DE10217281A1

DE10217281A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Lokalisation intrakorporaler, flexibler Instrumente mit Ultraschall

Info

Publication number: DE10217281A1
Application number: DE10217281A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Mueller; Karsten Liebold
Original assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Current assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lokalisation von dünnen, flexiblen, intrakorporalen Instrumenten mittels Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zu lokalisierenden Teil des Instruments mechanische Schwingungen angeregt werden, die das Signal eines ortsauflösenden Sensors derart beeinflussen, dass das Instrument lokalisiert werden kann. Hierbei regt entweder ein an der zu lokalisierenden Spitze des Instruments befindlicher oder ein außerhalb des Gewebes gelegener Ultraschallwandler das Instrument zu Schwingungen an. Ist der Wandler außerhalb angebracht, kann er entlang des Instruments verschiebbar sein, um eine optimale Schalleinkopplung zu erreichen. Die Möglichkeit, unterschiedliche Frequenzen anzuregen, erlaubt die Anpassung an verschiedene Bildgebungssysteme.

Description

Aufgabenstellung

Es soll die Lokalisation dünner flexibler Instrumente wie Katheter oder Laser- Applikatoren in der Ultraschallbildgebung verbessert werden, indem diese selbst mit Ultraschall angeregt werden.

Stand der Technik

In zahlreichen medizinischen Anwendungen erfolgt die Einbringung dünner, flexibler Instrumente, wie zum Beispiel Katheter oder Applikatoren für Laserenergie in tiefere Gewebeschichten. Die interstitielle Zerstörung von Tumorgewebe oder die Entnahme von Gewebeproben (Biopsie) sind Beispiele hierfür. Bei allen diesen Anwendungen ist die genaue Positionierung des Instrumentes von Grundlegender Bedeutung für die Wirksamkeit.

Für die Gewährleistung bieten sich bildgebende Verfahren an, wobei Magnetresonanztomographie, Röntgenverfahren und Ultraschallbildgebung angewendet werden können. Die Magnetresonanztomographie erfordert aufwendige, ortsfeste Geräte und steht nur in ausgewählten medizinischen Einrichtungen zur Verfügung. Bei Röntgenverfahren hingegen ist bekanntlich die Strahlenbelastung, die unhandliche Schutzmassnahmen nötig macht, von Nachteil. Bildgebende Systeme auf der Basis von Ultraschall sind weit verbreitet und leicht zu handhaben. Sie nutzten die Laufzeitmessung der im Gewebe bei Impedanzänderungen reflektierten Ultraschallwellen. Bei flexiblen Instrumenten mit kleinem Durchmesser reicht meist die Größe der Impedanzänderung zur Gewebeumgebung sowie die räumliche Ausdehnung nicht aus, um auf üblichen Geräten dargestellt werden zu können. In diesem Fall eignet sich auch die Ultraschallbildgebung nicht zur Lokalisation bei der zielgenauen Punktion.

Aus dem Patent WO 94/02074 und der Literatur [K. Desinger: Untersuchungen zur Übertragung und Wirkung kombinierter Ultraschall-Laserstrahlung für die Chirurgie: Aufbau und Validierung eines neuen Applikationssystems. Landsberg: ecomed, 1999] ist bekannt, dass Ultraschall über Glasfasern, wie sie auch zur Laserübertragung zum Beispiel in Applikatoren für die Laserinduzierte Interstitiellen Thermotherapie (LITT) verwendet werden, überragen werden kann. Auch dünne metallische Drähte werden zum Beispiel in der Ultraschall-Angioplastie verwendet, um Ultraschall zu übertragen [T. A. Fischell, M. A. Abbas, G. W. Grant, R. J. Siegel: Ultrasonic energy. Effects on vascular function and integrity. Circulation 84 (1991), 1783-1795].

Erfindungsgemäße Lösung

Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass es möglich ist, dünne Applikatoren im Gewebe im Ultraschall B-Scan sichtbar zu machen, indem man sie selbst beziehungsweise ihren sichtbarzumachenden Teil zu Ultraschallschwingungen anregt. Dabei kommt es zu lokalisierten Artefakten in der Darstellung, die eine Detektion der Lage des Applikators erlauben. Die Ausprägung der Artefakte hängt von der Frequenz und Amplitude der Ultraschallschwingung der zu lokalisierenden Instrumente ab. Die Anregung kann in Resonanz mit der Frequenz der Bildgebung erfolgen, aber auch zum Beispiel naheliegende Oberwellen reichen aus, um die gewünschten Artefakte zu erzeugen. Des weiteren zeigte sich, dass sich die in vielen Bildgebenden Ultraschallsystemen integrierte Dopplerauswertung ebenfalls zur Lokalisation eignet, wenn die Katheter oder Applikatoren mit Ultraschall angeregt werden. Die im unmittelbar benachbarten Gewebe angeregten Ultraschallbewegungen erzeugen hier ein Signal, das die Lagedetektion mit diesen Geräten erlaubt.

Eine Ausführungsform der Erfindung, die sich zum Beispiel für die Sichtbarmachung von LITT-Applikatoren eignet, besteht aus einem Ultraschallwandler, dessen longitudinale Schwingung über die proximale Mantelfläche in die Laserfaser des Applikators eingekoppelt werden, so das sich in dieser Faser Dehnwellen ausbilden. Diese Wellenform eignet sich zur Ultraschallübertragung in Glasfasern, da sie durch die Umgebung nur schwach gedämpft wird. Die Länge des schwingenden Applikators sollte ein vielfaches der halben Ultraschallwellenlänge betragen, so dass er in Resonanz schwingt, und sich an der Einkopplung ein Schwingungsknoten der Amplitude der mechanischen Spannung ausbildet. Über die proximale Stirnfläche der Glasfaser erfolgt die Einkopplung der Laserstrahlung.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt die Einkopplung des Ultraschalls über eine Klammer, die den Ultraschallwandler enthält und an das proximale Ende des Katheters oder Applikators angebracht werden kann. Durch Verschieben der Wandlerklammer kann der Resonanzzustand derart verändert werden, dass das gewünschte Ergebnis in der Bildgebung erreicht wird.

In einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Ultraschallwandler an der distalen Spitze des zu lokalisierenden Instrumentes angebracht. Da in diesem Fall die Übertragungsverluste entfallen, reicht eine kleine Ultraschallleistung aus, und der Wandler kann entsprechend miniaturisiert werden.

Die verschiedenen für die Bildgebung üblichen Frequenzen können in den beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen berücksichtigt werden, indem mehrerer Wandler mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen in einer Anregungseinheit integriert werden oder indem eine Anregung gewählt wird, deren verschiedene Oberwellen in beabsichtigter Relation zu den Bildgebungsfrequenzen liegen oder indem der Wandler konstruktiv so ausgelegt wird, das er in den verschiedenen Frequenzen anregen kann.

Beschreibung der Abbildungen

Abb. 1 Dargestellt ist die erste beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsform. Dabei befindet sich im Gewebe (1), das durch den Ultraschallkopf (2) eines bildgebenden Systems abgetastet wird, ein Laserapplikator (3), wie er zum Beispiel für die Laserinduzierte interstitielle Thermotherapie verwendet wird. Erfindungsgemäß befindet sich am proximalen Ende des Applikators (3) ein Ultraschallwandler (4), der angesteuert vom Ultraschallgenerator (6) Ultraschalldehnwellen in der Glasfaser des Applikators erzeugt (5). Diese breiten sich bis zum distalen Ende des Applikators (3) aus und beeinflussen das Ultraschallfeld des Schallkopfes (2) derart, das im Bildgebenden System die gewünschten Artefakte entstehen, die eine Lokalisation des Applikators (3) erlauben. Über die proximale Stirnfläche der Glasfaser des Applikators (3) erfolgt die Einkopplung des Lasers (7) für die durchzuführende Therapie.
Abb. 2 Dargestellt ist die zweite beschriebene Ausführungsform der Erfindung. Im Gewebe (1), das wiederum durch den Ultraschallkopf (2) eines bildgebenden Systems abgetastet wird, befindet sich der zu lokalisierende Laserapplikator (8), der am Laser (7) angeschlossen ist. Auf dem Laserapplikator (8) ist ein in eine Klammer integrierter Ultraschallwandler (9) befestigt, der vom Ultraschallgenerator (6) angesteuert wird. Dieser Ultraschallwandler (9) erzeugt in der Glasfaser des Applikators (8) eine Ultraschalldehnwelle (5), die bis an die distale Spitze des Applikators (8) übertragen wird und wiederum das Ultraschallfeld des Schallkopfes (2) derart beeinflusst, das im Bildgebenden System eine Lokalisation des Applikators (8) möglich ist.
Abb. 3 Dargestellt ist die dritte beschriebene Ausführungsform der Erfindung. Im Gewebe (1), das auch hier wieder durch den Ultraschallkopf (2) eines bildgebenden Systems abgetastet wird, befindet sich beispielsweise der Laserapplikator (10), der an den Laser (7) angeschlossen ist. An der Spitze des Applikators (10) befindet sich erfindungsgemäß ein Ultraschallwandler (11), der durch den Ultraschallgenerator (6) angesteuert wird. Der erzeugte Ultraschall des Schallwandlers (11) beeinflusst wiederum das Schallfeld des Schallkopfes (2) derart, dass im Bildgebenden System die gewünschten Artefakte entstehen, die eine Lokalisation der aktiven Spitze des Applikators (10) erlauben.

Claims

1. Verfahren und Vorrichtung zur Lokalisation von dünnen, intrakorporalen Instrumenten mittels Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zu lokalisierenden Teil des Instrumentes mechanische Schwingungen angeregt werden, die das Signal eines ortsauflösenden Sensors derart beeinflussen, dass das Instrument lokalisiert werden kann.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschallwandler am proximalen Ende des Instrumentes dieses zu Schwingungen in Resonanz anregt.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein außerhalb des Gewebes auf dem Instrument zu befestigender Wandler das Instrument zu Schwingungen anregt.

4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler entlang des Instrumentes verschoben werden kann, um über günstige Schwingungszustände des Instrumentes die gewünschte Beeinflussung des Schallfeldes der Bildgebung zu erreichen.

5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wandler an der distalen Spitze oder zumindest an dem im Gewebe befindlichen Teil des Instrumentes befindet.

6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler die Anregung mehrere Frequenzen erlaubt, um das System an unterschiedliche Bildgebungssysteme anpassen zu können.