DE112012004860T5 - Verfolgen eines Führungsdrahtes - Google Patents

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Abstract

In einem Aspekt umfasst ein Verfahren allgemein Empfangen von Daten von einem elektromagnetischen Sensor bei einem Computersystem, Bestimmen, bei dem Computersystem basierend auf den empfangenen Daten, eines Ortes von einer Spitze von einem Führungsdraht, der in einen Patienten eingeführt wurde, und Verursachen, durch das Computersystem, einer Angabe des bestimmten Ortes der Spitze des Führungsdrahtes, um in einem Überlagerungsbild, das mindestens einen Teil des Führungsdrahtes repräsentiert, angezeigt zu werden.

Description

  • PRIORITÄTSANSPRUCH
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U:S: Provisional Application Nr. 61/562,991, eingereicht am 22. November 2011, deren Inhalte hiermit in ihrer Gesamtheit als Referenz enthalten sind.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Offenbarung betrifft das Verfolgen eines Führungsdrahtes.
  • HINTERGRUND
  • Ein zentralvenöser Zugang ist ein invasiver Vorgang. Ein zentralvenöser Zugang beinhaltet das Platzieren eines langen Katheters, der sich in die tiefen Venen des Brustkorbs oder des Abdomens erstreckt. Ein zentralvenöser Zugang stellt eine Möglichkeit bereit, Stoffe zu infundieren, die kaustisch für die kleineren Venen des Arms sind. Als Ergebnis wird ein zentralvenöser Zugang für Chemotherapie, vollständige parenterale Ernährung und zahlreiche andere Stoffe verwendet. Katheter mit größerem Durchmesser werden für Anwendungen verwendet, die hohe Flussraten erfordern wie Hämodialyse, Plasmapherese und Volumentransfer.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In einem Aspekt umfasst ein Verfahren allgemein Empfangen von Daten von einem elektromagnetischen Sensor bei einem Computersystem, Bestimmen, bei dem Computersystem basierend auf den empfangenen Daten, eines Ortes von einer Spitze von einem Führungsdraht, der in einen Patienten eingeführt wurde, und Verursachen, durch das Computersystem, einer Angabe des bestimmten Ortes der Spitze des Führungsdrahtes, um in einem Überlagerungsbild angezeigt zu werden, das mindestens einen Teil des Führungsdrahtes repräsentiert. Implementierungen dieses Aspekts können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Die Überlagerung umfasst ein Röntgenbild. Die Überlagerung umfasst ein Ultraschallbild. Der Führungsdraht wird eingeführt in eine Vene des Patienten. Bestimmen des Ortes einer Spitze eines Führungsdrahtes umfasst Messen der dreidimensionalen Koordinaten des Führungsdrahtes. Das Verfahren umfasst Generieren eines Röntgenbildes, nachdem der Ort der Spitze des Führungsdrahtes bestimmt worden ist. Die Spitze des Führungsdrahtes umfasst einen elektromagnetischen Transmitter. Der elektromagnetische Sensor ist außerhalb vom Patienten platziert.
  • In einem anderen Aspekt umfasst ein Verfahren allgemein Empfangen von Daten von einem elektromagnetischen Sensor bei einem Computersystem, Bestimmen, bei dem Computersystem basierend auf den empfangenen Daten, eines Ortes von einer Spitze von einem Führungsdraht, der in einen Patienten eingeführt wurde, und Bereitstellen, durch einen Computer, einer Angabe auf einer Benutzeroberfläche, dass die Spitze des Führungsdrahtes an einem vorbestimmten Ort positioniert worden ist.
  • Implementierungen dieses Aspekts können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Verfahren umfasst Bestimmen bei einem Computersystem, ob eine Spitze von einem Katheter an dem bestimmten Ort der Spitze des Führungsdrahtes positioniert wurde, und Bereitstellen, durch das Computersystem für die Benutzeroberfläche, einer Angabe, dass die Spitze des Katheters an dem bestimmten Ort der Spitze des Führungsdrahtes positioniert wurde. Der vorbestimmte Ort entspricht einem Ort auf einem Zielgerät. Das Zielgerät befindet sich innerhalb des Patienten. Die Angabe, dass die Spitze des Katheters an dem bestimmten Ort der Spitze des Führungsdrahtes positioniert wurde, umfasst mindestens eines von einer visuellen und einer akustischen Bestätigung.
  • In einem anderen Aspekt umfasst ein System allgemein einen Transmitter von elektromagnetischen Signalen, angeordnet auf einer Spitze eines Führungsdrahtes, einen Sensor zum Empfangen von elektromagnetischen Signalen, übertragen durch den Sensor, ein Computersystem in Kommunikation mit dem Sensor, wobei das Computersystem dazu ausgelegt ist, einen Ort der Spitze eines Führungsdrahtes basierend auf den Signalen, die durch den Sensor empfangen wurden, zu bestimmen, und ein Anzeigesystem in Kommunikation mit dem Computersystem, wobei das Anzeigesystem dazu ausgelegt ist, eine Angabe des bestimmten Ortes der Spitze eines Führungsdrahtes in einer Überlagerung auf ein Bild von mindestens einem Teil des Führungsdrahtes anzuzeigen.
  • Implementierungen dieses Aspekts können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Bild umfasst ein Ultraschallbild. Das Bild umfasst ein Röntgenbild. Das Computersystem umfasst einen Integrator für ein Messen der Anstiegskante und des stabilen Zustands von elektromagnetischen Signalen. Der Transmitter umfasst einen mehrachsigen Transmitter. Der Sensor umfasst eine einachsige Spule. Der Transmitter stellt gepulste Gleichstromsignale für jede Transmitterachse bereit. Der Sensor umfasst einen Sensor mit 5 Freiheitsgraden. Der Sensor umfasst ein Pad, das an einem Patienten befestigt werden kann. In einer anderen Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt allgemein auf einem computerlesbaren Speichergerät gespeichert, wobei das Computerprogrammprodukt Anleitungen umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, das Computersystem dazu veranlassen, Daten von einem elektromagnetischen Sensor zu empfangen, einen Ort einer Spitze eines Führungsdrahtes, der in einen Patienten eingeführt wurde, basierend auf den empfangenen Daten zu bestimmen, und eine Angabe des bestimmten Ortes der Spitze des Führungsdrahtes zu veranlassen, um angezeigt zu werden in einer Überlagerung auf ein Bild, das mindestens einen Teil des Führungsdrahtes repräsentiert.
  • Implementierungen dieses Aspekts können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Bild umfasst ein Ultraschallbild. Das Bild umfasst ein Röntgenbild.
  • Dieser und andere Aspekte und Merkmale und verschiedene Kombinationen von diesen mögen als Verfahren, Apparate, Systeme, Mittel zum Durchführen von Funktionen, Programmprodukte und auf andere Arten ausgedrückt werden. Andere Merkmale und Vorteile werden offenbar anhand der Beschreibung und der Ansprüche.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt einen zentralvenösen Katheter
  • 2 ist ein Blockdiagramm von Komponenten eines Systems zum Verfolgen eines Führungsdrahtes.
  • 3 zeigt einen elektromagnetischen Sensor.
  • 4 zeigt einen Ablaufplan.
  • 5 zeigt anatomische Orientierungshilfen.
  • 6 zeigt einen Ablaufplan.
  • 7 ist ein Blockdiagramm von einem Computersystem. Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Elemente an.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ein System zum Verfolgen eines Führungsdrahtes (guidewire tracking system – GTS), das elektromagnetische Signale nutzt, kann einem Chirurg ermöglichen eine Katheter-Platzierung kontinuierlich zu visualisieren durch eine virtuelle Bildüberlagerung (beispielsweise über ein Ultraschallbild), während die Röntgenstrahlexposition für beide, den Chirurg und den Patienten (beispielsweise einen pädiatrischen Patienten) minimiert wird.
  • Ein Führungsdraht ist ein Gerät, das eingeführt wird in einen Patienten, der eine Katheterisierungs-Prozedur unterzogen wird, und das benutzt wird, um einen Katheter zu positionieren. Zentrale Katheter, beispielsweise der zentrale Katheter gezeigt in 1, können im Operationssaal unter Vollnarkose unter Verwendung fluoroskopischer Führung, welche in mehreren Röntgenbildern, die benutzt werden, resultiert, platziert werden. Strahlung kann negative Nebenwirkungen haben. Das System, welches hier beschrieben wird, kann die Verwendung von Strahlung minimieren oder eliminieren.
  • Das System kann auch anpassbar sein für Katheter-Platzierung in anderen Situationen, beispielsweise außerhalb des Operationssaals, wo Katheter eingeführt werden ohne die Verwendung von Fluoroskopie. In dieser Örtlichkeit werden Katheter- und Führungsdraht-Manipulationen oft blind gemacht. Der Mangel an Rückmeldung in Echtzeit verursacht eine Vielfalt von Problemen, welche zu erfolgloser Platzierung führen können. Zum Beispiel, schlecht positionierte Katheter können zu Wiederholungsprozeduren führen, die wiederum das Risiko einer Infektion, das Potential für Gefäßverletzung und den Bedarf für zusätzliche Röntgenabbildungen zur Bestätigung der Platzierung vergrößern können.
  • Eine weitere Prozedur, die von dem hier beschriebenen System profitieren kann, ist das Platzieren einer langfristigen intravenösen Leitung, die in einer zentralen Vene bei Kindern platziert wird. Diese Prozedur wird verwendet, um Arzneimittel, Bluttransfusionen, Flüssigkeiten oder Nährstoffe zu verabreichen. Bluttests können ebenfalls durch Katheter entnommen werden. Der Katheter ist für Langzeit-Nutzung gestaltet, so dass viele schmerzhafte Nadelstiche vermieden werden können.
  • Bildgebende Führung kann die Erfolgsrate von Katheter-Einführung verbessern durch Vereinfachen der Nadelplatzierung in der Vene und der Beförderung des Katheters an die Zielstelle. Ultraschall-Bildgebung wird typischerweise verwendet, um dabei zu helfen, die Nadel während des anfänglichen Zugangs zur Vene zu führen. Die Einführung von kleinen, leichten und günstigen Ultraschalleinheiten hat die Befolgung dieser Empfehlung vereinfacht. Ultraschall ist jedoch nicht für die Betrachtung der finalen Platzierung des Katheters geeignet. Für diesen Zweck wird Fluoroskopie verwendet, wie unten beschrieben wird. Bezug nehmend auf 1, findet Katheter-Platzierung allgemein innerhalb eines bestimmten anatomischen Gebiets statt, typerweise der oberen Hohlvene oberhalb des rechten Vorhofs (1), um Komplikationen zu vermeiden. Zu weitgehendes Einführen eines Katheters erhöht das Risiko von Herzarrhythmien und arterieller Perforation, wohingegen ein nicht ausreichend weites Einführen des Katheters das Risiko von venösen Thrombosen und inadäquaten Flussraten für Dialyse und Plasmapherese erhöht.
  • Fluoroskopie wird manchmal während Katheter-Einführung verwendet und die resultierende Rückmeldung kann die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass die Katheter-Spitze angemessen positioniert wird. Ein anfängliches Fluoroskopiebild kann verwendet werden, um eine Gesamtansicht und einen Startpunkt zu liefern, aber nachfolgende Fluoroskopiebilder können vermieden werden durch Verfolgen der Spitze des Führungsdrahtes in Echtzeit unter Verwendung eines elektromagnetischen Sensors, und nur ein weiteres finales, bestätigendes Fluoroskopiebild kann erforderlich sein bei Abschluss der Prozedur, wobei die Röntgenstrahlungsdosis minimiert wird. In einem anderen Beispiel ist weder ein anfängliches noch ein finales bestätigendes Fluoroskopiebild erforderlich. In anderen Worten, der Operateur kann eine Prozedur durchführen, indem er sich nur auf Rückmeldung von dem elektromagnetischen Sensor und Ultraschall verlässt. Verfolgen eines Führungsdrahtes kann verbessert werden durch Verwenden von elektromagnetischer Technologie zum Verfolgen. Diese Technologie basiert auf dem Generieren von bekannten elektromagnetischen Feldstrukturen und Kopplungen. Systeme können gestaltet sein, um 3 Freiheitsgrade, 5 Freiheitsgrade und/oder 6 Freiheitsgrade zu messen. 3 Freiheitsgrade entsprechen typischerweise den 3 hauptsächlichen Positionskoordinaten, 5 Freiheitsgrade entsprechen typischerweise den 3 Positionsmessungen und 2 Orientierungsmessungen (ohne Rollwinkel) und 6 Freiheitsgrade entsprechen typischerweise den 3 Positionsmessungen und den 3 Orientierungsmessungen (Richtungswinkel, Höhenwinkel, Rollwinkel). Alle Systeme nutzen eine Quelle von elektromagnetischen Feldern. Diese können Wechselströme, gepulste Gleichströme, Dauermagnete, bewegliche Magnete unter anderen sein. Es gibt auch Techniken zum Messen von elektromagnetischen Feldern. Dies kann durch induktive Messsonden, Spulen mit und ohne Kern, über die eine Spannung induziert wird, Halleffekt-Geräte, Magnetowiderstände von allen Formen (beispielsweise plain, giant, colossal, turmeling), feldabhängige Oszillatoren, Squids, Magnetometer unter anderen erfolgen. Diese Systeme können in jede Richtung operieren, beispielsweise kann das verfolgte Objekt ein Magnetfeld generieren oder wahrnehmen, und das System zum Verfolgen kann das Magnetfeld wahrnehmen oder generieren.
  • Bezug nehmend auf 2, wird in einigen Implementierungen ein 5 Freiheitsgrade gepulstes Gleichstrom Verfolgungssystem (200) verwendet für Verfolgen des Führungsdrahtes. Die Elektronik des elektromagnetischen Verfolgungssystems (20) besteht aus einer Computerkomponente, einer Transmitteranregungskomponente und einer Empfangskomponente. Unter Befehl und Kontrolle des Computers, hat eine mehrachsige Transmitteranordnung (30) jede seiner Achsen durch Gleichstrom-Antriebselektronik betätigt, um symmetrische, sequentiell angeregte, nichtüberlappende quadratische gleichstrombasierte Wellenformen zu übertragen. Diese werden durch die Luft oder Gewebe empfangen durch einen oder mehrere Sensoren (10), die diese Signale an Signalprozessierungselektronik innerhalb der Elektronik des elektromagnetischen Verfolgungssystems (20) vermitteln. Der Computer in der Elektronik des elektromagnetischen Verfolgungssystems (20) enthält einen Integrator zum Messen der Anstiegskante und des stabilen Zustands der sequentiellen Wellenform von jeder Achse, so dass ein integriertes Ergebnis von der Sensorposition am Ende der Periode eines stabilen Zustands gemessen werden kann. Der Computer kontrolliert weiter die Transmitter-Gleichstrom-Antriebselektronik, um den Transmitter zu bedienen und Signale von der Signalprozessierungselektronik für den Signalintegrationsprozess zu empfangen, wobei das Endergebnis in der Berechnung der Sensorposition und Orientierung im dreidimensionalen Raum mit signifikant reduzierter Wirbelstrom-Verzerrung besteht, während eine verbesserte Kompensation für Sensordrift mit Hinsicht auf das statische Magnetfeld der Erde und durch Netzleitung induziertes Rauschen bereitgestellt wird.
  • Speziell stellt die Transmitter-Gleichstrom-Antriebselektronik gepulste Gleichstromsignale von bekannter Amplitude für jede Transmitterachse bereit. Der Computer setzt die Stromamplitude für jedes übertragende Element fest. Der Transmitter ist dazu ausgelegt, in der Nähe des Patienten, der sich der Prozedur unterzieht, zu arbeiten. Der eine oder die mehreren Sensoren (10) messen die Position und Orientierung der Spitze des Führungsdrahtes. Das System ist hinreichend vielseitig, um andere Transmitterkonfigurationen und Formfaktoren aufzunehmen in Abhängigkeit von der medizinischen Prozedur und der Menge an leitfähigem und eisenhaltigem Metall in der nahegelegenen Umgebung. In jedem Fall wird das Computersystem vorprogrammiert, um die erforderliche Konfiguration aufzunehmen.
  • Der eine oder die mehreren Sensoren (10) kann jeweils eine einachsige Spule sein. Der Sensor ist typischerweise an der distalen Spitze des Führungsdrahtes montiert, der an ein internes Ziel innerhalb des Patienten geführt wird oder innerhalb der Anatomie lokalisiert wird. Der Sensor detektiert gepulste Gleichstrom-Magnetfelder, die durch den Transmitter generiert werden und dessen Ausgaben an die Signalprozessierungselektronik (30) vermittelt werden. Die Elektronik kontrolliert Bedingungen und wandelt Sensorsignale in eine digitale Form um, die geeignet ist für ein weiteres Prozessieren durch den Computer und für die Berechnung von Positions- und Orientierungsmessungen. Bezug nehmend auf 3, wird ein verfügbarer 0,3 mm Durchmesser 5 Freiheitsgrade elektromagnetischer Sensor (10) platziert in der Nähe des Endes von einem metallisches geflochtenes Drahtrohr (40) mit einer Länge von grob 50 cm. Das metallische geflochtene Drahtrohr kann Flexibilität während Einführung und Manipulation bewahren und hat einen äußeren Durchmesser von ungefähr 0,85 mm und einen inneren Durchmesser, der groß genug ist, um den Sensor und Sensorkabel aufzunehmen. Der Sensor (10) ist unter Verwendung eines Verkapselungsstoffs versiegelt, zum Beispiel Epoxidharz oder irgendein anderes medizinisch akzeptables Material, um die regulatorische Zertifizierung für angewandte Teile zu erreichen, und um ihn undurchlässig für Blut oder andere Körperflüssigkeiten zu machen. Das metallische Rohr mit Sensor kann mit PTFE (Polytetrafluoroethylen) (50) überzogen werden, um das Instrument zu verkleinern und weiter zu schützen. Der gesamte äußere Durchmesser des Führungsdrahtes samt Überzug wird 0,90 mm sein, was es ermöglicht, einen Standard Broviac- oder Hickman-Katheter über den Führungsdraht einzuführen. Eine 20 mm lange, flexible Nitinol-Spitze (60) mit einem äußeren Durchmesser von 0,9 mm kann an der Front des Führungsdrahtes positioniert werden, um zu helfen, das Gefäßtrauma zu minimieren. Die elektrischen Drähte des elektromagnetischen Sensors können durch das geflochtene Drahtrohr passieren. Am anderen Ende vom Sensor kann ein kleiner Konnektor enthalten sein. Dieser Konnektor kann dazu gestaltet sein, um einfach vom GTS-Konnektor (70) entkoppelt zu werden. Der Konnektor kann isolierte, konzentrische Anschlüsse haben, die an die zwei Sensoranschlüsse am distalen Teil des Führungsdrahtes befestigt werden. Dieser kann verbunden werden mit Federkontakten, welche innerhalb eines zylindrischen Gehäuses enthalten sind. Dieser Konnektor kann Entkopplung von dem GTS nach Positionieren des Führungsdrahtes in den Blutgefäßen des Patienten ermöglichen, um den Katheter entlang des Führungsdrahtes einzuführen.
  • Das GTS kann visuelle Information bereitstellen hinsichtlich der relativen Position und Orientierung des Führungsdrahtes. Ein Ablaufplan (400) des Arbeitsablaufs wird in 4 gezeigt. In Block (100) kann die Computerschnittstelle vom Operateur erfordern, dass die geplante Prozedur und Angaben zur Katheter-Platzierung eingegeben werden. Die Schnittstelle kann auch dazu auffordern, dass standardisierte Schritte eingehalten werden, inklusive informierter Zustimmung, „Auszeit”, Standortmarkierung und Handhygiene.
  • In Block (110) kann der Patient auf die übliche Weise auf dem Tisch positioniert werden. Der GTS-Transmitter (30) (1) kann in der Nähe des Patienten platziert werden und positioniert werden, um den Arbeitsplatz von der Mitte des Nackens zum Diaphragma zu bedecken.
  • Elektromagnetisch verfolgbare Pads können an externen anatomischen Orientierungshilfen befestigt werden. Diese Pads können aus einem einzelnen Sensor mit 5 Freiheitsgraden bestehen, der in einem selbstklebenden Pad verkapselt wurde. Es ist auch möglich Sensoren mit 6 Freiheitsgraden zu verwenden. Diese Orientierungshilfen können in der Registrierung des Systems verwendet werden, und um Bewegung des Patienten zu verfolgen. Die anatomischen Orientierungshilfen können der Schwertfortsatz (502), das Brustbein (504), und beide Schultereckgelenke (506, 508) sein, wie in 5 gezeigt wird, obwohl andere ebenfalls in Abhängigkeit von der Prozedur verwendet werden könnten. Dies kann ein Referenzieren der Position des Führungsdrahtes relativ zu diesen Orientierungshilfen ermöglichen. Referenzieren ist implementiert, um Patientenbewegung und Atmung zu neutralisieren, welche ansonsten akkurate Führung des Führungsdrahtes an sein anatomisches Ziel gefährden könnte.
  • Registrierung wird durch eine Anzahl von Techniken erreicht. Registrierungsalgorithmen, basierend auf Berühren mehrerer Kontrollpunkte im Abbildungsraum (Referenzframe #1) und Patientenraum (Referenzframe #2), können verwendet werden zum Lösen des Registrierungsproblems. Manche Techniken zum Lösen des Registrierungsproblems involvieren ein Leiten des Arztes, so dass die Spitze des Instruments an Kontrollpunkten platziert wird, beispielsweise an anatomischen Orientierungshilfen oder Markierungen, die am Patienten befestigt sind. In manchen Beispielen sind die verfolgbaren Pads an den anatomischen Orientierungshilfen platziert worden, bevor ein Röntgenbild aufgenommen wird, wobei die Örtlichkeiten der Pads im Röntgenbild erfasst werden. Diese Daten werden dann in einem Algorithmus verwendet, der in der Abbildungssoftware angesiedelt ist, um angemessene Koordinaten-Transformationen durchzuführen, und um den Abbildungsraum an den Patientenraum anzugleichen, somit die entsprechenden Kontrollpunkte vom einen Referenzframe zum anderen abbildend.
  • Ein richtig konstruierter Registrierungsalgorithmus berücksichtigt Verschiebungen, Rotationen und Skalierung von Punkten von einem Frame zum anderen. Der Algorithmus stellt eine enge Registrierung zwischen Frames mit minimalen Fehlern zwischen gescannten Bildern und Zielen bereit. Von diesem Punkt ab ist die Anatomie des Patienten mit den Abbildungsdaten korreliert. Die Abbildungssoftware kann nun die Position der Spitze des Instruments im Patienten zu ihrer korrespondierenden Position in der Abbildung und umgekehrt anzeigen. In vielen Prozeduren werden Instrumente auf interaktiven Anzeigen verfolgt, die benachbart sind zu den Operationsfeldern oder sogar angezeigt werden auf einer am Kopf befestigten Anzeige. Solche Anzeigen ermöglichen es dem Arzt, die Anatomie durch ein stereoskopisches Fenster zu sehen. Auf diesem Weg kann der Arzt, indem die distale Spitze des Instruments zu einem internen Ziel hin bewegt wird, eine hoch-aufgelöste, farbige, stereoskopische Wiedergabe der Anatomie des Patienten und der Trajektorie zu einem internen Ziel hin sehen. Block 120 zeigt eine Operationsprozedur des Präparierens der Stelle des Gefäßzugangs und der Ultraschallsonde an. In Block 130 kann der Operateur venösen Zugang erhalten unter Verwendung von Ultraschall-Führung in Echtzeit. Führungsdraht-Verfolgung kann beginnen, sobald sich die Führungsdrahtspitze der Einführungsstelle nähert. Der Führungsdraht kann dann durch eine Nadel in eine Vene eingeführt werden und die Position des Führungsdrahtes kann dann durch das elektromagnetische Verfolgungssystem bereitgestellt werden. Position und Orientierung des Führungsdrahtes können auf einer virtuellen Überlagerungsabbildung unter Verwendung des originalen Röntgenbildes angezeigt werden. Der Nutzer kann dann den Führungsdraht in Block 140 zum Ziel hin befördern durch die Führung, die durch die Software und die Abbildungsanzeige bereitgestellt wird. In diesem Beispiel ist der Zielort die obere Hohlvene. Wenn der verfolgte Führungsdraht das vorbestimmte Ziel erreicht, kann das System visuelle und akustische Bestätigung bereitstellen. In Block 150 ist der Katheter dann platziert. Die Tiefe der Einführung des Führungsdrahtes vor dem Trennen des Sensorkabels kann notiert werden. Diese Messung kann verwendet werden, um den Katheter auf die richtige Länge zu schneiden. Der Katheter kann dann über dem Führungsdraht platziert werden. Schließlich umfasst Block 160 die Schritte der Katheter-Sicherung, Spülung und Radiographie und Dokumentation der Aufzeichnungen.
  • In einer zweiten Implementierung wird ein Röntgenbild am Anfang und am Ende der Prozedur verwendet, um korrekte Platzierung des Führungsdrahtes/Katheters zu verifizieren. In Block 110 kann der Patient auf dem Tisch auf die übliche Weise positioniert werden. Elektromagnetisch verfolgbare Pads können an externen anatomischen Orientierungshilfen befestigt werden. Diese Pads können aus einem einzelnen Sensor mit 5 Freiheitsgraden bestehen, der in einem selbstklebenden Pad verkapselt wurde zusammen mit einem Kontrollpunkt, der auf einem Röntgenbild gesehen werden kann. Es ist auch möglich Sensoren mit 6 Freiheitsgraden zu verwenden. Die anatomischen Orientierungshilfen können der Schwertfortsatz, das Brustbein und beide Schultereckgelenke sein, wie in 5 gezeigt wird, obwohl andere ebenfalls in Abhängigkeit von der Prozedur verwendet werden könnten. Diese Orientierungshilfen können in der Systemregistrierung verwendet werden und um Patientenbewegung zu verfolgen. Dies kann ein Referenzieren der Position des Führungsdrahtes relativ zu diesen Orientierungshilfen ermöglichen. Referenzieren ist implementiert, um Patientenbewegung und Atmung zu neutralisieren, welche ansonsten akkurate Führung des Führungsdrahtes an sein anatomisches Ziel gefährden könnte.
  • Eine tragbare Röntgeneinheit kann an den Platz gebracht werden und ein einzelnes Röntgenbild kann vor der Prozedur erhalten werden. Dieses Röntgenbild kann später verwendet werden, um die Position des verfolgten Führungsdrahtes zu visualisieren, wie in Block 150 beschrieben. Die Röntgeneinheit kann zurückgezogen werden und der GTS-Transmitter (30) (1) kann in der Nähe des Patienten platziert werden und positioniert werden, um den Arbeitsplatz von der Mitte des Nackens zum Diaphragma zu bedecken. Block 120 zeigt eine Operationsprozedur des Präparierens der Stelle des Gefäßzugangs und der Ultraschallsonde an. Registrierung wird vollendet, wie für die erste Implementierung beschrieben.
  • In Block 130 kann der Operateur venösen Zugang erhalten unter Verwendung von Ultraschall-Führung in Echtzeit. Verfolgung eines Führungsdrahtes kann beginnen, sobald sich die Führungsdrahtspitze der Einführungsstelle nähert. Der Führungsdraht kann dann durch eine Nadel in eine Vene eingeführt werden und die Position des Führungsdrahtes kann dann durch das elektromagnetische Verfolgungssystem bereitgestellt werden. Position und Orientierung des Führungsdrahtes können auf einer virtuellen Überlagerungsabbildung unter Verwendung des originalen Röntgenbildes angezeigt werden. Der Nutzer kann dann den Führungsdraht nach Block 140 zum Ziel hin befördern durch die Führung, die durch die Software und die Abbildungsanzeige bereitgestellt wird. In diesem Beispiel ist der Zielort die obere Hohlvene. Wenn der verfolgte Führungsdraht das vorbestimmte Ziel erreicht, kann das System visuelle und akustische Bestätigung bereitstellen. Nach Block 150 ist der Katheter dann platziert. Die Tiefe der Einführung des Führungsdrahtes vor dem Trennen des Sensorkabels kann notiert werden. Diese Messung kann verwendet werden, um den Katheter auf die richtige Länge zu schneiden. Der Katheter kann dann über dem Führungsdraht platziert werden. Schließlich umfasst Block 160 die Schritte der Katheter-Sicherung, Spülung und Radiographie und graphische/tabellarische Dokumentation. Ein bestätigendes Röntgenbild kann auch aufgenommen werden, um die Leistung des Systems zu validieren und die finale Katheter-Platzierung zu bestätigen.
  • 6 zeigt einen Ablaufplan von Beispieloperationen eines Systems zum Verfolgen eines Führungsdrahtes. In Schritt 602 werden Daten von einem elektromagnetischen Sensor empfangen. Der Sensor kann extern von einem Patienten platziert werden, der sich der Prozedur unterzieht. In manchen Beispielen werden die Daten von einem elektromagnetischen Transmitter empfangen, der auf der Spitze von einem Führungsdraht angeordnet ist. In Schritt 604 wird der Ort einer Spitze eines Führungsdrahtes, der in einen Patienten eingeführt wurde, bestimmt, basierend auf den empfangenen Daten. Zum Beispiel kann ein Computersystem die Bestimmung, basierend auf Signalen, die vom Sensor empfangen wurden, vornehmen. In manchen Beispielen wird der Führungsdraht eingeführt in die Vene des Patienten. In manchen Beispielen werden dreidimensionale Koordinaten des Führungsdrahtes gemessen, um den Ort der Spitze zu bestimmen. In manchen Implementierungen wird ein Röntgenbild generiert, nachdem der Ort der Spitze des Führungsdrahtes bestimmt worden ist. In Schritt 606 wird eine Anzeige des bestimmten Ortes der Spitze des Führungsdrahtes veranlasst, um in einer Überlagerung auf ein Bild angezeigt zu werden, beispielsweise ein Ultraschallbild, das mindestens einen Teil des Führungsdrahtes repräsentiert. Die Anzeige könnte visuell, akustisch oder anderen Typs der Signalisierung zur Bestätigung sein, individuell oder in Kombination. In manchen Beispielen wird das Ultraschallbild in einer Überlagerung auf das Röntgenbild des Patienten angezeigt. In manchen Beispielen ist das Überlagerungsbild ein Röntgenbild. In manchen Beispielen zeigt das System auch an, wenn ein Katheter, beispielsweise die Spitze des Katheters an dem vorbestimmten Ort positioniert worden ist, beispielsweise an dem Ort der Spitze des Führungsdrahtes.
  • Weiterhin, in manchen Beispielen stellt ein Computersystem eine Anzeige für eine Benutzeroberfläche bereit, dass die Spitze des Führungsdrahtes an dem vorbestimmten Ort positioniert worden ist. Der vorbestimmte Ort kann einem Ort auf einem Zielgerät (beispielsweise platziert innerhalb eines Patienten) entsprechen.
  • 7 ist ein Blockdiagramm von einem beispielhaften Computersystem (700). Zum Beispiel kann das System zum Verfolgen eines Führungsdrahtes visuelle Information hinsichtlich der relativen Position und Orientierung des Führungsdrahtes mit Hilfe eines Computersystems (700) bereitstellen. Das Computersystem (700) umfasst einen Prozessor (710), einen Speicher (720), ein Speichergerät (730) und ein Eingabe/Ausgabe-Gerät (740). Jede der Komponenten (710, 720, 730, 740) kann miteinander verbunden sein, zum Beispiel unter Verwendung eines Systembusses (750). Der Prozessor (710) ist geeignet, Anleitungen zur Ausführung innerhalb des Systems (700) zu prozessieren. In manchen Implementierungen ist der Prozessor (710) ein single-threaded Prozessor. In manchen Implementierungen ist der Prozessor (710) ein multi-threaded Prozessor. In manchen Implementierungen ist der Prozessor (710) ein Quantencomputer. Der Prozessor (710) ist geeignet Anleitungen zu prozessieren, die in dem Speicher (720) oder auf dem Speichergerät (730) gespeichert werden.
  • Der Speicher (720) speichert Information innerhalb des Systems (700). In manchen Implementierungen ist der Speicher (720) ein computer-lesbares Medium. In manchen Implementierungen ist der Speicher (720) eine volatile Speichereinheit. In manchen Implementierungen ist der Speicher (720) eine nicht-volatile Speichereinheit.
  • Das Speichergerät (730) ist geeignet, Massenspeicher für das System (700) bereit zu stellen. In manchen Implementierungen ist das Speichergerät (730) ein computer-lesbares Medium. In diversen unterschiedlichen Implementierungen kann das Speichergerät (730) beispielsweise eine Festplatte, ein optisches Laufwerk, ein Solid-State-Laufwerk, ein Flash-Laufwerk, ein Magnetband oder irgendein anderes Speichergerät mit großer Kapazität umfassen.
  • Das Eingabe/Ausgabe-Gerät (740) stellt Eingabe/Ausgabe-Operationen für das System (700) bereit. In manchen Implementierungen kann das Eingabe/Ausgabe-Gerät (740) eins oder mehrere aus einem Netzwerkschnittstellen-Gerät, beispielsweise eine Ethernet-Karte, einem Gerät zur seriellen Kommunikation, beispielsweise ein RS-232-Port, und/oder einem drahtlosen Schnittstellen-Gerät, beispielsweise eine 802.11 Karte, ein 3G drahtloses Modem, ein 4G drahtloses Modem, oder einer andere Art von Schnittstelle umfassen. Ein Netzwerkschnittstellen-Gerät ermöglicht dem System (700) zu kommunizieren, zum Beispiel übertragen und Empfangen von Daten über ein Netzwerk (beispielsweise das Netzwerk (108), das in 1 gezeigt wird). In manchen Implementierungen kann das Eingabe/Ausgabe-Gerät (740) Treiber-Geräte umfassen, die dazu ausgelegt sind, Eingabedaten zu empfangen und Ausgabedaten an andere Eingabe/Ausgabe-Geräte, beispielsweise eine Tastatur, ein Drucker und Anzeigegeräte (760), zu senden. In manchen Implementierungen können mobile Computergeräte, mobile Kommunikationsgeräte und andere Geräte verwendet werden. Zum Beispiel kann das GTS eine Computerschnittstelle verwenden, um dem Operateur zu ermöglichen, die geplante Prozedur und Indikationen für die Katheter-Platzierung einzugeben. Die Computerschnittstelle könnte ein Beispiel von einem Eingabe/Ausgabe-Gerät (740) sein. Das GTS kann auch visuelle Information hinsichtlich der relativen Position und Orientierung des Führungsdrahtes auf einem Eingabe/Ausgabe-Gerät (740) anzeigen. Ein Server kann realisiert werden durch Anleitungen, die bei ihrer Ausführung ein oder mehrere Prozessierungsgeräte dazu veranlassen, die Prozesse und Funktionen auszuführen, die oben beschrieben wurden. Solche Anleitungen können zum Beispiel umfassen interpretierte Anleitungen wie Skript-Anleitungen oder ausführbarer Code oder andere Anleitungen, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert wurden. Ein Server kann verteilt über ein Netzwerk implementiert sein, so wie eine Server-Farm, oder als Satz von weit verteilten Servern oder kann implementiert sein in einem einzelnen virtuellen Gerät, das mehrere verteilte Geräte umfasst, die in Koordination miteinander operieren. Zum Beispiel kann eines der Geräte die anderen Geräte kontrollieren, oder die Geräte können unter einem Satz koordinierter Regeln oder Protokolle operieren, oder die Geräte können auf andere Weise koordiniert sein. Die koordinierte Operation der mehreren verteilten Geräte präsentiert den Anschein des Operierens als ein einzelnes Gerät.
  • Obwohl ein beispielhaftes Prozessierungssystem beschrieben worden ist, können Implementierungen des Gegenstands und die oben beschriebenen funktionalen Operationen implementiert sein in anderen Typen von digitalen elektronischen Schaltkreisen, oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware, inklusive der Strukturen, die in dieser Spezifikation offenbart wurden, und deren struktureller Äquivalente, oder in Kombinationen von einer oder mehreren von diesen. Implementierungen des Gegenstands, der in dieser Spezifikation beschrieben wird, können implementiert werden als ein oder mehrere Computerprogrammprodukte, beispielsweise ein oder mehrere Module von Computerprogramm-Anleitungen kodiert auf einem materiellen Programmträger, zum Beispiel ein computer-lesbares Medium, zur Ausführung durch oder zum Kontrollieren der Operationen von einem Prozessierungssystem. Das computerlesbare Medium kann ein maschinen-lesbares Speichergerät sein, ein maschinen-lesbares Speichersubstrat, ein Speichergerät, eine Zusammensetzung von Materie, die ein maschinen-lesbares, propagiertes Signal erwirkt, oder eine Kombination von einem oder mehreren von diesen.
  • Der Begriff „System” kann alle Apparate, Geräte und Maschinen zum Prozessieren von Daten umfassen, inklusive als Beispiel einen programmierbaren Prozessor, einen Computer oder mehrere Prozessoren oder Computer. Ein Prozessierungssystem kann umfassen zusätzlich zur Hardware, Code der ein Ausführungsumfeld erzeugt für das fragliche Computerprogramm, beispielsweise Code der Prozessor-Firmware bildet, einen Protokollstapel, ein Datenbankmanagementsystem, ein Betriebssystem oder eine Kombination von einem oder mehreren von diesen.
  • Ein Computerprogramm (auch bekannt als Programm, Software, Softwareanwendung, Skript, ausführbare Logik oder Code) kann in irgendeiner Form von Programmiersprache geschrieben sein, inklusive kompilierter oder interpretierter Sprachen, oder deklarativer oder prozeduraler Sprachen, und es kann eingesetzt werden in irgendeiner Form, inklusive als allein stehendes Programm oder als Modul, Komponente, Sub-Routine oder als Einheit geeignet zur Verwendung in einem Rechnerumfeld. Ein Computerprogramm entspricht nicht notwendigerweise einer Datei in einem Dateisystem. Ein Programm kann gespeichert werden in einem Teil von einer Datei, die andere Programme oder Daten enthält (beispielsweise ein oder mehrere Skripte gespeichert in einem Markup-Sprachdokument), in einer einzelnen Datei, die für das fragliche Programm bestimmt wurde, oder in mehreren koordinierten Dateien (beispielsweise Dateien, die ein oder mehrere Module, Unter-Programme oder Teile von Code speichern). Ein Computerprogramm kann auch eingesetzt werden, um ausgeführt zu werden auf einem Computer oder auf mehreren Computern, die an einem Ort lokalisiert oder die verteilt sind über mehrere Orte und durch ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind.
  • Computer-lesbare Medien geeignet zum Speichern von Computerprogrammanleitungen und Daten umfassen alle Formen von nicht-volatilem und volatilem Speicher, Medien und Speichergeräte, inklusive als Beispiel Halbleiter-Speichergeräte, beispielsweise EPROM, EEPROM, und Flash-Speichergeräte; magnetische Platten, beispielsweise interne Festplatten oder herausnehmbare Platten oder Magnetbänder, magneto-optische Platten; und CD-ROM und DVD-ROM Scheiben. Der Prozessor und der Speicher können ergänzt werden durch oder inkorporiert werden in logische Schaltkreise mit speziellem Zweck. Manchmal ist ein Server ein Mehrzweck-Computer, und manchmal ist es ein maßgeschneidertes elektronisches Gerät mit speziellem Zweck, und manchmal ist es eine Kombination von diesen Dingen.
  • Implementierungen können eine Back-End-Komponente umfassen, beispielsweise einen Datenserver oder eine Middleware-Komponente, beispielsweise einen Anwendungsserver, oder eine Front-End-Komponente, beispielsweise einen Client-Computer, der eine graphische Benutzeroberfläche oder einen Webbrowser, durch welchen ein Nutzer mit einer Implementierung des Gegenstands, der in dieser Spezifikation beschrieben wird, interagieren kann, oder irgendeiner Kombination von einer oder mehreren solcher Back-End-, Middleware- oder Front-End-Komponenten. Die Komponenten des Systems können miteinander durch irgendeine Form oder Medium der digitalen Datenkommunikation, beispielsweise einem Kommunikationsnetzwerk, verbunden sein. Beispiele von Kommunikationsnetzwerken umfassen ein lokales Netzwerk (local area network – LAN) und ein Weitverkehrsnetz (wide area network – WAN), beispielsweise das Internet.
  • Bestimmte Merkmale, die oben beschrieben wurden im Kontext von separaten Implementierungen, können auch in Kombination in einer einzelnen Implementierung implementiert sein. Umgekehrt können Merkmale, die im Kontext von einer einzelnen Implementierung beschrieben wurden, in mehreren Implementierungen separat oder in irgendeiner Sub-Kombination implementiert sein.
  • Die Reihenfolge, in welcher Operationen, wie oben beschrieben, durchgeführt werden, kann verändert werden. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und paralleles Prozessieren vorteilhaft sein. Die Separation von Systemkomponenten in den oben beschriebenen Implementierungen sollte nicht so verstanden werde, dass eine solche Separation erforderlich ist.
  • Andere Implementierungen, die hierin nicht spezifisch beschrieben wurden, sind ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims (25)

  1. Ein Verfahren umfassend: Empfangen, bei einem Computersystem, von Daten von einem elektromagnetischen Sensor; Bestimmen, bei einem Computersystem, basierend auf den empfangenen Daten, eines Ortes von einer Spitze eines Führungsdrahtes, der in einen Patienten eingeführt wurde; und Verursachen, durch das Computersystem, einer Angabe des bestimmten Ortes der Spitze des Führungsdrahtes, um in einem Überlagerungsbild angezeigt zu werden, das mindestens einen Teil des Führungsdrahtes repräsentiert.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Überlagerung ein Röntgenbild umfasst.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Überlagerung ein Ultraschallbild umfasst.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Führungsdraht in eine Vene eines Patienten eingeführt wird.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bestimmen eines Ortes von einer Spitze eines Führungsdrahtes ein Messen von dreidimensionalen Koordinaten des Führungsdrahtes umfasst.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 1 umfassend: Generieren eines Röntgenbildes, nachdem der Ort der Spitze des Führungsdrahtes bestimmt worden ist.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spitze des Führungsdrahtes einen elektromagnetischen Transmitter umfasst.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der elektromagnetische Sensor außerhalb des Patienten platziert ist.
  9. Ein Verfahren umfassend: Empfangen, bei einem Computersystem, von Daten von einem elektromagnetischen Sensor; Bestimmen, bei einem Computersystem, basierend auf den empfangenen Daten, eines Ortes von einer Spitze eines Führungsdrahtes, der in einen Patienten eingeführt wurde; und und Bereitstellen, durch das Computersystem einer Angabe auf einer Benutzeroberfläche, dass die Spitze des Führungsdrahtes an einem vorbestimmten Ort positioniert worden ist.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 9 umfassend: Bestimmen, bei einem Computersystem, ob eine Spitze von einem Katheter an dem bestimmten Ort der Spitze des Führungsdrahtes positioniert wurde; und Bereitstellen, durch das Computersystem, einer Angabe für die Benutzeroberfläche, dass die Spitze des Katheters an dem bestimmten Ort der Spitze des Führungsdrahtes positioniert wurde.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei der vorbestimmte Ort dem Ort eines Zielgeräts entspricht.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Zielgerät innerhalb des Patienten ist.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Angabe, dass die Spitze des Katheters an dem bestimmten Ort der Spitze des Führungsdrahtes positioniert wurde, mindestens eines von einer visuellen und einer akustischen Bestätigung umfasst.
  14. Ein System umfassend: einen Transmitter von elektromagnetischen Signalen, angeordnet auf einer Spitze eines Führungsdrahtes; einen Sensor zum Empfangen von elektromagnetischen Signalen, übertragen durch den Sensor; ein Computersystem in Kommunikation mit dem Sensor, wobei das Computersystem dazu ausgelegt ist, einen Ort der Spitze eines Führungsdrahtes basierend auf den Signalen, die durch den Sensor empfangen wurden, zu bestimmen; und ein Anzeigesystem in Kommunikation mit dem Computersystem, wobei das Anzeigesystem dazu ausgelegt ist, eine Angabe des bestimmten Ortes der Spitze eines Führungsdrahtes in Überlagerung auf ein Bild von mindestens einem Teil des Führungsdrahtes anzuzeigen.
  15. Das System nach Anspruch 14, wobei das Bild ein Ultraschallbild umfasst.
  16. Das System nach Anspruch 14, wobei das Bild ein Röntgenbild umfasst.
  17. Das System nach Anspruch 14, wobei das Computersystem einen Integrator für ein Messen der Anstiegskante und des stabilen Zustands von elektromagnetischen Signalen umfasst.
  18. Das System nach Anspruch 14, wobei der Transmitter einen mehrachsigen Transmitter umfasst.
  19. Das System nach Anspruch 14, wobei der Sensor eine einachsige Spule umfasst.
  20. Das System nach Anspruch 14, wobei der Transmitter gepulste Gleichstromsignale für jede Transmitterachse bereitstellt.
  21. Das System nach Anspruch 14, wobei der Sensor einen Sensor mit 5 Freiheitsgraden umfasst.
  22. Das System nach Anspruch 14, wobei der Sensor ein Pad umfasst, das an einem Patienten befestigt werden kann.
  23. Ein Computerprogrammprodukt auf einem computerlesbaren Speichergerät gespeichert, wobei das Computerprogrammprodukt Anleitungen umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, das Computersystem zu folgenden Schritten veranlassen: Empfangen von Daten von einem elektromagnetischen Sensor, Bestimmen eines Ortes einer Spitze eines Führungsdrahtes, der in einen Patienten eingeführt wurde, basierend auf den empfangenen Daten; und Veranlassen einer Angabe des bestimmten Ortes der Spitze des Führungsdrahtes, um angezeigt zu werden in einer Überlagerung auf ein Bild, das mindestens einen Teil des Führungsdrahtes repräsentiert.
  24. Das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 23, wobei das Bild ein Ultraschallbild umfasst.
  25. Das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 23, wobei das Bild ein Röntgenbild umfasst.
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