DE10203371A1

DE10203371A1 - Katheter, insbesondere intravaskulärer Katheter

Info

Publication number: DE10203371A1
Application number: DE10203371A
Authority: DE
Inventors: Michael Maschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2003-08-07
Also published as: US20030176786A1; US7686767B2

Abstract

Katheter, insbesondere intravaskulärer Katheter, mit wenigstens einem in der Katheterhülle im Bereich der Katheterspitze angeordneten, ein Magnetfeld erzeugenden Element, wobei das Magnetfeld (H¶int¶) bei in einen Patienten eingeschobenen Katheter (1, 10) veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Katheter, insbesondere einen intravaskulären Katheter, mit wenigstens einem in der Katheterhülle im Bereich der Katheterspitze angeordneten, ein Magnetfeld erzeugenden Element.
Ein Katheter ist ein längliches Instrument, das beispielsweise in eine Gefäßbahn des menschlichen oder tierischen Körpers bis zu einem bestimmten Punkt eingeschoben wird. Beispielsweise im Rahmen der Behandlung von Erkrankungen der arteriellen Herzkranzgefäße, die ursächlich für einen Herzinfarkt ist, kommen solche Katheter zum Einsatz. Bei einer solchen Atherosklerose kommt es zu Ablagerungen (atherosklerotische Plaque) an der Gefäßwand und so zu einer "Verstopfung" einzelner oder mehrerer Herzkranzgefäße. Unter Verwendung eines Katheters kann man nun zu den erkrankten Gefäßbereichen gelangen und dort behandelnd tätig werden.

Zur Bewegung und Führung des in das Gefäß eingeschobenen Katheters ist es bekannt, ein extern erzeugtes Magnetfeld zu verwenden, mit dem das Magnetfeld eines im Bereich der Katheterspitze angeordneten Permanentmagneten zusammenwirkt. Ein solches System ist beispielsweise aus US 6,148,823 bekannt. Zum Bewegen des Katheters ist es erforderlich, das externe Magnetfeld zu verändern, was bei dem bekannten System dadurch erfolgt, dass die das externe Magnetfeld erzeugende, C-artige Einrichtung bodenseitig verschiebbar angeordnet ist. Die offenen Enden der C-artigen Einrichtung sind oberhalb bzw. unterhalt des Patienten angeordnet, so dass die Einrichtung bezüglich des Patienten verschoben werden kann. Nachteilig hierbei ist aber zum einen, dass diese Felderzeugungseinrichtung sehr schwer und damit etwas umständlich zu bewegen ist. Hieraus resultieren insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn der Katheter um eine Gefäßbiegung bewegt werden soll, wo er auf einen größeren Widerstand stößt und mithin sogar festhängen kann. Hierbei zeigt sich ein weiterer Nachteil dergestalt, dass aufgrund der Verwendung eines Permanentmagneten mitunter die magnetische Kopplung zwischen dessen Magnetfeld und dem externen Magnetfeld nicht stark genug sein kann, um diesen Widerstand zu überwinden, beispielsweise weil das externe Magnetfeld in dem Bereich, wo sich die magnetische Spitze des Katheters befindet, etwas geschwächt ist.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Katheter anzugeben, der hier Abhilfe schafft.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Katheter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Magnetfeld bei in einen Patienten eingeschobenem Katheter veränderbar ist.

Das katheterseitig erzeugte Magnetfeld ist also mit besonderem Vorteil nicht "starr", sondern kann je nach Bedarf in seiner Feldstärke bzw. Feldrichtung variiert werden. Dies schafft die Möglichkeit, beispielsweise die Feldstärke im Bedarfsfall zu erhöhen, so dass die eingangs genannten Probleme hinsichtlich einer nicht optimalen Kopplung mit dem externen Feld behoben werden können. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Feldrichtung zu variieren. Das heißt es ist möglich je nach Bedarf die Feldrichtung nicht nur des externen Feldes, sondern auch des Feldes des inneren magnetischen Elements ändern zu können. Hierdurch ist es möglich, durch gezielte Variation des katheterseitigen Magnetfelds und des externen Magnetfelds das Zusammenwirken der beiden zu beeinflussen und so die sich aus dem Zusammenwirken der beiden Felder ergebende Kopplungswirkung auf die Katheterspitze, die sich in gerichteten Wechselwirkungskräften auf die Katheterspitze ausprägt ausnutzen und verändern zu können. Es können also unterschiedlich gerichtete Kräfte hierdurch auf die Katheterspitze ausgeübt werden. Dies ermöglicht ein einfacheres Navigieren und Bewegen des Katheters im Patienten.

Um auf einfache Weise das "innere" Magnetfeld variieren zu können, wird als das Magnetfeld erzeugendes Element zweckmäßigerweise ein Elektromagnet mit einem Kern und einer Spule eingesetzt, wobei die zur Spule führenden Zuleitungen in der Katheterhülle geführt und von außerhalb des Patienten bestrombar sind. Je nachdem wie groß der Spulenstrom ist und mit welcher Stromrichtung er durch die Spule geführt wird, können in ihrer Größe und/oder Richtung unterschiedliche Magnetfelder erzeugt werden. Zweckmäßigerweise können dabei zwei oder mehrere Elektromagnete vorgesehen sein, die einzeln oder zu mehreren ansteuerbar sind. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise durch Feldüberlagerung noch größere Felder als mit einem einzelnen Elektromagneten erzeugen zu können.

Nach einer ersten Erfindungsalternative kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Elektromagnet derart angeordnet ist, dass das erzeugbare Magnetfeld im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Katheters steht. Bei dieser Ausgestaltung ist also die Spule quasi um die Längsachse des Katheters gewickelt, die Spulenmitte fällt mit der Längsachse zusammen. Das hierüber erzeugte Magnetfeld liegt in Achsrichtung, seine Richtung ist abhängig vom Spulenstrom.

Eine alternative Elektromagnetenanordnung sieht demgegenüber vor, dass das erzeugbare Magnetfeld im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Katheters steht. In diesem Fall liegt die Spulenwicklung in Richtung der Längsachse des Katheters, so dass sich ein orthogonales Magnetfeld erzeugen lässt.

Eine besonders zweckmäßige Erfindungsausgestaltung sieht vor, dass wenigstens zwei derart angeordnete Elektromagneten vorgesehen sind, dass ihre Magnetfelder im Wesentlichen orthogonal zueinander stehen, das heißt, das eine Magnetfeld liegt im Wesentlichen parallel zur Längsachse, das andere im Wesentlichen senkrecht dazu. Bei dieser Erfindungsausgestaltung ist es also möglich, entweder diskret gerichtete Felder zu erzeugen, oder aber durch Überlagerung, also einen Betrieb beider Elektromagneten ein resultierendes Gesamtfeld zu erzeugen, das wiederum unter einem Winkel zu den Richtungen der erzeugenden Magnetfelder steht.

Schließlich kann im Bereich der Katheterspitze wenigstens ein permanentmagnetisches Element vorgesehen sein, das für die Bewegung des Katheters mittels des externen Magnetfelds in vielen Fällen ausreicht, so dass die Bestromung des oder der Elektromagneten nur im Bedarfsfall erforderlich ist.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn im Bereich der Katheterspitze eine Ultraschallerzeugungs- und -bildaufnahmeeinrichtung vorgesehen ist, wenn also der Katheter nicht nur die magnetische Bewegungs- und Führungseinrichtung in der Spitze aufweist, sondern auch die Bilderzeugungs- und -aufnahmeeinrichtung. Dies bietet die Möglichkeit, unter Verwendung des magnetischen Führungs- und Positionierungssystems den Katheter zum einen exakt hinsichtlich des erkrankten Körperbereichs positionieren und navigieren zu können, zum anderen auch Ultraschallbilder davon aufzunehmen, so dass man nicht nur auf die Röntgenkontrolle, die beispielsweise keine Bilddarstellung der Gefäßwand, sondern nur des Gefäßvolumens zulässt, angewiesen ist, sondern auch Ultraschallbilder, die die Gefäßwand selbst zeigen, ausgewertet werden können.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Katheters einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 bis 5 die Spitze des Katheters aus Fig. 1 mit jeweils unterschiedlich gerichteten externen und internen Magnetfeldern, und
Fig. 6 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Katheters.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Katheter 1, an dessen Spitze 2 im Inneren der Katheterhülle 3 im gezeigten Beispiel zwei Elektromagneten 4 lagefest positioniert sind. Jeder Elektromagnet 4 besteht aus einer Spule 5 und einem Kern, z. B. einem Eisenkern 6. Im Inneren der Katheterhülle sind separate Zuleitungen 7 vorgesehen, die nach außen geführt sind und über die die jeweilige Spule 5 eines Elektromagneten 4 beispielsweise separat bestromt werden kann.
Im Bereich der Katheterspitze ist ferner ein Ultraschallsystem 8 zur Ultraschallerzeugung und zur Aufnahme von Ultraschallbildern vorgesehen, dessen Versorgungs- und Signalleitungen 9 ebenfalls in der Katheterhülle 3 nach außen geführt sind.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Möglichkeit, den Katheter über ein externes Magnetfeld, das mit einem mittels der Elektromagneten 4 erzeugten Magnetfelds zusammenwirkt, berührungsfrei im Körperinneren zu bewegen. In Fig. 2 ist ein im gezeigten Beispiel horizontal stehendes externes Magnetfeld H_ext mittels einer nicht näher gezeigten Magnetfelderzeugungseinrichtung erzeugt. Bezüglich solcher Einrichtungen wird auf US 6 148 823 verwiesen. Die Feldrichtung ist durch Angabe der Pole N und S sowie die jeweiligen Richtungspfeile angegeben. Um nun eine Bewegung des Katheters in Feldrichtung vorzunehmen werden die beiden Elektromagneten 4 betrieben, wobei die Stromrichtung derart gewählt wird, dass das interne Feld H_int im Wesentlichen in der gleichen Richtung liegt wie das externe Feld. Zum internen Feld H_int sind ebenfalls die beiden Pole N und S sowie die Richtungspfeile angegeben. Bewegt sich das externe Feld, folgt ihm das innere und damit der Katheter.
Eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung ist hinsichtlich der Feldrichtungen in Fig. 3 gezeigt. Das externe Feld wie auch das interne Feld wird umgepolt, das heißt sie liegen nun in entgegengesetzter Richtung. Bezüglich der Umpolung des internen, über die Elektromagneten 4 erzeugten Feldes ist es lediglich erforderlich, die Stromrichtung umzukehren, wodurch sich dann automatisch die Feldrichtung ändert.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die Möglichkeit, aufgrund des Zusammenwirkens des externen und des internen Magnetfelds eine im Wesentlichen senkrecht zur Katheterlängsachse gerichtete Wechselwirkungskraft auf die Katheterspitze auszuüben. In Fig. 4 ist das externe Feld bezüglich der Längsachse des Katheters vertikal stehend von oben nach unten gerichtet angelegt. Das interne Feld steht im gezeigten Beispiel senkrecht dazu und verläuft im gezeigten Beispiel von rechts nach links, das heißt der Nordpol liegt rechts, der Südpol links. Dies führt aufgrund der Wechselwirkung der beiden Felder dazu, dass sich die Katheterspitze bedingt durch die Richtung des internen Magnetfelds drehen möchte, und zwar im gezeigten Beispiel nach oben, da durch eine solche Drehbewegung die beiden Felder wiederum gleichgerichtet wären. Das innere Feld richtet sich also nach dem stärkeren externen Feld aus.
Entsprechend umgekehrt liegt der Fall beim Beispiel gemäß Fig. 5. Dort sind die Richtungen des stärkeren externen und internen Magnetfeldes umgekehrt wie bezüglich Fig. 4 beschrieben, so dass letztlich eine Bewegung der Katheterspitze nach unten einsetzt. Auch hier folgt das innere Feld dem externen Feld.
Ersichtlich kann also auf einfache Weise eine Kipp- oder Schwenkbewegung bzw. eine ein Bewegen in die gewünschte Richtung unterstützende Kraft auf die Katheterspitze ausgeübt werden, wozu lediglich eine entsprechende Feldänderung auch des inneren Feldes erforderlich ist. Darüber hinaus kann natürlich die Wechselwirkung der beiden Felder dadurch verbessert und erhöht werden, dass durch Erhöhung des Spulenstroms das erzeugte Magnetfeld verstärkt wird, das heißt die Feldstärke lässt sich ebenfalls von außen einstellen.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Katheters 10 in Form einer Schnittansicht durch die Katheterspitze. Hier liegt die Spule 11 und der Spulenkern 12 des Elektromagneten 13 derart in der Katheterhülle, dass das erzeugte interne Magnetfeld im Wesentlichen senkrecht zur Katheterlängsachse liegt. Im gezeigten Beispiel liegt der Nordpol N rechts, der Südpol S liegt links. Durch Umkehrung der Stromrichtung durch die Spule 11 kann auch hier die Feldrichtung umgekehrt werden.
Liegt nun ein orthogonal zum internen Magnetfeld stehendes externes Magnetfeld an, wie in Fig. 6 gezeigt, so wird sich auch hier das interne Magnetfeld in Richtung des externen Magnetfelds drehen, das heißt es kann hierüber eine Rotation um die Katheterlängsachse eingeleitet werden. Im gezeigten Beispiel würde der Katheter um seine Achse nach rechts drehen, wie durch den Pfeil angedeutet ist, das heißt der "interne" Südpol S würde sich um "externen" Nordpol N und der "interne" Nordpol N würde sich zum "externen" Südpol S hindrehen. Man nutzt hier also das von einem üblichen Elektromotor her bekannte Drehprinzip, wobei hier jedoch nur eine sehr kurze Drehung möglich ist. Diese Kurzdrehung ist aber in vielen Fällen ausreichend, beispielsweise dann, wenn die Katheterspitze fest hängt oder dergleichen.
Ferner ist es natürlich denkbar, in einen Katheter sowohl Elektromagneten, wie sie am Katheter 1 gezeigt sind, als auch einen Elektromagneten, wie er bezüglich des Katheters 10 beschrieben ist, zu integrieren, um auf diese Weise die unterschiedlichen aus der Positionierung der Elektromagneten resultierenden Möglichkeiten zu nutzen. Darüber hinaus kann in der Katheterspitze ein nicht näher gezeigter Permanentmagnet vorhanden sein, der ebenfalls ein Magnetfeld, das jedoch nicht variiert werden kann, erzeugt.

Claims

1. Katheter, insbesondere intravaskulärer Katheter, mit wenigstens einem in der Katheterhülle im Bereich der Katheterspitze angeordneten, ein Magnetfeld erzeugenden Element, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (H_int) bei in einen Patienten eingeschobenem Katheter (1, 10) veränderbar ist.

2. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das das Magnetfeld (H_int) erzeugende Element ein Elektromagnet (4, 13) mit einem Kern (6, 12) und einer Spule (5, 11) ist, deren in der Katheterhülle (3) geführte Zuleitungen (7) von außerhalb des Patienten bestrombar sind.

3. Katheter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Elektromagneten (4, 13) vorgesehen sind.

4. Katheter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneten (4, 13) einzeln oder zu mehreren ansteuerbar sind.

5. Katheter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Elektromagnet (4) derart angeordnet ist, dass das erzeugbare Magnetfeld (H_int) im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Katheters (1) steht.

6. Katheter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Elektromagnet (13) derart angeordnet ist, dass das erzeugbare Magnetfeld (H_int) im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Katheters (10) steht.

7. Katheter nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei derart angeordnete Elektromagneten (4, 13) vorgesehen sind, das das von dem einen Elektromagneten (4) erzeugte Magnetfeld im Wesentlichen parallel und das von dem anderen Elektromagneten (13) erzeugte Magnetfeld im Wesentlichen senkrecht zur Katheterlängsachse steht.

8. Katheter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner im Bereich der Katheterspitze (2) wenigstens ein permanentmagnetisches Element vorgesehen ist.

9. Katheter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Katheterspitze (2) eine Ultraschallerzeugungs- und -bildaufnahmeeinrichtung (8) vorgesehen ist, deren Signalleitungen durch die Katheterhülle nach Außen geführt sind.

10. Katheter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen zu der oder den Spulen und gegebenenfalls die Zuleitung zu zur Ultraschallerzeugungs- und -Bildaufnahmeeinrichtung mit Steckverbindungen zur Verbindung mit an geeigneten Steuerungseinrichtungen vorgesehenen Gegensteckern versehen sind.

11. Kathetersystem, umfassend einen Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, sowie eine Steuerungseinrichtung zum Verändern des mittels des magnetischen Elements erzeugbaren Magnetfelds.

12. Kathetersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerungseinrichtung die Bestromung der Spule des wenigstens einen als Elektromagnet ausgebildeten Elements steuerbar ist.

13. Kathetersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung eine eigene Stromquelle zur Bestromung aufweist.

14. Kathetersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuerungseinrichtung diskrete Bedienelemente vorgesehen sind, denen bestimmte Bewegungen des Katheters in dem externen Magnetfeld, die durch die Wechselwirkung des externen Magnetfelds mit dem katheterseitigen Magnetfeld hervorgerufen werden, zugeordnet sind, wobei die jeweilige Bestromung in Abhängigkeit des anliegenden externen Magnetfelds erfolgt.

15. Kathetersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung mit einer Steuerungseinrichtung zur Erzeugung des externen Magnetfelds in Kommunikationsverbindung steht und von dieser das externe Magnetfeld beschreibende Informationssignale erhält.

16. Kathetersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die kathetereigene Steuerungseinrichtung mit der zweiten Steuerungseinrichtung über eine drahtlose Verbindung kommuniziert.