DE68919182T2

DE68919182T2 - Verfahren und Gerät zur Ermittlung der Lage eines Katheters.

Info

Publication number: DE68919182T2
Application number: DE68919182T
Authority: DE
Inventors: Michael C Ferragamo; Donald A Kay; Alan R Shapiro; Clair L Strohl; Gary R Whipple
Original assignee: Pharmacia Deltec Inc
Current assignee: Smiths Medical ASD Inc
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1989-09-13
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: DK44591D0; AU633232B2; DE68919182D1; ATE113454T1; US4905698B1; EP0359697B1; CA1330108C; EP0434745A1; WO1990002514A1; JP2777244B2; US4905698A; IE62403B1; EP0359697A1; AU4227589A; KR0124415B1; JPH04500618A; DK44591A; KR900701217A; IE892856L

Description

Hintergrund

Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren und eine Vorrichtung zur exakten Bestimmung der Lage eines Katheters in einem Blutgefäß in biologischem Gewebe, insbesondere in Venen oder Arterien und speziell in der Vena cava (Hohlvene).
Die Behandlung bestimmter Krankheiten des Menschen macht oft die kurzzeitige oder längerfristige Infusion von Arzneimitteln, Blutprodukten, Ernährungs- oder sonstiger Flüssigkeiten in das venöse oder das arterielle Gefäßsystem des Patienten erforderlich. Wenn derartige flüssigkeiten parenteral verabreicht werden müssen, wird üblicherweise mit einer Kanüle eine Venenpunktion vorgenommen und dann ein steriler Kunststoffkatheter in die Vene eingesetzt. Alternative Techniken des Zugangs zu Blutgefäßen sind beispielsweise der chirurgische Schnitt oder die Seldinger-Technik mit einem Dilator mit Umhüllung über einen Führungsschacht. Bei der parenteralen Ernährung, der Chemotherapie von Krebs und bei häufiger Therapie mit Antibiotika wird der Katheter in einem Bereich mit großem Blutvolumen plaziert, um eine Verletzung der Gefäßinnenhaut (intima) entlang der Blutbahn zu verhindern. Der Endpunkt der im Gefäß liegenden Katheterspitze ist in vielen fällen die obere Hohlvene. Die Methode, bei der der Katheter eingesetzt wird, wird als Zentralvenenkatheterisierung (ZVK) bezeichnet; mit zunehmender Erfahrung wurde auch mehr und mehr erkannt, wie wichtig die exakte Plazierung der Katheterspitze ist.
Das in der Praxis übliche Verfahren zur Feststellung der richtigen Plazierung eines zu Therapiezwecken eingesetzten Gefäßkatheters in der oberen oder der unteren Hohlvene ist die Visualisierung durch Fluoroskopie oder Röntgenaufnahme. Jedoch ist jede zusätzliche Belastung des Patienten und des Klinikpersonals mit Strahlung von Nachteil und auch unnötig, wenn eine alternative Methode der Lokalisierung zur Verfügung steht.
Eine neuere Technik zur Katheterlokalisierung wird in der US-A 4 173 228 beschrieben, in der ein Katheter offenbart wird, der eine Spule zur Erfassung eines magnetischen Felds aufweist, das außerhalb des biologischen Gewebes mit einer anderen Spule mit einer Achse parallel zur Oberfläche des biologischen Gewebes erzeugt wird. Die Lage des Katheters wird dadurch ermittelt, daß die Ausgangsspannung der Detektorspule überwacht wird, während die Erzeugerspule über die Oberfläche des biologischen Gewebes bewegt wird, wobei die Maximalamplitude gesucht wird. Zusätzlich wird die Phase des Detektorspulensignals im Vergleich zum Erzeugerspulensignal erfaßt, um zu erkennen, ob die Detektorspule in dieselbe Richtung zeigt wie die Erzeugerspule oder in die entgegengesetzte Richtung. Ferner ist eine Generatorspule senkrecht zur Oberfläche des biologischen Gewebes vorgesehen. Durch Überwachungen der Ausgangsamplitude der Detektorspule als Antwort auf das von dieser zweiten Erzeugerspule erzeugte Magnetfeld erhält man die Information, ob die Katheterspule in Richtung auf die Oberfläche des biologischen Gewebes weist, oder davon weg.
Bei dieser Technik ist die Positionsangabe stets mit einer gewissen Unsicherheit behaftet, weil das Maximum des Ausgangssignals der Detektorspule nicht besonders gut zu erkennen ist. In dem Bereich der Oberfläche des biologischen Gewebes, der unmittelbar über der Katheterspule liegt, sind die Änderungen der Amplitude des Ausgangssignals nur sehr gering.
Eine andere Technik zur Katheterlokalisierung wird in der US-A 4 317 078 beschrieben, die ebenfalls einen Katheter mit einer Spule zur Erfassung eines außerhalb des biologischen Gewebes mit einer anderen Spule erzeugten magnetischen Felds offenbart. Jedoch liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform die Achse der Erzeugerspule senkrecht zur Oberfläche des biologischen Gewebes. Der Katheter wird dadurch lokalisiert, daß die Ausgangsamplitude des Detektorsignals während zweier linearer Bewegungen der Erzeugerspule, vorzugsweise entlang zweier senkrechter Achsen, aufgezeichnet wird und die Position und die Neigung der Detektorspule bezüglich dieser Achsen aus den aufgezeichneten Minima und Maxima der Amplitude errechnet werden.
Es besteht somit eine Bedarf an einer Echtzeitinformation zur exakten Lokalisierung eines Katheters im Körper eines Patienten anhand äußerer Markierungen auf dem Körper, bei der die Kosten, der Zeitaufwand und die Risiken, die mit einer Strahlenbelastung verbunden sind, entfallen und für die weder teure Technik noch geschultes Personal erforderlich sind.

Zusammenfassung

Die vorliegende Erfindung löst diese und weitere Aufgaben, indem sie Katheter im Körper eines Patienten dadurch lokalisiert, daß sie mit einem Detektor als Antwort auf ein magnetisches Wechselfeld eine Ausgangsspannung erzeugt. Entweder der Detektor oder die Magnetfeldquelle kann herausnehmbar im Katheter untergebracht sein und zusammen mit diesem eingeführt werden, wobei bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Detektor am Führungsdraht des Katheters befestigt ist. Durch Vergleich des Wechselstroms für die Erzeugung des Magnetfelds mit der Ausgangsspannung des Detektors kann eine Anzeige erfolgen, wenn die Ausgangsspannung gleichphasig mit dem Wechselstrom ist, wenn keine Ausgangsspannung gegeben ist und wenn die Phase der Ausgangsspannung um 180º gegen die Phase des Wechselstroms versetzt ist, so daß die Position des Magnetfelds relativ zum Detektor angegeben wird.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur exakten Lokalisierung eines Katheters in einem Gefäß in biologischem Gewebe zur Verfügung zu stellen.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Vorrichtung zur exakten Lokalisierung eines Katheters in einem Gefäß in biologischem Gewebe zur Verfügung zu stellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Lokalisierung eines Katheters in einem Gefäß in biologischem Gewebe zur Verfügung zu stellen, die keinen Einsatz von Röntgenstrahlen erforderlich machen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Katheterlokalisierung zur Verfügung zu stellen, die vom Klinikpersonal ohne umfangreiche vorherige Schulung eingesetzt werden können.
Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Katheterlokalisierung zur Verfügung zu stellen, die einfach in der Anwendung sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Katheterlokalisierung zur Verfügung zu stellen, die billig sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Katheterlokalisierung zur Verfügung zu stellen, die eine Echtzeitinformation über die Katheterposition anhand äußerer Markierungen auf dem Körper liefern.
Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Vorrichtung zur Anwendung mit einem Katheter zur Verfügung, wobei der Katheter eine Spitze und eine lichte Weite aufweist und die Vorrichtung zum Bestimmen des Ortes der Spitze des Katheters in biologischem Gewebe geeignet ist, aufweisend eine Einrichtung zur Energieversorgung zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, wobei der Strom eine erste Phase aufweist, wobei die Einrichtung so geartet ist, daß sie außerhalb des biologischen Gewebes nach Maßgabe äußerer anatomischer Landmarken bzw. Markierungen positionierbar ist, die mit der ungefähren Lage der Spitze des Katheters übereinstimmen, und so geartet ist, daß sie die Feldlinien im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Gewebeoberfläche ausrichtet;
eine Detektionseinrichtung zum Erzeugen einer abgegebenen Wechselspannung als Antwort auf das magnetische Wechselfeld, die eine zweite Phase aufweist; und eine mit der Einrichtung zur Energieversorgung und der Detektionseinrichtung verbundene elektronische Einrichtung, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Detektionseinrichtung so geartet ist, daß sie innerhalb der lichten Weite des Katheters an der Katheterspitze entfernbar positioniert ist;
daß eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der ersten Phase mit der zweiten Phase vorgesehen ist;
daß die elektronische Einrichtung auch eingerichtet ist zur Verbindung mit der Vergleichseinrichtung und zum Anzeigen des Bereichs des magnetischen Wechselfeldes, welcher in der Detektionseinrichtung zur Abgabe einer Gesamt- Wechselspannung von Null führt, und zum Anzeigen einer vorbestimmten Phasenübergangssequenz bezüglich der abgegebenen Spannung im Vergleich zur ersten Phase, wenn die Einrichtung zur Energieversorgung in die unmittelbare Nähe der Detektionseinrichtung und in senkrechter Anordnung dazu über sie hinweg bewegt wird, wobei die Anzeige eine einfache Koordinate der Lage der Katheterspitze ist.
Mit der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren zur Anwendung mit einem Katheter, der eine Spitze und eine lichte Weite aufweist, zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren den Ort der Spitze des Katheters in biologischem Gewebe bestimmt und die Schritt aufweist:
Bereitstellen einer Detektionseinrichtung im Bereich der Spitze der lichten Weite des Katheters zum Erzeugen einer abgegebenen Wechselspannung als Antwort auf ein magnetisches Wechselfeld in unmittelbarer Nähe zur Detektionseinrichtung;
Führen einer Einrichtung zur Energieversorgung über die Außenseite des biologischen Gewebes nach Maßgabe von anatomischen Landmarken in Übereinstimmung mit der ungefähren Lage der Spitze des Katheters, wobei die Einrichtung zur Energieversorgung das magnetische Wechselfeld erzeugt, wobei der Strom eine erste Phase aufweist, bei der die Feldlinien im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Gewebeoberfläche verlaufen, und in der Detektionseinrichtung die eine zweite Phase aufweisende abgegebene Wechselspannung erzeugt, wenn die Einrichtung zur Energieversorgung und die Detektionseinrichtung sich in unmittelbarer Nähe und in senkrechter Anordnung zueinander befinden, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Einrichtung zur Energieversorgung und der Detektionseinrichtung verbundene Vergleichseinrichtung vorgesehen wird zum Vergleichen der zweiten Phase der abgegebenen Wechselspannung mit der ersten Phase des magnetischen Wechselfeldes; und
eine einfache Koordinate der Lage der Spitze des Katheters bestimmt wird durch Messen eines ebenen Bereiches, innerhalb dessen das magnetische Wechselfeld in der Detektionseinrichtung eine Gesamt-Wechselspannung von Null erzeugt, und innerhalb dessen die Vergleichseinrichtung bezüglich der abgegebenen Spannung bei Vergleich mit der ersten Phase eine vorbestimmte Phasenübergangssequenz erzeugt, wenn die Einrichtung zur Energieversorgung in die unmittelbare Nähe der Detektionseinrichtung und in senkrechter Anordnung dazu über sie hinweg bewegt wird.
Die vorgenannten und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer ersichtlich aus nachstehender ausführlicher Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Beschreibung der Zeichnungen

Die beispielhafte Ausführungsform kann am besten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, die folgendes zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Lokalisierung eines Katheters in biologischem Gewebe gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung, wobei das schematisch dargestellte Magnetfeld eine Amplitude und eine Polarität zeigt, die nur kurzzeitig gegeben sind;
Fig. 2: einen Querschnitt eines Katheters, einschließlich eines Detektor, der am Führungsdraht der Vorrichtung nach Fig. 1 befestigt ist;
Fig. 3A und 3B: nebeneinandergehalten ein Schaltschema der Vorrichtung nach Fig. 1.
Alle Zeichnungen sollen lediglich dem leichteren Verständnis der grundlegenden Lehre der vorliegenden Erfindung dienen; die Bedeutung der Zeichnungen hinsichtlich Anzahl, Lage, Beziehung und Abmessungen der Teile, die die bevorzugte Ausführungsform bilden, wird erläutert oder ist dem Fachmann klar, wenn er die nachfolgende Lehre der Erfindung gelesen und verstanden hat. Auch die exakten Abmessungen und Maßverhältnisse zur Einhaltung bestimmter Kraft-, Gewichts- und Widerstandsanforderungen und dergleichen sind dem Fachmann klar, wenn er die nachfolgende Lehre der Erfindung gelesen und verstanden hat.
In allen Zeichnungen sind gleiche oder vergleichbare Teile mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Außerdem ist davon auszugehen, daß die hier verwendeten Begriffe "Ende", "der/die/das Erste", "der/die/das Zweite", "entfernt", "nächstgelegen" und dergleichen sich nur auf das in den Zeichnungen Dargestellte beziehen, wie es sich dem Betrachter der Zeichnungen darstellt, und nur der Vereinfachung der Beschreibung der Erfindung dienen.

Beschreibung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lokalisierung der Spitze eines perkutanen Katheters oder eines Katheters, der Teil eines Venen- oder Arterienimplantats eines Patienten ist, ist in den Zeichnungen dargestellt und generell mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 umfaßt allgemein einen Wechselstrom-Magnetfeld-Detektor 12, der bei der bevorzugten Ausführungsform in einer Linie mit der Spitze 14 eines Gefäßkatheters 16 liegt, eine Wechselstromquelle 18 und eine elektronische Steuerung 20.
Die Energiequelle 18 erzeugt und überträgt bei der bevorzugten Ausführungsform mit einem Spulenstrom von 120 bis 200 mArms ein elektromagnetisches Wechselfeld von einem Viertel bis einem halben Watt mit einer Frequenz, die aus praktischen Gründen im Bereich von 50 bis 350 kHz und bevorzugt im Bereich von 100 bis 200 kHz liegt. Die Quelle 18 kann auf der Haut an einer äußeren Markierung, die mit dem gewünschten Endpunkt der Katheterspitze 14 übereinstimmt, positioniert werden, wobei die Magnetfeldlinien im wesentlichen senkrecht zur Hautebene verlaufen und sich in den Körper des Patienten hinein erstrecken. Bei der bevorzugten Ausführungsform reagiert der Detektor 12 auf das von der Quelle 18 übertragene elektromagnetische Wechselfeld durch Erzeugung einer geringen Spannung, wenn er räumlich in die Nähe der Quelle 18 kommt. Insbesondere dann, wenn die Feldlinien des von der Quelle 18 übertragenen Magnetfelds genau senkrecht zur Achse des Detektors 12 ausgerichtet sind, wird ein Nettomagnetfluß von Null erfaßt und deshalb vom Detektor 12 keine Ausgangsspannung aufgebaut. Wenn der Detektor 12 sich über die Linie der senkrechten Feldlinien bewegt, kommt es in der vom Detektor 12 aufgebauten Ausgangsspannung zu einer Phasenänderung. Somit kann durch Darstellung der Phase und der Höhe der vom Detektor 12 entwickelten Spannung die Ausrichtung oder die Lage des Detektors 12 bezüglich der Quelle 18 festgestellt werden. Speziell bei der bevorzugten Ausführungsform liefert die elektronische Steuerung 20 einen Wechselstrom zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes, das von der Quelle 18 aufgebaut wird; sie erfaßt, verarbeitet und verstärkt die aufgebaute Spannung und die Phasenänderung der im Detektor 12 aufgebauten Spannung und vergleicht die erzeugten Signale mit den gemessenen Signalen, um eine geeignete Anzeige der jeweiligen Position des Detektors 12 und der Quelle 18 zueinander zu liefern, beispielsweise optische und akustische Signale.
Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist der Detektor 12 in der Spitze eines hohlen Kabelmantels oder Führungsdrahts 22 untergebracht; er weist einen im allgemeinen zylindrischen Kern 24 aus magnetisch permeablem Material auf und ist bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ein Festkörper. Der Kern 24 erstreckt sich in das freie Ende des Führungsdrahts 22 und ist in geeigneter Weise an diesem befestigt - beispielsweise durch ein Haftmittel 26 zwischen der Innenfläche des Führungsdrahts 22 und der Außenfläche des Kerns 24. Der Kern 24 erstreckt sich über das freie Ende des Führungsdrahts 22 hinaus und weist eine Spule 28 aus dünnem Draht auf, die einen Durchmesser von etwa 0,002 Inch (0,051 mm) hat und koaxial zum Führungsdraht 22 auf den Kern gewickelt ist. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform weist die Spule 28 30 bis 60 Windungen mit einem Durchmesser von 0,026 Inch (0,66 mm) auf. Die Spule 28 weist Anschlußdrähte 30 auf, die sich durch den Hohlraum des Führungsdrahts 22 zur Steuerung 20 erstrecken. Auf der um den Kern 24 gewickelten Spule 28 kann eine Beschichtung 32 vorgesehen sein. Der Katheter 16 und der Führungsdraht 22 können Standardverbindungsstücke aufweisen, wie sie bei den üblichen Katheterplazierungstechniken verwendet werden.
Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist die Quelle 18 in einem Führungselement 34 von im allgemeinen länglicher Form untergebracht, das die Bedienperson wie einen Tennisschläger in die Hand nimmt. Die Quelle 18 weist einen im allgemeinen zylindrischen Kern 36 aus magnetisch permeablem Material auf und ist bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ein Festkörper. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist der Kern 36 im allgemeinen senkrecht zur Greifachse des Führungselements 34 und axial mit einer Spule 38 aus dünnem Draht mit einem Durchmesser von etwa 0,030 Inch (0,762 mm) umwickelt. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform weist die Spule 38 80 bis 100 Windungen mit einem Durchmesser von 0,71 Inch (1,80 cm) auf. Die Spule 38 besitzt Anschlußdrähte 40, die durch den Hohlraum des Führungselements 34 zur Steuerung 20 verlaufen.
Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform weist das Führungselement 34 optische und akustische Anzeigeelemente auf. Insbesondere sind am Führungselement die bernsteinfarbene Leuchtdiode 42 und die rote Leuchtdiode 44 vorgesehen, und in der Steuerung 20 kann ein Tonwandler, beispielsweise ein Summer 48, vorgesehen sein. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform zeigt die bernsteinfarbene Anzeige 42 an, daß die Quelle 18 in größter Nähe zur Spitze 14 des Katheters 16 ist, und die rote Anzeige 44 zeigt an, daß die Quelle 18 den größten Abstand zur Spitze 14 des Katheters 16 hat. Zwischen den Anzeigen 42 und 44 und der Steuerung sind geeignete Anschlußdrähte 50 vorgesehen. Außerdem ist über geeignete Anschlußdrähte 64 ein Ein/Aus-Schalter 60 mit optischer Kontrollanzeige 62 in Reihenschaltung (beispielsweise einer grünen Leuchtdiode) elektrisch mit der Steuerung 20 verbunden.
Auf der Grundlage dieser Erläuterungen wird die elektrische Schaltung beschrieben, die sich bisher in der Praxis bewährt hat. Dazu wird auf die Figuren 3A und 3B Bezug genommen, die beide zusammen einen beispielhaften Schaltplan der elektronischen Steuerung 20 bilden. Zunächst wird auf die linke obere Ecke von Fig. 3A verwiesen, wo der Führungsdraht 22, der Kern 24, die Spule 28 und die Anschlußdrähte 30 - alles Elemente des Detektors 12 - zu sehen sind.
Die Steuerung 20 setzt sich aus mehreren Bereichen zusammen. Der erste angesprochene Bereich ist der Bereich der Signalverstärkung und der Wahlschaltung bestehend aus einem Transformator T1, einem ersten Operationsverstärker U1, einem zweiten Operationsverstärker U2 und einem Analogschalter U3. Das vom Detektor 12 über den Führungsdraht 22 erhaltene Signal wird in die Primärseite des Transformators T1 eingespeist, der in der Praxis ein 1: 10-Aufwärtstransformator ist. Die Sekundärseite des Transformators T1 ist mit dem Operationsverstärker U1 verbunden, der das Signal verstärkt und bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform einen Verstärkungsfaktor von etwa 200 hat. Das verstärkte Signal vom Operationsverstärker U1 wird in den Operationsverstärker U2 eingespeist, der bei der bevorzugten Ausführungsform einen Verstärkungsfaktor von etwa 4 hat. Der Analogschalter U3 kann beispielsweise ein Viererschalter DG201A von Intersil sein.
Da der Schaltplan die tatsächlich in die Vorrichtung 10 eingebaute Schaltung darstellt, sei nunmehr darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung zwei Betriebsarten hat, nämlich die Betriebsart "Normalbetrieb" und die Betriebsart "Tiefenbetrieb". Die Funktion des Analogschalters U3 ist es, entweder den Ausgang vom Operationsverstärker U1 (bei Normal betrieb) oder den Ausgang vom Operationsverstärker U2 (bei Tiefenbetrieb) zu übernehmen. Der Analogschalter U3 versorgt auch die Anzeige 72 ("normal") und die Anzeige 74 ("tief") mit Strom. Zu beachten ist, daß bei Normal betrieb der Steuerung 20 das verstärkte Signal vom Operationsverstärker U1 unmittelbar in einen Phasendetektor U4 (der nachfolgend noch näher behandelt wird) eingespeist wird, während bei Tiefenbetrieb das Signal vom Operationsverstärker U1 zusätzlich durch den zweiten Operationsverstärker U2 verstärkt und dann in den Phasendetektor U4 eingespeist wird. Aus praktischen Gründen muß das in den Phasendetektor U4 eingespeiste Signal auf einen Mindestpegel von 700 mV Spitze-Spitze verstärkt werden.
Als nächstes wird der als "Spulentreiber des Führungselements" bezeichnete Abschnitt beschrieben, der im wesentlichen einen Inverter U15 - beispielsweise einen Hexagonalinverter CD4049BE von RCA -, drei Feldeffekttransistoren Q3, Q4 und Q5, die Spule 38 des Führungselements 34 und eine Kapazität C38 von 0,01 µF mit den zugehörigen Schaltkreisen, die nicht näher beschrieben werden müssen, aufweist. Diese Bauelemente bilden eine Oszillatorschaltung, deren Frequenz von der durch die Induktivität der Spule 38 des Führungselements und der Kapazität des C-Glieds C38 beeinflußten Serienresonanzfrequenz bestimmt wird. Bei der Serienresonanzfrequenz fließt ein maximaler Strom durch die Spule 38, weshalb an dem Widerstand R47 ein Spannungsmaximalwert erfaßt wird. Wie zu sehen ist, wird diese Spannung wieder an den Inverter U15 angelegt, der das Signal so verstärkt, daß es bei den FET Q3, Q4 und Q5 einen maximalen Spannungshub auslöst. Rückkopplung stellt sicher, daß der durch die Spule 38 fließende Strom immer einen Maximalwert hat, unabhängig von kurzzeitigen oder länger dauernden Änderungen in der Spule 38, der Kapazität C38 oder in einem der zugehörigen Schaltkreise, die in der unteren rechten Ecke von Fig. 3B zu sehen sind.
Wie zu sehen ist, wird ein Teil der Oszillatorausgangsspannung von der Verbindungsstelle der zwei Widerstände R44 und 45 durch ein Phasenkompensationsnetz, das einen Stellwiderstand R24 und eine Kapazität C21 aufweist, zugeführt, wobei dieser Teil der Oszillatorausgangsspannung dann dem Vergleicher 1U5 zugeführt wird. Der Vergleicher 1U5 verstärkt das Oszillatorsignal so weit, daß ein maximaler Spannungshub erreicht wird, und dieses Spannungssignal wird an den Phasendetektor U4 angelegt.
Aus der näheren Beschreibung der Rolle, die der Phasendetektor U4 spielt, wird ersichtlich, daß der Phasendetektor U4 das verstärkte Signal vom Detektor 12 und die Spulentreiberspannung vom Vergleicher 1U5 empfängt, wobei der Detektor U4 die Phasen dieser zwei Spannungssignale vergleicht. Der Vergleicher U4 kann beispielsweise ein CD4046BCN-Vergleicher von National Semiconductor sein. Wenn das Führungselement 34 der Spule 28 des Detektors 12 am nächsten ist, wie in Fig. 1 als Diagramm III dargestellt, sind die beiden Spannungen gleichphasig und liefern einen hohen Ausgangsspannungsmittelwert an Stift 2 des Phasendetektors U4. Diese Spannung wird von dem Widerstand R11 und die Kapazität C11 auf einen Gleichspannungspegel gebracht, der in der Praxis etwa +7 bis + 9 V entspricht. Diese geglättete Spannung wird dann an Stift 4 des Vergleichers 2U5 angelegt und bewirkt an dessen Ausgangsstift 2 eine gegen Null Volt gehende Spannung, wodurch die bernsteinfarbige Anzeige (Leuchtdiode) 42 aufleuchtet. Wenn jedoch das Führungselement 34, genauer gesagt seine Spule 38, von der Spule 28 des Detektors 12 am weitesten entfernt ist, wie in Fig. 1 mit Diagramm I dargestellt, sind die beiden Spannungen um 180º gegeneinander phasenversetzt, wodurch sowohl an Stift 4 des Vergleichers 2U5 als auch an Stift 7 eines weiteren Vergleichers 3U5 eine niedrige Gleichspannung entsteht, die bernsteinfarbige Anzeige 42 erlischt und die rote Anzeige 44 - ebenfalls eine Leuchtdiode - aufleuchtet. Wenn es auch nicht unbedingt erwähnt werden muß, ist doch davon auszugehen, daß die zwei Widerstände R12 und R13 und die drei Dioden CR1, CR2 und CR3 ein Netz bilden, welches die Einschaltschwellenwerte für die zweiten Eingangsstifte 5 und 6 der Vergleicher 2U5 und 3U5 liefert. Der Phasendetektor U4 und die Vergleicher 2U5 und 3U5 haben also die Aufgabe, entweder die Anzeige 42 oder die Anzeige 44 aufleuchten zu lassen.
Bezüglich der akustischen "Brummschaltung" zur Speisung des Summers 48 ist festzustellen, daß die beiden Ausgangsstifte 2 und 1 der Vergleicher 2U5 und 3U5 mit der bernsteinfarbigen Anzeige 42 und der roten Anzeige 44 verbunden sind, wobei die Ausgangssignale der Vergleicher 2U5 und 3U5 über die Dioden CR4 und CR5 zu dem monostabilen Multivibrator 1U6 und 2U6 - beispielsweise dem monostabilen CD4538BE-Doppelmultivibrator von RCA - geleitet werden. Genauer gesagt, wenn entweder die bernsteinfarbige Anzeige 42 oder die rote Anzeige 44 angeschaltet war und dann abgeschaltet wurde, wird der entsprechende monostabile Multivibrator 1U6 (Stift 4) bzw. 2U6 (Stift 12) getriggert (in die angegebene Doppelschaltung CD4538BE von RCA sind zwei Multivibratoren eingebaut) und erzeugt am Ausgang der jeweiligen Schaltung (1U6 - Stift 7; 2U6 - Stift 9) einen Impuls von 300 ms.
Die monostabilen Ausgangsimpulse und die Eingangstriggerimpulse werden auf die NOR-Gatter 1U7 und 2U7 geleitet, und zwar in der Weise, daß es zu nachstehender Ereignisabfolge kommt. Nehmen wir zum Zweck der Erläuterung an, daß die bernsteinfarbige Anzeige bzw. Leuchtdiode 42 angeschaltet gewesen sei und daß das Führungselement 34 bewegt wird; dann erlischt die bernsteinfarbige Anzeige bzw. Leuchtdiode 42. Der entsprechende monostabile Multivibrator 1U6 bzw. 2U6 wird über Stift 4 (1U6) bzw. Stift 12 (2U6) getriggert, wobei am Ausgangsstift 7 des Multivibrators 1U6 bzw. am Ausgangsstift 9 des Multivibrators 2U6 ein Impuls von 300 ms erzeugt wird. Die monostabilen Ausgangsimpulse werden an das NOR-Gatter 3U7 angelegt. Der monostabile Multivibrator 1U6 erzeugt über ihren Stift 7 einen schwachen Impuls von 300 ms, der an Stift 6 des NOR-Gaters 1U7 ansteht. Wenn jedoch das Führungselement 34 bewegt wird, so daß die rote Anzeige bzw. Leuchtdiode 44 innerhalb von 300 ms aufleuchtet, wird an Stift 1 des Vergleichers 3U5 eine niedrige Spannung erzeugt, die dann über die Diode CR5 an Stift 5 des NOR-Gatters 1U7 angelegt wird. Die zwei über die Stifte 6 und 5 in das NOR-Gatter 1U7 eingespeisten schwachen Impulse erzeugen am Ausgangsstift 4 des NOR-Gatters 1U7 einen hohen Spannungspegel, der an Ausgangsstift 10 des NOR-Gatters 3U7 einen Negativimpuls bewirkt, um den monostabilen Multivibrator U8 anzutriggern, wodurch ein starker Impuls erzeugt wird, der den Summer 48 zur Abgabe eines akustischen Signals veranlaßt.
Es muß beachtet werden, daß Stift 6 des NOR-Gatters 1U7, wenn die rote Anzeige 44 nach 300 ms aufleuchtet, einen hohen Pegel hat und der niedrige Pegel an Stift 5 des NOR-Gatters 1U7 keine Wirkung hat. folglich wird kein Triggerimpuls für den monostabilen Multivibrator U8 erzeugt, und der Summer 48 bleibt stumm. Eine ähnliche Abfolge ergibt sich, wenn vom Einschaltzustand der roten Anzeige 44 zum Einschaltzustand der bernsteinfarbigen Anzeige 42 übergegangen wird.
Nachfolgend beschrieben wird der sogenannte "Einschaltkreis" bestehend aus dem als "Entpreller" wirkenden monostabilen Multivibrator U9, der mit einer Flip-Flop- oder Toggleschaltung U10 verbunden ist. Das Flip-Flop U10 ist so verdrahtet, daß es über die Kapazität C28 zurückgesetzt wird, wenn die Batterie 66 an die Steuerung 20 angeschlossen ist. Stift 12 des Flip-Flop U10 geht auf einen hohen Pegel und schaltet damit den Feldeffekttransistor Q6 aus. Wenn das geschieht, ist die Verbindung der Batterie 66 zur Steuerung unterbrochen - zumindest zum größten Teil. Solange die Batterie 66 angeschlossen ist, stehen jedoch die Bauelemente U9 und U10 stets unter Spannung; weil es sich dabei aber um integrierte CMOS-Schaltungen handelt, ist ihre Stromaufnahme extrem gering (weniger als 2 µA). Wird der Schalter 76 einen Augenblick gedrückt, gibt der Multivibrator U9 einen Impuls ab, der auf das Flip-Flop U10 wirkt und den Transistor Q6 einschaltet, wodurch die Batterie 66 mit der übrigen Schaltung verbunden wird.
Da es ein Merkmal der Erfindung ist, die Vorrichtung 10 entweder im Normalbetrieb oder im Tiefenbetrieb betreiben zu können, wird jetzt der Schaltungsbereich der Umschaltung zwischen Normalbetrieb und Tiefenbetrieb beschrieben. Er weist im wesentlichen einen monostabilen Multivibrator U16 auf, beispielsweise eine Hälfte eines monostabilen CD4538BE-Doppelmultivibrators von RCA. Ferner weist der Schaltungsteil Normalbetrieb/Tiefenbetrieb ein Flip-Flop U17 und einen Schalter 68 auf. Wenn der Schalter 68 geschlossen wird, damit die Steuerung 20 Strom liefert, arbeitet die Steuerung 20 im Normal betrieb. Dies bewirkt einen Pegel anstieg am +10-V-DC-Bus, wodurch über die Kapazität C25 ein positiver Impuls zu Stift 10 des bistabilen Kippglieds U17 gelangt. Der Stift 10 ist der "Rücksetzungsstift" des Flip-Flop U17. Wenn der Rücksetzungsstift 10 positiv wird, erfährt der Q-Ausgang an Stift 13 einen Pegelrückgang, wodurch der vorgenannte Analogschalter U3 auf Normalbetrieb geschaltet wird, indem der zum Verstärker U1 gehörende Stift 6 dann über die Stifte 6 und 7 des Schalters U3 mit dem Stift 14 des Phasendetektors U4 verbunden ist. Der monostabile Multivibrator U16 arbeitet als "Entpreller". Genauer gesagt ist es so, daß beim Niederdrücken des Schalters 68 durch den Benutzer der Stift 11 des Multivibrators U16 auf niedrigen Pegel gebracht wird, wodurch am Ausgangsstift 10 des Multivibrators U16 ein Impuls von 200 ms getriggert wird, der dann das Flip-Flop U17 in die gewünschte Betriebsart Tiefenbetrieb "kippt". Wenn der Pegel an Stift 12 des Kippglieds U17 niedrig wird, wird eine elektrische Verbindung zwischen den Stiften 2 und 3 von Schalter U3 hergestellt. Dadurch öffnet sich der Stromkreis zwischen den Stiften 6 und 7, der für den Normalbetrieb geschlossen worden war, so daß die Betriebsart Tiefenbetrieb gegeben ist. Wenn die Anzeige 72 aufgrund der elektrischen Verbindung zwischen den Stiften 10 und 11 von Schalter U3 aufleuchtet, zeigt dies Normalbetrieb an, wohingegen bei Aufleuchten der Anzeige 74 aufgrund der elektrischen Verbindung zwischen den Stiften 14 und 15 von Schalter U3 Tiefenbetrieb angezeigt wird.
Die zwei Spannungsregler U13 und U14 zu können beispielsweise Spannungsregler des Typs LM7805CT sein, wie sie von National Semiconductor vertrieben werden. Alles, was man wissen muß, ist, daß der Regler U13 ein + 5V-Standard-Gleichspannungsregler mit drei Anschlußpunkten ist. Wenn sein Massestift mit einer 5V-Zenerdiode CR9 verbunden ist, bildet die sich so ergebende Schaltung einen +10V-Gleichstromregler. Dieser +10V-Gleichstrom-Regler speist den Großteil der Bauelemente, die in den Schaltungen enthalten sind, die die Steuerung 20 ausmachen. Der andere Regler, U14, bildet zusammen mit den Dioden CR10, CR11 und CR12 einen +7V-Gleichstromregler, der nur den Oszillator mit dem Inverter U15 und den Transistoren Q3, Q4 und Q5 (und der Spule 38) speist.
Wenn die von der Batterie 66 gelieferte Spannung zu niedrig wird, d.h. unter die erforderlichen 11,5 V Gleichspannung absinkt, sollte dies dem Benutzer der Vorrichtung 10 angezeigt werden. Dafür wird ein Vergleicher U11, beispielsweise ein Vergleicher des Typs ICL7665S, wie er von Intersil hergestellt wird, der eine eingebaute Konstantspannungsquelle hat, verwendet. Die Spannung von der Batterie 66 wird an einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R34, R35, R36 und R37, angelegt, wobei die Batteriespannung mit der internen Spannung des Vergleichers U11 verglichen wird. Wie zu erkennen ist, ist die Anschlußstelle der Widerstände R34 und R35 mit dem Eingangsstift 2 des Vergleichers U11 verbunden, und die Anschlußstelle der Widerstände 35 und 36 ist mit Stift 3 des Vergleichers U11 verbunden. Wenn also die Batteriespannung höher ist als +11,5 V DC, hat Stift 1 des Vergleichers U11 einen niedrigen Pegel, wodurch Stift 7 des Zeitgebers U12 einen niedrigen Pegel erhält, so daß der Transistor Q2 und damit die "EIN"-Anzeige bzw. Leuchtdiode 62 eingeschaltet wird. Wenn jedoch die Batteriespannung unter +11,5 V DC absinkt, erhält Stift 1 des Vergleichers U11 einen hohen Pegel, und der Zeitgeber U12, im vorliegenden Fall einen freischwingenden Multivibrator, bringt die "EIN"-Anzeige 78 mit etwa 2 bis 3 Impulsen pro Sekunde zum Aufleuchten.
Buchse J4 wird verwendet, wenn die Batterie 66 aufgeladen werden muß. Wenn das Batterieladegerät (nicht abgebildet) an die Steuerung 20 ange-schlossen ist, fließt der Ladestrom durch einen Strombegrenzerwiderstand R51, der über eine Sicherung F1 an die Buchse J4 angeschlossen ist. Der Strom vom Widerstand R51 fließt durch eine Trenndiode CR6, die verhindert, daß die Ladeanzeige 70 Strom aus der Batterie 66 entnimmt. Die Spannung des Ladegeräts wird über eine Diode CR7 an den Stift 10 des Flip-Flops U10 angelegt; Stift 10 des Flip-Flops U10 ist ein Rücksetzungsstift. Dadurch bleibt das Flip-Flop U10 in stromlosem Zustand, womit die Benutzung der Steuerung 20 verhindert wird, solange das Ladegerät angeschlossen ist. Somit ist die Vorrichtung 10 nicht einsetzbar, wenn die Batterie 66 über die Buchse J4 mit einem Ladegerät verbunden ist. Das heißt mit anderen Worten, daß das Ladegerät von der Steuerung 20 abgenommen werden muß, damit die Vorrichtung 10 verwendet werden kann.
Es sind die wesentlichen Teile Quelle 18 und Steuerung 20 beschrieben worden. Um einen vollständigen Schaltplan vorzulegen, sind jedoch in das Schaltschema eine Reihe zugehöriger Teile mit eingezeichnet worden, obwohl es für das Verständnis der Handhabung der Vorrichtung 10 nicht für nötig gehalten wird, diese zugehörigen Teile eigens zu besprechen, insbesondere dann nicht, wenn die Beschreibung der Schaltung in Verbindung mit der vorhergehenden Beschreibung der verschiedenen physischen Elemente, die die Vorrichtung 10 ergeben, gesehen wird.
Nach der Erläuterung des Aufbaus der Vorrichtung 10 können Handhabung und Vorteile dargelegt werden. Der Katheter 16 mit dem Detektor 12 und dem Führungsdraht 22 kann insbesondere in das venöse oder das arterielle System eingeführt und mit Hilfe der bekannten Plazierungstechniken vorgeschoben werden. Wenn ein vorgegebenes Stück der Länge des Katheters 16 eingeführt ist, kann der Arzt das Führungselement 34 mit einer Steriltechnik am Griffstück ergreifen und den Schalter 60 betätigen, um die Quelle 18 des Führungselements 34 mit Wechselstrom zu versorgen. Das Führungselement 34 kann gegen die Haut des Patienten gehalten und an dem Gefäß entlang geführt werden, in welches der Katheter 16 eingeführt wurde. Wenn das Führungselement 34 die Spitze 14 des Katheters 16 erreicht, wie in Fig. 1 mit Diagramm III dargestellt, reagiert der Detektor 12 auf das von der Quelle 18 ausgehende Magnetfeld und erzeugt eine niedrige Spannung, die mit dem von der Quelle 18 gelieferten Wechselstrom gleichphasig ist, wodurch die bernsteinfarbige Anzeige 42 aufleuchtet und damit anzeigt, daß das Führungselement 34 sich der Position des Detektors 12 und somit der Spitze 14 des Katheters 16 nähert. Wenn die Quelle 18 des Führungselements 34 beim Weiterführen entlang des vermuteten Katheterwegs unmittelbar über dem Detektor 12 steht, so daß die Feldlinien der Quelle 18 senkrecht zur Achse des Detektors 12 ausgerichtet sind, wie in Fig. 1 mit Diagramm II dargestellt, erzeugt der Detektor 12 keine, wodurch die bernsteinfarbige Anzeige 42 erlischt. Wenn die Quelle 18 des Führungselements 34 über den Detektor 12 hinausbewegt wird, wie in Fig. 1 mit Diagramm I dargestellt, reagiert der Detektor 12 auf das von der Quelle 18 stammende Magnetfeld und baut eine niedrige Spannung auf, die gegen den der Quelle 18 zugeführten Wechselstrom um 180º phasenversetzt ist, wodurch die rote Anzeige 44 aufleuchtet und damit anzeigt, daß das Führungselement 34 über die Spitze 14 des Katheters 16 hinausgeführt worden ist. Beim Wechsel von bernsteinfarbig (Anzeige 42) zu rot (Anzeige 44) und umgekehrt gibt der Summer 48 ein kurzes akustisches Signal ab. Wie in Fig. 1 mit Diagramm II dargestellt, können die Anzeigen 42 und 44 abwechselnd aufleuchten, wenn sich der Detektor 12 durch die normale Atmungs- und Herztätigkeit in der Hohlvene bewegt.
Durch Hin- und Herbewegen des Führungselements 34 mit der Quelle 18 entlang dem Katheterweg wird dem Kliniker exakt angezeigt, daß die Mittelachse des abgestrahlten elektromagnetischen Feldes der Quelle 18 sich genau über dem in der Spitze 14 des Katheters 16 untergebrachten Detektor 12 befindet, wenn die Anzeigen 42 und 44 abwechselnd aufleuchten und das akustische Signal des Summers 48 ertönt. Die Spitze 14 im Gefäß ist dann relativ zu äußeren Markierungen auf dem Körper positioniert. Der Katheter 16 kann dann durch weiteres Einschieben oder Herausziehen positioniert werden, und die Position der Spitze 14 des Katheters 16 kann dann gemäß der dargelegten Lehre der Erfindung mit Hilfe der Vorrichtung 10 ermittelt werden, bis die Position der Spitze 14 des Katheters 16 an der äußeren Markierung auf dem Körper gefunden ist, die mit der gewünschten Endposition der Spitze 14 des Katheters 16 übereinstimmt.
Wenn weder die Anzeige 42 noch die Anzeige 44 aufleuchtet, kann daraus geschlossen werden, daß der Katheter 16 möglicherweise einen anderen Weg genommen hat. In einem solchen Fall kann die Position des Detektors 12 gefunden werden, indem das Führungselement 34 entlang möglicher anderer Wege des Katheters 16 geführt wird, bis die Position der Spitze 14 des Katheters 16 gefunden ist. Eine Neuplazierung des Katheters 16 kann erforderlich werden, wenn der vom Katheter 16 genommene andere Weg nicht zufriedenstellend ist.
Gleichermaßen ist Vorsicht angebracht, wenn die rote Anzeige 44 zuerst aufleuchtet, da der Katheter 16 zurückgerutscht sein oder einen anderen Weg genommen haben kann, der zur Einführungsstelle des Katheters zurückführt. Wenn die bernsteinfarbige Anzeige 42 nicht aufleuchtet, kann das Führungselement 34 anfangs über die Spitze 14 des Katheters 16 hinausgesetzt worden sein. Die Position des Detektors 12 kann jedenfalls dadurch gefunden werden, daß das Führungselement 34 über die Haut des Patienten geführt wird, wobei eine Verschiebung oder eine Neuplazierung der Spitze 14 des Katheters 16 erforderlich werden kann.
Nachdem mit Hilfe der Vorrichtung 10 entsprechend der Lehre der Erfindung festgestellt worden ist, daß die Spitze 14 des Katheters 16 die korrekte Position erreicht hat, kann der Führungsdraht 22 zusammen mit dem damit verbundenen Detektor 12 aus dem Katheter 16 herausgezogen werden, während der Katheter 16 für Verwendungszwecke im Rahmen von Standardkatheterisierungstechniken an seiner Position im venösen oder arteriellen System verbleibt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zusammen mit und unabhängig von verschiedenen chirurgischen Geräten verwendet werden kann, wenn das von der Quelle 18 aufgebaute Magnetfeld diese nicht beeinträchtigt und seinerseits nicht beeinträchtigt wird, worunter EKG-Geräte nebst Monitor, Elektrokauter, Durchleuchtungsgeräte und elektrisch betätigte Operationstische zu nennen wären. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 liefert somit während oder nach einer Zentralvenenkatheterisierung eine Echtzeitinformation über die Position der Spitze 14 des Katheters 16 zur Ausrichtung anhand von Markierungen auf dem Körper. Ferner kann bei Anwendung einer Katheterplazierungstechnik unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 eine übermäßige Strahlenbelastung des Patienten und des Klinikpersonals durch Röntgendurchleuchtung oder dergleichen vermieden werden.
Ferner ist festzustellen, daß die Vorrichtung 10 einfach in der Handhabung ist und vom Klinikpersonal ohne lange Schulung zur exakten Lokalisierung der Spitze 14 des Katheters 16 eingesetzt werden kann. Es ist insbesondere nichts weiter zu tun, als das Führungselement 34 so lange zu bewegen, bis die bernsteinfarbige Anzeige 42 aufleuchtet, wodurch angezeigt wird, daß das Führungselement 34 sich der Position der Spitze 14 nähert und vorsichtig weiterbewegt werden sollte, bis die rote Anzeige 44 aufleuchtet (und die bernsteinfarbige Anzeige 42 erlischt), wodurch angezeigt wird, daß das Führungselement 34 über die Position der Spitze 14 hinausgewandert ist, so daß die Vorwärtsbewegung des Führungselements 34 gestoppt und zur entgegengesetzten Bewegung übergegangen werden sollte. Ein akustisches Signal des Summers 48 zeigt an, daß das Führungselement 34 über die Spitze 14 hinausgewandert ist. Der Arzt muß also keine Skalen oder sonstige komplizierte Meßinstrumente ablesen oder auswerten, wobei Ablesefehler möglich sind. Vielmehr zeigt die vorliegende Erfindung dem Arzt nach Art einer Verkehrsampel die gewünschte Bewegung und Plazierung des Führungselements 34 an. Da das die Quelle 18 aufweisende Führungselement 34 mit den Anzeigen 42 und 44 ausgestattet ist, ist der Arzt ferner in der Lage, an der äußeren Markierung auf dem Körper des Patienten eine optische Anzeige zu erhalten, und er muß sich weder vom Patienten entfernen, um entfernte Skalen bzw. Meßinstrumente abzulesen, noch auf die Ablesungen anderer Personen vertrauen. Der Arzt kann also seine ganze Aufmerksamkeit auf die Bewegung des Führungselements 34 richten, um den Detektor 12 des Katheters 16 gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung zu lokalisieren.
Nach Darlegung der grundsätzlichen Lehre der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Erweiterungen und Abwandlungsmöglichkeiten für den Fachmann offensichtlich. Beispielsweise können der Detektor 12 und die Quelle 18, die bei der bevorzugten Ausführungsform dem Katheter 16 bzw. dem Führungselement 34 zugeordnet sind, erfindungsgemäß auch anders zugeordnet werden.
Obwohl bei der Beschreibung der Einsatzweise davon ausgegangen wurde, daß das Führungselement 34 zu bewegen ist, um die Spitze 14 des Katheters zu lokalisieren, kann auch festgestellt werden, daß das Führungselement 34 auch an der äußeren Körpermarkierung, die mit der gewünschten Endposition der Spitze 14 des Katheters 16 übereinstimmt, plaziert und der Katheter 16 mittels Standardkatheterplazierungstechniken vorgeschoben werden kann, bis die Anzeigen 42 und 44 und der Summer 48 die optimale Plazierung der Spitze 14 des Katheters 16 exakt anzeigen.

Claims

1. Vorrichtung (10) zur Anwendung mit einem Katheter (16), wobei der Katheter (16) eine Spitze (14) und eine lichte Weite aufweist und die Vorrichtung (10) zum Bestimmen des Ortes der Spitze (14) des Katheters (16) in biologischem Gewebe geeignet ist, aufweisend:

eine Einrichtung (18) zur Energieversorgung zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, wobei der Strom eine erste Phase aufweist, wobei die Einrichtung so geartet ist, daß sie außerhalb des biologischen Gewebes nach Maßgabe äußerer anatomischer Landmarken positionierbar ist, die mit der ungefähren Lage der Spitze (14) des Katheters (16) übereinstimmen, und so geartet ist, daß sie die Feldlinien im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Gewebeoberfläche ausrichtet,

eine Detektionseinrichtung (12) zum Erzeugen einer abgegebenen Wechselspannung als Antwort auf das magnetische Wechselfeld, die eine zweite Phase aufweist, und

eine mit der Einrichtung (18) zur Energieversorgung und der Detektionseinrichtung (12) verbundene elektronische Einrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Detektionseinrichtung (12) so geartet ist, daß sie innerhalb der lichten Weite des Katheters an der Katheterspitze (14) entfernbar positioniert ist,

eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der ersten Phase mit der zweiten Phase vorgesehen ist,

die elektronische Einrichtung auch eingerichtet ist zur Verbindung mit der Vergleichseinrichtung und zum Anzeigen des Bereichs des magnetischen Wechselfeldes, welcher in der Detektionseinrichtung (12) zur Abgabe einer Gesamt-Wechselspannung von Null führt, und zum Anzeigen einer vorbestimmten Phasenübergangssequenz bezüglich der abgegebenen Spannung im Vergleich zur ersten Phase, wenn die Einrichtung (18) zur Energieversorgung in die unmittelbare Nähe der Detektionseinrichtung (12) und in senkrechter Anordnung dazu über sie hinweg bewegt wird, wobei die Anzeige eine einfache Koordinate der Lage der Katheterspitze (14) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektronische Einrichtung eingerichtet ist zur Bestimmung einer Phasenübergangssequenz von gleichphasig zu phasenverschoben wie auch einer entgegengesetzten Phasenübergangssequenz zwischen dem Wechselstrom der Einrichtung (18) zur Energieversorgung und der abgegebenen Wechselspannung, wenn die Einrichtung (18) zur Energieversorgung in die unmittelbare Nähe der Detektionseinrichtung (12) und in senkrechter Anordnung dazu über sie hinweg geführt wird.

3. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 1, wobei die elektronische Einrichtung mindestens eine erste visuelle Anzeige (42) umfaßt, die mit der Einrichtung (18) zur Energieversorgung positionierbar ist.

4. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 2, wobei die elektronische Einrichtung eine zweite visuelle Anzeige (44) umfaßt, die mit der Einrichtung (18) zur Energieversorgung positionierbar ist, wobei die erste visuelle Anzeige (42) ein visuelles Signal abgibt, wenn die abgegebene Wechselspannung mit dem Wechselstrom gleichphasig ist, und die zweite visuelle Anzeige (44) ein visuelles Signal abgibt, wenn die abgegebene Wechselspannung zum Wechselstrom phasenverschoben ist.

5. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 2, wobei die elektronische Einrichtung eine Einrichtung (48) zum Erzeugen eines akustischen Signals beim Eintreten der Phasenübergangssequenz umfaßt.

6. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (18) zur Energieversorgung einen Kern (36) aus einem magnetisch permeablen Material und eine umgebende Spule (38) umfaßt, und wobei die Detektionseinrichtung (12) einen Kern (24) aus einem magnetisch permeablen Material und eine umgebende Spule (28) umfaßt, wobei der Kern (36) der Einrichtung (18) zur Energieversorgung im wesentlichen senkrecht zum Kern (24) der Detektionseinrichtung (12) positionierbar ist, die neben der Spitze (14) des Katheters (16) entfernbar positionierbar ist.

7. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 6, wobei die elektronische Einrichtung einen ersten Verstärker (U1) und einen zweiten Verstärker (U2) zum Verstärken der von der Spule (28) erfaßten elektrischen Signale und eine Schalteinrichtung (U3) zum Umgehen eines der Verstärker aufweist, um eine gesonderte Betriebsart zu erzeugen, wenn der eine Verstärker durch die Schalteinrichtung U3 umgangen wird.

8. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 1, weiter aufweisend einen in die lichte Weite des Katheters entfernbar einschiebbaren Führungsdraht (22), wobei die Detektionseinrichtung (12) am Führungsdraht (22) befestigt und neben der Spitze (14) des Katheters (16) positionierbar ist.

9. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 1, aufweisend eine Batterieeinrichtung (66) zum Umwandeln des von der Batterie (66) abgegebenen Gleichstroms in Wechselstrom zur Versorgung der Einrichtung (18) mit Energie und eine Einrichtung zum Verhindern der Abgabe von Gleichstrom an die Umwandlungseinrichtung beim Laden der Batterie (66), so daß die Vorrichtung (10) außer Betrieb gesetzt ist.

10. Verfahren zur Anwendung mit einem Katheter (16), der eine Spitze (14) und eine lichte Weite aufweist, wobei das Verfahren den Ort der Spitze (14) des Katheters (16) in biologischem Gewebe bestimmt und die Schritte aufweist:

Bereitstellen einer Detektionseinrichtung (12) im Bereich der Spitze (14) der lichten Weite des Katheters (16) zum Erzeugen einer abgegebenen Wechselspannung als Antwort auf ein magnetisches Wechselfeld in unmittelbarer Nähe zur Detektionseinrichtung (12),

Führen einer Einrichtung (18) zur Energieversorgung über die Außenseite des biologischen Gewebes nach Maßgabe von anatomischen Landmarken in Übereinstimmung mit der ungefähren Lage der Spitze (14) des Katheters (16), wobei die Einrichtung (18) zur Energieversorgung das magnetische Wechselfeld erzeugt, wobei der Strom eine erste Phase aufweist, bei der die Flußlinien (Feldlinien) im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Gewebeoberfläche verlaufen, und in der Detektionseinrichtung die eine zweite Phase aufweisende abgegebene Wechselspannung erzeugt, wenn die Einrichtung (18) zur Energieversorgung und die Detektionseinrichtung (12) sich in unmittelbarer Nähe und in senkrechter Anordnung zueinander befinden,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine mit der Einrichtung (18) zur Energieversorgung und der Detektionseinrichtung (12) verbundene Vergleichseinrichtung vorgesehen wird zum Vergleichen der zweiten Phase der abgegebenen Wechselspannung mit der ersten Phase des magnetischen Wechselfeldes und

eine einfache Koordinate der Lage der Spitze (14) des Katheters (16) bestimmt wird durch Messen eines ebenen Bereiches, innerhalb dessen das magnetische Wechselfeld in der Detektionseinrichtung (12) eine Gesamt- Wechselspannung von Null erzeugt, und innerhalb dessen die Vergleichseinrichtung bezüglich der abgegebenen Spannung bei Vergleich mit der ersten Phase eine vorbestimmte Phasenübergangssequenz erzeugt, wenn die Einrichtung (18) zur Energieversorgung in die unmittelbare Nähe der Detektionseinrichtung (12) und in senkrechter Anordnung dazu über sie hinweg bewegt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem weiterhin der Ort der Spitze (14) des Katheters (16) bestimmt wird durch Kombinieren der einfachen Koordinate des Bestimmungsschritts mit den anatomischen Landmarken, die das biologische Gewebe anzeigen, in dem sich der Katheter (16) befindet.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Bestimmungsschritt eine erste visuelle Anzeige (42) umfaßt, wenn die abgegebene Wechselspannung gleichphasig mit dem Wechselstrom ist, und ein zweites visuelles Signal (44) umfaßt, wenn die abgegebene Wechselspannung zum Wechselstrom phasenverschoben ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Bestimmungsschritt weiter ein akustisches Signal (48) beim Eintreten der Phasenübergangssequenz umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bereitstellens umfaßt:

(a) Bereitstellen eines Führungsdrahtes (22), wobei die Detektionseinrichtung an dem Führungsdraht (22) befestigt ist; und

(b) Positionieren des Führungsdrahtes (22) innerhalb des Katheters (16) zum Eintritt in das biologische Gewebe mit dem Katheter (16).