DE4215901A1 - Katheter mit einem lokalisierbaren endbereich und verwendung desselben - Google Patents
Katheter mit einem lokalisierbaren endbereich und verwendung desselbenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Katheter mit einem distalen
Endbereich.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Überprü
fung der Ortungsgenauigkeit eines biomagnetischen Meßsystems
mit einem Katheter, an dessen Ende mindestens zwei Elektro
den angeordnet sind, bei dem der Endbereich des Katheters zu
dem zu untersuchenden Bereich eines Patienten gebracht wird,
bei dem über sich an dem Endbereich des Katheters befindende
Elektroden ein Strom im zu untersuchenden Bereich erzeugt
wird und bei dem das biomagnetische Meßsystem aus dem von
dem Strom im Katheter und im zu untersuchenden Bereich er
zeugten Magnetfeld mit Hilfe eines ersten Modells den Ort
und die Lage des Endbereichs bestimmt.
Ein Katheter der eingangs genannten Art ist aus der US-PS
50 56 517 bekannt. Auf einer außen liegenden Oberfläche des
distalen Endbereichs des für kardiologische Untersuchungen
vorgesehen Katheters sind zwei Elektroden angeordnet. Der
Endbereich des Katheters kann über eine magnetokardiogra
phische Vermessung geortet werden, wenn über die Elektroden
Herzschritt- oder Herzreizimpulse erzeugt werden. Nachteilig
bei diesem Katheter ist jedoch, daß er nur dann geortet
werden kann, wenn Herzschrittimpulse erzeugt werden. Des
weiteren sind die damit erzeugten Magnetfelder so klein, daß
sie nur mit hochempfindlichen biomagnetischen Meßsystemen
ausreichend genau gemessen werden können. Schließlich ver
ursachen außerhalb des Katheters im Untersuchungsgebiet
fließende elektrische Volumenströme, deren Strompfade im
allgemeinen nicht bekannt sind, Feldverzerrungen, die die
Genauigkeit der Ortung beeinträchtigen.
Auch elektrophysiologische Aktivitäten lassen sich über eine
Messung der durch sie erzeugten Magnetfeldverteilung mit
Hilfe von hochempfindlichen biomagnetischen Meßsystemen
orten. Physikalisch betrachtet stellen die erregten Zellen
galvanische Elemente dar, die in einem leitenden Medium,
nämlich dem menschlichen Körper angeordnet sind. Oft ist ein
ganzes Bündel von Zellen zur selben Zeit aktiv. Dieses
Bündel von Zellen kann durch einen äquivalenten Stromdipol
nachgebildet werden, der aus einer Stromquelle und einer in
geringem Abstand dazu angeordneten Stromsenke besteht. Die
im Körper fließenden elektrischen Ströme sind von einem Mag
netfeld umgeben, das von den elektromagnetischen Eigenschaf
ten des umgebenden Gewebes im wesentlichen unbeeinflußt ist.
Das von einem körperinneren Stromdipol erzeugte magnetische
Feld wird nun außerhalb des Körpers mit Hilfe des biomag
netischen Meßsystems gemessen, um den Ort der Aktivität zu
bestimmen. Dazu kann das Magnetfeld in zwei Anteile zerlegt
werden. Der erste Feldanteil kann auf den Stromdipol und der
zweite Feldanteil auf die Volumenströme zurückgeführt werden.
Während der erste Feldanteil leicht mit Hilfe des Biot-
Savartschen Gesetzes berechnet werden kann, ist der zweite
Feldanteil von den im allgemeinen unbekannten Strompfaden im
Körper abhängig. Der Einfluß der Volumenströme auf das Ge
samtmagnetfeld kann jedoch quantitativ berücksichtigt wer
den, wenn die Geometrie des Körpers bekannt ist. Einfachste
Modelle, die eine analytische Bestimmung erlauben, sind der
unendliche Halbraum für den Oberkörperbereich und die Kugel
für den Kopf. Es hat sich herausgestellt, daß im Gegensatz
zu den elektrischen Feldern Volumenströme weit weniger zu
dem magnetischen Feld beitragen als das Feld des Stromdipols
selbst. Aus diesem Grund werden mit einer biomagnetischen
Lokalisation auch dann zufriedenstellende Ergebnisse erzielt,
selbst wenn die Form und die Leitfähigkeit des menschlichen
Körpers nur grob berücksichtigt wird.
Zur Lokalisierung der Stromdipole werden iterative Verfahren
benutzt, die von einer ersten angenommenen Dipolposition aus
gehen. Der Ort und die Richtung des äquivalenten Stromdipols,
dessen Feld am besten mit dem gemessenen Feld übereinstimmt,
wird mit dem Ort der elektrischen Aktivität im Körper gleich
gesetzt.
Es tritt jedoch die Frage auf, wie groß der Lokalisierungs
fehler des verwendeten Modells ist, das die wahren Verhält
nisse nur unvollkommen berücksichtigen kann. Die Bestimmung
des Ortungsfehlers des biomagnetischen Meßsystems stößt
insbesondere bei Herzuntersuchungen auf Schwierigkeiten, da
am Herzen kein Ort bekannt ist, an dem signifikante Signale
auftreten.
Zur Überprüfung der Ortungsgenauigkeit von biomagnetischen
Meßsystem wurde deshalb von Moshage, Weikl, Achenbach,
Abraham-Fuchs und Schneider in dem Artikel "Progress in
Biomagnetic Imaging of Heart Arrhythmas" erschienen in
Frontiers in European Radiology, Vol. 8, 1990, Springer
Verlag, Berlin, vorgeschlagen, einen Reizkatheter in dem
eingangs genannten Verfahren zu verwenden. Der Katheter
bildet einen Stromdipol nach, wenn über die an der Außen
seite angeordneten Elektroden ein Strom in das Untersu
chungsgebiet geschickt wird. Über eine Magnetfeldmessung
wird nun mit Hilfe des biomagnetischen Meßsystems der Ort
und die Lage des Katheterendes, also der Ort des Stromdipols
oder der Ort der Elektroden, ermittelt. Der Ort des Reiz
katheters in Bezug zum Untersuchungsgebiet wird andererseits
über eine Kernspinresonanzuntersuchung (NMR-Untersuchung)
bestimmt. Dazu wird die Spitze des Katheters mit einem
Kontrastmittel markiert, das im NMR-Bild zu erkennen ist.
Durch eine dabei notwendige Umlagerung des Patienten vom
biomagnetischen Meßsystem zum NMR-Meßsystem sowie die Um
rechnung von NMR-Koordinaten in biomagnetische Koordinaten
können mit diesem Katheter jedoch nicht beliebige Genauig
keiten nachgewiesen werden.
Aus der US-PS 49 95 395 ist bekannt, den Ort von auf einer
Kopfoberfläche plazierten EEG-Elektroden mit Hilfe eines
Vielkanal-Magnetometers zu bestimmen. Dazu ist jeder Elek
trode eine elektrische Spule zugeordnet, durch die zur Or
tung ein Strom geschickt wird. Die durch die Ströme erzeug
ten Magnetfeldverteilung wird von dem Vielkanal-Magneto
meter gemessen. Diese Meßwerte sind die Grundlage zur Orts
bestimmung der Elektroden. Gleichzeitig kann bei entspre
chender Anordnung der Elektroden mit den Spulen die Kopfform
bestimmt werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Katheter
anzugeben, dessen Endbereich einfach und genau zu orten ist.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, mit dem die Lokalisierungsgenauigkeit eines bio
magnetischen Meßsystem einfach überprüft werden kann.
Die erstgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Endbe
reich mindestens eine elektrische Spule angeordnet ist. Mit
Hilfe der Spule lassen sich, ohne einen Patienten zu beein
trächtigen, ausreichend starke Magnetfelder aufbauen, die
auch mit im Vergleich zu biomagnetischen Meßeinrichtungen
weniger empfindliche Magnetfeldmeßeinrichtung gemessen wer
den können. Aus der Magnetfeldverteilung kann der Ort der
Spule genau bestimmt werden, weil keine Feldverzerrung durch
Volumenströme auftreten können. Bei Dauerregung der Spule
lassen sich mit dem Katheter pathologische Herztätigkeiten
lokalisieren.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung zeichnet sich da
durch aus, daß im Endbereich mindestens ein Kanal mündet,
der innerhalb des Katheters verläuft. Der Ort der Kanal
mündung läßt sich über die Messung der von der Spule er
zeugten Magnetfeldverteilung genau bestimmen. Der Kanal
kann vorgesehen sein zur Durchführung von Ablationsdrähten
oder faseroptische Mitteln, zur Suktion, zur Infusion von
Flüssigkeiten oder zur Messung von physikalischen Größen im
Körper, wie z. B. Druckmessung im Herzen.
Die zweitgenannte Aufgabe wird bei dem Verfahren dadurch ge
löst, daß über die Zuleitungen ein Strom durch eine in der
Nähe der Elektroden angeordnete Spule geschickt wird und daß
das biomagnetische Meßsystem aus dem von der Spule erzeugten
Magnetfeld mit Hilfe eines zweiten Modells den Ort und die
Lage der Spule bestimmt.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden
anhand von drei Figuren erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Katheter mit verdrillten Zuleitungen zu
zwei Elektroden und zu einer Spule,
Fig. 2 zeigt einen Katheter mit koaxialen Zuleitungen zu den
Elektroden und zu der Spule und
Fig. 3 zeigt einen Katheter mit einer im Endbereich ange
ordneten Spule und einer Kanalmündung.
Fig. 1 zeigt den distalen Endbereich 1 eines Katheters 2 in
einem zu untersuchenden Gebiet 4. Der Katheter 2 erlaubt es,
die Ortungsgenauigkeit eines biomagnetischen Meßsystems 6 zu
überprüfen.
Das Ende des Katheters 2 ist durch eine erste Platin-Elek
trode 8 verschlossen. Ungefähr 10 mm vom Ende entfernt ist
am Umfang des Katheters 2 eine zweite ringförmige Platin-
Elektrode 10 angeordnet. Die beiden Elektroden 8 und 10 sind
über elektrische Zuleitungen 12 mit einer elektrische Ener
giequelle 14 verbunden. Die elektrische Energiequelle 14 er
laubt es, eine Spannung an die Elektroden 8 und 10 zu legen,
die im zu untersuchenden Gebiet 4 Körperströme erzeugt.
Die Zuleitungen 12 sind im Innern des Katheters geführt und
von der zweiten Elektrode 10 bis zur Energiequelle 14 mit
einander verdrillt. Das von den verdrillten Zuleitungen 12
bei Stromdurchgang erzeugten Magnetfeld ist in einiger Ent
fernung so gering, daß es vom biomagnetischen Meßsystem 6
nicht mehr gemessen werden kann.
Im Innenraum des Katheters ist in der Nähe der Elektroden 8
und 10 eine elektrische Spule 16 angeordnet. Die Spule 16 ist
axial zum Endbereich 1 des Katheters 2 ausgerichtet und unge
fähr in der Mitte zwischen beiden Elektroden 8 und 10 an der
Innenwand des Katheters 2 befestigt. Der Außendurchmesser
der Spule 16 ist ungefähr gleich dem Innendurchmesser des
Katheters 2. Die Spule 16 ist über Zuleitungen 18 ebenfalls
mit der elektrischen Energiequelle 14 verbunden. Die elek
trische Energiequelle 14 erlaubt es, einen Strom über die
Zuleitungen 18 durch die Spule 16 zu schicken. Die Zulei
tungen 18 sind ebenfalls wie die Zuleitungen 12 miteinander
verdrillt, um störende parasitäre Magnetfelder zu vermeiden.
Im Unterschied zu Fig. 1 sind in Fig. 2 die Elektroden 8 und
10 über koaxiale elektrische Zuleitungen 13 und die Spule 16
über koaxiale elektrische Zuleitungen 17 mit der elektrischen
Energiequelle 14 verbunden. Damit sind auch geringe, von
einer möglicherweisen ungleichmäßigen Verdrillung herrühren
de örtliche Magnetfelder ausgeschlossen.
Die weitere Beschreibung gilt sowohl für den Katheter 2 nach
Fig. 1 als auch für den Katheter 2 nach Fig. 2. Die Messung
der biomagnetischen Felder wird in einer Abschirmkammer
(nicht dargestellt) durchgeführt, in der eine Gradiometer
anordnung 19 mittels eines Stativs in die Nähe des zu unter
suchenden Gebietes 4 positioniert werden kann. Die von der
Gradiometeranordnung 19 abgegebenen Meßwerte der Magnet
feldverteilung werden über geschirmte Zuleitungen 20 einem
Rechner 22 zugeführt. Aus den Meßwerten ermittelt der Rech
ner 22 über ein Modell mit Hilfe eines Iterationsverfahrens
den Ort und die Richtung eines eine elektrische Aktivität in
dem zu untersuchenden Gebiet beschreibenden Stromdipols. Die
Abschirmkammer mit der Gradiometeranordnung 19 und dem über
die Zuleitungen damit verbundenen Rechner 22 wird als bio
magnetisches Meßsystem 6 bezeichnet.
Zum Überprüfen der Ortungsgenauigkeit des biomagnetischen
Meßsystem 6 wird zuerst der Endbereich des Katheters mit
den Elektroden 8 und 10 sowie der Spule 16 zu dem zu unter
suchenden Bereich 4 eines Patienten gebracht. Zur Überprü
fung der Ortungsgenauigkeit bei Herzuntersuchungen wird der
Katheter 2, z. B. über eine brachiale Vene zum rechten Ven
trikel des Herzens geführt. Wegen des relativ großen Venen
durchmessers kann der Durchmesser des Katheters 2 einige
Millimeter betragen.
Über die Zuleitungen 12 bzw. 13 wird ein Stromimpuls zu den
Elektroden 8 und 10 geschickt. Meßbar ist nun eine Magnet
feldverteilung, die sowohl von dem mit der Elektrode 8 ver
bundenen Leitungsstück 24 der Zuleitung 12 bzw. 13, das sich
im Innenraum des Katheters als Einzelleitung von der Elek
trode 8 bis zur Elektrode 10 erstreckt, sowie von den im
Untersuchungsgebiet 4 fließenden Strömen erzeugt wird. Mit
tels eines ersten Modells, z. B. der unendliche, homogen leit
fähige Halbraum, wird nun der Ort des Leitungsstücks 24 aus
den von der Gradiometerordnung 18 gemessenen Magnetfeld
gradienten bestimmt.
Danach wird über die Zuleitungen 17 bzw. 18 von der elektri
schen Energiequelle 14 ein Strom durch die Spule 16 ge
schickt. Das von der Spule 16 erzeugte Magnetfeld wird von
der Gradiometeranordnung 19 des biomagnetischen Meßsystems 6
gemessen. Mit Hilfe des Modells Spule im Vakuum werden auf
der Grundlage des Biot-Savartschen Gesetzes der Ort und die
Richtung der Spule 16 vom Rechner 22 des biomagnetischen Meß
systems 6 bestimmt. Diese Ortung ist sehr genau, weil der
Strom ausschließlich durch die Spule 16 und nicht im Unter
suchungsgebiet 4 fließt.
Durch Vergleich der beiden Lokalisierungen kann die Genauig
keit des speziellen ersten Modells in vivo überprüft werden.
Sowohl der Strom durch die Spule 16 als auch der Strom über
die Elektroden 8 und 10 wird so gewählt, daß das biomagne
tische Meßsystem 6 nicht übersteuert wird, so daß ohne Um
schaltungen der Empfindlichkeit sowohl die Spule 16 als
auch das Leitungsstück 24 geortet werden können.
Fig. 3 zeigt nun einen Katheter 2, an dessen distalem End
bereich 1 die Spule 16 angeordnet ist. Das Ende des Kathe
ters 2 ist mit einer halbkugelförmigen Kunststoffplatte 24,
in dessen Mitte ein im Innern des Katheters 2 geführter
Kanal 26 mündet, abgeschlossen. Der Kanal kann vorgesehen
sein zur Einführung von Ablationsdrähten oder faseropti
schen Mitteln, zur Suktion, zur Infusion von Flüssigkeiten
oder zur Messung von physikalischen Größen, wie z. B.
Druckmessung im Herzen.
Die Spule 16 ist über die koaxiale elektrische Zuleitung 17
mit der elektrischen Energiequelle 14 verbunden. Über die
elektrische Energiequelle 14 ist die Stärke des von der
erregten Spule 16 erzeugten Magnetfeldes in weiten Grenzen
frei wählbar. Der Patient wird von dem Magnetfeld nicht
beeinträchtigt. Die von der Spule 16 erzeugte Magnetfeld
verteilung wird von einer Magnetometer- oder Gradiometer
anordnung 28 gemessen. Hier braucht keine hochempfindliche
biomagnetische Meßanordnung 6 verwendet werden. Es soll je
doch betont werden, daß bei entsprechender Wahl der Magnet
feldstärke die Feldverteilung auch mit der schon anhand von
Fig. 1 und 2 beschriebenen biomagnetischen Meßanordnung 6 ge
messen werden kann. Aus der Feldverteilung wird dann vom
Rechner 22 der Ort der Spule 16, z. B. mit einem auf dem
Biot-Savartschen Gesetz beruhenden Verfahren bestimmt.
Eine zusätzliche Diagnosemöglichkeit ist eröffnet, wenn bei
Dauererregung der Spule 16 die Bewegung des Endbereichs 1
mit dem Herzschlag und mit der Atmung gemessen wird. Damit
kann eine Lokalisierung pathologischer Herztätigkeiten re
lativ zum Endbereich 1 vorgenommen werden.
Die Einflüsse der Herz- und Atembewegungen auf das Unter
suchungsgebiet 4 können je nach medizinischer Fragestel
lung durch eine entsprechende Triggerung weitgehend ausge
schlossen werden.
Claims (10)
1. Katheter (2) mit einem distalen Endbereich (1), da
durch gekennzeichnet, daß im End
bereich (1) mindestens eine elektrische Spule (16) ange
ordnet ist.
2. Katheter nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die mindestens eine Spule (16) im
Innenraum des Endbereichs (1) angeordnet ist.
3. Katheter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die mindestens eine Spule
(16) mit verdrillten Zuleitungen (18) verbunden ist, die
innerhalb des Katheters (2) geführt sind.
4. Katheter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die mindestens eine Spule
(16) mit einer koaxialen Zuleitung (17) verbunden ist, die
innerhalb des Katheters (2) geführt ist.
5. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß auf
einer außen liegenden Oberfläche des Endbereichs (1)
mindestens zwei Elektroden (8, 10) angeordnet sind.
6. Katheter nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die mindestens zwei Elek
troden (8, 10) mit verdrillten Zuleitungen (12) verbunden
sind, die innerhalb des Katheters (2) verlaufen.
7. Katheter nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die mindestens zwei Elektroden
(8, 10) mit einer koaxialen Zuleitung (13) verbunden sind,
die innerhalb des Katheters verläuft.
8. Katheter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß im
Endbereich (1) mindestens ein Kanal (26) mündet, der
innerhalb des Katheters verläuft.
9. Verfahren zum Überprüfen der Ortungsgenauigkeit eines
biomagnetischen Meßsystems (6) mit einem Katheter (2) nach
einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem
- a) das Ende des Katheters (2) zu dem zu untersuchenden Bereich (4) eines Patienten gebracht wird, bei dem
- b) über sich im Endbereich des Katheters (2) befindenden Elektroden (8, 10) ein Strom im zu untersuchenden Bereich (4) erzeugt wird und bei dem
- c) das biomagnetische Meßsystem (6) aus dem von dem Strom im Katheter (2) und im Körperbereich (4) erzeugten Magnet feld mit Hilfe eines ersten Modells den Ort und die Lage des Endbereichs des Katheters (2) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß
- d) ein Strom durch eine in der Nähe der Elektroden (8, 10) angeordnete Spule (16) geschickt wird und daß
- e) das biomagnetische Meßsystem (6) aus dem von der Spule (16) erzeugten Magnetfeld mit Hilfe eines zweiten Modells dem Ort und die Lage der Spule (16) bestimmt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schritte b) und c) in
der zeitlichen Reihenfolge mit den Schritten d) und e)
vertauscht sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4215901A DE4215901A1 (de) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | Katheter mit einem lokalisierbaren endbereich und verwendung desselben |
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DE4215901A DE4215901A1 (de) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | Katheter mit einem lokalisierbaren endbereich und verwendung desselben |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4215901A1 true DE4215901A1 (de) | 1993-08-12 |
Family
ID=6458849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4215901A Ceased DE4215901A1 (de) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | Katheter mit einem lokalisierbaren endbereich und verwendung desselben |
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