DE102018219444A1

DE102018219444A1 - Medical instrument and medical ultrasound system with such an instrument

Info

Publication number: DE102018219444A1
Application number: DE102018219444.0A
Authority: DE
Inventors: Jens Wildhagen
Original assignee: B Braun Melsungen AG
Current assignee: B Braun Melsungen AG
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2020-05-14

Abstract

Ein derartiges medizinisches Instrument mit einem distalen Ende, das zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen ist, und einer am distalen Ende angeordneten Piezosensorik mit mehreren Piezoelementen, die jeweils zum Erfassen von Ultraschallimpulsen und einer Wandlung der erfassten Ultraschallimpulse in Messsignale eingerichtet sind, wobei die Piezosensorik mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Messsignale verbindbar ist, ist bekannt.Erfindungsgemäß sind die mehreren Piezoelemente unter Ausbildung einer elektrischen Reihenschaltung miteinander verbunden.Einsatz bei einem Kathetertracking oder einem Kanülentracking.Such a medical instrument with a distal end, which is provided for insertion into the body of a patient, and a piezo sensor arranged at the distal end with a plurality of piezo elements, each of which is set up for detecting ultrasound pulses and converting the detected ultrasound pulses into measurement signals, the Piezo sensors can be connected to an evaluation unit for evaluating the measurement signals is known. According to the invention, the plurality of piezo elements are connected to one another to form an electrical series connection. Use in catheter tracking or cannula tracking.

Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument mit einem distalen Ende, das zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen ist, und einer am distalen Ende angeordneten Piezosensorik mit mehreren Piezoelementen, die jeweils zum Erfassen von Ultraschallimpulsen und einer Wandlung der erfassten Ultraschallimpulse in Messsignale eingerichtet sind, wobei die Piezosensorik mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Messsignale verbindbar ist.The invention relates to a medical instrument with a distal end, which is provided for insertion into the body of a patient, and a piezo sensor arranged at the distal end with a plurality of piezo elements, which are each set up for detecting ultrasound pulses and converting the detected ultrasound pulses into measurement signals. the piezo sensor system being connectable to an evaluation unit for evaluating the measurement signals.

Eine derartiges medizinisches Instrument ist in Form eines Katheters aus der EP 1 245 191 A2 bekannt und insbesondere zur Verwendung bei einer PTCA vorgesehen (Perkutane Transluminale Koronare Angioplastie). Der bekannte Katheter weist im Bereich einer distal angeordneten Katheterspitze eine Piezosensorik mit mehreren Ultraschallempfängern in Form jeweils eines Piezoelements auf. Die Piezosensorik ist zum Erfassen von Ultraschallimpulsen und zur Wandlung derselben in Messsignale eingerichtet. Die Piezoelemente sind jeweils ringförmig ausgebildet, in Längsrichtung der Katheterspitze hintereinander angeordnet und voneinander getrennt mit einer Auswerteeinheit in Form einer Bildverarbeitungseinheit verbunden. Die Bildverarbeitungseinheit ist zur Detektion der Piezosensorik und damit der Katheterspitze in Abhängigkeit der Messsignale eingerichtet. Diese Detektion ermöglicht eine auch als Tracking bezeichnete bildgebende Darstellung einer aktuellen Position der Katheterspitze im Körper eines Patienten.Such a medical instrument is in the form of a catheter EP 1 245 191 A2 known and in particular intended for use in a PTCA (Percutaneous Transluminal Coronary Angioplasty). The known catheter has a piezo sensor system in the area of a distally arranged catheter tip with several ultrasound receivers in the form of a piezo element in each case. The piezo sensor system is set up to record ultrasonic pulses and convert them into measurement signals. The piezo elements are each ring-shaped, arranged one behind the other in the longitudinal direction of the catheter tip and connected separately from one another to an evaluation unit in the form of an image processing unit. The image processing unit is set up to detect the piezo sensor system and thus the catheter tip as a function of the measurement signals. This detection enables an imaging representation, also referred to as tracking, of a current position of the catheter tip in the body of a patient.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein medizinisches Instrument der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine verbesserte Detektion ermöglicht.The object of the invention is to provide a medical instrument of the type mentioned at the outset which enables improved detection.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die mehreren Piezoelemente unter Ausbildung einer elektrischen Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine verbesserte Messempfindlichkeit der Piezosensorik erreicht. Dies, da die Messsignale der mehreren Piezoelemente mittels der Reihenschaltung gleichsam aufaddiert werden, so dass - beispielsweise im Vergleich zu einer elektrischen Parallelschaltung der mehreren Piezoelemente - ein höherer Ausgangspegel der Piezosensorik erreicht ist. Durch die auf diese Weise verbesserte Messempfindlichkeit der Piezosensorik können auch vergleichsweise schwache Ultraschallimpulse zuverlässig erfasst werden. Hierdurch ist eine verbesserte Detektion der Piezosensorik und damit des medizinisches Instrumentes im Körper eines Patienten möglich. Dies insbesondere dann, wenn das distale Ende mitsamt der Piezosensorik in tieferliegende Gewebeschichten des Körpers eingeführt ist, in denen die Ultraschallimpulse im Vergleich zu höherliegenden Gewebeschichten dämpfungsbedingt abgeschwächt sind. Zudem kann durch die erfindungsgemäße Lösung eine verringerte Empfindlichkeit der Piezosensorik gegenüber externen Störungen, wie beispielsweise elektrischen und/oder elektromagnetischen Störungen, vermindert werden. Hierdurch kann ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis, das auch als Störabstand oder Signal-Rausch-Abstand bezeichnet werden kann, erreicht werden. Dies trägt zur verbesserten Detektion der Piezosensorik und damit des medizinischen Instrumentes bei. Das medizinische Instrument kann insbesondere ein Katheter, eine Kanüle oder dergleichen sein. Dementsprechend kann das distale Ende insbesondere als Katheterspitze bzw. als Kanülenspitze ausgebildet sein. Die Piezosensorik ist fest mit dem distalen Ende zusammengefügt. Piezoelemente sind zur Erfassung von Ultraschallsignalen und Wandlung derselben in Messsignale grundsätzlich bekannt. Die mehreren Piezoelemente sind vorzugsweise biegeflexibel ausgebildet, so dass eine funktionsgerechte Anpassung einer Kontur der Piezoelemente an eine Außenkontur des distalen Endes möglich ist. Beispielsweise können die mehreren Piezoelemente nach Art einer Folie und/oder eines Filmes ausgebildet sein, wobei solche Piezo-Foliensensoren bzw. Piezo-Filmsensoren grundsätzlich bekannt sind. Die mehreren Piezoelemente weisen vorzugsweise eine polymere Werkstoffzusammensetzung auf. Bevorzugt sind die mehreren Piezoelemente aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) gefertigt. Die mehreren Piezoelemente sind vorzugsweise auf einer Außenfläche des distalen Endes zueinander benachbart angeordnet. Die mehreren Piezoelemente können in Umfangsrichtung und/oder in Längsrichtung des distalen Endes zueinander beabstandet angeordnet sein. Die elektrische Reihenschaltung der mehreren Piezoelemente kann mittels wenigstens eines hierfür vorgesehenen elektrisch leitfähigen Leitungspfades realisiert sein. Der wenigstens eine Leitungspfad kann insbesondere in Form einer elektrischen Leitung, einer auf das distale Ende aufgebrachten Leiterbahn oder dergleichen, ausgebildet sein.This object is achieved in that the plurality of piezo elements are connected to one another to form an electrical series connection. The solution according to the invention improves the measurement sensitivity of the piezo sensor system. This is because the measurement signals of the several piezo elements are added up, as it were, by means of the series connection, so that - for example in comparison to an electrical parallel connection of the several piezo elements - a higher output level of the piezo sensor system is achieved. Due to the improved measuring sensitivity of the piezo sensor system, comparatively weak ultrasonic pulses can also be reliably detected. This enables improved detection of the piezo sensor system and thus of the medical instrument in the body of a patient. This is particularly the case when the distal end, together with the piezo sensor system, is inserted into deeper tissue layers in the body, in which the ultrasound pulses are attenuated as a result of the damping in comparison to higher tissue layers. In addition, the solution according to the invention can reduce the sensitivity of the piezo sensor system to external interference, such as electrical and / or electromagnetic interference. In this way, an improved signal-to-noise ratio, which can also be referred to as the signal-to-noise ratio, can be achieved. This contributes to the improved detection of the piezo sensor system and thus of the medical instrument. The medical instrument can in particular be a catheter, a cannula or the like. Accordingly, the distal end can be designed in particular as a catheter tip or as a cannula tip. The piezo sensor system is firmly attached to the distal end. Piezo elements are basically known for the detection of ultrasound signals and their conversion into measurement signals. The plurality of piezo elements are preferably designed to be flexibly flexible, so that a functionally appropriate adaptation of a contour of the piezo elements to an outer contour of the distal end is possible. For example, the plurality of piezo elements can be designed in the manner of a film and / or a film, such piezo film sensors or piezo film sensors being known in principle. The plurality of piezo elements preferably have a polymeric material composition. The plurality of piezo elements are preferably made of polyvinylidene fluoride (PVDF). The plurality of piezo elements are preferably arranged adjacent to one another on an outer surface of the distal end. The plurality of piezo elements can be arranged at a distance from one another in the circumferential direction and / or in the longitudinal direction of the distal end. The electrical series connection of the plurality of piezo elements can be implemented by means of at least one electrically conductive line path provided for this purpose. The at least one line path can in particular be in the form of an electrical line, a conductor track or the like applied to the distal end.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die mehreren Piezoelemente baugleich ausgebildet und in Umfangsrichtung des distalen Endes gleichmäßig beabstandet angeordnet. Baugleich meint, dass die mehreren Piezoelemente im Hinblick auf ihre jeweilige Messempfindlichkeit identisch ausgebildet sind. Hierfür können die mehreren Piezoelemente insbesondere eine identisch bemessene Erfassungsfläche zur Erfassung der Ultraschallimpulse, identisch sonstige geometrische Abmessungen und/oder identische piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Durch die baugleiche Ausbildung und durch die gleichmäßige Beabstandung in Umfangsrichtung des distalen Endes ist gewährleistet, dass die Erfassung der Ultraschallsignale unabhängig von einer Änderung einer Drehwinkellage des distalen Endes in Umfangsrichtung erfolgen kann. Dies ist eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Vorzugsweise ist ein in Längsrichtung des medizinischen Instruments erstreckter Längsabschnitt des distalen Endes in Umfangsrichtung im Wesentlichen vollständig mittels der mehreren Piezoelemente bedeckt, wobei zwischen den mehreren Piezoelementen lediglich Spalte zur Ausbildung der Reihenschaltung ausgebildet sind. Dabei können die mehreren Piezoelemente eine ringartige Anordnung ausbilden. Vorzugsweise sind die mehreren Piezoelemente in Form eines in Umfangsrichtung gleichmäßig segmentierten ringförmigen Ringelements angeordnet.In an embodiment of the invention, the plurality of piezo elements are of identical construction and are evenly spaced in the circumferential direction of the distal end. Identical in construction means that the several piezo elements are of identical design with regard to their respective measuring sensitivity. For this purpose, the plurality of piezo elements can in particular have an identically dimensioned detection surface for detecting the ultrasound pulses, identically other geometrical dimensions and / or identical piezoelectric properties. The structurally identical design and the uniform spacing in the circumferential direction of the distal end ensure that the detection of the ultrasound signals can take place independently of a change in an angular position of the distal end in the circumferential direction. This is a special one preferred embodiment of the invention. Preferably, a longitudinal section of the distal end, which extends in the longitudinal direction of the medical instrument, is substantially completely covered in the circumferential direction by means of the plurality of piezo elements, only gaps being formed between the plurality of piezo elements to form the series connection. The plurality of piezo elements can form a ring-like arrangement. The plurality of piezo elements are preferably arranged in the form of an annular ring element which is evenly segmented in the circumferential direction.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das medizinische Instrument in Form eines Katheters ausgebildet, wobei das distale Ende eine Katheterspitze ist. Der Katheter kann insbesondere ein zentraler oder peripherer Venenkatheter, ein Katheter zur kontinuierlichen Regionalanästhesie, insbesondere eine Periduralkatheter, oder ein sonstiger im Bereich der Medizin gebräuchlicher Katheter sein.In a further embodiment of the invention, the medical instrument is designed in the form of a catheter, the distal end being a catheter tip. The catheter can in particular be a central or peripheral venous catheter, a catheter for continuous regional anesthesia, in particular a peridural catheter, or another catheter customary in the field of medicine.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das medizinische Instrument in Form einer Kanüle ausgebildet, wobei das distale Ende eine Kanülenspitze ist.In a further embodiment of the invention, the medical instrument is designed in the form of a cannula, the distal end being a cannula tip.

Die Erfindung betrifft zudem ein medizinisches Ultraschallsystem zur Verwendung bei einem therapeutischen und/oder diagnostischen Verfahren, aufweisend wenigstens ein medizinisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eine Sendeeinheit, die zum Aussenden von Ultraschallimpulsen eingerichtet ist, und eine mit der Piezosensorik des medizinischen Instruments und mit der Sendeeinheit verbundene Auswerteeinheit, die zur Ermittlung einer Position der Piezosensorik relativ zu der Sendeeinheit in Abhängigkeit der mittels der Sendeeinheit ausgesendeten und mittels der Piezosensorik erfassten Ultraschallimpulse eingerichtet ist. Das medizinische Instrument ist hierbei vorzugsweise in Form eines Katheters ausgebildet, wobei die Piezosensorik an einer distal angeordneten Katheterspitze des Katheters vorgesehen ist. Sendeeinheiten zum Aussenden von Ultraschallimpulsen sind im Bereich der Medizintechnik als solche grundsätzlich bekannt. Beispielsweise kann die Sendeeinheit in Form eines Ultraschallkopfes, zur externen Anwendung am Körper eines Patienten, oder in Form einer Ultraschallsonde, zur Anwendung im Inneren des Körpers des Patienten, ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit dient einer Auswertung der Messsignale der Piezosensorik und einer mittelbaren Auswertung der mittels der Sendeeinheit ausgesandten Ultraschallimpulse bzw. einer Auswertung entsprechender Daten und/oder Signale der Sendeeinheit. Zu diesem Zweck ist die Sendeeinheit sowohl mit der Piezosensorik des medizinischen Instruments als auch mit der Sendeeinheit verbunden. Durch die Auswertung der Messsignale der Piezosensorik kann mittelbar eine Auswertung der mittels der Piezosensorik erfassten Ultraschallimpulse erfolgen. Die Ermittlung der Position der Piezosensorik - und damit des distalen Endes des medizinischen Instruments - relativ zu der Sendeeinheit erfolgt hierbei bevorzugt auf Grundlage einer in Abhängigkeit der ausgesandten und erfassten Ultraschallimpulse ermittelbaren Laufzeit der Ultraschallimpulse. Eine solche laufzeitbasierte Positionsermittlung ist im Bereich des Trackings von medizinischen Instrumenten im Körper eines Patienten per Ultraschall grundsätzlich bekannt.The invention also relates to a medical ultrasound system for use in a therapeutic and / or diagnostic method, comprising at least one medical instrument according to one of the preceding claims, a transmitter unit which is set up to emit ultrasound pulses, and one with the piezo sensor system of the medical instrument and with evaluation unit connected to the transmission unit, which is set up to determine a position of the piezo sensor system relative to the transmission unit as a function of the ultrasound pulses emitted by the transmission unit and detected by the piezo sensor system. The medical instrument is preferably designed in the form of a catheter, the piezo sensor system being provided on a catheter tip of the catheter arranged distally. Transmitter units for emitting ultrasound pulses are generally known as such in the field of medical technology. For example, the transmission unit can be designed in the form of an ultrasound head, for external use on a patient's body, or in the form of an ultrasound probe, for use inside the patient's body. The evaluation unit is used to evaluate the measurement signals of the piezo sensors and to indirectly evaluate the ultrasound pulses emitted by the transmission unit or to evaluate corresponding data and / or signals from the transmission unit. For this purpose, the transmitter unit is connected both to the piezo sensor system of the medical instrument and to the transmitter unit. The evaluation of the measurement signals of the piezo sensor system can be used to indirectly evaluate the ultrasound pulses detected by the piezo sensor system. The position of the piezo sensor system - and thus the distal end of the medical instrument - relative to the transmitting unit is preferably determined here on the basis of a transit time of the ultrasonic pulses which can be determined as a function of the transmitted and detected ultrasonic pulses. Such a runtime-based position determination is generally known in the field of tracking medical instruments in the body of a patient using ultrasound.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Piezosensorik derart mit der Auswerteeinheit verbunden, dass die Messsignale der mehreren Piezoelemente mittels der Auswerteeinheit getrennt voneinander auswertbar sind, wobei die Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Änderung einer Winkellage der Piezosensorik relativ zu der Sendeeinheit in Abhängigkeit der getrennt voneinander ausgewerteten Messsignale der Piezoelemente eingerichtet ist. Durch die getrennte Auswertung der Messsignale der Piezoelemente kann ein schallaktiver, d. h. mittels der Ultraschallimpulse beschallter Bereich der Piezosensorik ermittelt werden. Je nach Winkellage der Piezosensorik und damit des medizinischen Instruments relativ zu der Sendeeinheit ändert sich dieser schallaktive Bereich. Dies erlaubt einen Rückschluss auf die Änderung der Winkellage der Piezosensorik relativ zur Sendeeinheit. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung sind die mehreren Piezoelemente vorzugsweise baugleich und in Umfangsrichtung des distalen Endes des medizinischen Instruments gleichmäßig beabstandet angeordnet. Dies erlaubt eine Ermittlung einer Änderung einer Winkellage um eine Längsachse des medizinischen Instruments. Um die getrennte Auswertbarkeit der Messsignale der Piezoelemente zu ermöglichen, können die mehreren Piezoelemente jeweils einzeln mittels einer entsprechenden Signalleitung mit der Auswerteeinheit verbunden sein.In a further embodiment of the invention, the piezo sensor system is connected to the evaluation unit in such a way that the measurement signals of the plurality of piezo elements can be evaluated separately from one another by means of the evaluation unit, the evaluation unit for determining a change in an angular position of the piezo sensor system relative to the transmitter unit as a function of the separately evaluated measurement signals the piezo elements is set up. Due to the separate evaluation of the measurement signals of the piezo elements, a sound-active, ie. H. by means of the ultrasound impulses, the area of the piezo sensor system that is sonicated. This sound-active area changes depending on the angular position of the piezo sensor system and thus of the medical instrument relative to the transmitter unit. This allows a conclusion to be drawn about the change in the angular position of the piezo sensor system relative to the transmitter unit. In this embodiment of the invention, the plurality of piezo elements are preferably of identical construction and are evenly spaced in the circumferential direction of the distal end of the medical instrument. This allows a change in an angular position about a longitudinal axis of the medical instrument to be determined. In order to enable the separate evaluation of the measurement signals of the piezo elements, the plurality of piezo elements can each be connected individually to the evaluation unit by means of a corresponding signal line.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist.

1 zeigt in schematisch stark vereinfachter teilweise abgeschnittener Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen medizinischen Ultraschallsystems, das eine in Ausführungsform eines erfindungsgemäßen medizinischen Instruments aufweist,
2 in schematischer teilweise abgeschnittener Detaildarstellung das medizinische Instrument nach 1 im Bereich einer distal angeordneten Piezosensorik, und
3 das medizinische Instrument nach 1 und 2 in einer schematischen Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie III-III gemäß 2.

Further advantages and features of the invention emerge from the claims and from the following description of a preferred exemplary embodiment of the invention, which is illustrated with the aid of the drawings.

1 shows in a schematically greatly simplified, partially cut-off representation an embodiment of a medical ultrasound system according to the invention, which has an embodiment of a medical instrument according to the invention,
2nd in a schematic, partially cut-off detailed representation of the medical instrument 1 in the area of a distally arranged piezo sensor system, and
3rd the medical instrument after 1 and 2nd in a schematic sectional view along a section line III-III according to 2nd .

Gemäß 1 weist ein medizinisches Instrument ein distales Ende 2 auf, das vorliegend in einen Venenkanal V eines Körpers K eines im Übrigen nicht näher dargestellten Patienten eingeführt ist. Das medizinische Instrument 1 ist vorliegend in Form eines zentralvenösen Katheters 1 und das distale Ende in Form einer Katheterspitze 2 ausgebildet, wobei der Katheter 1 abseits der anhand 1 ersichtlichen Katheterspitze 2 einen als solchen grundsätzlich bekannten Aufbau aufweist. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das medizinische Instrument in Form einer Kanüle ausgebildet sein, wobei das distale Ende eine Kanülenspitze ist. Der Katheter 1 weist im Bereich der Katheterspitze 2 eine Piezosensorik 3 auf. Die Piezosensorik 3 weist mehrere Piezoelemente 4 auf, die jeweils zum Erfassen von Ultraschallimpulsen P und einer Wandlung der erfassten Ultraschallimpulse in elektrische Messsignale eingerichtet sind. Solche Piezoelemente 4 sind im Bereich der Medizintechnik grundsätzlich bekannt und können beispielsweise in Form sogenannter Piezo-Filmsensoren oder Piezo-Foliensensoren ausgebildet sein. Anders als 1 vermuten lässt, sind die Piezoelemente 4 nicht etwa entlang einer Längsrichtung L der Katheterspitze 2 zueinander beabstandet angeordnet. Vielmehr ist die anhand 1 ersichtliche Anordnung lediglich zur verbesserten zeichnerischen Darstellung gewählt. Die tatsächliche Art und Weise der Anordnung der Piezoelemente 4 ist anhand der 2 und 3 ersichtlich und wird nachfolgend noch näher beschrieben.According to 1 a medical instrument has a distal end 2nd on, the present in a venous canal V of a body K a patient who is otherwise not shown in more detail is introduced. The medical instrument 1 is in the form of a central venous catheter 1 and the distal end in the form of a catheter tip 2nd trained, the catheter 1 apart from the based 1 visible catheter tip 2nd has a structure which is fundamentally known as such. In an embodiment not shown, the medical instrument can be designed in the form of a cannula, the distal end being a cannula tip. The catheter 1 points in the area of the catheter tip 2nd a piezo sensor system 3rd on. The piezo sensors 3rd has several piezo elements 4th on, each for detecting ultrasonic pulses P and converting the detected ultrasound pulses into electrical measurement signals. Such piezo elements 4th are basically known in the field of medical technology and can be designed, for example, in the form of so-called piezo film sensors or piezo film sensors. Different to 1 suggests are the piezo elements 4th not along a longitudinal direction L the catheter tip 2nd spaced from each other. Rather, it is based on 1 apparent arrangement only chosen for improved graphic representation. The actual way of arranging the piezo elements 4th is based on the 2nd and 3rd can be seen and will be described in more detail below.

Der Katheter 1 ist vorliegend Bestandteil eines medizinischen Ultraschallsystems 5, das zur Verwendung bei einem nicht näher bezeichneten therapeutischen und/oder diagnostischen Verfahren vorgesehen ist, und neben dem Katheter 1 zudem eine Sendeeinheit 6 und eine Auswerteeinheit 7 aufweist. Die Sendeeinheit 6 ist zum Aussenden der besagten Ultraschallimpulse P eingerichtet und vorliegend in Form eines als solchen grundsätzlich bekannten Ultraschallkopfes ausgebildet. Dabei ist der Ultraschallkopf 6 anhand 1 lediglich aus zeichnerischen Gründen zu dem Körper K beabstandet angeordnet. Tatsächlich wird der Ultraschallkopf 6 zur Einkopplung der Ultraschallimpulse P in den Körper K unmittelbar auf eine nicht näher bezeichnete Oberfläche des Körpers K aufgelegt sein. Die Auswerteeinheit 7 ist zum einen mit der Sendeeinheit 6 und zum anderen mit der Piezosensorik 3 des Katheters 1 verbunden. Hierfür sind die Signalleitungen 8 bzw. 9 vorgesehen, die jeweils zur Daten- und/oder Signalübertragung eingerichtet sind.The catheter 1 is part of a medical ultrasound system 5 which is intended for use in a therapeutic and / or diagnostic method, not specified, and next to the catheter 1 also a transmitter unit 6 and an evaluation unit 7 having. The sending unit 6 is for sending the said ultrasonic pulses P set up and in the present case in the form of an ultrasound head which is known as such. Here is the ultrasound head 6 based 1 to the body only for graphic reasons K spaced apart. In fact, the ultrasound head 6 for coupling the ultrasonic pulses P in the body K directly on an unspecified surface of the body K be in the mood. The evaluation unit 7 is on the one hand with the transmitter unit 6 and on the other hand with the piezo sensors 3rd of the catheter 1 connected. The signal lines are for this 8th respectively. 9 provided, which are each set up for data and / or signal transmission.

Das medizinische Ultraschallsystem 5 dient vorliegend einem sogenannten Tracking der Katheterspitze 2 im Körper K und ermöglicht insoweit eine Prüfung und/oder Nachverfolgung einer aktuellen Position der Katheterspitze 2 beim Anlegen des Katheters 1. Zu diesem Zweck ist die Auswerteeinheit 7 zur Ermittlung einer Position der Piezosensorik 3 relativ zu der Sendeeinheit 6 in Abhängigkeit der mittels der Sendeeinheit 6 ausgesendeten und mittels der Piezosensorik erfassten Ultraschallimpulse P eingerichtet. Hierfür wird die Laufzeit der Ultraschallimpulse P ermittelt, was einen unmittelbaren Rückschluss auf einen Abstand zwischen der Sendeeinheit 6 und der Piezosensorik 3 und damit auf eine relative Position der Katheterspitze 2 zulässt. Ein solch laufzeitbasiertes Tracking mittels Ultraschall ist im Bereich der Medizintechnik grundsätzlich bekannt und muss daher an dieser Stelle nicht weiter beschrieben werden.The medical ultrasound system 5 serves in the present case a so-called tracking of the catheter tip 2nd in the body K and enables a current position of the catheter tip to be checked and / or tracked 2nd when putting on the catheter 1 . The evaluation unit is for this purpose 7 to determine a position of the piezo sensor system 3rd relative to the transmitter unit 6 depending on the means of the transmitter unit 6 transmitted and detected by means of the piezo sensor ultrasound pulses P set up. For this the duration of the ultrasonic pulses P determines what is an immediate conclusion about a distance between the transmitter unit 6 and the piezo sensor system 3rd and thus to a relative position of the catheter tip 2nd allows. Such runtime-based tracking using ultrasound is generally known in the field of medical technology and therefore need not be described further here.

Die mehreren Piezoelemente 4 sind unter Ausbildung einer elektrischen Reihenschaltung R miteinander verbunden (vgl. 1). Durch diese Serienschaltung der mehreren Piezoelemente 4 wird - im Vergleich zu beispielsweise einem einzelnen Piezoelement oder einer elektrischen Parallelschaltung der mehreren Piezoelemente 4 - eine erhöhte Messempfindlichkeit der Piezosensorik 3 ermöglicht. Dies, da die einzelnen Messsignale der mehreren Piezoelemente 4 mittels der Reihenschaltung R gleichsam aufaddiert werden, so dass ein vergleichsweise höherer Ausgangspegel der Piezosensorik 3 erreicht ist. Hierdurch können die Ultraschallimpulse P auch in tieferliegenden Gewebeschichten des Körpers K zuverlässig erfasst werden, was eine verbesserte Detektion bzw. ein verbessertes Tracking der Katheterspitze 2 ermöglicht. Zudem kann auf diese Weise ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden. Hierdurch wird eine Anfälligkeit der Piezosensorik 3 gegenüber externen elektrischen und/oder elektromagnetischen Störsignalen verringert.The multiple piezo elements 4th are forming an electrical series connection R connected to each other (cf. 1 ). Through this series connection of the several piezo elements 4th becomes - compared to, for example, a single piezo element or an electrical parallel connection of the plurality of piezo elements 4th - An increased measurement sensitivity of the piezo sensor system 3rd enables. This is because the individual measurement signals of the several piezo elements 4th by means of the series connection R can be added up, so to speak, so that a comparatively higher output level of the piezo sensor system 3rd is reached. This allows the ultrasonic pulses P also in deeper tissue layers of the body K are reliably detected, which is an improved detection or an improved tracking of the catheter tip 2nd enables. In addition, an improved signal-to-noise ratio can be achieved in this way. This makes the piezo sensor system vulnerable 3rd compared to external electrical and / or electromagnetic interference signals.

Weitere Details der Anordnung der Piezosensorik 3 im Bereich der Katheterspitze 2 sind anhand der 2 und 3 ersichtlich. Dort ist erkennbar, dass die Piezoelemente 4 in Umfangsrichtung der Katheterspitze 2 gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet sind. Anders als 1 vermuten lässt, sind vorliegend 8 Piezoelemente 4 vorgesehen. Bei einer zeichnerisch nicht näher dargestellten Ausführungsform können auch deutlich mehr als die vorliegend 8 Piezoelemente 4 vorgesehen sein. Die Piezoelemente 4 bilden eine ringförmige Anordnung aus, die einen Längsabschnitt LA der Katheterspitze 2 in Umfangsrichtung im Wesentlichen vollständig bedeckt. Dabei sind zwischen den Piezoelementen 4 lediglich Spalte vorgesehen, die elektrisch leitfähig mittels eines nicht näher bezeichneten Leitungspfades der Reihenschaltung R überbrückt sind. In Folge der Reihenschaltung R der mehreren Piezoelemente 4 ist die Messempfindlichkeit der Piezosensorik 3 höher als bei einer Piezosensorik, die ein einzelnes - gedanklich aus den mehreren Piezoelementen 4 zusammengefügtes - ringförmig zusammenhängendes Piezoelement aufweist. Die Verwendung eines einzelnen, ringförmig um die Katheterspitze „gewickelten“ Piezoelements würde vielmehr einer Parallelschaltung einer Vielzahl von Piezosegmenten gleichkommen. In diesem Fall würden nicht ultraschall-stimulierte Piezosegmente zu einer unerwünschten Bedämpfung ultraschall-stimulierter Piezosegmente führen. Die erfindungsgemäße Lösung wirkt dem entgegen.Further details of the arrangement of the piezo sensors 3rd in the area of the catheter tip 2nd are based on the 2nd and 3rd evident. It can be seen there that the piezo elements 4th in the circumferential direction of the catheter tip 2nd are evenly spaced from each other. Different to 1 suggests there are 8 piezo elements in the present case 4th intended. In an embodiment not shown in the drawing, significantly more than the present 8 piezo elements can 4th be provided. The piezo elements 4th form an annular arrangement, the longitudinal section LA of the catheter tip 2nd substantially completely covered in the circumferential direction. There are between the piezo elements 4th only gaps are provided, which are electrically conductive by means of a line path of the series circuit, which is not specified in any more detail R are bridged. As a result of the series connection R of the several piezo elements 4th is the measurement sensitivity of the Piezo sensors 3rd higher than with a piezo sensor system, which is a single one - mentally from the several piezo elements 4th assembled - annular coherent piezo element. The use of a single piezo element “wound” in a ring around the catheter tip would rather be equivalent to connecting a plurality of piezo segments in parallel. In this case, non-ultrasound-stimulated piezo segments would lead to undesired damping of ultrasound-stimulated piezo segments. The solution according to the invention counteracts this.

Die Katheterspitze 2 weist wenigstens im Bereich des Längsabschnitts LA einen kreisringförmigen Querschnitt auf (vgl. 3). Dabei sind die Piezoelemente 4 vorliegend auf einer radial außenliegenden Mantelfläche der Katheterspitze 2 angeordnet und fest mit derselben verbunden. Vorliegend sind die Piezoelemente auf grundsätzlich bekannte Weise auf die Mantelfläche der Katheterspitze 2 aufgeklebt. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform können die Piezoelemente und/oder die Signalleitungen unter Verwendung von Funktionstinten gedruckt sein. Die Signalleitung 9 ist anhand der 2 und 3 in ihrem Verlauf in Richtung der Auswerteeinheit 7 aus zeichnerischen Gründen nicht näher dargestellt und kann entweder außenliegend entlang der Mantelfläche der Katheterspitze 2 oder innerhalb eines Lumens 10 (vgl. 3) erstreckt sein. Die Piezoelemente 4 sind vorliegend jeweils in Form eines Piezo-Filmsensors ausgebildet und weisen insbesondere im Hinblick auf ihre jeweilige Messempfindlichkeit eine baugleiche Ausbildung auf. Genauer sind die Piezoelemente 4 vorliegend zueinander identisch ausgebildet.The catheter tip 2nd has an annular cross section at least in the area of the longitudinal section LA (cf. 3rd ). Here are the piezo elements 4th in the present case on a radially outer lateral surface of the catheter tip 2nd arranged and firmly connected to the same. In the present case, the piezo elements are on the lateral surface of the catheter tip in a basically known manner 2nd glued. In an embodiment not shown, the piezo elements and / or the signal lines can be printed using functional inks. The signal line 9 is based on the 2nd and 3rd in their course in the direction of the evaluation unit 7 not shown in detail for the sake of drawing and can either be on the outside along the lateral surface of the catheter tip 2nd or within a lumen 10th (see. 3rd ) extends. The piezo elements 4th are each designed in the form of a piezo film sensor and have an identical design, in particular with regard to their respective measuring sensitivity. The piezo elements are more precise 4th In this case, they are identical to each other.

Zudem ist die Piezosensorik 3 vorliegend derart mit der Auswerteeinheit 7 verbunden, dass die Messsignale der mehreren Piezoelemente 4 mittels der Auswerteeinheit 7 getrennt voneinander auswertbar sind, wobei die Auswerteeinheit 7 zur Ermittlung einer Änderung einer Winkellage der Piezosensorik 3 - und damit der Katheterspitze 2 - relativ zu der Sendeeinheit 6 in Abhängigkeit der getrennt voneinander ausgewählten Messsignale der Piezoelemente 4 eingerichtet ist. Eine solche Verbindung zwischen der Piezosensorik 3 und der Auswerteeinheit 7 sowie die entsprechende Einrichtung der Auswerteeinheit 7 ist jedoch nicht zwingend notwendig. Je nach Drehwinkel der Katheterspitze 2 in Längsrichtung des Venenkanals V ist ein anderer Umfangsbereich der Katheterspitze 2 und damit ein anderer Abschnitt der Piezosensorik 3 direkt von den Ultraschallimpulsen P beschallt. Dieser beschallte Abschnitt der Piezosensorik 3 kann auch als schallaktiver oder ultraschall-stimulierter Bereich bezeichnet werden. Ausgehend von einer - in Bezug auf die Zeichenebene der 3 - von unten nach oben gerichteten Beschallung mittels der Sendeeinheit 6 ist vorliegend die untere Hälfte der Piezosensorik 3 schallaktiv. Durch eine Änderung der Drehwinkellage der Katheterspitze 2 ändert sich die Beschallung der mehreren Piezoelemente 4 insoweit, als beispielsweise ein zuvor beschalltes Piezoelement den schallaktiven Bereich verlässt und ein zuvor nicht beschalltes bzw. nicht ultraschall-stimuliertes Piezoelement in den schallaktiven Bereich gelangt. Durch eine getrennte Auswertung der Messsignale der mehreren Piezoelemente 4 ist dies erfassbar und lässt einen unmittelbaren Rückschluss auf eine Änderung der besagten Drehwinkellage der Katheterspitze 2 zu. Um die getrennte Auswertung der Messsignale der mehreren Piezoelemente 4 mittels der Auswerteeinheit 7 zu ermöglichen, können die mehreren Piezoelemente 4 mittels gesonderter nicht näher bezeichneter Signalleitungen mit der Auswerteeinheit 7 verbunden sein. Diese gesonderten Signalleitungen sind anhand 2 stark vereinfacht und unvollständig in strichlierter Darstellung angedeutet.In addition, the piezo sensor system 3rd in this case with the evaluation unit 7 connected that the measurement signals of the several piezo elements 4th by means of the evaluation unit 7 can be evaluated separately from one another, the evaluation unit 7 to determine a change in the angular position of the piezo sensor system 3rd - and thus the tip of the catheter 2nd - Relative to the transmitter unit 6 depending on the separately selected measurement signals of the piezo elements 4th is set up. Such a connection between the piezo sensors 3rd and the evaluation unit 7 and the corresponding setup of the evaluation unit 7 is however not absolutely necessary. Depending on the angle of rotation of the catheter tip 2nd in the longitudinal direction of the venous canal V is another peripheral area of the catheter tip 2nd and thus another section of the piezo sensor system 3rd directly from the ultrasound pulses P sonicated. This sounded section of the piezo sensor system 3rd can also be called a sound-active or ultrasound-stimulated area. Starting from one - in relation to the drawing level of the 3rd - Sound from bottom to top using the transmitter unit 6 is the lower half of the piezo sensor system in the present case 3rd sound-active. By changing the angular position of the catheter tip 2nd the sound of the several piezo elements changes 4th insofar as, for example, a previously sonicated piezo element leaves the sound-active area and a previously un-sonicated or not ultrasound-stimulated piezo element reaches the sound-active area. Through a separate evaluation of the measurement signals of the several piezo elements 4th this is detectable and allows an immediate conclusion to be made about a change in the said angular position of the catheter tip 2nd to. For the separate evaluation of the measurement signals of the several piezo elements 4th by means of the evaluation unit 7 to enable the multiple piezo elements 4th by means of separate signal lines, not specified, with the evaluation unit 7 be connected. These separate signal lines are based on 2nd greatly simplified and incompletely indicated in dashed lines.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 1245191 A2 [0002]

Claims

Medical instrument (1) with a distal end (2), which is provided for insertion into the body (K) of a patient, and a piezo sensor (3) arranged at the distal end (2) with a plurality of piezo elements (4), each for Detection of ultrasound pulses (P) and conversion of the detected ultrasound pulses (P) into measurement signals are set up, the piezo sensor system (3) being connectable to an evaluation unit (7) for evaluating the measurement signals, characterized in that the plurality of piezo elements (4) are located below Formation of an electrical series circuit (R) are interconnected.

Medical instrument (1) after Claim 1 , characterized in that the plurality of piezo elements (4) are constructed identically and are evenly spaced in the circumferential direction of the distal end (2).

Medical instrument (1) after Claim 1 or 2nd , characterized by an embodiment in the form of a catheter (1), the distal end being a catheter tip (2).

Medical instrument (1) after Claim 1 or 2nd , characterized by an embodiment in the form of a cannula, the distal end being a cannula tip.

Medical ultrasound system (5) for use in a therapeutic and / or diagnostic method, comprising at least one medical instrument (1) according to one of the preceding claims, a transmission unit (6) which is set up to emit ultrasound pulses (P), and one with the piezo sensor system (3) of the medical instrument (1) and the evaluation unit (7) connected to the transmission unit (6), which are used to determine a position of the piezo sensor system (3) relative to the transmission unit (6) as a function of the transmission unit (6) emitted and detected by means of the piezo sensor system (3) ultrasound pulses (P).

Medical ultrasound system (5) according to Claim 5 , characterized in that the piezo sensor system (3) is connected to the evaluation unit (7) in such a way that the measurement signals of the several piezo elements (4) can be evaluated separately from one another by means of the evaluation unit (7), the evaluation unit (7) for determining a change an angular position of the piezo sensor system (3) relative to the transmitter unit (6) as a function of the separately evaluated measurement signals of the piezo elements (4).