DE3833365C2 - Vorrichtung zum Ermitteln der räumlichen Ausrichtung eines medizinischen Katheters oder einer medizinischen Sonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Für diagnostische und therapeutische Zwecke ist es bekannt, einen Katheter oder eine Sonde durch eine natürliche oder künstlich geschaffene Körperöffnung in den Körper eines Patienten einzubringen und bis zu der zu diagnostizierenden oder zu behandelnden Stelle vorzutreiben. Der Vorschub des Katheters innerhalb des menschlichen Körpers, bspw. durch eine Vene, kann mit Hilfe eines Röntgen­ strahlbildes überwacht und mit Hilfe eines am proximalen Ende des Katheters vorhandenen Steuerelementes exakt gesteuert werden. Ist der am distalen Ende des Katheters angeordnete Katheterkopf bzw. die Sonde an der zu behandelnden Stelle angelangt, können die jeweiligen Behandlungsschritte vorgenommen werden, die bspw. aus einer Gewebeentnahme mittels am Katheterkopf angeordneter Zangen oder aus einer Strahlenbehandlung bestehen können, wobei eine geeignete Strahlung am distalen Ende des Katheters eingekoppelt und über eine Lichtleitfaser zum Katheterkopf geleitet werden, wo sie aus einer am Katheterkopf angeordneten Austrittsöffnung austreten können.

Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art sind beispielsweise aus der DE-AS 20 16 607 und der US 4,469,483 bekannt.

Auch ist es in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 37 23 674 beschrieben, zusätzliche Reizleitungsbahnen im Herzen, die den normalen Stimulationszyklus der Herzkontraktion in Systole und Diastole gravierend beeinträchtigen, durch Koagulation subendokardial und subepikardial gelegener arrhythmogener Myokard­ strukturen mit Hilfe eines kombinierten Elektroden-/Laserstrahl-Katheters zu zerstören. Hierfür wird ein Katheter mit einem optischen Leiter verwendet, an dessen proximalem Ende eine Laser-Strahlungsquelle an­ schließbar ist und an dessen distalem Ende ein Katheter­ kopf mit einer Austrittsoptik vorgesehen ist, durch die die Laserstrahlung gezielt vom Katheterkopf abgegeben wird. Aufgrund der nur zweidimensionalen Darstellung des im menschlichen Körper befindlichen Katheters auf einem Röntgenbildschirm kann jedoch die exakte Ausrichtung des Katheterkopfes und damit der Austrittsoptik nicht festge­ stellt werden, so daß die Gefahr einer unbeabsichtigten Bestrahlung gesunden Gewebes bzw. Koagulation von Reizlei­ tungsbahnen besteht, die nicht zu nekrotisieren sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die räumliche Ausrichtung eines für das menschliche Auge nicht sichtbaren Gegenstandes auf einem Bildschirm oder Monitor exakt ermittelt werden kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, auch bei einer flächenhaften Darstellung eines bspw. im menschlichen Kör­ per befindlichen Katheters dessen räumliche Ausrichtung mittels einer geeigneten Kennung sichtbar zu machen, so daß bspw. die zu behandelnden Gewebeteile gezielt be­ strahlt werden können, ohne daß gesundes Gewebe getroffen wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die Kennung aus einer geometrischen Form mit solchen Ele­ menten, daß bei einer Drehung des Gegenstandes um eine Achse eine eindeutige Zuordnung zur Ausrichtung des Gegen­ standes gegeben ist. Wird nämlich der weg bspw. eines Katheters im menschlichen Körper mittels eines Röntgenbil­ des verfolgt, so ist wegen der zweidimensionalen Darstel­ lung (Projektion) nicht zu erkennen, ob bspw. die Aus­ trittsoptik, eines Katheterkopfes dorsal oder ventral aus­ gerichtet ist. In gleicher Weise muß die Kennung so ausge­ staltet sein, daß auch bei einer Drehung eines rotations­ symmetrischen Gegenstandes wie eines Katheterkopfes die exakte räumliche Ausrichtung im Bezug beispielsweise auf die Betrachtungsebene oder einen anderen Fixpunkt erfaßt werden kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kennungselemente axial gegeneinander ver­ setzt in gleicher oder verschiedener radialer Entfernung von einer Achse des Gegenstandes angeordnet sind und jeweils einen vorgebbaren Winkel im Bezug auf die Gegen­ standsachse zwischen sich einschließen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungselemente unsym­ metrisch im Bezug auf eine Gegenstandsachse zueinander versetzt angeordnet sind.

Dabei kann die Kennung aus mindestens zwei gegeneinander versetzten dreidimensionalen Elementen, vorzugsweise zwei punktförmigen Elementen, aus mindestens einem linien- oder stabförmigen Element oder aus mindestens einem flächen­ mäßig geschlossenen Element wie einem unregelmäßigen Dreieck, Rechteck, bestehen. Alle diese Elemente lassen exakt auf die räumliche Ausrichtung des Gegenstandes schließen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung für einen in den menschlichen Körper einführbaren Katheter, in dessen distalem Ende ein Katheterkopf mit einer Austrittsöffnung und an dessem pro­ ximalem Ende ein Steuerelement zur Steuerung des Katheter­ kopfes angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß eine Justiereinrichtung am proximalen Ende des Katheters vorge­ sehen ist, die zur Steuerung des Katheterkopfes mit der Kennung in Übereinstimmung bringbar ist, wobei die Justiereinrichtung vorzugsweise aus einem skalierten Stellring besteht. Damit ist es möglich, nach der Ermittlung der räumlichen Ausrichtung des Katheters dessen Lage im Bezug auf einen beliebig gewählten Fixpunkt zu justieren und bei einer Drehbewegung des Katheters mittels des am proximalen Ende angeordneten Steuerelementes die exakte Winkelabweichung von der justierten Stellung zu er­ fassen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zu­ sammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines kombinierten Elektroden/Laser­ strahl-Herzkatheters mit Steuerelement und Katheterkopf;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Katheterkopfes mit einer punktförmigen Kennung;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Katheterkopfes mit einer linien- oder stabförmigen Kennung;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Katheterkopfes mit einer dreieckförmigen Kennung;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des proximalen Endes eines Katheters mit einem Steuerelement und

Fig. 6 einen Schnitt durch das Steuerelement gemäß Fig. 5 entlang der Linie A-A.

Der in Fig. 1 dargestellte Katheter weist an seinem distalen Ende einen bipolaren Katheterkopf 2 mit einer Austrittsoptik für Laserstrahlung auf, die über den Katheter 1 von einer nicht näher dargestellten Laserstrah­ lungsquelle übertragen wird. Die Laserstrahlung wird am Steuerelement 3, das am proximalen Ende des Katheters 1 angeordnet ist, über eine Eintrittsöffnung 31 von der Laser-Strahlungsquelle eingekoppelt. Mit Hilfe des Steuerelementes 3 ist die Bewegung des Katheters 1 beim Vortrieb durch beispielsweise die Gefäße eines Patienten bis zur Behandlungsstelle, beispielsweise bis zur Stelle einer Laserstrahl-Koagulation, steuerbar.

Die Laserstrahlung wird über einen im Innern des Katheters 1 angeordneten optischen Leiter von der Eintrittsstelle 31 am Steuerelement 3 zur Austrittsoptik 20 am bipolaren Katheterkopf 2 übertragen, wobei als optischer Leiter eine einzelne Lichtleitfaser oder ein Lichtleitfaserbündel ver­ wendet wird.

Der Vorschub des Katheters erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Röntgenbildes unter Steuerung des Steuerele­ mentes 3 bis zur Behandlungsstelle. Zum Ermitteln der räumlichen Ausrichtung des Katheterkopfes 2 ist eine Kennung nung 4 vorgesehen, mit deren Hilfe neben der Lage des Katheterkopfes 2 dessen Drehwinkel gegenüber einem belie­ bigen Fixpunkt ermittelt werden kann. Als Fixpunkt kann beispielsweise die Betrachtungsebene oder ein beliebiger anderer, geeigneter Punkt im Körper des Patienten dienen.

Da bei einem Röntgenstrahlbild nicht zu erkennen ist, ob ein beliebiger Punkt einer beispielsweise zylindrischen Oberfläche auf der von der Betrachtungsrichtung aus ge­ sehen vorderen oder hinteren Zylinderhälfte liegt, ist eine spezielle Kennung erforderlich, die eine deutliche Unterscheidung gewährleistet.

In Fig. 2 ist in verschiedenen Drehstellungen des Kathe­ terkopfes 2 eine solche Kennung dargestellt, die in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei axial gegeneinander versetz­ ten punktförmigen Elementen 41, 42 besteht, die in Bezug auf die Achse des Katheterkopfes einen vorgebbaren Winkel zwischen sich einschließen. Vorteilhafterweise werden die punktförmigen Elemente 41, 42 auf einer Diagonalen ange­ ordnet, in deren Mitte zwischen den punktförmigen Elemen­ ten 41, 42 die Austrittsoptik 20 des Katheterkopfes 2 an­ geordnet ist.

Bei einer Drehung des Katheterkopfes 2 um 90° verschieben sich die punktförmigen Elemente 41, 42 ebenfalls, lassen aber aufgrund ihrer lateralen Anordnung die exakte Aus­ richtung des Katheterkopfes 2 erkennen. Bei einer weiteren Drehung des Katheterkopfes um 90° erscheinen die punktför­ migen Elemente 41, 42 in einer gegenüber der ursprüngli­ chen Stellung entgegengesetzten Anordnung, so daß trotz des flächenhaften Röntgenbildes der Drehwinkel von 180° gegenüber der Ausgangsstellung zu erkennen ist.

Bei einer weiteren Drehung um 90°, d. h. um 270° von der Ausgangsstellung, befinden sich die punktförmigen Elemente 41, 42 wieder in einer lateralen Stellung, die aber ein­ deutig identifizierbar ist, auch wenn eine Veränderung des Betrachterpunktes vorgenommen wird, da dann die gleichen Verhältnisse wie bei einer Drehung um 180° vorliegen.

Bei den jeweiligen Zwischenstellungen ist ebenfalls ein­ deutig die Ausrichtung des Katheterkopfes 2 zu ermitteln, da beispielsweise das obere punktförmige Element 41 rechts oder links vom unteren punktförmigen Element liegt.

Die punktförmigen Elemente 41, 42 können an der äußeren Peripherie des Katheterkopfes 2 oder innerhalb des Katheterkopfes 2 vorgesehen werden. Sie können auf gleichen oder unterschiedlichen Radien angeordnet werden, wobei bei einer Anordnung auf unterschiedlichen Radien auch bei einer Draufsicht auf den Katheterkopf 2 eine wünschenswerte Unsymmetrie vorliegt, die bei einer solchen Betrachtung ebenfalls die exakte Ausrichtung des Katheter­ kopfes 2 angibt.

In Fig. 3 ist ein Katheterkopf 2 mit einem linienförmigen Kennungselement 43 in verschiedenen Drehstellungen im Be­ zug auf den Betrachter dargestellt und verdeutlicht, daß auch mit einem solchen Kennungselement die exakte räumli­ che Ausrichtung des Katheterkopfes auch bei einer Röntgen­ bildbetrachtung ermittelt werden kann.

In Fig. 4 ist ein Katheterkopf 2 mit einem flächenmäßig geschlossenen Kennungselement 44 dargestellt, das in diesem Ausführungsbeispiel aus einem unregelmäßigen Drei­ eck besteht, in dessen Fläche beispielsweise die Aus­ trittsoptik 20 angeordnet werden kann. Auch bei einem solchen flächenmäßig geschlossenen, unsymmetrischen Ken­ nungselement läßt sich die räumliche Ausrichtung des Katheterkopfes 2 bei jedem beliebigen Drehwinkel bestim­ men, wie den einzelnen Phasen der in der Zeichnung darge­ stellten Drehbewegung zu entnehmen ist.

In Fig. 5 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Steuerelementes 3 am proximalen Ende eines Katheters dargestellt, wobei eine als skalierter Stellring ausge­ bildete Justiereinrichtung als Hilfsmittel zum Steuern des Katheterkopfes nach oder während der Ermittlung der räum­ lichen Ausrichtung des Katheterkopfes vorgesehen ist.

Der skalierte Stellring 5 ist drehbar in Bezug auf das Steuerelement 3 angeordnet und enthält entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 6 eine Skala 51, mit deren Hilfe die jeweilige Stellung bzw. der jeweilige Drehwinkel des Katheterkopfes 2 in Bezug auf einen voreingestellten Fix­ punkt abgelesen werden kann. Wird beispielsweise bei einer dorsalen Ausrichtung der Kennelemente des Katheterkopfes 2 die Skale mit ihrem Nullpunkt in Deckung mit einem an der Unterkante des Steuerelementes 3 angeordneten Pfeil 6 ge­ bracht, so kann - da sich der Stellring 5 nicht mit dem Steuerelement 3 mitdreht - jede Drehung des Steuerelemen­ tes 3 auf der Skala 51 abgelesen und somit bestimmt werden, in welcher Stellung sich der Katheterkopf 2 befindet, ohne daß eine weitere Ermittlung der räumlichen Ausrichtung des Katheterkopfes 2 erfolgen muß.

Durch die Darstellung der Kennung am dem Arzt zugewandten proximalen Ende des Katheters, wie es in Fig. 6 für die Zweipunktdarstellung gemäß Fig. 2 wiedergeben ist, läßt sich durch Vergleich mit der aktuellen Bilddarstellung die tatsächliche Ausrichtung sehr einfach kontrollieren. Im Normalfall entspricht dabei die Anordung der Projektion der Darstellung aus der der Anbringung der Kennzeichnung zugeordneten Blickrichtung. Durch die zusätzliche Gradein­ teilung kann der Arzt die (Null-)Richtung des distalen En­ des durch Vergleich der auf dem Schirm sichtbaren Kennung mit der aufgedruckten Abbildung abschätzen. Sie erleich­ tert auch die Deutung der sich - je nach gewählter Ken­ nungsfigur ergebenden Projektion. Bei einer verdrehbaren Anordnung ist zusätzlich eine eventuelle Torsion des Ka­ theters oder eine gegenüber der Bildschirmdarstellung ge­ änderte Blickrichtung korrigierbar. Die zusätzliche Grad­ einteilung dient der weiteren Orientierung wie es zuvor beschrieben wurde.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. So können beispielsweise die linien- oder stabförmigen Kennungsele­ mente oder die flächenmäßig geschlossenen, unsymmetrischen Elemente radial und axial versetzt innerhalb eines Kathe­ terkopfes angeordnet oder beispielsweise punktför­ mige Kennungselemente mit unterschiedlich strahlendurch­ lässigem bzw. strahlenundurchlässigem oder strahlenreflek­ tierendem Verhalten verwendet werden, so daß die räumliche Ausrichtung eines Katheterkopfes durch einen unterschied­ lichen Kontrast der Kennungselemente auf einem Bildschirm oder Monitor ermittelt werden kann.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Ermitteln der räumlichen Ausrichtung eines Gegenstandes, der für das menschliche Auge nicht sichtbar durch einen Körper abgedeckt ist, insbesondere eines in den menschlichen Körper eingeführten Katheters oder einer Sonde, wobei die Lage des Gegenstandes im Körper mittels Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, auf einem Bildschirm sichtbar gemacht ist, wobei der Gegen­ stand mit einer auf dem Bildschirm sichtbaren Kennung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die, insbesondere strahlenundurchlässige oder strahlenreflektierende, Kennung (4) in Bezug auf eine Gegenstandsachse unsym­ metrisch ist und aus einer geometrischen Form mit Elementen (41, 42; 43; 44) besteht, die so angeordnet sind, daß bei einer Drehung des Gegenstandes (2) um eine Achse des Gegenstandes (2) eine eindeutige Zuordnung zur Ausrichtung des Gegenstandes (2) gegeben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (41, 42; 43; 44) axial gegeneinander versetzt in gleicher oder unterschiedlicher radialer Entfernung von einer Achse des Gegenstandes (2) angeordnet sind und jeweils einen vorgebbaren Winkel in Bezug auf die Gegenstandsachse zwischen sich einschließen.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (41, 42; 43; 44) unsymmetrisch in Bezug auf eine Gegenstandsachse zueinander versetzt angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennung (4) aus mindestens zwei gegeneinander versetzten dreidimensionalen Elementen besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennung (4) zwei axial und um einen bestimmten Winkel gegeneinander versetzte punktförmige Elemente (41, 42) enthält.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennung ein linien- oder stabförmiges Element (43) enthält.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennung mindestens ein flächenmäßig ge­ schlossenes, unsymmetrisches Element (44), wie ein unregelmäßiges Dreieck oder Rechteck enthält.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente mit unterschiedlich strahlendurchlässigem oder strahlenreflektierendem Verhalten vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche für einen in den menschlichen Körper einführbaren Katheter, an dessen distalem Ende ein Katheterkopf mit einer Austritts- oder Wirkungsöffnung und an dessen proximalem Ende ein Steuerelement zur Steuerung des Katheterkopfes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Justiereinrichtung (5) am proximalen Ende des Katheters (1) vorgesehen ist, die zur Steuerung des Katheterkopfes (2) mit der Kennung (4) in Übereinstimmung bringbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiereinrichtung aus einem skalierten Stellring (5) besteht.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abbildungen der Kennungen, wie sie sich dem Betrachter bei Durch- bzw. Bestrahlung darstellen, am proximalen Ende des Katheters auf diesem verteilt in winkelmäßiger Zuordnung vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungen auf einer drehbaren Hülse oder Scheibe vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungen auf dem skalierten Stellring (5) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bei Projektion in Wirkungsrichtung ergebende Abbildung der Kennung mit der Nullrichtung einer Winkelskala übereinstimmt.