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Die vorliegende Erfindung betrifft einen medizinischen Katheter. Medizinische Katheter sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Medizinischer Katheter sind typischerweise als Rohre oder Schläuche ausgebildet, weisen je nach Anwendung verschiedene Durchmesser auf, und sind insbesondere aus Materialien wie Kunststoff, Gummi, Silikon, Metall und/oder Glas gefertigt. Katheter dienen beispielsweise dazu Hohlorgane des menschlichen oder tierischen Körpers wie Harnblase, Magen, Darm, Gefäße, Ohr aber auch Lunge und Herz zu sondieren, zu entleeren, zufüllen, zu spülen oder auch darin medizinische Manipulationen auszuführen. Dies geschieht aus diagnostischen oder therapeutischen Gründen. Katheter werden bevorzugt bei minimalinvasiven Eingriffen eingesetzt. Der Begriff „Medizinischer Katheter“ wird vorliegend weit gefasst verstanden.
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Für viele Anwendungen sind Katheter an ihrem proximalen Ende mit einer Lichtquelle und einer Optik, mit Sensoren und/oder einem oder mehreren medizinischen Instrumenten ausgestattet, wobei zumindest letztere von einem Bediener vom distalen Ende des Katheters her bedienbar sind. Der Einsatz von Kathetern erfordert in den meisten Fällen, insbesondere für Biopsien, dass das proximale Ende des Katheters möglichst optimal in einem Zielvolumen im Körper eines Menschen oder eines Tieres positioniert wird.
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Zur Navigation des Katheters während einer Katheteranwendung sind heute bekannt:
- – Nutzung haptischer Eindrücke des Bedieners, bspw. bei der Bedienung eines am proximalen Ende des Katheters vorhandenen Manipulationsinstruments,
- – Nutzung von Bildern, die von einer am proximalen Ende des Katheters angeordneten Optik erzeugt werden,
- – Nutzung einer Röntgenabtastung des relevanten Untersuchungsbereichs inklusive des darin enthaltenen Katheters zur Positionsermittlung des Katheters,
- – Nutzung eines oder mehrerer am Katheter angebrachter Signale aussendender Funksender und deren Auswertung zur Positionsermittlung des Katheters,
- – Nutzung eines oder mehrer am Katheter angebrachter Ultraschallsignale aussendender/empfangender Ultraschallsender/-empfänger zur Positionsermittlung des Katheters.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen medizinischen Katheter anzugeben, mit dem eine zusätzliche/bessere Navigations- und/oder Positionierungsgenauigkeit im Körper eines Menschen oder eines Tieres ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird mit dem medizinischen Katheter gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
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Die Erfindung basiert auf der Idee, ein Zielvolumen im Körper eines Menschen oder eines Tieres (bspw. einen Tumor), relativ zu dem der medizinische Katheter angeordnet werden soll, zunächst mit einer Gammastrahlen aussendenden, insbesondere einer kurzreichweitigen, radioaktiven Strahlenquelle zu markieren, wie dies bspw. aus der Brachytherapie bekannt ist. Diese radioaktive Markierung des Zielvolumens kann beispielsweise mittels eines an ein an Zuckermolekül gekoppelten Radionukleids, das sich bspw. vermehrt in Tumoren anreichert, oder durch direkte Implantation eines Körpers (so genannte „Seed“) der radioaktives Material enthält in das Zielvolumen (bspw. den Tumor) erfolgen. Je kleiner das die Strahlungsquelle darstellende Volumen, umso genauer kann einer Navigation oder relative Positionierung des medizinischen Katheters erfolgen.
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Zur Navigation bzw. Positionierung relativ zu dem Zielvolumen/der Strahlungsquelle, weist der medizinische Katheter erfindungsgemäß, bevorzugt an dessen proximalen Ende, einen Gammastrahlendetektor auf. Der Gammastrahlendetektor ist insbesondere in der Lage unterschiedliche Gammastrahlungsintensitäten, und bevorzugt auch unterschiedliche Einfallsrichtung zu unterscheiden. Durch die Messung bzw. Auswertung der Gammastrahlenintensität kann somit eine Richtung ermittelt werden, aus der die maximale Strahlungsintensität erfasst wird. Der Katheter kann relativ zu dieser Richtung je nach Zielsetzung navigiert oder positioniert werden.
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Wird beispielsweise ein Tumor (= Zielvolumen) radioaktiv markiert, um eine Biopsie des Tumorgewebes vorzunehmen, kann dessen Aktivität vom Gammastrahlendetektor lokal gemessen werden. Je nach Entfernung des Gammastrahlendetektors vom Tumor wird man verschiedene Gammastrahlungsintensitäten messen. Soll der Gammastrahlendetektor auf das Zielvolumen/die Strahlungsquelle/den Tumor zu navigiert werden, so ist immer in die Richtung der stärksten Strahlungsintensität zu navigieren. Die Stelle der höchsten Strahlungsintensität kann somit lokalisiert und anschließend mit einem im Katheter vorhandenen Biopsieinstrument biopsiert werden. Optional kann die Biopsie-Gewebeprobe an dem Gammastrahlendetektor vorbeigezogen und auf Radioaktivität(Gammastrahlung) geprüft werden. Dies ermöglicht eine direkte Rückmeldung über den Erfolg der Biopsie.
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Die Ausrichtung des Gammastrahlendetektors relativ zur Strahlenquelle bzw. dem Zielvolumen erzeugt mithin unterschiedliche Gammastrahlungsintensitäten. Die Navigation oder Positionierung oder Ausrichtung des medizinischen Katheters kann somit einfach anhand von Messungen der Gammastrahlungsintensität und deren Auswertung erfolgen.
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Führt man einen am Katheter angeordneten Gammastrahlendetektor, der in der Lage orthogonal zu einer Katheterabschnitts-Längsachse eintreffende Gammastrahlung zu detektieren, seitlich/lateral am markierten Tumor vorbei (bspw. man führt ein so genanntes „Pullback“-Verfahren des Katheters aus, bei dem der Katheter erst am Tumor vorbei geschoben wird, bis die gemessene Gammastrahlungsintensität wieder nachlässt, und bei der anschließend der Katheter wieder zurückgezogen wird, bis nach einem Maximum der Strahlungsintensität die Strahlungsintensität wieder abfällt), erhält man eine Strahlungsintensitätskurve und kann daraus das Maximum der Strahlungsintensität hinreichend genau ermitteln. Das Maximum dieser Kurve bestimmt mithin den minimalen Abstand des Gammastrahlendetektors zum Tumor.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen medizinischen Katheters zeichnet sich daher dadurch aus, dass der Gammastrahlendetektor zur Erfassung von Gammastrahlung aus einer selektierten Einfallsrichtung parallel und/oder senkrecht zu einer Längsachse eines Katheterabschnitts ausgeführt und eingerichtet ist, an dem der Gammastrahlendetektors angeordnet ist, während Gammastrahlung aus anderen Einfallsrichtungen nicht oder nur stark gedämpft erfasst wird.
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Als Beispiel sei angenommen, dass ein am proximalen Ende des Katheters angeordneter Gammastrahlendetektor nur Gammastrahlung detektieren kann, die aus einer Richtung längs einer Längsachse des proximalen Katheter-Endabschnitt eintrifft, d.h. aus einer Richtung in die der Katheter-Endabschnitt zeigt. Ist das den Gammastrahlendetektor aufweisende proximale Ende des Katheters in Richtung Strahlungsquelle ausgerichtet, wird mit dem Detektor ein Maximum an Strahlungsintensität gemessen. Weicht die Richtung davon ab, ist die gemessene Strahlungsintensität entsprechend geringer. Dieser Zusammenhang kann, wie vorstehend ausgeführt, für eine Navigation auf das Zielvolumen/die Strahlungsquelle genutzt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Gammastrahlendetektor derart ausgeführt und eingerichtet sein, dass Gammastrahlung selektiv mit einer Einfallsrichtung erfasst wird, die orthogonal zur Längsachse eines Katheterabschnitts eintrifft. Gammastrahlung aus anderen als der oder den selektierten Einfallsrichtungen wird dabei also nicht erfasst.
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Durch die Erfassung von Gammastrahlung, die aus selektierten Einfallsrichtungen auf den Gammastrahlungsdetektor trifft, kann die Strahlungsintensität auf benachbarte Organe gemessen und im Zielvolumen verifiziert werden. Durch diese Messungen können bspw. Schädigungen an einem Nachbarorgan aufgrund der Strahlenbelastung ausgeschlossen werden. Ebenso kann anhand der Messungen des Gammastrahlungsdetektors eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Verteilung der Strahlendosis im Zielvolumen nachgewiesen werden.
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Eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen medizinischen Katheters zeichnet sich dadurch aus, dass der Gammastrahlendetektor derart ausgeführt ist, dass die Einfallsrichtung der vom Gammastrahlendetektor erfassten Gammastrahlung einstellbar ist. Das ermöglicht eine je nach Anwendung optimale ggf. variable Einstellung der Einfallsrichtung für die der Gammastrahlendetektor Strahlung detektieren kann. So ist es möglich, den Gammastrahlendetektor zunächst für eine Navigation des proximalen Endes des Katheters auf das markierte Zielvolumen zu konfigurieren, so dass nur Gammastrahlung detektiert wird, die parallel zur Längsachse des Katheter-Endstücks auf den am proximalen Ende des Katheters angeordneten Gammastrahlendetektor trifft. In diesem Fall treffen auf den Detektor bspw. durch eine entsprechend gestaltete Abschirmung nur Gammastrahlen aus besagter Richtung parallel zur Längsachse des betreffenden Katheter-Abschnitts
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen medizinischen Katheters zeichnet sich dadurch aus, dass der Gammastrahlendetektor derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass die Einfallsrichtung der vom Gammastrahlendetektor erfassten Gammastrahlung selbst erfassbar ist. Dies ermöglicht neben der Registrierung der Strahlungsintensität auch die Registrierung der zugehörigen Einfallsrichtung.
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Der Gammastrahlendetektor weist bevorzugt einen Photomultiplier auf, wobei die Gammastrahlen zunächst mit einer Kathode des Photomultipliers wechselwirken und anschließend die dabei freigesetzten Elektronen im Photomultiplier auf bekannte Weise verstärkt und erfasst werden.
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Bevorzugt ist der Gammastrahlendetektor innerhalb eines Rohrabschnitts des Katheters aus einem für Gammastrahlung undurchlässigen oder einem Gammastrahlen stark dämpfenden Material verschiebbar angeordnet, wobei der Rohrabschnitt an seiner Mantelfläche zumindest einen für Gammastrahlen durchlässigen Bereich, bspw. eine Öffnung aufweist, wobei der Gammastrahlendetektor bei einer zu dem durchlässigen Bereich korrespondierenden Anordnung im Rohrabschnitt Gammastrahlen erfasst, die diesen Bereich passieren. Wird der Gammastrahlendetektor im Rohr an eine andere mit der Öffnung nicht korrespondierende Stelle verschoben, so werden keine durch die Öffnung tretenden Gammastrahlen detektiert.
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Bevorzugt ist der Gammastrahlendetektor mittels im Katheter verlaufender elektrischer Leitungen mit einer (Energie-)Versorgungs- und Auswertevorrichtung verbindbar. Natürlich ist auch eine Funkübertragung von Messsignalen etc. denkbar.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Katheter zusätzlich einen Ultraschallsensor und/oder einen optischen Sensor bzw. eine Optik auf, wobei diese bevorzugt am proximalen Ende des Katheters angeordnet ist/sind.
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Weiterhin bevorzugt weist der medizinische Katheter auf seiner Außenfläche angebrachte Markierungen und/oder einen Positionssensor auf, die jeweils eine Positionserkennung des Katheters mittels eines entsprechenden Positionserfassungssystems ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann der medizinische Katheter einen Magneten aufweisen, mittels dem der Katheter durch Einwirkung eines externen Magnetfelds beweg- und positionierbar ist. Besonders bevorzugt umfasst der medizinische Katheter ein ausfahrbares Biopsieinstrument oder andere Manipulationsinstrumente. Weiterhin alternativ oder zusätzlich umfasst der medizinische Katheter eine Vorrichtung zur Ausbringung einer Substanz, bspw. einer Flüssigkeit oder eines Pulvers, oder eines Festkörpers.
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Der medizinische Katheter wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematisierte Ausführungsform des proximalen Endes eines erfindungsgemäßen medizinischen Katheters, wobei der Gammastrahlungsdetektor in einer ersten Stellung innerhalb des Katheters angeordnet ist,
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2 eine schematisierte Ausführungsform des proximalen Endes eines erfindungsgemäßen medizinischen Katheters, wobei der Gammastrahlungsdetektor in einer zweiten Stellung innerhalb des Katheters angeordnet ist, und
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3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Durchführung einer Positionierung des Katheters.
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Das Ausführungsbeispiel betrifft einen erfindungsgemäßen Katheter, der im Rahmen einer Bronchialbiopsie verwendet wird, um aus einem radioaktiv markierten Tumor im Bereich der Lunge eines Patienten eine Gewebeprobe zu entnehmen.
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Die Bronchialbiopsie erfolgt in der Regel im Rahmen einer Bronchoskopie. Die Bronchoskopie (Spiegelung der Lunge bzw. des "Bronchialsystems") ist eine bekannte Maßnahme bei der Diagnose von Lungenkrebs. Zwar lassen sich Lunge und Bronchien auch mittels bildgebender Verfahren, wie bspw. der Computertomografie erfassen und darstellen, allerdings ist zur onkologischen Befundung, d.h. zur Klassifizierung der Erkrankung die Entnahme einer Gewebeprobe (Biopsie) erforderlich.
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Bei der Bronchoskopie wird ein biegsamer optischer Katheter (Bronchoskop) typischerweise über die Nase (seltener durch den Mund) über die Luftröhre in die Bronchien vorgeschoben. Man gelangt mit einem Bronchoskop normaler Größe (5 bis 6 mm Durchmesser) etwa bis zur 4. oder 5. Aufteilung der Bronchien, bevor der Durchmesser der Bronchien den des Bronchoskops unterschreitet.
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Zur histologischen Abklärung eines Gewebebereichs der Lunge wird die Bronchoskopie, wie vorher angegeben, zusammen mit einer Bronchialbiopsie eingesetzt. Hierzu sind am proximalen Ende des Lungenkatheters (Bronchoskops) bspw. kleine ausfahrbare Biopsiezangen angeordnet, die zur Gewinnung von Gewebeproben für die histologische Untersuchung benutzt werden.
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Werden nur die Schichten der Bronchialschleimhaut erfasst, spricht man von einer Schleimhautbiopsie. Als transbronchiale Biopsie bezeichnet man die Entnahme einer Gewebeprobe durch die Bronchien hindurch. Dabei kann nicht nur Gewebe aus der oberflächlichen Bronchialschleimhaut gewonnen werden, sondern auch tieferliegendes Gewebe aus der Bronchialwand und dem umgebenden Lungengewebe. Ein Problem hierbei ist, mit der Biopsiezange tatsächlich auch das Zielvolumen zu treffen, also die Gewebeprobe auch aus dem ermittelten Zielvolumen zu entnehmen, was speziell bei kleinen Zielbereichen schwierig ist.
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Erschwert wird die Bronchialbiopsie ebenfalls durch den Umstand, dass einige Zielvolumen interlobär (d.h. zwischen zwei Lungenlappen) liegen und somit mit einer Biopsiezange keine Gewebeprobe entnommen werden kann. Hier gibt es die Möglichkeit aus den Bronchien heraus mit einer Biopsienadel in das Zielvolumen zu stechen und mittels der Biopsienadel die Gewebeprobe zu entnehmen. Aufgrund der heutigen nicht ausreichend genauen Navigationsmöglichkeilen ist jedoch die Trefferquote insbesondere solcher Nadel-Biopsien relativ gering.
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Wird bei der Biopsie gesundes, dem potentiellen Tumor lediglich benachbartes, Gewebe entnommen, ist die Untersuchung weitgehend wertlos. Bei größeren Zielvolumen ist es wiederum möglich, dass nur ein Teil dieses Zielvolumens cancerogenes Gewebe enthält. Die konventionellen Bildgebungsverfahren (CT, NMR, etc.) bieten hier jedoch vielfach keine Zuordnungsmöglichkeit, so dass häufig der Zufall darüber entscheidet, ob die Gewebeprobe nun aus einem Teilbereich des Zielvolumens stammt gesundes oder cancerogenes Gewebe aufweist.
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Im heute bekannten Stand der Technik wird die Bronchoskopieunterstützte Lungengewebebiopsie überwiegend unter optischer Kontrolle bzw. mit Röntgendurchleuchtung durchgeführt. Die typischen Schritte umfassen:
- – eine ungefähre Ortung des zu biopsierenden Zielvolumens anhand radiologischer Schnittbilder (bspw. CT-Aufnahmen),
- – Einführen eines Bronchoskops in die Bronchien, wobei die Navigation mittels Röntgenabtastung des relevanten Lungenbereichs und Ertasten mittels der Biopsiezange erfolgt, jedoch mit einer geringen Trefferquote von nur ca. 50 %)
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Mit dem in 1 dargestellten Bronchoskop 101 (Katheter 101), kann die Positionierungsgenauigkeit relativ zu einem entsprechend radioaktiv markierten Lungentumor erheblich gesteigert werden. 1 zeigt eine schematisierte Ausführungsform des proximalen Endes eines erfindungsgemäßen medizinischen Bronchoskops 101 (Katheters 101), bei dem ein Gammastrahlungsdetektor 102 in einer ersten Stellung innerhalb des Bronchoskops 101 angeordnet ist. Nicht gezeigt sind entsprechende Biopsieinstrumente des Bronchoskops 101.
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Der dargestellte proximale Endabschnitt des Bronchoskops ist vorliegend als am proximalen Ende offenes Rohr, aus einem für Gammastrahlung 103 zumindest weitgehend undurchlässigen Material ausgebildet. Das Rohr weist eine Öffnung 104 in der Mantelwand des Rohrs auf, durch das Gammastrahlung 103 in das Innere des Rohrs einfallen (nicht dargestellt) kann. Weiterhin kann durch die Öffnung am proximalen Ende des Rohrs Gammastrahlung 103 in das Rohr parallel zu einer Längsachse des Rohrabschnitts einfallen. Die innerhalb des Bronchoskops 101 verlaufenden Versorgungs- und Signalleitung 105 sind vorliegend schematisiert als Band dargestellt.
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1 zeigt eine erste Stellung des innerhalb des Rohres verschiebbar gelagerten Gammastrahlungsdetektors 102. Der Gammastrahlungsdetektor 102 weist vorliegend einen Photomultiplier mit einer Kathode 106 auf. In dieser ersten Stellung können nur Gammastrahlen 103 mit der Kathode 106 wechselwirken, die durch die proximale Öffnung des Rohres eintreten. Die Gammastrahlung 103, welche durch die Öffnung 103 der Mantelfläche eintritt kann in der ersten Stellung nicht erfasst werden.
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2 zeigt eine schematisierte Ausführungsform des proximalen Endes eines erfindungsgemäßen Bronchoskops 101 (Katheters 101), wobei der Gammastrahlungsdetektor 102 in einer zweiten Stellung innerhalb des Bronchoskops 101 angeordnet ist. Das Bronchoskop 101 weist vorliegend eine Klappe 107 auf, mit der die Öffnung am proximalen Ende des Bronchoskops 101 verschlossen ist (während diese Klappe 107 in 1 die Öffnung am proximalen Ende des Bronchoskops nicht verschließt). In der zweiten Stellung ist der Gammastrahlungsdetektor 102 mit seiner Detektorfläche (Kathode) 106 korrespondierend zur Öffnung 104 angeordnet, so dass nur durch die Öffnung einfallende Gammastrahlung 103 erfasst wird.
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3 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Durchführung einer Positionierung oder Navigation eines erfindungsgemäßen Bronchoskops 101.
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Es sei vorliegend angenommen, dass im Körper eines Patienten ein radioaktiv markierter Tumor 307 vorhanden ist, der Gammastrahlung 103 aussendet. In 3 ist das in 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Bronchoskop 101 für drei Positionen 301 bis 303 relativ zu dem markierten Tumor 307 dargestellt. Das Bronchoskop 101 weist den im proximalen Endabschnitt des Bronchoskops angeordneten, entlang der Längsrichtung des Endabschnitts verschiebbaren Gammastrahlungsdetektor 102 auf. Weiterhin weist der proximale Endabschnitt des Bronchoskops 101 die in 1 und 2 beschriebene Öffnung 104 auf.
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In 3 ist weiterhin ein Graph gezeigt, der gemessene Intensitätskurven 304 bis 306 des Gammastrahlendetektors 102 zeigt, die dadurch zustande kommen, dass das Bronchoskop 101 in den drei dargestellten unterschiedlichen Positionen 301–303 entlang der durch Pfeile angegebenen Richtung verschoben wird. Dabei ergeben sich folgende Zuordnungen:
Eine Messung ausgehend von Position 301 entlang der angegebenen Pfeilrichtungen ergibt die Gammastrahlungs-Intensitätsmesskurve 306. Dabei gelangt Gammastrahlung 103 nur durch die am proximalen Ende angeordnete Öffnung zum Detektor 102.
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Eine Messung ausgehend von Position 302 entlang der angegebenen Pfeilrichtungen ergibt die Gammastrahlungs-Intensitätsmesskurve 305. Dabei gelangt Gammastrahlung 103 nur durch die am proximalen Ende angeordnete Öffnung zum Detektor 102. Das sich das proximale Ende exakt auf die Strahlenquelle (den Tumor 307) zu bewegt, nimmt die Strahlungsintensität stetig zu und erreicht bei Erreichen des Tumors 307 ein Maximum.
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Eine Messung ausgehend von Position 303 entlang der angegebenen Pfeilrichtungen ergibt die Gammastrahlungs-Intensitätsmesskurve 304. Dabei gelangt Gammastrahlung 103 sowohl durch die am proximalen Ende angeordnete (nicht mittels der Klappe 107 verschlossene) Öffnung zum Detektor 102 als auch durch die Öffnung 104. Das Maximum der Kurve 304 repräsentiert die kürzeste laterale Entfernung vom proximalen Ende des Bronchoskops 101 und Tumor 307.
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Der erfindungsgemäße Katheter 101 eignet sich natürlich auch für andere Anwendungen, bspw. für Magenspiegelungen (Gastroskopie), ERCP (Endoskopisch Retrograde Cholangio-Pancreaticographie), Darmspiegelungen (Koloskopie), Mittelfellspiegelungen (Mediastinoskopie), Brustraumspiegelungen (Thorakoskopie), Bauchspiegelungen (Laparoskopie), oder in der Gynäkologie: Eileiterspiegelungen, gynäkologische Bauchspiegelung, Gebärmutterspiegelungen, Fetoskopien, oder in der Urologie: Blasenspiegelungen, Harnleiterspiegelungen, oder für Arthroskopien.
