, vorstellbar durch die Druckausübung und das „Schleifen“ des Katheterschlauchs auf der inneren Gefäßwand (34a), insbesondere im Bereich von Gefäßwindungen und -abgängen (Das Auftreten und das Ausmaß dieser zweifellos schädigenden Wirkung wird durch vorklinische Evaluation zu klären sein). Der System-Algorithmus sieht zur Kontrolle dieses möglichen Risikofaktors die Anpassung der aufgewendeten Feldstärke des Zugmagneten innerhalb eines ‚range‘ (0,5 - 2 tesla) vor mit Orientierung am Minimum der erforderlichen Feldstärke.On the other hand, it is to be expected that the longitudinal tension of the catheter tube could lead to damage to the vessel wall and the detachment of plaque, conceivable as a result of the exertion of pressure and the "dragging" of the catheter tube on the inner vessel wall (34a), particularly in the area of vascular turns and branches (Das Occurrence and the extent of this undoubtedly harmful effect will have to be clarified by pre-clinical evaluation). To control this possible risk factor, the system algorithm provides for the adjustment of the applied field strength of the pulling magnet within a 'range' (0.5 - 2 tesla) with orientation at the minimum of the required field strength.

Obwohl erwartet werden kann, dass sowohl Katheter, als auch Führungsdrähte unterschiedlichen Durchmessers und magnetisierten Materials für diverse klinische Aufgabenstellungen durch das vorgestellte Verfahren intravaskulär navigiert werden können, ist hier die Verwendung eines entsprechend dünnlumigen Mikrokatheters (14) (0,5 - 1,5 mm Durchmesser) vorgesehen, dargestellt in , dessen klinischer Nutzen im Wesentlichen bei der Rekanalisierung akuter Gefäßverschlüsse mittels Lyse liegen dürfte. Das hier vorgestellte Verfahren erlaubt den Verzicht auf die Verwendung von Führungsdrähten und führt auch dadurch zu einer nicht unerheblichen Zeitersparnis.Although it can be expected that both catheters and guide wires of different diameters and magnetized materials can be intravascularly navigated for various clinical tasks using the method presented, the use of a correspondingly thin microcatheter (14) (0.5 - 1.5 mm diameter) provided, shown in , the clinical use of which is likely to be in the recanalization of acute vascular occlusions by means of lysis. The procedure presented here makes it possible to dispense with the use of guide wires and also leads to a not inconsiderable time saving.

Für die Konzeption des Mikrokatheters kann auf vielfältige, sich bereits im klinischen Einsatz befindliche Modelle zurückgegriffen werden:

  • Mit dem Ziel, einen möglichst punktförmigen Ansatz der Zugkraft an der Katheterspitze zu erreichen, bildet ein zylindrischer permanenter Magnet (14b) möglichst kleiner Polfläche (0,5 - 1,5 mm Durchmesser) den vorderen Bereich der Katheterspitze (14a). Seine magnetische Achse ist in Längsachse des Katheters ausgerichtet und seine Polfläche nach vorn konisch zugespitzt, um das magnetische Ankoppeln zu verbessern. Geeignete, magnetisch gut ansprechende Materialien sind verfügbar, wie etwa NbFe35, NdFeB (Neodym-Eisen-Barium) oder SMCo5 (Samarium-Cobalt). An den Magneten schließt sich die detektionsbezogene Vorrichtung (14c) an, im vorliegenden Verfahren ein umgreifender (0,5 - 1,0 mm Durchmesser), möglichst schmaler (0,5 mm) Ring aus polymerisiertem Kunststoff, dessen intraluminäre Position vom verwendeten elektromagnetischen (RADAR-)System zu bestimmen ist. Die Katheterspitze sollte dabei eine Gesamtlänge von 2,5 mm nicht überschreiten, um enge Richtungswechsel auch innerhalb von Gefäßen mit Durchmessern von 2 - 3 mm noch zu ermöglichen.
Das verwendete Schlauch-Material (14d), das auch die Katheterspitze umschließt, weist neben einer sehr glatten Oberfläche bestimmte mechanische Eigenschaften auf: Bei der Verwendung sehr dünner Katheterschläuche (0,5 mm Durchmesser) wird eine große Flexibilität bewahrt, was die Beweglichkeit der Katheterspitze verbessert und enge Richtungswechsel mit möglichst kleinem Radius erlaubt. Allerdings lässt im vorgestellten Verfahren die kontinuierliche „Aufhängung“ des Katheters zwischen Zugkraft und Rückhalt eine longitudinale Anspannung des Schlauchs erwarten, was wiederrum seine Flexibilität und damit die Führbarkeit der Katheterspitze einschränken mag. Auch diesbezüglich sieht der Steuer-Algorithmus des Systems stets die Anwendung einer möglichst niedrigen Feldstärke des Zugmagneten vor, um diesen Effekt zu begrenzen.
Gleichzeitig erfordert die besondere Positionierung des Katheters zwischen Zugkraft und Rückhalt eine möglichst geringe Elastizität in Längsrichtung, um eine passagere Dehnung des Schlauchs mit Abweichen der Katheterspitze zu vermeiden.A variety of models that are already in clinical use can be used to design the microcatheter:
  • A cylindrical permanent magnet (14b) with a pole surface that is as small as possible (diameter 0.5-1.5 mm) forms the front area of the catheter tip (14a) with the aim of achieving as punctiform an application of the pulling force as possible on the catheter tip. Its magnetic axis is aligned with the longitudinal axis of the catheter and its pole face is tapered forward to enhance magnetic coupling. Suitable materials with good magnetic response are available, such as NbFe35, NdFeB (neodymium iron barium) or SMCo5 (samarium cobalt). The magnet is followed by the detection-related device (14c), in the present method an encompassing (0.5 - 1.0 mm diameter), as narrow as possible (0.5 mm) ring made of polymerized plastic, the intraluminal position of which depends on the electromagnetic ( RADAR) system is to be determined. The catheter tip should not exceed a total length of 2.5 mm to avoid narrow direction exchange even within vessels with diameters of 2 - 3 mm.
The tubing material used (14d), which also encloses the catheter tip, has certain mechanical properties in addition to a very smooth surface: When using very thin catheter tubing (0.5 mm diameter), great flexibility is retained, which limits the mobility of the catheter tip improved and allows tight changes of direction with the smallest possible radius. However, in the method presented, the continuous "suspension" of the catheter between traction and restraint leads to the expectation of a longitudinal tension in the tube, which in turn may limit its flexibility and thus the ability to guide the catheter tip. In this regard, too, the system's control algorithm always provides for the use of the lowest possible field strength of the pulling magnet in order to limit this effect.
At the same time, the special positioning of the catheter between tensile force and restraint requires the least possible elasticity in the longitudinal direction in order to avoid temporary stretching of the tube when the catheter tip deviates.

Flexibilität des Schlauchmaterials, Länge der Katheterspitze und die Art des Kraftansatzes (Zugkraft) nehmen wesentlichen Einfluss auf die Lage des Drehpunktes beim Richtungswechsel des Katheters. Flexibilität des Schlauchs und Kürze der Katheterspitze sind soweit zu optimieren, dass sich ein möglichst weit nach vorn gelagerter Drehpunkt ergibt. Zur weiteren Optimierung der Flexibilität des Schlauchs möglichst nah der Katheterspitze, sind 4 Perforationen („Schlitze“) (14e) in Längsrichtung des Katheters, jeweils um 45° versetzt unmittelbar hinter der Katheterspitze vorgesehen, um insbesondere diesen Abschnitt als Drehpunkt zu prädisponieren.
Zudem erfolgt der Austritt des Lyse-Präparates und des Kontrastmittels durch diese Perforationen.
The flexibility of the tube material, the length of the catheter tip and the type of force applied (tractive force) have a significant influence on the position of the pivot point when the catheter changes direction. The flexibility of the hose and the shortness of the catheter tip should be optimized so that the pivot point is positioned as far forward as possible. To further optimize the flexibility of the tube as close as possible to the tip of the catheter, 4 perforations ("slits") (14e) are provided in the longitudinal direction of the catheter, offset by 45° directly behind the tip of the catheter, in order to predispose this section in particular as a pivot point.
In addition, the lysis preparation and the contrast agent emerge through these perforations.

Der Regelkreis der Navigation wird geschlossen durch seinen detektierenden Schenkel, bei dem auf eine elektromagnetische Detektion, über die bereits Daten und klinische Erfahrungen vorliegen, zurückgegriffen wird. Sie dient der ausreichend exakten Positions-Bestimmung der Katheterspitze in Echtzeit.
Bei der Wahl des Detektionsverfahrens (es befinden sich derzeit kapazitive, induktive, optische und elektromagnetische Verfahren in diesem hoch spezialisierten Anwendungsgebiet in Gebrauch bzw. Evaluation) lag die Priorität in einem wenig aufwendigen Verfahren, das in Gegenwart starker magnetischer Felder funktioniert und dichte Strukturen (Knochen) durchdringt, das über eine hohe Auflösung und sensible Erkennung verfügt und das die Positionsdaten zur Lage der Katheterspitze in Echtzeit sowie in elektronischer Form an die Systemsteuerung liefern und somit auch eine wichtige Voraussetzung für einen automatisierten Ablauf des Navigations-Verfahrens liefern kann (visuelle Verfahren, wie etwa die biplanare Fluoroskopie, bringen es im Unterschied dazu mit sich, dass der Untersucher in den Regelkreis des Verfahrens notwendigerweise eingebunden bleibt, indem er das Bildmaterial / Visualisierung des Geschehens beurteilt und entsprechende Entscheidungen trifft).
The control loop of the navigation is closed by its detecting leg, which uses electromagnetic detection for which data and clinical experience are already available. It serves to determine the position of the catheter tip with sufficient accuracy in real time.
When choosing the detection method (capacitive, inductive, optical and electromagnetic methods are currently in use or evaluation in this highly specialized field of application), priority was given to an inexpensive method that works in the presence of strong magnetic fields and dense structures (bones ) penetrates, which has a high resolution and sensitive detection and which provides the position data on the position of the catheter tip in real time and in electronic form to the system control and can therefore also provide an important prerequisite for an automated sequence of the navigation process (visual processes, such as biplanar fluoroscopy, mean that the examiner necessarily remains involved in the control loop of the procedure by assessing the image material / visualization of what is happening and making appropriate decisions).

Für die Anwendung der elektromagnetischen Detektion ist es ebenso vorteilhaft, dass sie unterschiedliche Konfigurationen zulässt und somit Anpassungen ermöglicht an praktische Erfordernisse, die sich erst bei Realisierung und Anwendung des Navigationsverfahrens ergeben mögen (UW-RADAR, Continuous-Wave-(CW)-Radar, Frequency-Modulated-(FM-CW)-Radar oder Pulse-Doppler-Radar).For the application of electromagnetic detection, it is also advantageous that it permits different configurations and thus allows adjustments to practical requirements that may only arise when the navigation method is implemented and used (UW RADAR, continuous wave (CW) radar, Frequency Modulated (FM-CW) Radar or Pulse Doppler Radar).

Ihre koordinaten-orientierte Datenstruktur, die sich auf das Koordinatensystem der Navigation beziehen lässt, bedeutet einen weiteren Vorteil gegenüber anderen Detektions-Verfahren.Their coordinate-oriented data structure, which can be related to the coordinate system of the navigation, represents a further advantage over other detection methods.

Die gewählte elektromagnetische Detektion erreicht das Ziel ihrer Aufgabe, indem sie die energetischen Unterschiede der Materialien in der Katheterspitze vor dem Umgebungshintergrund erkennt („RADAR-Signatur“) und auf ein integriertes räumliches Koordinaten-System bezieht, das sich wiederrum mit dem Koordinatensystem der Navigation in Deckung bringen lässt.The selected electromagnetic detection achieves the goal of its task by recognizing the energetic differences of the materials in the catheter tip against the surrounding background ("RADAR signature") and referring to an integrated spatial coordinate system, which in turn relates to the coordinate system of navigation in cover.

stellt die implementierte Detektion dar: Dabei werden sequentielle UWB-Signale von 4 - 6 Antennen (15b) abgegeben und empfangen, die möglichst nah am Patienten am Boden und oberhalb des C-Bogens (1) positioniert sind. Der Abstand zum Kopf des Patienten ist mit etwa 80 cm zu veranschlagen (s. ). represents the implemented detection: Sequential UWB signals are emitted and received by 4 - 6 antennas (15b), which are positioned as close as possible to the patient on the floor and above the C-arm (1). The distance to the patient's head is about 80 cm (see Fig. ).

Die von der Katheterspitze (14c) reflektierten Signale werden zu einem Radio-Frequenz-Modul (15) geleitet, derart zu einer „Signatur“ verändert, dass sie sich optimal von den Signalen der Umgebung abgrenzen lassen, verstärkt und auf ein integriertes Koordinatensystem bezogen, dessen 8 „Marker“ ebenfalls patientennah im C-Bogen sowie in einem weiteren C-Bogen mit orthogonaler Position zum Haupt-C-Bogen so angeordnet sind, dass sie die Eckpunkte eines Würfels beschreiben (bei synchronem Schwenken beider C-Bögen) und ihre Echo-Signale zum Aufbau des Koordinatensystems (15a) genutzt werden können. Der Abstand zwischen zwei Markern ist mit etwa 80 cm zu veranschlagen.
Danach erfolgt die Umwandlung in elektronische Impulse durch einen Analog-Digital-Converter zur weiteren Verarbeitung durch die Systemsteuerung (15e und 16). Die Positionsdaten werden hier schließlich auf das Koordinatensystem der Navigation bezogen und mit der bereits generierten Datengrundlage verglichen. Dabei erscheint die Detektion ausreichend sensibel und präzise, um auch geringfügige systematische Fehler bei der horizontalen Verschiebung des Patienten und beim Herstellen der räumlichen „Deckungsgleichheit“ von generierter Datengrundlage und der realen Position der Katheterspitze (des Gefäßverlaufs) festzustellen. Mögliche Abweichungen wären unmittelbar bei Beginn der Navigation bereits erkennbar und einer Korrektur zugänglich. Möglicherweise ergeben sich während der Entwicklung noch Möglichkeiten, Präzision und Sensibilität, z. Bsp. durch veränderte Antennen-Positionen, zu optimieren.
Das Erkennen und Abbilden der momentanen räumlichen Orientierung der intravaskulären Katheterspitze (Möglichkeiten, die sich aus einer sehr hohen Auflösung des Detektionssystems sowie aus der Verwendung von 2 Detektionsspulen in der Katheterspitze ergeben können) haben für das vorgestellte Navigationsverfahren und für die ausschließlich intravaskuläre Katheterisierung keine wesentliche Bedeutung: Denn geringere seitliche Abweichungen der Spitze vom idealen Weg erscheinen tolerabel, während den größeren, den Fortgang störenden Abweichungen einerseits durch die fortwährende Ausrichtung der Spitze am Zug-Gradienten entgegengewirkt wird und andererseits - zumindest bei dünnlumigen Gefäßen - durch die kanalisierenden Gefäßwände Grenzen gesetzt werden.
The signals reflected by the tip of the catheter (14c) are sent to a radio frequency module (15), modified into a "signature" in such a way that they can be optimally distinguished from the signals in the environment, amplified and related to an integrated coordinate system. whose 8 "markers" are also arranged near the patient in the C-arm and in another C-arm with an orthogonal position to the main C-arm in such a way that they describe the corner points of a cube (with synchronous panning of both C-arms) and their echo -Signals to build the coordinate system (15a) can be used. The distance between two markers is about 80 cm.
Thereafter, the conversion into electronic impulses is carried out by an analog-to-digital converter for further processing by the system control (15e and 16). The position data is here finally referred to the coordinate system of the navigation and compared with the already generated database. The detection appears to be sufficiently sensitive and precise to detect even minor systematic errors in the horizontal displacement of the patient and in establishing the spatial "congruence" of the generated database and the real position of the catheter tip (the course of the vessel). Possible deviations would be immediately recognizable at the beginning of the navigation and would be amenable to correction. There may still be opportunities to increase precision and sensitivity during development, e.g. E.g. by changing antenna positions.
The detection and imaging of the current spatial orientation of the intravascular catheter tip (possibility that can result from a very high resolution of the detection system and from the use of 2 detection coils in the catheter tip) are of no essential importance for the presented navigation method and for the exclusively intravascular catheterization : Smaller lateral deviations of the tip from the ideal path appear tolerable, while the larger deviations that disrupt progress are counteracted by the continuous alignment of the tip with the pull gradient on the one hand and, on the other hand - at least in the case of vessels with thin lumen - are limited by the canalizing vessel walls.

Das kontrollierte und synchronisierte Zusammenwirken der exekutiven und detektierenden Anteile des Regelkreises, dargestellt in , wird durch die softwaregestützte Systemsteuerung (16) auf der Grundlage der generierten Datengrundlage und ihrem fortwährenden Abgleich mit der detektierten Position der Katheterspitze realisiert.
Sie erhält fortlaufende Daten der Detektion (15) zur aktuellen Position der Katheterspitze, setzt sie in Beziehung zu den Daten der generierten Datengrundlage (17) des Systems und nimmt kontinuierlich in Übereinstimmung mit dem Gefäßverlauf (d.h. dessen „deckungsgleicher“ Reproduktion) die exakte Ausrichtung des Magnetfeldes (29, 30) vor, indem sie entsprechende Steuerbefehle an die Motoren der Mechanik des Elektromagneten sendet.
Synchron ergeht eine entsprechende Befehlsabfolge an die Mechanik des Holders (32), um ein bestimmtes Einzugs-Segment definierter Länge mit definierter Geschwindigkeit frei zu geben an die Zugkraft (31) des Magneten, die ebenfalls synchron an den jeweiligen Abstand zwischen Magnetpol und Katheterspitze angepasst wird über entsprechende Anweisungen an die Spannungsgenerierung des Magneten.
Nach abgeschlossenem Einzug des Katheter-Segments erhält die Systemsteuerung „im Sinne eines Feed-backs“ Information über die tatsächliche Einzugslänge (Holder) und über die neue tatsächliche Position der Katheterspitze (Detektion).
The controlled and synchronized interaction of the executive and detecting parts of the control loop, shown in , is realized by the software-supported system control (16) on the basis of the generated database and its continuous comparison with the detected position of the catheter tip.
It receives continuous data from the detection (15) on the current position of the catheter tip, relates it to the data in the generated database (17) of the system and continuously takes the exact alignment of the vascular path (i.e. its “congruent” reproduction) Magnetic field (29, 30) by sending appropriate control commands to the motors of the mechanics of the electromagnet.
A corresponding sequence of commands is sent synchronously to the mechanics of the holder (32) in order to release a certain retraction segment of a defined length at a defined speed to the pulling force (31) of the magnet, which is also synchronously adapted to the respective distance between the magnet pole and the tip of the catheter via appropriate instructions to the voltage generation of the magnet.
After the catheter segment has been retracted, the system control receives information about the actual retraction length (holder) and the new actual position of the catheter tip (detection) "in the sense of feedback".

Bereits vor dem Beginn der Navigation, wie auch in engen zeitlichen Abständen während der Navigation, analysiert die Systemsteuerung die gewonnenen Daten im Hinblick auf eine ausreichende „Deckungsgleichheit“ und korrigiert die Abweichung entweder automatisch oder gibt Anweisungen zur Fehlerkorrektur an den Untersucher, die zunächst über eine Korrektur der Patient-Position erfolgen.
Eine Korrektur durch erneutes Generieren einer angepassten Datengrundlage ist im Algorithmus jedoch auch vorgesehen. Eine Entscheidung darüber trifft der Untersucher.
Implementierte Algorithmen stellen das Beherrschen möglicher Problemsituationen sowie die Korrektur möglicher Fehler während der Navigation sicher und stellen damit eine wesentliche Grundlage für die Sicherheit, die Geschwindigkeit und für einen automatisierten Ablauf des Verfahrens her.
Als Beispiel für eine zu erwartende Problemstellung mögen starke Widerstände gegen den weiteren Einzug des Katheters dienen: Der Algorithmus hat daraufhin zunächst zu unterscheiden, ob allein eine mangelnde „Deckungsgleichheit“ von Navigation und realem Gefäßverlauf besteht, ob allein eine Stenose (mit möglicher Deviation der Katheterspitze) den Widerstand bedingt oder ob es sich um eine Kombination aus beidem handelt. Aufgrund des Ergebnisses dieser Analyse kann eine automatische oder eine durch den Untersucher bestimmte Fehler- bzw. Problemkorrektur erfolgen, wie zum Beispiel ein horizontales Nachjustieren der Position des Patienten am Untersuchungstisch, ein Retrahieren des Katheters zur Remobilisierung der Katheterspitze oder eine passagere Erhöhung der magnetischen Feldstärke.
Even before the start of the navigation, as well as at short time intervals during the navigation, the system control analyzes the data obtained with regard to sufficient "congruence" and corrects the deviation either automatically or gives instructions for error correction to the examiner, which initially uses a correction of the patient's position.
However, the algorithm also provides for a correction by generating an adapted data base again. The investigator makes the decision.
Implemented algorithms ensure that possible problem situations are mastered and possible errors are corrected during navigation, thereby creating an essential basis for safety, speed and an automated process flow.
Strong resistance to the further insertion of the catheter may serve as an example of a problem to be expected: The algorithm must then first distinguish whether there is only a lack of "congruence" between navigation and the real course of the vessel, whether there is only a stenosis (with possible deviation of the catheter tip). ) determines the resistance or whether it is a combination of both. Based on the result of this analysis, errors or problems can be corrected automatically or determined by the examiner, such as horizontal readjustment of the patient's position on the examination table, retraction of the catheter to remobilize the catheter tip or a temporary increase in the magnetic field strength.

Unter definierten (vor dem Verfahren jeweils festzulegenden) Bedingungen stoppt die Systemsteuerung das automatische Verfahren mit einer entsprechenden Fehler- bzw. Problem-Meldung und übergibt es der Steuerung durch den Untersucher über ein entsprechendes Interface (Modus-Wechsel). Dabei stellt die Systemsteuerung bereits einen angepassten Handlungsplan für das anschließende „Problem-Management“ zur Verfügung. Diesen Modus-Wechsel kann auch der Untersucher selbst zu jedem Zeitpunkt des Verfahrens herbeiführen.
Die Systemsteuerung präsentiert dafür dem Untersucher eine kontinuierliche synoptische Visualisierung der Vorgänge in Echtzeit am Monitor (44). Sie beinhaltet die Rekonstruktion des Gefäßverlaufs auf generierter Datengrundlage und die aktuelle Position der Katheterspitze, visualisiert das Maß an „Deckungsgleichheit“ und zeigt im Falle einer intolerablen Abweichung dabei auch die Raumrichtung an, in welche eine Positionskorrektur zu erfolgen hätte (wobei zumeist eine horizontale Korrektur zu erwarten ist).
Under defined conditions (to be defined in each case before the procedure), the system control stops the automatic procedure with a corresponding error or problem message and hands it over to the examiner via a corresponding interface (mode change). The system control already provides an adapted action plan for the subsequent "problem management". The examiner can also bring about this change of mode himself at any time during the procedure.
The system control presents the examiner with a continuous synoptic visualization of the processes in real time on the monitor (44). It contains the reconstruction of the course of the vessel on generated data basis and the current position of the catheter tip, visualizes the degree of "congruence" and, in the event of an intolerable deviation, also shows the spatial direction in which a position correction should be made (although mostly a horizontal correction is to be expected).

Die Systemsteuerung stellt darüber hinaus die kriterien- und standardgemäße Dokumentation des Verfahrensverlaufes auf Datenträger sicher.In addition, the system control ensures that the procedure is documented on data carriers in accordance with the criteria and standards.

Das vorgestellte Navigationssystem weist an unterschiedlichen Elementen des steuernden Regelkreises Möglichkeiten auf, die Leistung des Systems (insbesondere die Geschwindigkeit des Ablaufs und die Präzision, mit der die Positionierung des Katheters erfolgt) zu optimieren, was nur die weitere Entwicklung deutlich werden lässt. Ganz sicher aber würde das System von Veränderungen profitieren, die eine Verbesserung der magnetischen Ankopplung, Ausrichtung und Beweglichkeit der Katheterspitze herbeiführen. Insbesondere hier dürfte ein Potential für weitere Optimierungen bestehen.The navigation system presented has options for optimizing the performance of the system (in particular the speed of the process and the precision with which the catheter is positioned) at various elements of the control loop, which only becomes clear as further development proceeds. Certainly, the system would benefit from changes that improve the magnetic coupling, alignment, and mobility of the catheter tip. Here, in particular, there should be potential for further optimization.

VI. Zu erwartender NutzenVI. Expected benefit

Die günstige Beeinflussung wesentlicher mechanischer Parameter (Grad der Beweglichkeit der Katheterspitze, Präzision ihrer Lenkung, Querschnitt des Katheters) durch das Zusammenwirken aller Komponenten des dargestellten Regelkreises lässt für die klinische Anwendung des Verfahrens erwarten, dass

  1. 1. bisher schwierig zu passierende anatomische Gegebenheiten - physiologisch- oder krankheitsbedingt - wie etwa Tandem-Stenosen, hochgradige Stenosen, starke Krümmungen oder steile Gefäßabgänge ausreichend exakt nachvollzogen werden können, daher passierbar werden, und dass ebenso dünnlumige distale Gefäßzweige besser erreicht werden können (im Vergleich mit dem gängigen Vorschub-Verfahren) - entsprechend der Anforderung 1 an die Gefäß-Katheterisierung (s. S. 4),
  2. 2. eine Zeitersparnis im Verfahrensablauf in Aussicht steht, die im Wesentlichen aus der Art der Kraft (Zugkraft) und ihres Ansatz-Punktes (Katheterspitze), dem ermöglichten Verzicht auf die Anwendung eines Führungsdrahtes, aus der Verfahrensvereinfachung sowie aus dem erreichten Grad der Automatisierung resultiert und was dem besonderen zeitlichen Erfordernis bei der Akutbehandlung zerebraler Gefäßverschlüsse entgegen kommen würde (im Vergleich mit dem gängigen Vorschub-Verfahren, wie auch mit den bisher entwickelten magnetgestützten Systemen) - entsprechend der Anforderung 2 an die Gefäß-Katheterisierung (s. S. 6),
  3. 3. ein erheblich günstigeres Risiko- bzw. Komplikations-Profil für die Gefäß-Katheterisierung erreicht werden könnte, was neben den patientenbezogenen Vorteilen unter anderem eine wesentliche Voraussetzung für anwendende Kliniken darstellt, fortan auf die bisher erforderlichen aufwendigen Anpassungen, wie etwa das Vorhalten einer Neurochirurgie in Bereitschaft, verzichten zu können (im Vergleich mit dem gängigen Vorschub-Verfahren),
  4. 4. die Indikationsbreite für die Gefäß-Katheterisierung (im Bereich der Akutbehandlung vaskulärer Verschlüsse nach Ausprägungsgrad und Lokalisation der Läsion, nach Alter des Patienten, nach Komorbidität des Patienten) nachhaltig erweitert und einer deutlich größeren Anzahl von Patienten als bisher zugänglich gemacht werden könnte,
  5. 5. das System eine Verfahrensvereinfachung mit sich bringen würde (Reduzierung der technisch-apparativen Aufwands und der sofware-basierten Ausstattung), im Wesentlichen resultierend aus der Beschränkung auf einen einzelnen Elektromagneten zum Erreichen einer synchronen Navigation (gegenüber den bereits entwickelten magnetgestützten Systemen),
  6. 6. das Navigations-Ergebnis in geringerem Maße von klinischen Erfahrungen und manuellen Fertigkeiten des Untersuchers abhinge, als es beim herkömmlichen Verfahren der Fall ist, was sich im Wesentlichen aus dem erreichten Grad an Automatisierung ergeben würde (im Vergleich mit dem gängigen Vorschub-Verfahren),
  7. 7. sich unter Berücksichtigung der Aspekte 1. bis 6. der Weg in die stationäre Regelversorgung für die Gefäß-Katheterisierung eröffnen könnte, wobei ihr Hauptnutzen dann im Wesentlichen in der Akutbehandlung häufiger vaskulärer Verschlüsse, insbesondere der hirnzuführenden Gefäße, zur Abwendung oder Abmilderung bleibender neurologischer Defizite und lebenslanger Behinderungen bestehen könnte.
The favorable influencing of essential mechanical parameters (degree of mobility of the catheter tip, precision of its steering, cross-section of the catheter) through the interaction of all components of the control loop shown allows us to expect that for the clinical application of the method
  1. 1. Anatomical conditions that were previously difficult to pass - due to physiology or illness - such as tandem stenoses, high-grade stenoses, severe curvatures or steep vascular branches can be reproduced with sufficient accuracy and are therefore passable, and that distal vascular branches with thin lumen can also be reached more easily (in Comparison with the common feed method) - according to requirement 1 for vascular catheterization (see p. 4),
  2. 2. there is a prospect of saving time in the course of the procedure, which essentially results from the type of force (tractive force) and its point of application (catheter tip), the possibility of dispensing with the use of a guide wire, the simplification of the procedure and the degree of automation achieved and what would meet the special time requirement in the acute treatment of cerebral vascular occlusions (compared to the common feed method, as well as with the previously developed magnet-supported systems) - according to requirement 2 for vascular catheterization (see p. 6) ,
  3. 3. a significantly more favorable risk and complication profile for vascular catheterization could be achieved, which, in addition to the patient-related advantages, is an essential prerequisite for clinics using it, from now on to the previously required complex adjustments, such as the provision of neurosurgery willing to be able to do without (compared to the usual advance procedure),
  4. 4. the range of indications for vascular catheterization (in the area of acute treatment of vascular occlusions according to the severity and location of the lesion, the age of the patient, the comorbidity of the patient) could be sustainably expanded and made accessible to a significantly larger number of patients than before,
  5. 5. the system would result in a simplification of the process (reduction of the technical and equipment costs and the software-based equipment), essentially resulting from the restriction to a single electromagnet to achieve synchronous navigation (compared to the magnet-supported systems already developed),
  6. 6. the navigation result would depend to a lesser extent on clinical experience and manual skills of the examiner than is the case with the conventional method, which would essentially result from the degree of automation achieved (compared to the conventional feed method) ,
  7. 7. Taking aspects 1 to 6 into account, the path to standard inpatient care for vascular catheterization could open up, with its main benefit then essentially being in the acute treatment of frequent vascular occlusions, in particular of the vessels supplying the brain, to avert or alleviate permanent neurological deficits and lifelong disabilities could exist.

Ohne den Ergebnissen einer späteren klinischen Evaluation dieses Verfahrens (etwa im Vergleich mit der etablierten systemischen Lyse) vorgreifen zu wollen, lässt sich doch erwarten, dass sich durch seine klinische Anwendung wesentliche Vorteile für die Indikationsbreite, die therapeutische Wirksamkeit, das Risiko-Profil und ggf. auch Vorteile für das Kosten-Nutzen-Verhältnis (in Kliniken unterschiedlicher Kategorie) für die Gefäß-Katheterisierung ergeben können, die mit großer Wahrscheinlichkeit positiv miteinander korrelieren. Without wanting to anticipate the results of a later clinical evaluation of this procedure (e.g. in comparison with the established systemic lysis), it can be expected that its clinical application will result in significant advantages for the range of indications, the therapeutic effectiveness, the risk profile and possibly There can also be advantages for the cost-benefit ratio (in clinics of different categories) for vascular catheterization, which are very likely to be positively correlated with each other.

VII. LiteraturVII. Literature

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Figurenlistecharacter list

  • (S. 34) mit einem Überblick über den Regelkreis der Navigation. Die exekutiven sind rot, die detektierenden Anteile blau, die steuernden Anteile schwarz gefärbt. (p. 34) with an overview of the navigation control loop. The executive parts are red, the detecting parts are blue, and the controlling parts are black.
  • (S. 35) zur Konstruktion des „Koordninatensystems der Navigation“ und Darstellung dessen „virtueller Horizontalverschiebung“. (p. 35) on the construction of the “navigation coordinate system” and its “virtual horizontal shift”.
  • , und (S. 36) zur Konstruktion der Datengrundlage. , and (p. 36) for the construction of the data basis.
  • (S. 37) zeigt die Horizontalverschiebung des Patienten. (p. 37) shows the horizontal displacement of the patient.
  • (S. 38) stellt den Elektromagneten und seine „innere Mechanik“ dar. (p. 38) shows the electromagnet and its "internal mechanics".
  • (S. 39) zeigt den Bewegungsumfang der „inneren Mechanik“. (p. 39) shows the range of motion of the "inner mechanics".
  • (S. 40) zeigt den Bewegungsumfang der „äußeren Mechanik“. (p. 40) shows the range of motion of the "external mechanics".
  • (S. 41) stellt den Holder in Seitenansicht und Aufsicht dar. (p. 41) shows the holder in side view and top view.
  • (S. 42) zeigt den Mikrokatheter im Querschnitt, Seiten- und Frontansicht. (p. 42) shows the microcatheter in cross section, side and front view.
  • (S. 43) verdeutlicht den entgegengesetzten Kraftansatz an der Katheterspitze. (p. 43) illustrates the opposite application of force at the tip of the catheter.
  • (S. 44) stellt die integrierte elektromagnetische Detektion dar. (p. 44) shows the integrated electromagnetic detection.
  • (S. 45) zeigt die Seitenansicht des Navigations-Systems (p. 45) shows the side view of the navigation system
  • (S. 46) zeigt die Vorderansicht und Aufsicht des Navigations-Systems. (p. 46) shows the front view and top view of the navigation system.

Claims (7)

Vorrichtung zum Steuern der Bewegungen eines katheterartigen Werkzeugs (14) innerhalb eines Blutgefässes durch Ausrichtung eines von ausserhalb des Körpers einwirkenden Magnetfeldes, wobei eine Steuerung (16) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, auf der Basis einer Datenstruktur, konstruiert aus einer computer- oder kernspintomographischen 3-d-Rekonstruktion des Gefässverlaufs (34), die räumliche Ausrichtung des Elektromagneten (2) zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass über einen einzelnen magnetischen Gradienten zwischen den Polen einer magnetisierten Katheterspitze (14a) und eines einzelnen, durch eine motorisierte Mechanik in allen Raumrichtungen beweglichen Elektromagneten (2), eine Zugkraft auf die Katheterspitze (14a) ausgeübt wird, welche gleichzeitig den Einzug und die räumliche Orientierung des Katheters (14) in Übereinstimmung mit dem Gefässverlauf (34) bewirkt, wobei die Steuerung ausgeführt ist als eine synchronisierende Steuerung , welche in Abhängigkeit von der aktuellen Position der intraluminären Katheterspitze (14a), fortlaufend bestimmt durch eine elektromagnetische Detektion, die räumliche Ausrichtung des Elektromagneten (2) und die motorisierte Führung (8) des Katheters (14) ausserhalb des Körpers, die einen intermittierenden mechanischen Rückhalt des Katheters (14) ausübt, kontrolliert.Device for controlling the movements of a catheter-like tool (14) within a blood vessel by directing a magnetic field acting from outside the body, wherein a controller (16) is provided which is adapted to operate on the basis of a data structure constructed from a computer or magnetic resonance tomographic 3-d reconstruction of the course of the vessel (34) to determine the spatial orientation of the electromagnet (2), characterized in that via a single magnetic gradient between the poles of a magnetized catheter tip (14a) and a single one, driven by a motorized mechanism in electromagnets (2) movable in all spatial directions, a tensile force is exerted on the catheter tip (14a), which simultaneously causes the retraction and the spatial orientation of the catheter (14) in accordance with the course of the vessel (34), the control being designed as a synchronizing control, which depends on the current position of the intraluminal catheter tip (14a), continuously determined by electromagnetic detection, the spatial orientation of the electromagnet (2) and the motorized guide (8) of the catheter (14) outside the body, which provides intermittent mechanical retention of the catheter (14) exercised, controlled. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (14a) eines Mikrokatheters (14) in ihrem vorderen Abschnitt einen zylindrischen, permanenten Magneten (14b) aufweist, dessen Polachse (36) in der Längsachse des Katheters (14) liegt, sowie in ihrem hinteren Abschnitt über die detektionsbestimmte Vorrichtung (14c) verfügt, und dass der Katheterschlauch (14d) longitudinale Perforationen (14e) unmittelbar hinter der Katheterspitze (14a) zum Austritt der therapeutisch oder diagnostisch wirksamen Substanzen sowie zur Verbesserung seiner Flexibilität aufweist.device after claim 1 , characterized in that the tip (14a) of a microcatheter (14) in its front portion cylindrical, permanent magnet (14b), the pole axis (36) of which lies in the longitudinal axis of the catheter (14), and has the detection-specific device (14c) in its rear section, and that the catheter tube (14d) has longitudinal perforations (14e) immediately behind the catheter tip (14a) for exiting the therapeutically or diagnostically active substances and for improving its flexibility. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine motorisierte Mechanik zur Führung (8) des Katheterabschnitts ausserhalb des Körpers vorgesehen ist, die der kontinuierlich auf die Katheterspitze (14a) wirkenden Zugkraft des Elektromagneten (2) einen mechanischen Rückhalt des Katheters (14) entgegensetzt, indem eine Anordnung von quer zur Katheterlängsachse positionierten Walzen eine Kompression des Katheterschlauchs (14d) bewirkt, den Katheterschlauch (14d) durch Rotation der Walzen (8a) mit variabler Geschwindigkeit und Dauer zu seinem Einzug durch das Magnetfeld freigibt, dadurch bei kontinuierlichem Einwirken der Zugkraft auf die Katheterspitze (14a) einen segmentierten bis nahezu fliessenden Einzug des Katheters (14) erlaubt, durch die gegenläufige Führung (8) des Katheterschlauchs (14d) den Katheter (14) kontrolliert retrahiert und nach Abschluss wieder aus dem Gefäss extrahiert sowie eine fortlaufende Längenbestimmung der Einzugs-Segmente unternimmt, deren Ergebnisse fortlaufend an die Systemsteuerung zur weiteren Kontrolle des Einzugs geleitet werden.device after claim 2 , characterized in that a motorized mechanism for guiding (8) the catheter section outside the body is provided, which counteracts the tensile force of the electromagnet (2) continuously acting on the catheter tip (14a) with a mechanical retention of the catheter (14) by an arrangement rollers positioned transversely to the longitudinal axis of the catheter causes compression of the catheter tube (14d), the catheter tube (14d) is released by rotation of the rollers (8a) at variable speed and duration so that it can be drawn in by the magnetic field, as a result of which the tensile force is continuously acting on the catheter tip ( 14a) allows the catheter (14) to be retracted in a segmented to almost flowing manner, the catheter (14) is retracted in a controlled manner by the counter-rotating guide (8) of the catheter tube (14d) and, after completion, is extracted from the vessel again, as well as a continuous determination of the length of the retraction segments undertakes, the results of which are continuously sent to the system be routed to the control for further control of the feed. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die motorisierte Mechanik (8) den Elektromagneten (2) an der Innenseite eines um seine horizontale Achse schwenkbaren C-Bogens (1a) und longitudinal verschieblich trägt, zusätzlich die Neigung des Elektromagneten (2) und seiner Polachse (36) gegenüber der Ebene, die der C-Bogen umschliesst, erlaubt, die Drehung des C-Bogens um.die Ebene, die er umschliesst, vorsieht sowie von einer Systemsteuerung (16) fortlaufend synchronisierte, elektronische Anweisungen an die Motoren erhält, zur Positionierung des Elektromagneten (2) mit Bewegungsfreiheit in allen Raumrichtungen um den Körperabschnitt herum, der den betreffenden Gefässverlauf (34) beherbergt.device after claim 3 , characterized in that the motorized mechanism (8) carries the electromagnet (2) on the inside of a C-arm (1a) that can be pivoted about its horizontal axis and is longitudinally displaceable, additionally the inclination of the electromagnet (2) and its polar axis (36) relative to the plane that the C-arm encloses, provides for the rotation of the C-arm around the plane that it encloses, and receives continuously synchronized electronic instructions to the motors from a system controller (16) for positioning the electromagnet (2) with freedom of movement in all spatial directions around the part of the body that accommodates the vessel course (34) in question. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemsteuerung (16) den Elektromagneten (2) so positioniert, dass der magnetische Gradient stets in Übereinstimmung mit der longitudinalen Achse des Gefäßabschnitts (34) gebracht und an die magnetische Katheterspitze (14a) angekoppelt ist.device after claim 4 , characterized in that the system controller (16) positions the electromagnet (2) so that the magnetic gradient is always brought into line with the longitudinal axis of the vessel section (34) and is coupled to the magnetic catheter tip (14a). Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn der Navigation die Konstruktion einer Datengrundlage zur Steuerung des gesamten Verfahrens der Navigation durch eine computergestützte Prozedur vorgesehen ist, deren Algorithmus derart auf den Datensatz einer computer- bzw. kernspintomographisch erstellten 3-d-Rekonstruktion des Gefässverlaufs (34) zugreifen lässt, dass über die gesamte Länge des relevanten Gefässabschnitts eine Segmentierung in Abhängigkeit vom jeweiligen Krümmungsgrad erfolgt und für jedes Segment (37) eine longitudinale Vektorführung durch das Zentrum des Gefässvolumens vorgenommen und auf ein virtuelles Koordinatensystem bezogen wird - mit den Resultaten eines Entwurfs des Führungsweges des Elektromagneten (2), dessen Polachse (36) dabei stets mit der Längsachse der Fliessrichtung des Gefässes in Übereinstimmung gebracht wird und die Fliessrichtung dabei stets auf den Elektromagneten (2) weist, einer Abfolge entsprechender Positionsbefehle an die Mechanik (1) des Elektromagneten (2) sowie eines Steuerungsablaufs für die Mechanik zur Führung (8) des Katheters (14) ausserhalb des Körpers.Device according to one of claims 1 until 5 , characterized in that before the start of the navigation, the construction of a database for controlling the entire method of navigation is provided by a computer-assisted procedure, the algorithm of which is based on the data set of a computer or magnetic resonance tomographically created 3-D reconstruction of the course of the vessels (34) allows access to the fact that over the entire length of the relevant vessel section there is a segmentation depending on the respective degree of curvature and for each segment (37) a longitudinal vector guidance is carried out through the center of the vessel volume and referred to a virtual coordinate system - with the results of a draft of the guidance path of the electromagnet (2), whose pole axis (36) is always aligned with the longitudinal axis of the flow direction of the vessel and the flow direction always points to the electromagnet (2), a sequence of corresponding position commands to the mechanism (1) of the Elektroma magnets (2) and a control sequence for the mechanism for guiding (8) the catheter (14) outside the body. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) zur Variation der aufzuwendenden Magnetfeldstärke ausgebildet ist, vorzugsweise durch eine Ausführung mit einem verschieblichen Kern (2a).device after claim 6 , characterized in that the electromagnet (2) is designed to vary the magnetic field strength to be applied, preferably by an embodiment with a displaceable core (2a).
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