DE10202459A1 - Vorrichtung, insbesondere Stent, zur Verwendung in Verbindung mit einem NMR-Bildgebungssystem - Google Patents

Vorrichtung, insbesondere Stent, zur Verwendung in Verbindung mit einem NMR-Bildgebungssystem Download PDF

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Abstract

Die Vorrichtung, insbesondere ein Stent, wird in ein Lumen des menschlichen Körpers eingebracht, wobei zur Ermittlung des Ortes der Vorrichtung und zur Beobachtung des Gewebes innerhalb und außerhalb der Vorrichtung ein NMR-Bildgebungssystem verwendet wird. Die Vorrichtung ist mit einem passiven LC-Schwingkreis (68) ausgerüstet, der durch die Struktur (10, 13) der Vorrichtung aus einem Material mit geringen ferromagnetischen Eigenschaften gebildet ist. Die Vorrichtung ist im Bereich des LC-Schwingkreises mit einer dielektrischen Isolationsschicht (51) bedeckt, auf der eine elektrisch leitende Deckschicht (50) aufgebracht ist. Die Deckschicht (50) bildet hierbei die Induktivität des LC-Schwingkreises; die Struktur (10, 13) der Vorrichtung bildet gemeinsam mit der dielektrischen Isolationsschicht (51) und der Deckschicht (50) die Kapazität (73) des LC-Schwingkreises.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, insbesondere eine Stützprothese, einen sogenannten Stent, zum Einbringen in ein Lumen des menschlichen Körpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Die Vorrichtung ist hierbei mit einem zumindest teilweise durch die Struktur der Vorrichtung gebildeten passiven LC-Schwingkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität versehen, dessen Resonanzfrequenz im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz einer eingestrahlten hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung eines auf der Kernspin-Magnetresonanz (NMR) der Vorrichtung beruhenden NMR-Bildgebungssystems ist.
  • Stents werden immer häufiger implantiert, um Herzkrankheiten und Krankheiten des kardiovaskulären Systems zu behandeln, werden jedoch mehr und mehr außerhalb des Bereiches der Kardiologie angewendet. So werden z. B. Stents in der Halsschlagader, in der Nierenarterie oder der Oberschenkelarterie, aber auch im urinären Trakt eingesetzt. Ebenso werden Stents auch im Bereich der Gehirnarterien eingesetzt, speziell bei Patienten, die einen Gehirnschlag hatten.
  • Die wohl bekannteste Anwendung von Stents ist die in verengten Herzkranzgefäßen, in die zur Erweiterung des Gefäßes ein Stent implantiert und dort, gegebenenfalls nach einer Aufweitung der Engstelle mit Hilfe eines Ballons aufgeweitet wird, sodass das Lumen des Gefäßes wieder für den Blutstrom offen ist. Während der Implantation ist es notwendig, den genauen Ort des Stents an der Behandlungsstelle festzustellen; des weiteren muss postoperativ überprüft werden, ob das aufgeweitete Gefäß nicht durch Proliferation von körpereigenen Zellen in das Innere des Gefäßes wieder verengt wird. Zu diesen Zwecken werden verschiedene Techniken eingesetzt, so z. B. die Röntgenanalyse, gegebenenfalls mit Unterstützung durch Kontrastmittel. Da die Röntgenanalyse aufgrund der üblichen Metallstruktur eines Stents nur ungenügend die Untersuchung des inneren Stent- bzw. Gefäßvolumens ermöglicht, wurde in den letzten Jahren ein Bildgebungsverfahren entwickelt, das auf der Kernspin-Magnetresonanz (NMR) beruht.
  • In der DE-A1-197 46 735 ist ein NMR-Bildgebungsverfahren zur Darstellung, Positionsbestimmung oder funktionellen Kontrolle einer in ein Lumen eines menschlichen Körpers eingeführten Vorrichtung, z. B. eines Stents oder eines anderen Implantates bekannt, wobei die Vorrichtung mindestens einen passiven LC-Schwingkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität aufweist, dessen Resonanzfrequenz im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz der eingestrahlten hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung des NMR-Bildgebungssystemes ist. Die Induktivität des passiven LC-Schwingkreises kann hier z. B. durch das Gitternetz des Stents selber gebildet werden, wobei das Gitternetz etwa in Form einer Helix- oder einer Mehrfachhelix bzw. als Metallgeflecht vorliegt. Die Kapazität des LC-Schwingkreises kann zumindest ebenfalls aus dem Stentmaterial gebildet sein, insbesondere durch Drähte parallel zur Induktivität. Alternativ kann die Kapazität des Stents durch einen gesondert vorgesehenen Kondensator gebildet werden, der mit der Stentstruktur verbunden ist. Wenn der menschliche Körper im Bereich des implantierten Stents in einem Magnetfeld platziert ist, so wird durch den Stent mit dem zugeordneten passiven LC-Schwingkreis für den Bereich innerhalb und außerhalb des Stents eine modifizierte Signalantwort erzeugt, die ausgewertet und zu einem Bild dieses Bereiches generiert wird.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, insbesondere einen Stent, der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der die Integration des LC-Schwingkreises in die Vorrichtung auch hinsichtlich der Herstellung vereinfacht wird, ohne dass die mechanischen Eigenschaften der Vorrichtung verändert und zusätzliche Bauteile vermieden werden.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Die Grundstruktur der Vorrichtung, z. B. eines Stents, besteht demnach aus einem Metall mit nur geringen ferromagnetischen Eigenschaften, z. B. Niob oder Niob mit einem gewissen geringen Zusatz von Zirkonium; der Stent ist im Bereich des LC-Schwingkreises mit einer fest haftenden dielektrischen Isolationsschicht bedeckt, auf die eine ebenfalls fest haftende elektrisch leitende Deckschicht aufgebracht ist. Zumindest ein Teil dieser elektrisch leitenden Deckschicht bildet hierbei die Induktivität des LC-Schwingkreises, zumindest ein Teil der Grundstruktur der Vorrichtung bildet gemeinsam mit der dielektrischen Isolationsschicht und der Deckschicht die Kapazität des LC-Schwingkreises.
  • Hiermit ist eine einfache Integration des LC-Schwingkreises aus einer Spule mit der gewünschten Induktivität und einem Kondensator mit der gewünschten Kapazität möglich. Spule und Kondensator bilden ein gemeinsames, in die Struktur der Vorrichtung integriertes Element.
  • Vorzugsweise ist die Deckschicht aus einem Material, das dem Material der Grund- bzw. Stützstruktur der Vorrichtung, z. B. eines Stents entspricht. Die Gesamtstruktur der Vorrichtung aus der Stützstruktur, der dielektrischen Isolationsschicht und der Deckschicht ist so ausgebildet, dass hierdurch ein LC-Schwingkreis mit der gewünschten magnetischen Resonanzfrequenz ausgebildet wird. Die elektrisch leitende Deckschicht hat eine doppelte Funktion: einmal bildet sie eine Induktionsspule der gewünschten Induktivität, zum anderen ist sie die Gegenelektrode des Kondensators des LC-Schwingkreises zu der durch die Stützstruktur der Vorrichtung gebildeten zweiten Elektrode. Die elektrisch leitende Deckschicht liefert somit gleichzeitig die Funktion der Induktivität und der Kapazität des LC-Schwingkreises.
  • Durch diese Maßnahmen ist eine perfekte Integration des LC-Schwingkreises in die Vorrichtung, insbesondere einen Stent möglich.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Die Stützstruktur der Vorrichtung ist bevorzugt aus Niob mit einem Zusatz eines weiteren Metalles, um die mechanische Festigkeit der Vorrichtung zu verbessern, vorzugsweise mit einem Zusatz von Zirkonium. Das gleiche Material wird bevorzugt verwendet für die Ausbildung der elektrisch leitenden Deckschicht, die z. B. aus der Dampf- oder Plasmaphase auf die Isolationsschicht aufgebracht wird.
  • Die Isolationsschicht ist bevorzugt ein Oxid des Materials der Grundstruktur, also z. B. Nioboxid oder Niob-Zirkonium-Oxid. Verwendet werden kann auch Capron oder Polycapron, das, wie von gedruckten Schaltungen bekannt, Metalle gut bindet.
  • Die Dicke der Stützstruktur liegt im Bereich bis zu etwa 100 Mikrometer, die der dielektrischen Isolationsschicht im Bereich von einem bis einigen Mikrometern und die Dicke der Deckschicht im Bereich von etwa 10 Mikrometern und darunter.
  • Es ist natürlich wichtig, elektro-galvanische Potentiale zwischen der Stützstruktur und der elektrisch leitenden Deckschicht zu vermeiden, sodass keine „Kurzschlüsse" auftreten; dies kann durch entsprechende Ablagerungstechniken der einzelnen Schicht oder ggf. durch Schneiden von Isolationskanälen mit Hilfe von Lasern zuverlässig vermieden werden.
  • Der gemäß der Erfindung in die Vorrichtung vollständig integrierte LC-Schwingkreis reduziert die bereits durch das Material der Stützstruktur vorgegebenen niedrigen ferromagnetischen Eigenschaften des Stents; der Schwingkreis ist bei der magnetischen Resonanzfrequenz wirksam, wodurch die Sichtbarkeit des Körpergewebes und eines Gewebewachstums innerhalb des Lumens der implantierten Vorrichtung während des NMR-Bilderzeugungsverfahrens erhöht wird. Der LC-Schwingkreis ermöglicht auch eine Messung des Blutstroms durch das Lumen eines in einem Blutgefäß implantierten Stents.
  • Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:
  • 1 eine Seitenansicht der Stützstruktur eines aus inander verbundenen Streben ausgebildeten Stents mit einem integrierten LC-Schwingkreis gemäß der Erfindung;
  • 2a einen Querschnitt durch eine Strebe des Stents gemäß 1 mit dem integrierten LC-Schwingkreis in einer ersten Ausführungsform;
  • 2b einen Querschnitt durch eine Strebe eines Stents gemäß 1 in einer zweiten Ausführungsform;
  • 3 eine Seitenansicht eines Stents mit Darstellung einer Maske zur Realisierung des LC-Schwingkreises auf der Oberfläche des Stents;
  • 4 eine schematische Darstellung des LC-Schwingkreises des Stents;
  • 5 eine schematische Ausgestaltung eines Stents mit einem integrierten Schwingkreis gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des LC-Schwingkreises gemäß der Erfindung.
  • 1 ist eine (nicht maßstabsgerechte) Darstellung eines Stents mit einer Stützstruktur 10 aus Niob bzw. einer Niob-Legierung mit einem Zusatz von wenigen Prozent eines anderen Metalles, vorzugsweise Zirkonium. Die Stützstruktur des Stents wird durch im wesentlichen in Längsrichtung des Stents verlaufende Stege 13 gebildet, die in Wellenform mit abwechselnd hohen und niedrigen Wellenbergen 37, 27 verlaufen, wobei im Bereich der Wellenberge beidseitig jeweils zwei Streben tangential ineinander laufen, sodass zwischen den Streben eine Vielzahl von Öffnungen 25 entstehen. Ein derartiger Stent ist in der DE-A1-198 34 956 beschrieben. Der Stent kann in herkömmlicher Weise durch Laserschneiden eines Röhrchens erzeugt werden, sodass der Stent durch ein Gitterwerk aus Streben 13 gebildet wird.
  • Die Form und Ausgestaltung des Stents sind im übrigen für die Erfindung nicht wesentlich.
  • Auf die Streben 13 wird, wie in 2a dargestellt, eine fest haftende Isolationsschicht 51 aus einem Dielektrikum aufgebracht. Diese Schicht kann z. B. durch Oxidation des Materiales der Streben 13 erzeugt werden, ist somit vorzugsweise ein Nioboxid oder ein Niob-Zirkonium-Oxid.
  • Diese Isolationsschicht 51 wird, wie in 2a gezeigt, nur auf einen Teil der Oberfläche der Strebe 13 abgelegt, was durch entsprechende Maskentechniken erfolgen kann. Einfacher ist es, diese Isolationsschicht 51, wie in 2b gezeigt, auf der gesamten Umfangsfläche der Strebe 13 vorzusehen, sodass das Material der Strebe 13 vollständig von der Isolationsschicht bedeckt ist.
  • Auf der Isolationsschicht 51 wird eine Deckschicht 50 aus elektrisch leitendem Material angeordnet, wobei das Material dieser Deckschicht 50 das gleiche ist wie dasjenige der Strebe 13.
  • Wie in 2a gezeigt, wird diese Deckschicht 50 nur im Bereich der Isolationsschicht 51 auf der Oberseite der Strebe 13 angeordnet; einfacher ist es, diese Deckschicht z. B. durch Abscheiden aus der Dampfphase insgesamt auf die die Strebe 13 umgebende Isolationsschicht aufzubringen, wobei dann die Deckschicht 50 durch Trennschnitte 52 an den Außenrändern der Oberfläche der Strebe 13 von dem Rest der die Strebe 13 mit der Isolationsschicht 51 umgebenden Deckschicht 50 elektrisch getrennt wird. Die Trennschnitte 52 können, müssen aber nicht, mit einem Isolationsmaterial, z. B. einem Lack 53 gefüllt werden.
  • Die zwischen den Trennschnitten 52 verbleiende Deckschicht 50 ist so gestaltet, dass sie über den Verlauf des Stents eine Induktionsspule mit der für das NMR-Bildgebungssystem gewünschten Induktivität bildet.
  • Gleichzeitig bildet die verbleibende Deckschicht 50 gemeinsam mit der dielektrischen Isolationsschicht 51 und der Strebe 13 einen Kondensator mit einer Kapazität, die der gewünschten Kapazität des NMR-Bildgebungssystems entspricht.
  • Die Aufteilung der Deckschicht 50 und der Isolationsschicht 51 im Bereich der Gesamtstruktur des Stents ist beliebig, sofern nur die gewünschte Induktivität und Kapazität des LC-Schwingkreises erreicht wird; die elektrischen Verbindungspunkte zwischen diesen beiden Bauelementen sind im einzelnen nicht dargestellt, jedoch herkömmlich.
  • Angemerkt sei noch, dass die dielektrische Isolationsschicht 51 und die elektrisch leitende Deckschicht 50 sehr dünn ausgeführt sind und die mechanischen Eigenschaften des Stents überhaupt nicht oder nur geringfügig beeinflussen, jedoch für die NMR-Eigenschaften des Stents wesentlich sind.
  • 4 ist eine schematische Darstellung des in dem Stent integrierten Schwingkreises 68. Dieser besteht aus einer durch die leitende Deckschicht 50 gebildeten Induktionsspule 72 und einen durch die Strebe 13, die Isolationsschicht 51 und die Deckschicht 50 gebildeten Kondensator 73.
  • In 3 ist ein Teil eines Stents gemäß der oben genannten Patentanmeldung dargestellt, wobei die für die Herstellung des LC-Schwingkreises notwendigen Masken eingetragen sind. Diese Masken sind gemäß 3 Balken 60, die quer zu der Längsachse des Stents in Umfangsrichtung verlaufen und die die Wellenzüge der einzelnen Streben des Stents gezielt unterbrechen. Die Unterbrechungen von in Längsrichtung des Stents benachbarten Balken sind in Umfangsrichtung des Stents so versetzt, dass durch eine Unterbrechung jeweils eine Strebe hindurch läuft. Durch die gezielte Anordnung und Versetzung der einzelnen aufeinander folgenden Balken 60 wird über einen bestimmten Bereich des Stents ein durchlaufendes Muster der Streben erreicht, d. h. ein kontinuierliches lineares Muster. In Längsrichtung des Stents verlaufende Ausdehnungen 65 der Balken 60 erstrecken sich über Streben des Stents, die von der Isolationsschicht freigelassen werden sollen.
  • Die elektrisch leitende Deckschicht 50 wird dann auf diesen derart vorbereiteten Stent aufgebracht, z. B. durch Ablagerung aus der Dampfphase.
  • Die auf diese Weise ausgebildete Induktionsspule 72 (4) wird elektrisch mit dem Kondensator 73 verbunden, der durch die Streben 13, die Isolationsschicht 51 und die Deckschicht 50 gebildet wird.
  • Es ist natürlich möglich, durch entsprechenden Versatz der Balken 60 z. B. zwei Unterspulen zu bilden, die an benachbarten Enden miteinander verbunden werden und damit eine einzige Spule 72 (4) bilden.
  • Der LC-Schwingkreis 68 ist auf diese Weise ein integrierter Teil des Stents bzw. seiner Struktur 10. Die Geometrie des LC-Schwingkreises einschließlich der Länge der Induktionsspule und der Dimension des Kondensators durch den Abstand zwischen den Spulen bzw. benachbarten Unter-Spulen kann entsprechend gewählt werden, um die gewünschte magnetische Resonanzfrequenz, die bei etwa 64 MHz liegt, zu erhalten.
  • Da die Resonanzfrequenz des in einem Stent integrierten LC-Schwingkreises unter anderem auch von dem Durchmesser des Stents abhängt, wird man in der Praxis mehrere Stents anbieten, die auf einen bestimmten Durchmesser aufweitbar sind, der im Bereich von etwa + 10 % der Resonanzfrequenz der von dem NMR-Bildgebungssystem eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung liegt.
  • Aufgrund des Verlaufes der Resonanzfrequenz kann ein solcher Stent mit einem Durchmesser zwischen etwas unter 2,5 mm und etwa 2,75 mm Signale liefern, die ausreichend sind, um die Position des Stents eindeutig anzugeben und dessen Umgebung innerhalb und außerhalb seines Durchmessers abzubilden.
  • Wie in 5 dargestellt, kann der LC-Schwingkreis 68 auch in Form eines Käfigs 75 ausgebildet werden. Dieser Käfig 75 weist in Längsrichtung des Stents verlaufende Elemente 77 auf, die durch entsprechende Streifen der elektrisch leitenden Deckschicht 50 ausgebildet sind, die über der Isolationsschicht 51 angeordnet sind. Die Streifen verlaufen in Längsrichtung des Stents und sind durch einige Unterbrechungen 78 elektrisch unterbrochen. An jedem Ende des Stents sind die korrespondierenden Enden dieser Längselemente 77 mit entsprechend quer zum Umfang verlaufenden Verbindungsstreifen 82, 83 der Deckschicht verbunden. Auch auf diese Weise wird ein LC-Schwingkreis gemäß 4 erreicht.
  • In 6 ist eine weitere Ausführungsform eines LC-Schwingkreises dargestellt. Hier sind vier longitudinal verlaufende Elemente 87 auf entsprechend vier längs verlaufenden Streben des Stents angeordnet, wobei jedoch zentrale elektrische Unterbrechungen nicht vorgesehen sind. Die Sätze beider Elemente 87 sind um 120° versetzt und an einem Ende des Stents durch in Umfangsrichtung verlaufende elektrische Verbindungselemente 88 bzw. 89 verbunden. Jeder dieser beiden Sätze ist auf gegenüberliegenden Seiten durch zwei um 60° versetzte Unterbrechungen 91 und 92 getrennt. Am anderen Ende des Stents sind zwei der Verbindungselemente 87 mit dem Versatz von 60° durch ein in Umfangsrichtung verlaufendes elektrisch leitendes Element 94 verbunden. Der Abstand zwischen den longitudinal verlaufenden Elementen der beiden Sätze erzeugt eine wirksame Kapazität 95 zwischen den Elementen 87 des anderen entgegengesetzten Paares der beiden Sätze.
  • Auch wenn im vorhergehenden die Erfindung nur anhand eines aufweitbaren Stents beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann klar, dass die Erfindung auch in Verbindung mit anderen Anwendungen verwendet werden kann, so z. B. in Verbindung mit einem Katheter, etc.
    •

Claims (9)

  1. Vorrichtung, insbesondere Stützprothese (Stent) zum Einbringen in ein Lumen des menschlichen Körpers, wobei die Vorrichtung mit einem zumindest teilweise durch die Struktur der Vorrichtung gebildeten passiven LC-Schwingkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität versehen ist, dessen Resonanzfrequenz im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz einer eingestrahlten hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung eines auf der Kernspin-Magnetresonanz (NMR) beruhenden NMR-Bildgebungssystemes entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (10, 13) der Vorrichtung aus einem Metall mit geringen ferromagnetischen Eigenschaften gebildet ist, dass im Bereich des LC-Schwingkreises (68) die Struktur mit einer fest haftenden dielektrischen Isolationsschicht (51) bedeckt ist, und dass auf dieser Isolationsschicht (51) eine fest haftende elektrisch leitende Deckschicht (50) aufgebracht ist, sodass zumindest ein Teil der Deckschicht (50) die Induktivität (72) des LC-Schwingkreises und zumindest ein Teil der Struktur (10) der Vorrichtung, der dielektrischen Isolationsschicht (51) und der Deckschicht (50) die Kapazität (73) des LC-Schwingkreises bilden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (50) aus dem gleichen Material wie die Struktur (10, 13) der Vorrichtung gebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oxidschicht des Materiales der Struktur der Vorrichtung die Isolationsschicht (51) bildet.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (10, 13) der Vorrichtung aus Niob, ggf. mit einem Zusatz eines anderen Metalles ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Metall Zirkonium ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (10, 13) der Vorrichtung vollständig von dem Isolationsmaterial (51) umgeben ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (50) nur auf der Oberseite der Struktur (10, 13) der Vorrichtung angerichtet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht auf der gesamten Oberfläche der Struktur (10, 13) und der Isolationsschicht (51) angeordnet ist, und dass im Bereich der Oberfläche der Struktur (10, 13) Trennschnitte (52) vorgesehen sind, die einen Bereich der Deckschicht (50) auf der Außenseite der Struktur (10) definieren.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschnitte (52) mit einem Isolationsmaterial (53) ausgefüllt sind.
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