DE112021006246T5

DE112021006246T5 - Markervorrichtung und markervorrichtungsverfolgung

Info

Publication number: DE112021006246T5
Application number: DE112021006246.8T
Authority: DE
Inventors: Bernhard Gleich; Jürgen Erwin Rahmer
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2023-09-14
Also published as: US20240206977A1; GB2617025A; GB202310126D0; CN116546938A; EP4008249A1; JP2023551781A; WO2022117807A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine Markervorrichtung, die von einem jeweiligen Lesesystem verfolgt werden soll, das ermöglicht, eine Position einer medizinischen Vorrichtung mit hoher Genauigkeit unter Verwendung eines Magnetfelds zu verfolgen, das durch Bewegung einer Vielzahl von magnetischen Objekten in einem schaumartigen Medium erzeugt wird. Hierzu wird das schaumartige Medium mittels eines extern angelegten Erregerfelds, insbesondere eines Ultraschallerregerfelds, in Schwingung versetzt. Die Bewegung der Vielzahl von magnetischen Objekten bewirkt eine Änderung des Magnetfelds, das durch die magnetischen Objekte verursacht wird. Diese Änderung kann von einem jeweiligen Magnetantwortdetektor detektiert und verwendet werden, um die Position der Markervorrichtung und somit der medizinischen Vorrichtung zu bestimmen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Markervorrichtung, ein Lesesystem zum Verfolgen einer Markervorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen einer Markervorrichtung und ein Verfahren zum Verfolgen einer Markervorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Für bestimmte invasive und insbesondere minimalinvasive medizinische Prozeduren wie lokale Anästhesie kann es vorteilhaft sein, eine in den menschlichen Körper eingesetzte medizinische Vorrichtung, wie eine zum Anwenden der lokalen Anästhesie verwendete Nadel, zu verfolgen. Diese Verfolgung sollte hierbei möglichst genau sein.
Ein Ansatz zum Verfolgen einer medizinischen Vorrichtung, die für solche Prozeduren verwendet wird, ist die Verwendung von Ultraschallbildgebung. Hierbei ist die medizinische Vorrichtung mit einem Ultraschallwandler ausgestattet und wird von einem jeweiligen Ultraschalldetektor verfolgt. Der Ultraschalldetektor kann verwendet werden, um ein Ultraschallbild zu erzeugen, das die Position der medizinischen Vorrichtung angibt. In einigen Ansätzen kann der Ultraschallwandler insbesondere ein Wandler sein, der piezoelektrische Polyvinylidenfluorid-Filme (PVDF-Filme) als Wandlermaterial implementiert. Das Verwenden von PVDF-Filmen als Wandlermaterial ermöglicht eine breite Bandbreite und Fokussierung. Weitere Arten von Ultraschallwandlern können ebenfalls verwendet werden.
Zur Detektion der von dem Wandler emittierten Ultraschallwellen muss ein jeweiliger Ultraschalldetektor verwendet werden. Solche Ultraschalldetektoren sind in der Regel mit einer Kabelverbindung versehen, um den Detektor auszulesen. Für Prozeduren wie lokale Anästhesie ist die Handhabung von Ultraschalldetektoren mit einer Kabelverbindung sowohl umständlich als auch relativ teuer.
Andererseits fehlt einfacheren und kostengünstigeren Verfahren zum Verfolgen die Genauigkeit, die bei bestimmten Prozeduren wie der lokalen Anästhesie benötigt wird.
W02019180580A1 offenbart einen implantierbaren Magnetmarker, der mindestens ein Stück eines Großer-Barkhausen-Sprung-Materials (Large Barkhausen Jump - LB J) umfasst, das mindestens eine Schleife enthält. Der gewickelte Marker wird eingesetzt, um eine Gewebestelle in dem Körper für eine nachfolgende Operation zu markieren, und ein magnetisches Detektionssystem mit einer handgeführten Sonde erregt den Marker über oder unter einem Schaltfeld erregt, das für das bistabile Umschalten des Markers erforderlich ist. Dies bewirkt, dass eine harmonische Antwort in einem bistabilen oder subbistabilen Modus erzeugt wird, durch die der Marker detektiert und lokalisiert werden kann.
WO2019243098A1 offenbart eine drahtlose Druckerfassungseinheit, die eine Membran, die einen Hohlraum bildet, und zwei Permanentmagnete innerhalb des Hohlraums umfasst. Ein Magnet ist mit der Membran gekoppelt, und mindestens ein Magnet kann frei mit einer Drehbewegung schwingen. Die Schwingung findet bei einer Resonanzfrequenz statt, die abhängig von dem erfassten Druck ist, welcher den Abstand zwischen den beiden Permanentmagneten beeinflusst. Diese Schwingungsfrequenz kann aus der Ferne erfasst werden, indem ein durch die Schwingung verändertes Magnetfeld gemessen wird.
EP1374791A1 offenbart eine Einrichtung zum Durchführen einer medizinischen Prozedur an einem Gewebe innerhalb eines Körpers eines Subjekts, die ein drahtloses Tag einschließt, das an dem Gewebe befestigt wird und eine erste Sensorspule einschließt. Eine zweite Sensorspule ist an einer medizinischen Vorrichtung zur Verwendung beim Durchführen der Prozedur befestigt. Eine integrierte Verarbeitungs- und Anzeigeeinheit schließt eine Vielzahl von Kühlerspulen zusammen mit Verarbeitungsschaltlogik und einer Anzeige ein. Die Kühlerspulen erzeugen elektromagnetische Felder in einer Nähe des Gewebes, wodurch Ströme in den Sensorspulen fließen. Die Verarbeitungsschaltlogik verarbeitet die Ströme, um Koordinaten des Tags relativ zu der medizinischen Vorrichtung zu bestimmen.
WO2017167594A1 offenbart ein System zum Bestimmen einer Position einer HF-Transponderschaltung respektive einer Ultraschallemittereinheit. Die HF-Transponderschaltung emittiert HF-Signale, die basierend auf empfangenen Ultraschallsignalen moduliert werden, die von der Ultraschallemittereinheit emittiert oder reflektiert werden. Die Position der HF-Transponderschaltung respektive der Ultraschallemittereinheit wird basierend auf einer Zeitdifferenz ΔT1 zwischen der Emission eines Ultraschallsignals durch die Ultraschallemittereinheit und der Detektion einer entsprechenden Modulation in dem von der HF-Transponderschaltung emittierten oder reflektierten HF-Signal durch die HF-Detektoreinheit bestimmt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die vorstehend angegebenen Nachteile zu überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe einiger Ausführungsformen, einen Ansatz bereitzustellen, der es ermöglicht, eine Verfolgung sehr genau durchzuführen, während gleichzeitig die Kosten, die durch eine solche Verfolgung entstehen, relativ niedrig gehalten werden. Noch spezifischer ist es eine Aufgabe einiger Ausführungsformen, einen Ansatz bereitzustellen, der Komponenten verwendet, die mit niedrigen Kosten hergestellt werden können, eine hohe Verfolgungseffizienz bereitstellen können und deren Verwendung einfach und leicht durchzuführen ist.
Die Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte Ausführungsformen.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine zu verfolgende Markervorrichtung gelöst, wobei die Markervorrichtung einen Körper umfasst, der ein schaumartiges Medium und mindestens ein magnetisches Objekt umfasst, das in Kontakt mit dem schaumartigen Medium angeordnet ist, wobei das schaumartige Medium dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf ein extern angelegtes Erregerfeld, wie zum Einleiten einer Bewegung des mindestens einen magnetischen Objekts, zu schwingen.
In diesem Zusammenhang kann die Markervorrichtung insbesondere im Format eines Miniatur-Patches bereitgestellt werden, das an der medizinischen Vorrichtung angebracht werden kann. Das Miniatur-Patch kann hierbei insbesondere einen Körper aufweisen. Der Begriff Körper kann in diesem Zusammenhang als der Hauptteil der Markervorrichtung verstanden werden, der das Miniatur-Patch bildet.
Der Körper kann ein schaumartiges Medium umfassen und/oder daraus bestehen. Das heißt, in einigen Ausführungsformen kann das schaumartige Medium im gesamten Körper der Markervorrichtung bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Körper der Markervorrichtung größer sein als der Teil des Körpers, der das schaumartige Medium umfasst.
Der Begriff schaumartiges Medium ist hierbei weit gefasst als eine beliebige Art von Material zu verstehen, das eine flexible und/oder viskose Struktur und ein oder mehrere Löcher oder dergleichen darin aufweist. Insbesondere kann der Begriff schaumartiges Medium ein flexibles festes Material, wie ein Gummi, mit jeweiligen Löchern oder darin gebildeten Blasen und/oder ein flüssiges Material bezeichnen, das in der Lage ist, Schaum zu bilden, der es ermöglicht, Löcher oder Blasen einer gegebenen Größe zu bilden. Die Löcher oder Blasen sollen in der Lage sein, als Reaktion auf ein extern angelegtes Erregerfeld zu schwingen, wodurch sie als Schwingungsverstärker in dem schaumartigen Medium wirken. In einigen Ausführungsformen kann das schaumartige Medium insbesondere aus einem Material hergestellt sein, bei dem die gebildeten Löcher oder Blasen eine vorbestimmte Größe aufweisen, d. h. eine Größe innerhalb eines bestimmten Bereichs.
Der Begriff magnetisches Objekt kann insbesondere ein magnetisches Objekt mit einer Größe bezeichnen, sodass eine Vielzahl von magnetischen Objekten auf die durch den Schaum gebildeten Löcher oder Blasen aufgebracht werden kann. In einigen Ausführungsformen kann der Begriff magnetisches Objekt insbesondere magnetische Perlen bezeichnen. In einigen Ausführungsformen kann das magnetische Objekt von einem magnetischen Pulver abgeleitet sein. Das magnetische Objekt kann in Kontakt mit dem schaumartigen Medium angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl von magnetischen Objekten verwendet werden. Diese Vielzahl von magnetischen Objekten kann durch das schaumartige Medium dispergiert werden. In einigen Ausführungsformen bewirkt diese Dispersion, dass sich die Vielzahl von magnetischen Objekten in der Nähe der darin bereitgestellten Löcher oder Blasen anlagern. Beispielsweise können die magnetischen Objekte in dem freien Raum der Löcher in dem schaumartigen Medium angebracht und/oder bereitgestellt werden. Als weiteres Beispiel können die magnetischen Objekte an den Oberflächen der Blasen in dem schaumartigen Medium angebracht und/oder bereitgestellt werden.
Der Begriff extern angelegtes Erregerfeld kann insbesondere ein Ultraschallerregerfeld bezeichnen, das von einem jeweiligen Ultraschallgenerator an die Markervorrichtung angelegt wird. Das extern angelegte Erregerfeld bewirkt, dass das schaumartige Medium durch eine jeweilige Schwingung auf das Erregerfeld reagiert.
Somit zeigt der vorliegende Ansatz einige Ähnlichkeiten zu bekannten Ansätzen, bei denen PVDF als Ultraschallwandler verwendet wird. Im Gegensatz zu dem Ansatz, der PVDF verwendet, wird keine Kabelverbindung für den vorliegenden Ansatz benötigt, wodurch dieser viel flexibler und weniger kostspielig wird. Hierbei basiert der vorliegende Ansatz auf dem Verständnis, dass die Verfolgung durchgeführt werden kann, indem eine Markervorrichtung bereitgestellt wird, die ein schaumartiges Medium umfasst, in dem mindestens ein magnetisches Objekt, insbesondere eine Vielzahl von magnetischen Objekten, wie magnetische Perlen, verteilt ist.
Im Wesentlichen kann die Markervorrichtung dann durch Verwenden des externen Ultraschallerregerfelds verfolgt werden, um eine Bewegung, insbesondere ein Kippen, des mindestens einen magnetischen Objekts einzuleiten.
Hierbei können in dem schaumartigen Medium, um eine ausreichend gute Reaktion auf das extern angelegte Erregerfeld zu haben, Löcher, Blasen wie Gasblasen oder dergleichen als eine Form von Schwingungsverstärkern bereitgestellt sein. Dies ermöglicht es, die Wirkung auf das magnetische Objekt selbst für relativ kleine Erregerfelder zu verstärken, da die Schwingungsverstärker als Reaktion auf das Erregerfeld in Schwingung versetzt werden, wodurch die Bewegung der magnetischen Objekte verstärkt wird. Hierzu kann das schaumartige Medium insbesondere so bereitgestellt werden, dass es eine Vielzahl von Schwingungsverstärkern einer bestimmten Größe enthält, wobei diese Größe derart ist, dass die Schwingungsfrequenz der Schwingungsverstärker der Resonanzfrequenz des Erregerfelds entspricht. Dies verstärkt ferner die Reaktion auf das von der Ultraschallwelle erzeugte Erregerfeld, wodurch die Bewegung des mindestens einen magnetischen Objekts erhöht wird.
Das heißt, wenn ein externes Erregerfeld (z. B. durch eine Ultraschallfrequenz) angelegt wird, reagiert das schaumartige Medium darauf, indem die Schwingungsverstärker entsprechend der Frequenz des Erregerfelds schwingen. Dies bewirkt, dass das magnetische Objekt oder die magnetischen Objekte bewegt, insbesondere gekippt werden.
Die Bewegung, insbesondere die Kippbewegung, bewirkt eine Änderung des Magnetfelds, das durch das mindestens eine magnetische Objekt in der Markervorrichtung verursacht wird. Diese Magnetfeldänderung kann dann von einem Lesesystem ausgelesen werden. Das Lesesystem kann somit die Markervorrichtung basierend auf dem Magnetfeld detektieren. Dies ermöglicht das Verfolgen der Markervorrichtung mit relativ hoher Genauigkeit.
Zu diesem Zweck können das magnetische Objekt oder die magnetischen Objekte insbesondere einem harten magnetischen Objekt entsprechen, d. h. einem magnetischen Objekt, das ein festes Dipolmoment aufweist. Die Verwendung von magnetischen Objekten mit einem festen Dipolmoment führt dazu, dass die Änderung des Magnetfelds allein durch die Bewegung des magnetischen Objekts verursacht wird, während keine Änderung der magnetischen Eigenschaften die Genauigkeit beeinflussen kann.
In einigen Ausführungsformen kann es jedoch auch möglich sein, eine Kombination aus einem harten magnetischen Material und einem weichen magnetischen Material in dem schaumartigen Medium zu verwenden, d. h., eine erste Vielzahl von magnetischen Objekten, die ein hartes magnetisches Material umfassen oder daraus hergestellt sind, und eine zweite Vielzahl von magnetischen Objekten, die ein weiches magnetisches Material umfassen oder daraus hergestellt sind, bereitzustellen. Die Verwendung einer solchen ersten Vielzahl von magnetischen Objekten, die ein hartes magnetisches Material umfassen oder daraus hergestellt sind, und einer zweiten Vielzahl von magnetischen Objekten, die ein weiches magnetisches Material umfassen oder daraus hergestellt sind, kann ermöglichen, die Wirkung einer korrelierten Magnetisierungsänderung anzuwenden, wodurch ermöglicht wird, weitere Informationen auf der Markervorrichtung abzuleiten. In diesem Zusammenhang bedeutet korrelierte Magnetisierungsänderung, dass, wenn die Markervorrichtung, die aus einem schaumartigen und somit flexiblen Medium hergestellt ist, beispielsweise zusammengedrückt wird, die Magnetisierung zunimmt, wenn die Flusslinien in dem dichteren Material besser konzentriert sind.
In solchen Fällen wäre es jedoch erforderlich, zusätzlich zu dem externen Erregerfeld, das durch den Ultraschallgenerator verursacht wird, ein magnetisches Referenzfeld bereitzustellen. Dieses magnetische Referenzfeld kann als Referenz wirken, um die Komponenten des detektierten Magnetfelds zu unterscheiden, etwa um zu bestimmen, welche Änderung durch eine Bewegung der magnetischen Objekte verursacht wird und welche Magnetfeldänderung durch die Änderung der magnetischen Eigenschaften verursacht wird.
Dieses magnetische Referenzfeld kann hierbei auf eine Vielzahl von Arten und Weisen erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen kann das magnetische Referenzfeld ein extern erzeugtes Feld sein, das von einem externen Magnetfeldgenerator erzeugt wird. Die Verwendung eines solchen externen Magnetfeldgenerators kann jedoch kompliziert sein. Somit kann in einigen Ausführungsformen ein Permanentmagnet verwendet werden, um das magnetische Referenzfeld zu erzeugen. Dieser Permanentmagnet kann sehr klein sein und kann an oder nahe der Markervorrichtung selbst bereitgestellt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das magnetische Referenzfeld durch die erste Vielzahl von magnetischen Objekten erzeugt werden, die das harte magnetische Material umfassen oder daraus hergestellt sind. Wie vorstehend hierin angegeben, werden diese Objekte veranlasst, sich zu bewegen, insbesondere zu kippen, wodurch ein Magnetfeld erzeugt und geändert wird. Dies kann an sich ausreichend sein, um die notwendige Referenz bereitzustellen.
Gemäß dem aktuellen Ansatz wird eine Markervorrichtung bereitgestellt, die ermöglicht, die Position einer medizinischen Vorrichtung mit hoher Genauigkeit zu verfolgen. Diese Verfolgung erfolgt hierbei durch Messen einer Änderung des Magnetfelds, das durch die Bewegung magnetischer Objekte wie magnetischer Perlen und/oder magnetischer Teilchen in einem schaumartigen Medium verursacht wird, das als Reaktion auf ein externes Erregerfeld, das durch die Ultraschallwellen verursacht wird, die von einem Ultraschallgenerator erzeugt werden, insbesondere bei der Resonanzfrequenz in Schwingung versetzt wird.
In einigen Ausführungsformen kann das schaumartige Medium einen oder mehrere Schwingungsverstärker mit einer vorbestimmten Größe umfassen.
Wie hierin erörtert, kann das schaumartige Medium insbesondere Schwingungsverstärker umfassen. Der Begriff Schwingungsverstärker kann hierbei jede Art von Maßnahme in dem schaumartigen Medium bezeichnen, die die Schwingung als Reaktion auf das externe Erregerfeld verstärkt. In einigen Ausführungsformen können die Schwingungsverstärker insbesondere Löcher und/oder Blasen, insbesondere Gasblasen, entsprechen, die in einem schaumartigen Medium bereitgestellt sind.
In einigen Ausführungsformen können die Schwingungsverstärker insbesondere eine vorbestimmte Größe aufweisen. Diese Größe ist insofern vorbestimmt, als bestimmt wird, dass sie einer derartigen Größe entspricht, dass die Schwingungsfrequenz der Schwingungsobjekte nahe der angelegten Ultraschallfrequenz liegt.
Hierbei versteht es sich, dass der Begriff vorbestimmte Größe nicht eine einzige bestimmte Größe bezeichnet, sondern dass die Größe basierend auf dem für das schaumartige Medium verwendeten Material variabel sein kann. Ferner können in einer Markervorrichtung die Schwingungsverstärker unterschiedliche Größen innerhalb eines bestimmten Größenbereichs aufweisen, wodurch sie auch die vorbestimmte Größe aufweisen. Das heißt, dass die vorbestimmte Größe insbesondere mehrere Größenwerte in einem bestimmten Bereich umfassen kann.
Die vorbestimmte Größe kann mittels Berechnung bestimmt werden. Als Beispiel gehe man davon aus, dass in dem schaumartigen Medium nur ein einziger Schwingungsverstärker vorhanden wäre. Das Material des schaumartigen Mediums und des Schwingungsverstärkers darin ist bekannt. Ferner ist die Frequenz des Erregerfelds bekannt, das durch die Ultraschallwelle verursacht wird. Dann kann bestimmt werden, welche Größe der Schwingungsverstärker aufweisen muss, um mit der Resonanzfrequenz des externen Erregerfelds zu schwingen.
Typischerweise kann das schaumartige Medium jedoch eine Vielzahl von Schwingungsverstärkern umfassen. Diese Schwingungsverstärker können eine bestimmte vorbestimmte Größe aufweisen, d. h., können Größenwerte innerhalb des vorbestimmten Bereichs aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem Fall ein hochgradig gekoppeltes System bereitgestellt wird, bei dem die Reaktion auf das externe Erregerfeld eines Schwingungsverstärkers mit der Reaktion eines oder mehrerer anderer Schwingungsverstärker gekoppelt ist. Hierbei müssen, wie vorstehend angegeben, die Größenwerte der mehreren Schwingungsverstärker nicht exakt gleich sein. Die Verteilung der Größenwerte der einzelnen Schwingungsverstärker allein mit ihrer jeweiligen Nähe, Oberflächenspannung, der Dichte des schaumartigen Mediums und dergleichen muss jedoch im erforderlichen Bereich liegen.
In einigen Ausführungsformen kann die besondere Kombination aus Werten für diese Merkmale insbesondere unter Verwendung von experimentellen Messungen bestimmt werden. Zu diesem Zweck können verschiedene Materialien getestet werden, die die Basis des schaumartigen Mediums und unterschiedliche Materialien für das mindestens eine magnetische Objekt bilden.
In einigen Ausführungsformen kann das schaumartige Medium durch Mischen einer Flüssigkeit mit einem Schäumungsmittel bereitgestellt werden. Ferner können die magnetischen Objekte dem Gemisch zugegeben werden. Die resultierende Zusammensetzung kann dann gerührt, insbesondere aufgeschlagen werden, um das schaumartige Medium zu erzeugen, das das mindestens eine magnetische Objekt umfasst. Während des Aufschlagens werden die magnetischen Objekte durch das Flüssigkeits-Schäumungsmittel-Gemisch dispergiert. Ferner können die flüssigen Schaumstoffe so geformt werden, dass sie das schaumartige Medium bilden. Das heißt, die Schwingungsverstärker, wie jeweilige Blasen im Schaum, können gebildet werden. Die magnetischen Objekte können hierbei vorzugsweise so bereitgestellt werden, dass sie sich auf die Oberflächen der Schwingungsverstärker konzentrieren.
In einigen Ausführungsformen kann die Größe der Schwingungsverstärker, wie Löcher oder Blasen, wie Gasblasen, in dem schaumartigen Medium von den verwendeten Materialien abhängig sein. Hierbei kann die Größe der Schwingungsverstärker von dem Rühren, insbesondere dem Aufschlagen, dessen Dauer und dessen Intensität abhängig sein. Um zu testen, welche Zusammensetzung am besten für das angelegte Erregerfeld geeignet ist, werden daher pro Zusammensetzung unterschiedliche Aufschlagdauern und Aufschlagintensitäten getestet. Die so erzeugten schaumartigen Medien, die die magnetischen Objekte umfassen, können dann auf ihre Empfindlichkeit für ein bestimmtes Erregerfeld einer bestimmten Erregerfrequenz getestet werden. Für eine bestimmte Erregerfrequenz wird die beste Zusammensetzung verwendet.
In diesem Fall funktioniert die Markervorrichtung nach dem Konzept, dass bei dem Auftreten des extern angelegten Erregerfelds das schaumartige Medium, das die magnetischen Objekte umfasst, die sich nahe an oder auf den Oberflächen der Schwingungsverstärker befinden, als Reaktion auf das Erregerfeld zu schwingen beginnt. Insbesondere beginnen die Schwingungsverstärker zu schwingen. Dadurch werden die magnetischen Objekte bewegt, insbesondere gekippt, was dann zu einer Änderung des Magnetfelds führt, die dann von einem jeweiligen Lesesystem ausgelesen werden kann.
In einigen Ausführungsformen kann das schaumartige Medium in fester Form bereitgestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann das schaumartige Medium insbesondere durch Verwenden einer strukturierten Gummifolie aus einem festen, gummiartigen Material, wie einem Polysiloxan/Silikongummi, bereitgestellt werden. In diesen Ausführungsformen wird, obwohl ein festes Material für das schaumartige Medium verwendet wird, das Material insbesondere so gewählt, dass es flexibel genug ist, um auf das extern angelegte Erregerfeld zu reagieren.
In diesen Ausführungsformen kann die Gummifolie mindestens ein Loch, insbesondere eine Vielzahl von Löchern, aufweisen. Die magnetischen Objekte, wie magnetische Perlen oder magnetisches Pulver, können dann in die Löcher eingeführt werden. Anschließend kann die Anordnung unter Verwendung eines jeweiligen Silikongummifilms oder einer Schicht aus härtendem Silikonharz mit einer derartigen Benetzung verschlossen werden, dass die Löcher nicht durch das Harz gefüllt werden. In diesem Fall können die Schwingungsverstärker somit in Form von Löchern in dem Silikongummi bereitgestellt werden und die magnetischen Objekte können innerhalb dieser Löcher bereitgestellt werden. In diesem Fall funktioniert die Markervorrichtung nach dem Konzept, dass bei dem Auftreten des extern angelegten Erregerfelds das schaumartige Medium einschließlich der Löcher zu schwingen beginnt. Dies bewirkt, dass die magnetischen Objekte, die in dem Hohlraum angeordnet sind, der durch die Löcher in dem festen schaumartigen Medium verursacht wird, beginnen herumzuspringen, wodurch ihre Ausrichtung geändert wird. Dies führt zu der Magnetfeldänderung.
Während die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die ein festes Material verwenden, ein etwas kleineres Signal aufweisen können und somit eine leicht verringerte Effizienz aufweisen können, bieten sie den Vorteil, dass sie leichter zu handhaben sind, da aufgrund des festen Materials das Problem des Schmelzens und/oder der Fluidität für diese Ausführungsformen nicht auftritt. Als weiterer Vorteil kann die Größe der Schwingungsverstärker in diesen Ausführungsformen einfacher definiert werden.
In beiden Fällen, d. h. in dem Fall, dass ein flüssiges/viskoses Material wie ein Schaumstoff als schaumartiges Medium verwendet wird, und in dem Fall, dass ein Feststoff verwendet wird, liegt der Vorteil darin, dass die Markervorrichtungen dieser Art relativ einfach herzustellen sind, da der Herstellungsprozess nur das Mischen einer Flüssigkeit und einer Vielzahl von magnetischen Objekten und dann ein Rühren, insbesondere Aufschlagen, für eine bestimmte Dauer und bei einer bestimmten Intensität erfordert.
In einigen Ausführungsformen kann das mindestens eine magnetische Objekt aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein.
In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass der Begriff ferromagnetisch verwendet wird, um das magnetische Material von paramagnetischen Materialien zu unterscheiden, die keine hohe Magnetkraft aufweisen. Dementsprechend ist in diesem Zusammenhang ein beliebiges magnetisches Material, das als Reaktion auf das Bewegen, insbesondere Kippen oder Bewegen in einem Hohlraum, eine hohe Magnetkraft aufweisen kann, als ferromagnetisches Material zu betrachten. Es versteht sich, dass für den Zweck dieses Ansatzes hauptsächlich magnetische Materialien verwendet werden sollen, die ein festes Dipolmoment aufweisen, um zu vermeiden, dass zusätzliche Komponenten zu der Änderung des Magnetfelds beitragen, die bestimmt wird, um die Markervorrichtung zu verfolgen.
Dementsprechend ist der Begriff ferromagnetisch unter Bezugnahme auf ein magnetisches Material zu verstehen, das irgendwo unter 200 Kelvin ferromagnetisch ist. Dies ist der Fall, da gemäß diesem Ansatz ein solches Material, das bei unter 200 Kelvin ferromagnetisch ist, für den Zweck des hierin gelehrten Ansatzes noch verwendbar ist, selbst wenn die Temperatur über seiner Curie-Temperatur liegt.
In einigen Ausführungsformen kann das schaumartige Medium eine Vielzahl von magnetischen Objekten umfassen, und ein einzelnes der Vielzahl von magnetischen Objekten kann eine Objektgröße zwischen 4 µm³ bis 40 µm³ aufweisen.
In diesem Zusammenhang kann der Begriff Objektgröße insbesondere die Größe eines einzelnen magnetischen Objekts bezeichnen. Die vorgegebene Objektgröße eignet sich insbesondere dafür, dass die magnetischen Objekte an der Oberfläche der Schwingungsverstärker in der Markervorrichtung angebracht und durch die jeweilige Schwingung bewegt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Vielzahl von magnetischen Objekten einer Vielzahl von magnetischen Perlen (engl. „magnetic beads“) entsprechen, die die vorstehend angegebene Größe aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Vielzahl von magnetischen Objekten einer Vielzahl von magnetischen Teilchen, wie Teilchen eines magnetischen Pulvers, entsprechen. Weitere Arten von magnetischen Objekten können in Betracht gezogen werden, die es ermöglichen, dass die Objektgröße wie vorstehend angegeben ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Körper ferner ein Material mit einem Schmelzpunkt unter 35 °C. In einigen Ausführungsformen umfasst das Material ein gereinigtes Mineralöl.
In einigen Ausführungsformen, insbesondere solchen, bei denen ein flüssiges/viskoses Material als Basis für die Markervorrichtung verwendet wird, kann der Schmelzpunkt des Materials, das das schaumartige Medium umfasst, insbesondere unter 35 °C, d. h. leicht unter der Körpertemperatur eines erwachsenen Menschen, liegen. Diese Temperatur liegt unter einer durchschnittlichen Raumtemperatur zwischen 20 °C bis 24 °C. Dementsprechend können die Markervorrichtungen relativ leicht gelagert werden, wobei sich das schaumartige Medium in einem festen Zustand befindet. Dies ermöglicht längere Lagerzeiten, d. h. maximiert die Haltbarkeit.
Nach der Verwendung bei der Verfolgung der medizinischen Vorrichtung bewirkt die umgebende Körpertemperatur von etwa oder über 35 °C, dass das schaumartige Medium schmilzt. Im geschmolzenen Zustand wird die durch das externe Erregerfeld verursachte Schwingung erhöht. Ferner können sich die in dem schaumartigen Medium dispergierten magnetischen Objekte leichter bewegen, wodurch das Verfolgungsergebnis verbessert wird.
Somit ermöglicht das Bereitstellen des schaumartigen Mediums mit einem Schmelzpunkt unter 35 °C eine Verbesserung der Genauigkeit der Verfolgung der Markervorrichtung.
In einigen Ausführungsformen umfasst das schaumartige Medium ein gummiartiges Medium.
In einigen Ausführungsformen kann das schaumartige Medium auch aus einem festen Material mit einer gewissen Flexibilität hergestellt sein. Es hat sich gezeigt, dass für diesen Zweck insbesondere ein gummiartiges Medium verwendet werden kann.
In einigen Ausführungsformen kann das gummiartige Medium insbesondere Polysiloxan umfassen, auch als Silikon bekannt. In einigen Ausführungsformen kann insbesondere ein Polysiloxangummi verwendet werden.
In diesen Ausführungsformen kann das Polysiloxangummi mit entsprechenden Löchern als Schwingungsverstärker versehen sein. In diesen Löchern kann eine Vielzahl von magnetischen Objekten bereitgestellt werden. Um eine ausreichende Verfolgungseffizienz bereitzustellen. Das Gummimaterial sollte so gewählt werden, dass das Material als Reaktion auf ein extern angelegtes Erregerfeld, insbesondere ein extern angelegtes Ultraschallfeld, zu schwingen beginnt. Wenn dies der Fall ist, werden die in den Löchern des Gummis bereitgestellten magnetischen Objekte innerhalb dieser Löcher bewegt. Diese Bewegung führt zu einer Änderung des Magnetfelds, die von einem jeweiligen Magnetantwortdetektor detektiert werden kann. Basierend auf dieser Detektion kann die Position der Markervorrichtung und somit die medizinische Vorrichtung bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Körper ferner eine Beschichtungsschicht (104) umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtungsschicht eine Dicke zwischen 5 bis 10 µm aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtungsschicht eine Parylen-Beschichtung umfassen.
In diesem Zusammenhang kann der Begriff Beschichtungsschicht insbesondere eine auf der Außenoberfläche des Körpers angeordnete Schicht bezeichnen, die das schaumartige Material umfasst.
In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtungsschicht insbesondere als eine Dichtungsschicht fungieren, die die Außenoberfläche des Körpers bildet, die das schaumartige Medium umfasst. Dies kann insbesondere in Fällen nützlich sein, in denen das schaumartige Medium aufgrund dessen, dass die Temperatur den Schmelzpunkt des Schaumtyps überschreitet, von einem viskosen/festen in einen geschmolzenen - flüssigen - Zustand übergeht. In diesen Fällen kann die Beschichtungsschicht verhindern, dass das schaumartige Medium aus dem Körper austritt. Die Beschichtungsschicht kann jedoch auch für andere Zwecke verwendet werden, wie zum Schutz des schaumartigen Mediums vor äußeren Einflüssen während der Lagerung und/oder Befestigung an der medizinischen Vorrichtung oder dergleichen.
In einigen Ausführungsformen kann die Schicht insbesondere eine Dicke zwischen 5 bis 10 µm und eine ausreichende Elastizität gegenüber Druck von außen aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann diese Beschichtung insbesondere aus einem Polymer hergestellt sein, das ein Grundgerüst aufweist, das aus para-Benzoldiylringen besteht, die durch 1,2-Ethandiylgruppen verbunden sind, allgemein als Parylen bekannt. Der Vorteil von Parylenen als Beschichtung ist, dass Parylen biokompatibel und leicht in dünnen Schichten anzuwenden ist und die erforderliche Elastizität vorbringt.
In einigen Ausführungsformen kann der Körper ferner ein Verdickungsmittel umfassen.
Der Begriff Verdickungsmittel kann insbesondere ein Mittel bezeichnen, das ermöglicht, die Flexibilität und/oder Viskosität des schaumartigen Mediums einzustellen, wenn es mit den übrigen Stoffen gemischt wird. Dies kann ermöglichen, die Effizienz zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen kann das Verdickungsmittel verwendet werden, um die Stabilität des schaumartigen Mediums und somit in einigen Fällen des Körpers zu verbessern. Das heißt, insbesondere in jenen Ausführungsformen, bei denen ein Gemisch aus Flüssigkeit und Schäumungsmittel als Basis für das schaumartige Medium verwendet wird. In diesen Fällen kann das Verdickungsmittel der Flüssigkeit und dem Schäumungsmittel zugesetzt werden, um die Stabilität des schaumartigen Mediums zu verbessern, sodass das schaumartige Medium im geschmolzenen Zustand noch ausreichend dick ist, um die relativen Stellen der Schwingungsverstärker und magnetischen Objekte aufrechtzuerhalten. Dadurch kann vermieden werden, dass sich die magnetischen Objekte zusammendrängen.
Hierbei sollte die Menge an Verdickungsmittel so niedrig wie möglich gehalten werden, um eine Dämpfung der Bewegung der magnetischen Objekte zu vermeiden, während sie gleichzeitig so hoch wie nötig ist, um die relativen Stellen der Schwingungsverstärker, wie der Blasen, und der magnetischen Objekte beizubehalten. In einigen Ausführungsformen kann das Verdickungsmittel insbesondere einem Aluminiumsalz von Fettsäuren entsprechen.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt wird ein Lesesystem zum drahtlosen Verfolgen einer Markervorrichtung wie vorstehend beschrieben bereitgestellt. Das Lesesystem umfasst einen Erregerfeldgenerator zum Erzeugen eines Erregerfelds zum Induzieren einer Schwingung in dem schaumartigen Medium, einen Magnetantwortdetektor zum Detektieren der Bewegung der magnetischen Objekte und Erzeugen eines jeweiligen Antwortsignals auf der Basis der Bewegung der magnetischen Objekte und eines Prozessors zum Verarbeiten des Antwortsignals, um eine Position der Markervorrichtung zu verfolgen. In einigen Ausführungsformen kann das Lesesystem auch die Markervorrichtung selbst umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann der Erregerfeldgenerator ausgelegt sein, um ein Ultraschallfeld als Erregerfeld zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann der Magnetantwortdetektor eine oder mehrere Magnetspulenanordnungen umfassen.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Lesesystem bereitgestellt, das verwendet wird, um die Markervorrichtung zu verfolgen, wie vorstehend erörtert. Das Lesesystem umfasst den Erregerfeldgenerator, der das Erregerfeld erzeugen kann, das die Schwingung des schaumartigen Mediums bewirkt. Der Erregerfeldgenerator kann hierbei insbesondere in der Lage sein, ein Ultraschallfeld zu erzeugen, d. h. kann ein Generator zum Erzeugen von Ultraschallwellen sein. Diese Ultraschallwellen erzeugen ein Ultraschallerregerfeld, wobei die Ultraschallenergie auf das schaumartige Medium übertragen wird und es in Schwingung versetzt. Der Vorteil eines solchen Ultraschallgenerators besteht darin, dass Ultraschall im Allgemeinen für den menschlichen Körper unschädlich ist und somit keine zusätzlichen Bedenken hinsichtlich der Gesundheit auftreten. Ferner sind Ultraschallgeneratoren aufgrund ihres großen Anwendungsfelds in medizinischen Umgebungen allgemein erhältlich.
Ferner soll das Lesesystem einen Magnetantwortdetektor umfassen, der konfiguriert ist, um die Bewegung der magnetischen Objekte zu detektieren. Diese Detektion der Bewegung kann insbesondere durch Detektieren der Änderung des durch die magnetischen Objekte erzeugten Magnetfelds durchgeführt werden. Das heißt, wenn die magnetischen Objekte bewegt, insbesondere gekippt und/oder in den Hohlräumen umherbewegt werden, ändert sich das Magnetfeld entsprechend. Da ferner in der Regel harte magnetische Materialien verwendet werden können, die ein festes Dipolmoment aufweisen, wird die Magnetfeldänderung nur durch das Kippen der magnetischen Objekte verursacht. Dementsprechend ist es möglich, die Bewegung der magnetischen Objekte unter Verwendung eines Magnetantwortdetektors zu bestimmen und daher Rückschlüsse auf die Position der Markervorrichtung zu ziehen. Ferner kann in dem Fall, in dem weiche magnetische Objekte alternativ oder zusätzlich verwendet werden, die Komponente, die durch die Änderung des Dipolmoments verursacht wird, durch Verwenden eines zusätzlichen magnetischen Referenzfelds korrigiert werden, das ermöglicht, die einzelnen Komponenten zu unterscheiden, die zu der Änderung des Magnetfelds beitragen, wie vorstehend beschrieben.
Für den Zweck der Verfolgung ist der Magnetantwortdetektor ferner konfiguriert, um beim Detektieren der Bewegung der magnetischen Objekte in der vorstehend beschriebenen Weise ein jeweiliges Antwortsignal auf der Basis der Bewegung der magnetischen Objekte zu erzeugen. Dieses Antwortsignal wird dann von einem jeweiligen Prozessor verarbeitet, um die Position der Markervorrichtung zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann dies insbesondere durch Bestimmen der Position erreicht werden, an der eine Änderung des Magnetfelds auftritt. An dieser bestimmten Position wirkt das externe Erregerfeld auf die Markervorrichtung und versetzt sie in Schwingung, was wiederum bewirkt, dass die magnetischen Objekte bewegt, insbesondere gekippt werden, was zu einer Änderung des Magnetfelds führt. Für alle Positionen, an denen keine Markervorrichtung bereitgestellt wird, kann keine Schwingung und somit keine Änderung des Magnetfelds detektiert werden.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Markervorrichtung, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte Bereitstellen eines schaumartigen Mediums, Einführen mindestens eines entmagnetisierten magnetischen Objekts in das schaumartige Medium und Magnetisieren des mindestens einen entmagnetisierten magnetischen Objekts.
Das Bereitstellen des schaumartigen Mediums kann insbesondere das Herstellen des schaumartigen Mediums umfassen. Zu diesem Zweck kann eine Flüssigkeit mit einem Schäumungsmittel gemischt werden.
Um die magnetischen Objekte einzuführen, kann zunächst eine Vielzahl von magnetischen Objekten entmagnetisiert werden. In diesem Zusammenhang ist der Begriff entmagnetisiert insbesondere als ein magnetisches Objekt bezeichnend zu betrachten, das noch magnetische Eigenschaften aufweist, wobei jedoch die magnetischen Dipole innerhalb des magnetischen Objekts relativ zueinander so angeordnet sind, dass das außenseitige Feld niedrig ist. Es versteht sich, dass das Entmagnetisieren (und das anschließende Magnetisieren) insbesondere für harte magnetische Materialien durchgeführt werden kann. Weiche magnetische Materialien können jedoch auch entmagnetisiert und später erneut magnetisiert werden.
Anschließend kann die Vielzahl von entmagnetisierten magnetischen Objekten dem Flüssigkeits-Schäumungsmittel-Gemisch zugegeben werden. Die Zusammensetzung kann mit einer bestimmten Intensität und für eine bestimmte Dauer, die zuvor für diesen Fall als vorteilhaft bestimmt wurde, gerührt, insbesondere aufgeschlagen werden. Während des Rührens können die Schwingungsverstärker in Form von jeweiligen Blasen gebildet werden. Die entmagnetisierten magnetischen Objekte können hierbei vorzugsweise so bereitgestellt werden, dass sie sich auf die Oberflächen der Schwingungsverstärker konzentrieren. In einigen Ausführungsformen kann der Zusammensetzung ein Verdickungsmittel zugesetzt werden, um die Stabilität zu verbessern.
Das so erzeugte schaumartige Medium, das die entmagnetisierten magnetischen Objekte umfasst, kann anschließend in den festen Zustand wechseln gelassen werden. Dann kann eine dünne Beschichtungsschicht von etwa 5 bis 10 µm an dem schaumartigen Medium bereitgestellt werden.
Die entmagnetisierten magnetischen Objekte werden magnetisiert. Dies ist so zu interpretieren, dass das entmagnetisierte magnetische Objekt just nach dem Herstellen der Markervorrichtung und vor dem Lagern magnetisiert werden kann. Alternativ erfolgt das Magnetisieren des entmagnetisierten magnetischen Objekts nach dem Lagern vor dem Anbringen der Markervorrichtung an der medizinischen Vorrichtung. Weiter alternativ erfolgt das Magnetisieren des entmagnetisierten magnetischen Materials nach dem Anbringen der Markervorrichtung an der medizinischen Vorrichtung. In einigen Ausführungsformen, in denen weiche magnetische Materialien verwendet werden, kann das Magnetisieren sogar durchgeführt werden, nachdem die medizinische Vorrichtung mit der daran befestigten Markervorrichtung in den Körper eingeführt wurde. Weitere Möglichkeiten sind auch denkbar.
In einem noch weiteren Gesichtspunkt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Verfolgen einer Markervorrichtung mit einem Körper, der ein schaumartiges Medium und mindestens ein magnetisches Objekt umfasst, das in Kontakt mit dem schaumartigen Medium angeordnet ist, bereit, wobei das Verfahren die Schritte Erzeugen, durch einen Erregerfeldgenerator, eines Erregerfelds zum Induzieren einer Schwingung in dem schaumartigen Medium, Detektieren, durch einen Magnetantwortdetektor, einer Bewegung der magnetischen Objekte, Erzeugen eines jeweiligen Antwortsignals auf der Basis der Bewegung der magnetischen Objekte und Verarbeiten des Antwortsignals, um eine Position der Markervorrichtung zu verfolgen, umfasst. Es versteht sich, dass die Schritte des Verfolgungsverfahrens durch ein jeweiliges Computerprogramm durchgeführt werden können, das, wenn es durch Programmcodemittel auf einer Verarbeitungsvorrichtung implementiert wird, die Verarbeitungsvorrichtung veranlasst, die Verfahrensschritte zu implementieren.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, wobei das Computerprogramm zum Steuern eines Lesesystems zum Verfolgen einer Markervorrichtung, wie vorstehend angegeben, bei Ausführung durch eine Verarbeitungsvorrichtung ausgelegt ist, um das hierin spezifizierte Verfahren durchzuführen. In einem noch weiteren Gesichtspunkt wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
Es versteht sich, dass die Markervorrichtung nach Anspruch 1, das Lesesystem nach Anspruch 11, das Herstellungsverfahren nach Anspruch 12 und das Verfolgungsverfahren nach Anspruch 13, das Computerprogramm nach Anspruch 14 und das computerlesbare Medium nach Anspruch 15 ähnliche und/oder identische bevorzugte Ausführungsformen aufweisen, insbesondere wie in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Es versteht sich, dass eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch jede Kombination der abhängigen Ansprüche oder der vorstehenden Ausführungsformen mit dem jeweiligen unabhängigen Anspruch sein kann.
Diese und andere Gesichtspunkte der Erfindung werden aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und unter Bezugnahme auf diese erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform einer Markervorrichtung, und
2 zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform eines Lesesystems zum Verfolgen der Markervorrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform einer Markervorrichtung 1 zum Anbringen an einer medizinischen Vorrichtung zum Verfolgen von einem Lesesystem, beispielsweise während einer lokalen Anästhesie an einem Menschen, insbesondere einem Patienten. Die Markervorrichtung 1 umfasst ein schaumartiges Medium 101, eine Vielzahl von Schwingungsverstärkern 102, eine Vielzahl von magnetischen Objekten 103 und eine Beschichtungsschicht 104.
In der spezifischen Ausführungsform gemäß 1 ist die Markervorrichtung 1 als ein Miniatur-Patch bereitgestellt, das an der medizinischen Vorrichtung anbringbar ist. Das schaumartige Medium 101 und die Beschichtungsschicht 104 bilden den Körper des Miniatur-Patches. Das heißt, in der spezifischen Ausführungsform gemäß 1 besteht der Körper aus dem schaumartigen Medium 101 und der Beschichtungsschicht 104.
Das schaumartige Medium 101 umfasst eine Vielzahl von Schwingungsverstärkern 102, die in der spezifischen Ausführungsform gemäß 1 Blasen im schaumartigen Medium 101 entsprechen. Die Schwingungsverstärker 102 weisen eine vorbestimmte Größe auf. Das heißt, der Größenwert der einzelnen Schwingungsverstärker 102 liegt innerhalb eines bestimmten vorbestimmten Bereichs. Der Bereich, in dem der Größenwert liegen kann, kann hierbei insbesondere anhand der Erregerfrequenz des extern angelegten Erregerfelds vorbestimmt sein, das zur Verfolgung auf die Markervorrichtung 1 wirken soll. Insbesondere sollte die Größe so gewählt werden, dass die Schwingungsverstärker 102 eine Resonanzfrequenz aufweisen, die nahe der Erregerfrequenz des extern angelegten Erregerfelds liegt.
Ferner umfasst das schaumartige Medium 101 eine Vielzahl von magnetischen Objekten 103, die in der spezifischen Ausführungsform von 1 in Bezug auf eine Vielzahl von magnetischen Perlen mit einer Größe zwischen 5 und 30 µm bereitgestellt werden.
In der spezifischen Ausführungsform von 1 umfasst die Vielzahl von magnetischen Objekten 103 eine Vielzahl von harten magnetischen Objekten, d. h. magnetischen Objekten mit einem festen Dipolmoment, wie in 1 durch die Pfeile angegeben. Die Vielzahl von magnetischen Objekten 103 ist in dem schaumartigen Medium 101 dispergiert. Obwohl in der Ausführungsform gemäß 1 nicht explizit gezeigt, konzentriert sich die Vielzahl von magnetischen Objekten vorzugsweise um die einzelnen Schwingungsverstärker 102 der Vielzahl von Schwingungsverstärkern 102, insbesondere auf deren Oberflächen. Dies ermöglicht, die Bewegung der magnetischen Objekte 103 bei einer Schwingung des schaumartigen Materials zu maximieren und dadurch die Gesamtsignalqualität der Reaktion der Markervorrichtung 1 zu verbessern.
In der Ausführungsform gemäß 1 wurde das schaumartige Medium 101 hergestellt, indem ein gereinigtes Mineralölprodukt mit einem Schmelzpunkt leicht unter der Körpertemperatur, d. h. leicht unter 35 °C, mit einem Verdickungsmittel aus einem Aluminiumsalz von Fettsäuren gemischt wurde. Diesem Gemisch können dann magnetische Perlen mit einer Größe zwischen 5 bis 30 µm zugegeben werden. Diese magnetischen Perlen können aus einem beliebigen harten magnetischen und/oder ferromagnetischen Material hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen können die magnetischen Perlen durch Hinzufügen eines zerkleinerten Magnetpulvers, wie eines zerkleinerten Neodyzpulvers, zugegeben werden.
Diese Zusammensetzung kann dann mit einer bestimmten Intensität und für eine bestimmte Dauer gerührt werden, bis in der Zusammensetzung Blasen gebildet werden. Dann kann die Zusammensetzung in einen festen Zustand wechseln gelassen werden. Da der Schmelzpunkt des verwendeten gereinigten Mineralöls geringfügig unter der Körpertemperatur liegt, d. h. unter 35 °C, wird die Zusammensetzung fest, wenn sie auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Im festen Zustand kann die als Schutzschicht wirkende Beschichtung 104 hinzugefügt werden. Die Beschichtung 104 gemäß 1 weist eine Dicke von etwa 5 µm auf. Zu diesem Zweck umfasst diese Beschichtung in der spezifischen Ausführungsform gemäß 1 ein Parylen oder besteht daraus. Der Vorteil der Verwendung von Parylen besteht darin, dass es biokompatibel und leicht in dünnen Schichten anzuwenden ist.
Es sei angemerkt, dass, obwohl in der spezifischen Ausführungsform gemäß 1 das schaumartige Medium 101 unter Verwendung eines gereinigten Mineralöls mit einer Schmelztemperatur geringfügig unter 35 ° mit einem Verdickungsmittel gemischt hergestellt wurde und dadurch flüssig wird, sobald es verwendet wird, wenn es an der medizinischen Vorrichtung angebracht wird, es sich versteht, dass das schaumartige Medium 101 der Markervorrichtung 1 auch so hergestellt werden kann, dass es ein festes schaumartiges Medium umfasst. Insbesondere kann in einigen Ausführungsformen das schaumartige Medium insbesondere aus einer strukturierten Gummifolie aus einem Polysiloxan-Silikon-Gummi hergestellt sein, da diese Art von Gummi flexibel genug ist, um auf das extern angelegte Erregerfeld zu reagieren.
Zum Herstellen der Markervorrichtung 1 kann der Silikongummifilm mit einer Vielzahl von Löchern, d. h. Hohlräumen in dem Film, versehen werden. Hierbei werden die magnetischen Objekte, wie magnetische Perlen oder magnetisches Pulver, in die Hohlräume eingeführt. Nach dem Einführen können die Hohlräume unter Verwendung einer Abdeckung, wie einem Silikongummifilm oder einer Schicht aus härtendem Silikonharz, verschlossen werden. In einem solchen Fall entsprechen die Schwingungsverstärker den Löchern oder Hohlräumen in dem geschlossenen Gummi-Patch, wodurch die magnetischen Objekte in den Löchern bereitgestellt werden.
Während der Herstellung der Markervorrichtung 1 kann die Vielzahl von magnetischen Objekten 103 in einem magnetisierten oder in einem entmagnetisierten Zustand hinzugefügt werden. Wenn die Vielzahl von magnetischen Objekten 103 in einem entmagnetisierten Zustand hinzugefügt wird, bedeutet dies, dass die magnetischen Dipole in jedem der magnetischen Objekte 103 relativ zueinander derart angeordnet sind, dass das gesamte Magnetfeld des bestimmten magnetischen Objekts 103 niedrig ist. In diesem Fall muss die Vielzahl von magnetischen Objekten 103 später wieder magnetisiert werden. Dies kann nach der Herstellung und vor dem Speichern der so hergestellten Markervorrichtungen 1 oder direkt vor oder nach dem Anbringen der Markervorrichtung 1 an der medizinischen Vorrichtung erfolgen. In einigen Fällen kann das Magnetisieren sogar nach dem Einführen der medizinischen Vorrichtung in den Menschen, insbesondere dem Patienten, erfolgen.
Der Vorteil, dass die Markervorrichtung 1 aus einem schaumartigen Medium 101 hergestellt ist, das einen Schmelzpunkt geringfügig unter 35 °C aufweist, d. h. leicht unter Körpertemperatur eines erwachsenen Menschen, ist derart, dass die Markervorrichtung 1 bei Raumtemperatur gelagert werden kann, wobei sich das schaumartige Medium 101 in einem festen Zustand befindet, was die Haltbarkeit maximiert. Wenn andererseits die Markervorrichtung 1 zum Zwecke der Verfolgung der medizinischen Vorrichtung in den menschlichen Körper eingeführt wird, schmilzt das schaumartige Medium. Da dem schaumartigen Medium 101 Verdickungsmittel zugesetzt wurde, entspricht das schaumartige Medium 101 dann einer verdickten Flüssigkeit, die eine Vielzahl von Schwingungsverstärkern 102 und eine Vielzahl von ebenfalls darin bereitgestellten magnetischen Objekten 103 aufweist. Aufgrund der erhöhten Viskosität, die durch das Verdickungsmittel verursacht wird, können die Vielzahl von Schwingungsverstärkern 102 und die Vielzahl von magnetischen Objekten 103 während der Verfolgung auf einer im Wesentlichen gleichen relativen Position in der Markervorrichtung 1 verbleiben. Dies verbessert die Genauigkeit weiter.
Somit kann unter Verwendung der Markervorrichtung 1 gemäß 1 eine Verfolgung einer medizinischen Vorrichtung mit hoher Genauigkeit erreicht werden.
2 zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform eines Lesesystems 10 zum Verfolgen einer Markervorrichtung 1, wie vorstehend erörtert. Das Lesesystem 10 umfasst einen Erregerfeldgenerator 20, einen Magnetantwortdetektor 30, einen Prozessor 40 und eine Benutzerschnittstelle 50, die eine Anzeigeeinheit und eine Benutzereingabeeinheit umfassen.
In der spezifischen Ausführungsform gemäß 2 wird die in Bezug auf 1 beschriebene Markervorrichtung 1 verwendet, um eine medizinische Vorrichtung (nicht gezeigt) während einer invasiven Prozedur zu verfolgen, die in der spezifischen Ausführungsform gemäß 2 der Anwendung einer lokalen Anästhesie unter Verwendung einer Nadel als medizinische Vorrichtung entspricht. Zu diesem Zweck ist die Markervorrichtung 1 als die zu verfolgende medizinische Vorrichtung an der Nadel angebracht. Dann wird der Erregerfeldgenerator 20 verwendet, um ein extern angelegtes Erregerfeld zu erzeugen. In der spezifischen Ausführungsform gemäß 1 entspricht dieses extern angelegte Erregerfeld einem Ultraschallerregerfeld, das von einem Ultraschallgenerator erzeugt wird.
Das von dem Erregerfeldgenerator 20 erzeugte extern angelegte Erregerfeld versetzt das schaumartige Medium 101 in der Markervorrichtung 1 als Reaktion darauf in Schwingung. Da, wie vorstehend beschrieben, das schaumartige Medium 101 in einem viskosen Zustand vorliegt, wenn es an der medizinischen Vorrichtung befestigt und während der invasiven Prozedur verwendet wird, wird diese Schwingung verbessert. Die Schwingung des schaumartigen Mediums 101 bewirkt, dass die Vielzahl von Schwingungsverstärkern 102 schwingt. Da die Größe jedes der Vielzahl von Schwingungsverstärkern 102 derart bestimmt wurde, dass die Schwingung mit der Resonanzfrequenz des Erregerfelds auftritt, verstärkt dies den Schwingungseffekt weiter. Die Vielzahl von magnetischen Objekten 103, die in dem schaumartigen Medium 101 dispergiert sind und sich in der spezifischen Ausführungsform gemäß 2 an den Oberflächen der Schwingungsverstärker 102 konzentrieren, werden aufgrund dieser Schwingung in Bewegung versetzt. In der spezifischen Ausführungsform gemäß 2 entspricht die Bewegung der Vielzahl von magnetischen Objekten 103 insbesondere einer Kippbewegung.
Das Kippen der Vielzahl von magnetischen Objekten 103 bewirkt, dass die festen Dipolmomente die Richtung relativ zu dem Magnetantwortdetektor 30 ändern. Der Magnetantwortdetektor 30 detektiert somit eine Änderung des Magnetfelds, die auf eine Bewegung, d. h. ein Kippen, der magnetischen Objekte 103 hinweist. Basierend auf dieser detektierten Bewegung kann der Magnetantwortdetektor 30 dann ein jeweiliges Antwortsignal erzeugen, das angibt, dass die Vielzahl von magnetischen Objekten 103 bewegt wurde.
Es sei angemerkt, dass, obwohl in der spezifischen Ausführungsform gemäß 2 die magnetischen Objekte 103 als Reaktion auf das extern angelegte Erregerfeld in weiteren Ausführungsformen, insbesondere denjenigen, in denen das schaumartige Medium 101 einen Feststoff umfasst und die magnetischen Objekte 103 in den Löchern/Hohlräumen bereitgestellt werden, zum Kippen veranlasst werden und die magnetischen Objekte 103 veranlasst werden können, sich innerhalb der Löcher/Hohlräume zu bewegen, um von den Wänden der Löcher/Hohlräume zu prallen. Diese Bewegung bewirkt ebenfalls eine Änderung des durch den Magnetantwortdetektor 30 detektierten Magnetfelds.
Der Magnetantwortdetektor 30 kann dann dem Prozessor 40 das Antwortsignal bereitstellen. Der Prozessor 40 verwendet das Antwortsignal, um die medizinische Vorrichtung zu verfolgen, an der die Markervorrichtung 1 befestigt ist.
Hierbei wird die Signalverarbeitung durch den Prozessor 40 auf ähnliche Weise durchgeführt wie bei bekannten Ansätzen, die PVDF verwenden. Hierbei wird die zu untersuchende Person, d. h. der Patient, in den die medizinische Vorrichtung eingeführt wird, durch das Ultraschallsystem unter Verwendung des Erregerfeldgenerators 20 abgetastet. Der Magnetantwortdetektor 30 detektiert die Änderung des Magnetfelds. Zu dem Zeitpunkt, zu dem sich der Erregerfeldgenerator 20 an einer Abtastposition befindet, an der die Markervorrichtung 1 positioniert ist, kann der Magnetantwortdetektor ein erhöhtes Signal detektieren. Der Prozessor 40 empfängt die Informationen über die Abtastposition von dem Ultraschallsystem, das den Erregerfeldgenerator 20 umfasst, und dem Signal von dem Magnetantwortdetektor, was dem Prozessor ermöglicht, die Position der Markervorrichtung 1 (basierend auf dem dort gemessenen höchsten Signal) im erhaltenen Ultraschallbild präzise zu bestimmen. Hierbei wird die Tiefe aus einer relativen Zeitsteuerung zwischen dem Ultraschallsystem, das den Erregerfeldgenerator 20 umfasst, und dem Magnetantwortdetektor 30 erzeugt. Das heißt, der Magnetantwortdetektor 30 gibt ein Signal genau halb so lange an, wie das entsprechende Schallecho in dem Ultraschallsystem, das den Erregerfeldgenerator 20 umfasst, erhalten wird.
Das heißt, der Prozessor 40 nutzt die Tatsache, dass die durch den Magnetantwortdetektor 30 detektierte Magnetfeldänderung von der Position der Markervorrichtung 1 relativ zu dem Erregerfeldgenerator 20 und dem Magnetantwortdetektor 30 abhängt. Das heißt, wenn die Markervorrichtung 1 so positioniert ist, dass sie das von dem Erregerfeld erzeugte Erregerfeld nicht erfährt, kann der Magnetantwortdetektor 30 keine Änderung detektieren. Nur wenn das schaumartige Medium 101 in der Markervorrichtung 1 als Reaktion auf das extern angelegte Erregerfeld zu schwingen beginnt, kann eine Antwort von dem Magnetantwortdetektor 30 detektiert werden. Der Prozessor 40 kann somit das von dem Magnetantwortdetektor 30 bereitgestellte Antwortsignal verarbeiten und die Position der Markervorrichtung 1 und damit die Position der medizinischen Vorrichtung bestimmen. Der Prozessor 40 kann dann konfiguriert sein, um das Verarbeitungsergebnis an die Benutzerschnittstelle 50 bereitzustellen. Die Anzeige der Benutzerschnittstelle 50 kann die Informationen verwenden, um eine grafische Darstellung der Verfolgung zu erzeugen und die grafische Darstellung einem Benutzer, wie einem Arzt, zu präsentieren. Dies ermöglicht dem Benutzer, insbesondere dem Arzt, die Position der medizinischen Vorrichtung während der invasiven Prozedur in Echtzeit zu verfolgen und ggf. einzugreifen.
Das heißt, erfindungsgemäß wird eine Markervorrichtung bereitgestellt, die ermöglicht, die Position einer medizinischen Vorrichtung mit hoher Genauigkeit unter Verwendung eines Magnetfelds zu verfolgen, das durch Bewegung einer Vielzahl von magnetischen Objekten in einem viskosen schaumartigen Medium erzeugt wird, das durch jeweilige Ultraschallwellen in Schwingungen versetzt wird. Die Bewegung bewirkt eine Änderung des durch die Vielzahl von magnetischen Objekten erzeugten Magnetfelds. Diese Änderung kann von einem Magnetantwortdetektor aufgenommen werden. Das so erhaltene Antwortsignal kann verwendet werden, um die Position der Markervorrichtung 1 und somit der medizinischen Vorrichtung während einer invasiven Prozedur zu bestimmen.
Somit ermöglicht der vorliegende Ansatz, die medizinische Vorrichtung mit hoher Genauigkeit zu verfolgen, während gleichzeitig die Kosten für die Verfolgung niedrig und die Verfolgung an sich einfach und für den Patienten unschädlich gehalten werden.
Weitere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können durch Fachleute, die die beanspruchte Erfindung umsetzen, anhand eines Studiums der Zeichnungen, der Offenbarung und der beiliegenden Ansprüche gefolgert und bewirkt werden.
In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassen“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“, „eine“ oder „eines“ schließt eine Vielzahl nicht aus. Eine einzelne Einheit oder Vorrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen genannter Elemente erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander unterschiedlichen abhängigen Ansprüchen angegeben sind, weist nicht daraufhin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann.
Prozeduren wie das Erzeugen des Erregerfelds, das Detektieren der Bewegung der magnetischen Objekte, das Erzeugen eines Antwortsignals und/oder das Verarbeiten des Antwortsignals usw., die von einer oder mehreren Einheiten oder Vorrichtungen durchgeführt werden, können von einer beliebigen anderen Anzahl von Einheiten oder Vorrichtungen durchgeführt werden. Diese Prozeduren, insbesondere die Verfolgung der Markervorrichtung gemäß dem von dem Lesesystem durchgeführten Verfolgungsverfahren, können als Programmcodemittel eines Computerprogramms und/oder als dedizierte Hardware implementiert werden.
Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium, wie einem optischen Speichermedium oder einem Festkörpermedium, das zusammen mit oder als Teil anderer Hardware geliefert wird, gespeichert/verteilt werden, kann jedoch auch in anderen Formen verbreitet werden, wie etwa über das Internet oder andere drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme.
Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen des Schutzumfangs auszulegen.
Die Erfindung betrifft eine zu verfolgende Markervorrichtung, wobei die Markervorrichtung einen Körper umfasst, der ein schaumartiges Medium und mindestens ein magnetisches Objekt umfasst, das in Kontakt mit dem schaumartigen Medium angeordnet ist, wobei das schaumartige Medium ausgelegt ist, um als Reaktion auf ein extern angelegtes Erregerfeld, wie zum Einleiten einer Bewegung des mindestens einen magnetischen Objekts, zu schwingen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019180580 A1 [0006]
WO 2019243098 A1 [0007]
EP 1374791 A1 [0008]
WO 2017167594 A1 [0009]

Claims

Zu verfolgende Markervorrichtung (100), wobei die Markervorrichtung (100) umfasst: einen Körper, der ein schaumartiges Medium (101) und mindestens ein magnetisches Objekt (103) umfasst, das in Kontakt mit dem schaumartigen Medium (101) angeordnet ist; wobei das schaumartige Medium (101) dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf ein extern angelegtes Erregerfeld, wie zum Einleiten einer Bewegung des mindestens einen magnetischen Objekts (103), zu schwingen.
Markervorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das schaumartige Medium (101) ein oder mehrere Schwingungselemente (102) mit einer vorbestimmten Größe umfasst.
Markervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das mindestens eine magnetische Objekt (103) aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist.
Markervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das schaumartige Medium eine Vielzahl von magnetischen Objekten (103) umfasst, und wobei ein einzelnes der Vielzahl von magnetischen Objekten eine Objektgröße zwischen 4 µm³ bis 40 µm³ aufweist.
Markervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Körper ferner ein Material mit einem Schmelzpunkt unter 35 °C umfasst.
Markervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das schaumartige Medium ein gereinigtes Mineralöl umfasst.
Markervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das schaumartige Medium ein gummiartiges Medium umfasst.
Markervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Körper ferner eine Beschichtungsschicht (104) umfasst.
Markervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Beschichtungsschicht (104) eine Dicke zwischen 5 bis 10 µm aufweist.
Markervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Körper ferner ein Verdickungsmittel umfasst.
Lesesystem (10) zum drahtlosen Verfolgen einer Markervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das System umfasst: einen Erregerfeldgenerator (20) zum Erzeugen eines Erregerfelds zum Induzieren einer Schwingung in dem schaumartigen Medium (10), einen Magnetantwortdetektor (30) zum Detektieren der Bewegung des mindestens einen magnetischen Objekts (103) und Erzeugen eines jeweiligen Antwortsignals auf der Basis der Bewegung des magnetischen Objekts (103); einen Prozessor (40) zum Verarbeiten des Antwortsignals, um eine Position der Markervorrichtung zu verfolgen.
Verfahren zum Herstellen einer Markervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines schaumartigen Mediums (101), Einführen mindestens eines entmagnetisierten magnetischen Objekts (103) in das schaumartige Medium und Magnetisieren des mindestens einen entmagnetisierten magnetischen Objekts.
Verfahren zum Verfolgen einer Markervorrichtung (100) mit einem Körper, der ein schaumartiges Medium (101) und mindestens ein magnetisches Objekt (103) umfasst, das in Kontakt mit dem schaumartigen Medium (101) angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen, durch einen Erregerfeldgenerator, eines Erregerfelds zum Induzieren einer Schwingung in dem schaumartigen Medium (10), Detektieren, durch einen Magnetantwortdetektor (30), einer Bewegung der magnetischen Objekte (103); Erzeugen eines jeweiligen Antwortsignals auf der Basis der Bewegung der magnetischen Objekte (103); und Verarbeiten des Antwortsignals, um eine Position der Markervorrichtung zu verfolgen.
Computerprogramm zum Steuern eines Lesesystems nach Anspruch 11, um eine Markervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zu verfolgen, das, wenn es von einer Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, ausgelegt ist, um das Verfahren nach Anspruch 13 durchzuführen.
Computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.