DE202007005595U1 - Katheter bzw. Führungsdraht mit positivem und negativem Kontrast für Anwendungen im MRT - Google Patents

Katheter bzw. Führungsdraht mit positivem und negativem Kontrast für Anwendungen im MRT Download PDF

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Abstract

System für einen Katheter für Anwendungen in Körperhöhlen insbesondere in Blutgefäßen im MRT System, dadurch gekennzeichnet, dass es gemäß2 und 3. aus unterschiedlichen Elementen (1, 2, 3) erstellt wird, deren Material abwechselnd aus elektrische Leitern und Isolatoren (z.B. PU, PE, Polymere, Glasfasern) besteht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für einen Katheter mit mindestens einem Kanal für Anwendungen in Körperhöhlen insbesondere in Blutgefäßen im MRT System, dadurch gekennzeichnet, dass es sowohl einen negativen, wie auch einen positiven Kontrast im MRT Bild erzeugt und zudem eine Ausführung aufweist, die zu keiner Erwärmungen des Katheters durch die dynamischen und gepulsten Magnetfelder bzw. die Hochfrequenzfelder des MRT führt. Die verschiedenen Kontraste können dabei durch die Wahl und Anordnung der Materialien (Isolatoren und elektrischen Leitern), sowie durch einen oder mehrere mit entsprechendem Gel oder Flüssigkeit gefüllter Hohlkörper erzeugt werden.
  • Beschreibung – Stand der Technik
  • Die bildgebende Diagnostik, zum Beispiel die Magnetresonanztomographie (MRT), die Computertomographie (CT), die Positron Emissions Tomographie (PET), die Ultraschalltechnologie (US), bzw. Kombination aus diesen Verfahren unter möglicher zusätzlicher Zuhilfenahme von radiographischen Verfahren (Röntgenaufnahmen) werden verstärkt auch dazu benutzt die gewonnen Informationen sofort therapeutisch einzusetzen: Beispiele dafür sind die so genannten minimal-invasiven Verfahren, bei denen der Patient nach erfolgter diagnostischer Bildgebung sofort behandelt wird, ohne zusätzlichen stationären Aufenthalt. Verfahren zur Behandlung von Rückgratverletzungen, Tumorbehandlung oder zur Entnahme von Gewebe (Biopsien) sind zwischenzeitlich im klinischen Einsatz.
  • Ein zusätzlicher Vorteil könnte sich ergeben, wenn die therapeutischen Verfahren komplett unter ständiger diagnostischer Kontrolle im MRT oder CT stattfinden könnten. Damit wäre der Operateur ständig über den Fortschritt des therapeutischen Einsatzes informiert.
  • Dabei hat gerade die MRT große Vorteile im Bereich der Weichteilsgewebedifferenzierung und durch die Tatsache, dass die MRT weder für den Patient noch für den Therapeuten zu gesundheitlichen Schäden führen kann, wie das z.B. bei Röntgenbasierten Verfahren der Fall ist. Es wäre also von großem Vorteil, wenn die MRT für eine nachfolgende minimal-invasive oder andere Therapie eingesetzt werden könnte.
  • Für kardiovaskuläre Anwendungen werden für die therapeutischen Vorgänge z.B. Katheter und Führungsdrähte verwendet. Dabei wird in der Regel zuerst ein Führungsdraht durch eine entsprechende Körperhöhle (z.B. Beinvene) zum Therapieort geführt (z.B. Vena Cava) und nachfolgend über den Führungsdraht ein Katheter geschoben an dessen Ende ein entsprechendes Therapiewerkzeug montiert ist. Ein derartiges Werkzeug kann z. B. ein Ballon zur Expansion von Gefäßstenosen (so genannte Ballondillatation) und Setzen von Gefäßstützen sein (so genannte „Stents") oder aber eine Biopsienadel zur Entnahme von Gewebeproben oder aber eine Nadel zur Injektion von Pharmaka oder Stammzellen. Vielfältigste andere therapeutische Verfahren sind denkbar.
  • Allen gleich ist die Notwendigkeit den Therapieort sicher bestimmen zu können und diesen sicher mit dem Therapiewerkzeug unter MRT Kontrolle erreichen zu können. Dabei ist es extrem wichtig den Verlauf bzw. die Position des Therapiewerkzeuges ständig kontrollieren zu können.
  • Gerade im MRT gibt es allerdings aufgrund der sehr hohen Magnetfelder (gegenwärtig in der Regel 1.5T–3.0T = 30.000–60.000 faches Erdmagnetfeld) und der damit verbundenen magnetischen Anziehungskräfte, sowie der Störungen der Bildgebung durch lokale und externe Magnetfelder größte Probleme derartige Verfahren direkt im MRT durchzuführen.
  • In der Regel sind die Therapiewerkzeuge aus Materialien gefertigt, die mehr oder weniger starke Ferromagnetische Eigenschaften haben und damit aufgrund der starken magnetischen Anziehungskräfte im Magnetfeld des MRT Systems nicht verwendet werden können. Auch Materialien, auf die der starke Magnet des MRT keine Anziehungskräfte ausübt (z.B. Edelstahl oder CobaltChrom), können durch hohe Suszeptibilitätsartefakte für die sichere MRT Bildgebung nicht verwendet werden.
  • Ein zusätzliches Problem entsteht durch die für die MRT Bildgebung notwendigen hohen dynamischen Magnetfelder und Hochfrequenzfelder, die bei elektrischen Leitern sehr oft hohe Erwärmungen hervorrufen und damit für einen sicheren Einsatz im Patienten nicht in Frage kommen (können zu starken Verbrennungen führen).
  • Beschreibung – Aufgabenstellung
  • Es wird ein System benötigt, welches im MRT Bild einfach identifiziert werden kann, am Besten durch entsprechende Kontrastunterschiede (siehe 6.), damit eine sichere und schnelle Führung zum Therapieort möglich ist. Zudem soll es sicher für die Anwendung im Patientenbetrieb sein und dementsprechend nicht über durchgängige oder längere elektrisch leitfähige Materialien verfügen, damit eine Erhitzung durch die Beaufschlagung mit dynamischen Magnetfeldern (Induktion von Strömen) bzw. hochfrequenten Energien nicht möglich ist und damit eine sichere Nutzung im Patienteneinsatz möglich ist.
  • Durch die abwechselnden Kontraste, die sich idealerweise von der Signalintensität des menschlichen Gewebes entweder deutlich positiv (signalerhöhend) oder negativ (signalreduzierend bzw. signalauslöschend) abheben, kann der Katheter idealerweise mit Hilfe von geeigneten Softwareanalyseprogrammen automatisch detektiert werden bzw. die visuelle Erkennung auf den MRT Bilder deutlich vereinfacht werden.
  • Zudem sollte der Katheter über einen oder mehrere Arbeitskanäle verfügen. Im Falle eines Führungsdrahts sind diese Arbeitskanäle nicht notwendig.
  • Beschreibung – Erfindung
  • Die Erfindung beschreibt ein System für eine Anwendung als Katheter oder Führungsdraht zur Anwendung im menschlichen Körper. Um die oben beschriebenen Nachteile zu beheben wird ein System vorgeschlagen, welches aus einem Endstück (1) besteht, das wiederum für den Therapieeinsatz verwendet wird. Dieses Endstück könnte z.B. eine Zange, eine Schere, eine Nadel, ein Schirm oder ein sonstiges zu therapeutischen oder diagnostischen Eingriffen geeignetes Werkzeug sein. Es könnte auch ein Endstück im klassischen Sinne sein, d.h. es markiert einfach das Ende des Katheters oder Führungsdrahts. Dieses Teil wird aus einem Metall hergestellt, welches im MRT sicher verwendbar ist (d.h. es wirken keine magnetischen Anziehungskräfte auf das Metallstück) und welches in dem erzeugten MRT Bild keine oder nur geringe Bildartefakte erzeugt. Bildartefakte sind dabei Bildinformation, die die diagnostische Interpretation des MRT Bildes erschweren bzw. zu Falschdiagnosen führen kann.
  • Geringe Artefakte können jedoch auch zur Identifikation z.B. eines Katheters oder Führungsdrahts verwendet werden. Im vorliegenden Fall markiert ein dabei z.B. durch das Metall des Endstückes erzeugtes Artefakt das Ende des Katheters bzw. die Position des Werkzeugs.
  • Es bieten sich als metallische Werkstoffe Materialien mit geringen diamagnetischen bzw. geringen paramagnetischen Eigenschaften an. Alternativ kann das Endstück natürlich auch aus einem Isolatormaterial hergestellt sein.
  • Konkret geht es bei der Erfindung um die Kombination von leitenden Materialien mit weniger gut leitenden Materialien oder Isolatoren.
  • Dabei kann das Endstück also auch aus einem Isolator bestehen, solange das nachfolgende Zwischenstück (2) wieder aus einem besser leitenden oder gut leitendem Material besteht. Auf diesem Zwischenstück könnte z.B. ein Expansionsballon für eine schon beschriebene Ballondillatation montiert sein und daran angeschweißt oder angeschraubt oder verklebt ein Teilstück (3) mit gleichen oder ähnlichen Materialeigenschaften wie das Endstück (1) montiert werden.
  • Das resultierende MRT Bild würde nun für das Endstück (1) einen bestimmte Größe und Länge und einen bestimmten Kontrast aufweisen. Sind dargestellte Länge und Größe des Endstücks (1) dabei größer als in Wirklichkeit spricht man von einem Artefakt. Der Kontrast und die Signalintensität kann dabei abhängig von der Materialwahl und der Wahl der MRT Parameter sowohl positiv (signalverstärkend) als auch negativ (signalreduzierend bzw. signalauslöschend) sein.
  • Das Material eines nachfolgenden Zwischenstücks (2) ist dabei idealerweise so gewählt, dass es einen deutlich unterscheidbaren Kontrast oder sogar eine komplette Signalumkehr gegenüber der Signalintensität des Endstücks (1) aufweist. Das Teilstück (3) hat dann wieder die gleiche oder sehr ähnliche Intensität und Kontrast wie das Endstück (1).
  • Damit kann man die Position der jeweiligen Segmente (1), (2) und (3) klar und deutlich identifizieren und damit z.B. die Position eines auf einem Zwischenstück (2) montierten Ballons genau bestimmen, bzw. das auf dem Endstück (1) montierte Therapiewerkzeug.
  • Durch die unterschiedliche Materialwahl wird zudem verhindert, dass sich elektrische Ströme induziert durch die dynamischen Magnetfelder und die hochfrequenten Energien auf dem Katheter bzw. dem Führungsdraht ausbreiten können. Damit werden für den Patienten gefährliche Erwärmungen vermieden.
  • Bei einem Isolator kann man in ein im Lumen (inneres Volumen) des Katheters bzw. Führungsdraht gelegenen Hohlraum (4a) MRT spezifische Kontrastmittel oder andere Gels oder Flüssigkeiten unterbringen, die Kontrast und Signal des Materials im MRT Bild verstärken oder reduzieren. Zudem können in anderen Bauformen noch Arbeitskanäle (4) integriert werden, um z.B. Lichtquellen zum Therapieort zu bringen oder Medikamente zu spritzen bzw. freizugeben.
  • Durch die sich abwechselnden Kontraste der verschiedenen Elemente (die z.B. auch über entsprechende Nanobeschichtungen von Isolatoren und Leitern erreicht werden können) ist der Führungsdraht/Katheter visuell leicht auf dem MRT Bild identifizierbar (siehe 6.).
  • Es ist auch denkbar, dass ein entsprechend ausgearbeitetes Softwareprogramm mit Bildanalysefähigkeit eine automatische Erkennung des Katheters ermöglicht und damit die Position des Katheters jederzeit auch in Echtzeit oder Nahe-Echtzeit darstellen kann. Das Programm könnte z.B. über entsprechende Rückmeldungen an das MRT System jeweils immer nur die jeweils relevante MRT Schichtaufnahme anwählen.
  • Beschreibung – Zeichnungen
  • 1–3 zeigen mögliche Ausführungsformen des Katheters/Führungsdrahts. Dargestellt sind ein unterschiedlich ausgeführtes Endstück (1) (im Patienten zur Therapie oder Diagnose), in der Regel aus einem Metall gefertigt und im Falle der Anwendung im MRT aus einem Metall mit geringen diamagnetischen oder paramagnetischen Materialeigenschaften (μr = B/B0, μr < 1 bzw. μr > 1, z.B. Edelmetalle, Nickel-Titan Legierungen). Das Metall wird in der Regel im MRT System einen negativen Kontrast (Signalauslöschung) hervorrufen. Das Endstück (1) ist mit einem Zwischenstück (2) verschraubt/verschweißt oder verklebt. Das Mittelstück (2) besteht aus einem Isolatormaterial (z.B. PU, PE, Polymere, Glasfasern), welches in der Regel in einem MRT Bild nicht sichtbar ist. Ein weiteres Teilstück (3) kann wiederum mit dem Zwischenstück (2) verschraubt/verschweißt oder verklebt sein. Es kann allerdings auch Ausführungen geben, die nur aus einem Endstück (1) und einem Zwischenstück (2) bestehen, also in der Regel aus einem Leiter und einem Isolator.
  • In 2. und 3 sind weitere Ausführungen dargestellt, mit mehr oder weniger langen Zwischenstücken (2) und Teilstücken (3), also mit mehr oder weniger langen Isolatoren und Leitern oder Leitern und Isolatoren.
  • In 4. sind die Querschnitte des Katheters an der Stelle α-α' (1.) dargestellt. In Darstellung a) als Führungsdraht mit nur einem Hohlraum (4a), der z.B. mit Kontrastmittel oder Gel gefüllt wird, welches einen positiven (signalverstärkend) oder negativen Kontrast (signalreduzierend bzw. signalauslöschend) im MRT Bild erzeugt, verglichen mit der Umgebung des Katheters. In Darstellung b) wird neben dem Hohlraum (4a) auch noch ein Arbeitskanal (4) gezeigt, welcher parallel zur Gesamtausrichtung des Katheters und damit parallel zum Hohlraum (4a) verläuft. In Darstellung c) sind neben dem Hohlraum (4a) noch drei weitere Arbeitskanäle (4) gezeigt.
  • In 5. ist ein möglicher Einsatzort des Katheters im menschlichen Körper gezeigt, bei dem der Katheter bzw. Führungsdraht bestehend aus den Elementen (1) und (2) bzw. (1) und (2) und (3) über eine Beinvene von Außen über die Vena Cava bis zum Herz vorgeschoben werden kann.
  • In 6. sind 3 mögliche Ausführungsformen gezeigt und die Art und Weise wie diese im MRT Bild sichtbar werden (in diesem Fall in einem MRT Bild mit koronarer Orientierung. In 5 a) z.B. sind das Endstück (1) und ein Zwischenstück (2) gezeigt, die durch die unterschiedlichen Kontraste den Verkauf des Katheters deutlich zeigen und damit die Führung und die Lokalisierung des Katheters deutlich erleichtern und damit die Sicherheit für den medizinischen Einsatz deutlich erhöhen.
  • In 5 b) und c) sind weitere Ausführungsformen gezeigt mit entsprechenden Kontrastunterschieden.
    • 1
    Endstück
    2
    Zwischenstück
    3
    Teilstück
    4a
    Hohlraum für Kontrastflüssigkeit
    4
    Arbeitskanäle
    5
    Katheter

Claims (15)

  1. System für einen Katheter für Anwendungen in Körperhöhlen insbesondere in Blutgefäßen im MRT System, dadurch gekennzeichnet, dass es gemäß2 und 3. aus unterschiedlichen Elementen (1, 2, 3) erstellt wird, deren Material abwechselnd aus elektrische Leitern und Isolatoren (z.B. PU, PE, Polymere, Glasfasern) besteht.
  2. System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den leitenden Materialien um Metalle handelt, die nur leicht paramagnetische oder leicht diamagnetische Eigenschaften haben (μr = B/B0, μr < 1 bzw. μr > 1, z.B. Edelmetalle, Nickel-Titan Legierungen).
  3. System nach Anspruch 1–2 dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (1, 2, bzw. 1, 2, 3) miteinander verklebt, verschweißt oder verschraubt werden.
  4. System nach Anspruch 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter mit mindestens einem Hohlkörper (4a) gefertigt wurde, der mit einer Flüssigkeit oder einem Gel gefüllt werden kann (4a), welche im MRT System einen spezifischen Kontrast hervorruft.
  5. System nach Anspruch 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass es neben dem Hohlkörper gemäß Anspruch 4 noch weitere Hohlkörper (4) aufweist, die als Arbeitskanäle verwendet werden können.
  6. System nach Anspruch 1–5 dadurch gekennzeichnet, dass einer oder alle der Arbeitskanäle (4) mit einer Membran (6) am Ende des Systems verschlossen sein können, über die mit entsprechendem Druck Flüssigkeiten (z.B. Kontrastmittel, Stammzellen, Pharmaka) freigegeben werden können.
  7. System nach Anspruch 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1) unterschiedliche Funktionen ausüben kann (z.B. als Nadel, als Schere, als Schirm, als wirkliches Endstück).
  8. System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die abwechselnd angeordneten Elemente (1, 2, 3) aus verschieden gut leitenden Materialien bestehen können.
  9. System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die abwechselnd angeordneten Elemente (1, 2, 3) aus verschiedenen Isolatoren bestehen können.
  10. System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die abwechselnd angeordneten Elemente (1, 2, 3) mit Oberflächenbeschichtungen versehen sind, die entsprechend abwechselnde Kontrastunterschiede im MRT System hervorrufen.
  11. System nach Anspruch 1–10 dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (4a) der abwechselnd angeordneten Elemente (1, 2, 3), abwechselnd mit einer Flüssigkeit oder einem Gel gefüllt werden kann (4a), welche im MRT System einen spezifischen Kontrast hervorruft (z.B. Element (1) mit Flüssigkeit, Element (2) ohne, Element (3) mit Flüssigkeit) und jeweils über eine Membran (6) oder einen anderen Abschluss versiegelt sind.
  12. System nach Anspruch 1–4, 7, 10, dadurch gekennzeichnet das lediglich Element (1) mit Element (2) verbunden ist und der Hohlkörper in Element (2) gemäß Anspruch 4 ausgeführt wird.
  13. System nach Anspruch 12 kombiniert mit den formulierten Ansprüchen 5–6.
  14. System gemäß Anspruch 1–13 dadurch gekennzeichnet, dass die abwechselnd verwendeten Elemente (1) und (2) bzw. (1) und (2) und (3) im MRT Bild Elementunterscheidungen durch verschiedene Kontraste ermöglichen. Diese können von Element zu Element sowohl signalverstärkend sein, wie auch signalreduzierend oder signalauslöschend sein.
  15. System gemäß Anspruch 1–14 dadurch gekennzeichnet, dass die Elementabstände im MRT Bild proportional zu bestimmten Längen und Größen sind. Z.B. kann ein reeller Elementabstand von 10 mm im MRT Bild durch Aufaddierung der Elemente und durch direkten Vergleich mit den Körperstrukturen wichtige Therapierückschlüsse geben. 2 Seiten Zeichnungen mit 5 Fig.
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