DE69834039T2 - Systeme zum führen eines medizinischen gerätes durch den körper - Google Patents

Systeme zum führen eines medizinischen gerätes durch den körper Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrtift im Allgemeinen medizinische Instrumente und insbesondere Systeme und Verfahren zum Führen medizinischer Instrumente durch einen Körper oder einen Abschnitt des Körpers, wie zum Beispiel ein Blutgefäß.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Krankheitsprozesse, wie zum Beispiel Tumore, Entzündung von Lymphknoten, und Plaque aufbauende Arterien beeinträchtigen oft den menschlichen Körper. Um eine derartige Krankheit zu behandeln, ist es oft erforderlich, eine medizinische Vorrichtung in den Körper einzuführen und die medizinische Vorrichtung an die erkrankte Stelle zu führen. Sobald die medizinische Vorrichtung neben der erkrankten Stelle liegt, wird die medizinische Vorrichtung oft zur Photoablation oder anderweitigen Entfernung oder Reduzierung des erkrankten Gewebes verwendet.
  • Als nur ein spezifisches Beispiel ist der Aufbau von atherosklerotischem Plaque auf den Wänden von Arterien im menschlichen Körper bekannt. Ein derartiger Plaqueaufbau behindert die Zirkulation und bewirkt kardiovaskuläre Probleme, insbesondere wenn der Aufbau in den Koronararterien erfolgt. Demzufolge ist es erwünscht, den Plaqueaufbau zu detektieren und einen derartigen Plaqueaufbau zu entfernen oder anderweitig zu reduzieren.
  • Bekannte Katheter verwenden Laserenergie zur Entfernung von Plaqueaufbau auf Arterienwänden. Ein bekannter Katheter enthält eine Laserquelle und einen Katheterkärper. Der Katheterkörper besitzt ein erstes Ende und ein zweites Ende, oder Kopf, und mehrere optische Fasern erstrecken sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende. Die Laserquelle ist mit jeder der optischen Fasern neben dem ersten Ende des Katheterkörpers verbunden und so konfiguriert, dass sie Laserenergie gleichzeitig durch die optischen Fasern überträgt.
  • Zum Entfernen von arteriellem Plaque wird beispielsweise der Katheterkörper in der Arterie so positioniert, dass das zweite Ende des Katheterkörpers neben einem Bereich von Plaqueaufbau liegt. Die Laserquelle wird dann erregt, so dass Laserenergie durch jede der optischen Fasern wandert und im Wesentlichen den Plaque neben dem zweiten Ende des Katheterkörpers durch Photoablation entfernt. Der Katheter wird dann durch den Bereich vorgeschoben, um den Plaque in einem derartigen Bereich durch Photoablation zu entfernen.
  • Ein Führungsdraht ist typischerweise erforderlich, um den Katheter korrekt in der Arterie zu positionieren. Der Führungsdraht wird durch die Arterie und den Bereich des Plaqueaufbaus so vorgeschoben, dass er einen Pfad durch die Arterie und den Plaqueaufbau bildet. Der Katheter wird dann unter Verwendung des Führungsdrahtes durch die Arterie geführt.
  • Ein bekannter Katheter enthält an seinem distalen Ende positionierte Ultraschallsensoren, um Abbildungen der Arterie während des Vorschubs des Katheters darzustellen. Bekannte Ultraschallsensoren sind mit einem Außenumfang des Katheters verbunden und emittieren Schallwellen, im Wesentlichen radial aus dem distalen Ende des Katheters zu der Arterienwand hin. Die Schallwellen werden dann von dem umgebenden Gewebe, zum Beispiel der Arterienwand und dem Plaque und zu den Ultraschallsensoren hin reflektiert. Die reflektierten Schallwellen werden dann mit den ausgesendeten Schallwellen verglichen, um ein Ultraschallabbildung des das distale Ende umgebende Gewebes zu erzeugen.
  • Um den Katheter vorzuschieben, positioniert eine Bedienungsperson zuerst den Katheter an einer ersten Stelle in der Arterie. Schallwellen werden dann aus den Ultraschallsensoren emittiert und von diesen empfangen und ein Bild wird dann dargestellt, welche das Arteriengewebe angrenzend an den Umfang des Katheters an einer derartigen ersten Stelle darstellt. Der Katheter wird dann zu einer zweiten Stelle in der Arterie vorgeschoben und ein zweites Bild wird angezeigt, das die Arterie an einer derartigen Stelle zeigt. Dieser Prozess wird dann wiederholt, bis der Katheter durch die Arterie und den Plaqueaufbau hindurch vorgeschoben ist.
  • Die Verwendung bekannter Ultraschallsensoren gemäß vorstehender Beschreibung führt zur Darstellung von Bildern der Abschnitte der Arterienwand, welche radial um den Katheter herum angeordnet sind, liefert jedoch keine Bilder der Arterienwand oder des Pla que, welche unmittelbar vor dem Katheter angeordnet sind. Insbesondere, und aufgrund der Reflektion der Schallwellen, müssen die Sensoren innerhalb der Arterie so ausgerichtet werden, dass die auf die Arterienwand projizierten Schallwellen im Wesentlichen senkrecht zu der Arterienwand sind, wenn sie zu den Sensoren reflektiert werden, Schallwellen, die nicht senkrecht zu der Arterienwand sind, können ungenaue Signale liefern, welche zu der Anzeige von ungenauen Bildern führen können, was unerwünscht ist.
  • Ungenaue Bilder können zu einem nicht korrekten Führen des Katheters durch das Blutgefäß führen, was unerwünscht ist. Insbesondere müssen bekannte Katheter von Hand eingesetzt und durch das Blutgefäß geführt werden. Typischerweise verwendet ein Chirurg oder eine andere Bedienungsperson die angezeigten Bilder zum Führen des Katheters durch das Gefäß und zum Vermeiden einer Beschädigung von gesundem Gewebe, d.h., der Arterienwand. Wenn ein ungenaues Bild Plaque anzeigt, obwohl ein derartiges Gewebe tatsächlich eine Arterienwand ist, ist es möglich, dass die Bedienungsperson eine Photoablation der Arterienwand durchführt, was unerwünscht ist.
  • Es wäre wünschenswert, ein Führungssystem bereitzustellen, welches eine verbesserte Genauigkeit im Vergleich zu bekannten Kathetern liefert. Es wäre auch wünschenswert, dass ein derartiges Führungssystem im Wesentlichen leicht in Verbindung mit anderen medizinischen Vorrichtungen außer Kathetern implementiert werden könnte. Es wäre ferner für derartige Führungssysteme wünschenswert, ein automatisches Vorschieben des Katheters durch den Körper zu ermöglichen.
  • Das U.S. Patent No. 5,5582171 offenbart eine Vorrichtung für eine Doppler-interferometrische Bildgebung, welche ein symmetrisches faseroptisches Interterometer, eine Lichtquelle mit geringer Kohärenz und eine bildgebenden Führungsdraht aufweist, und zur Diagnose von intravaskulären Obstruktionen verwendet wird. Das Polarisationsdiversity-Detektionsvertahren und zwei für die Dopplerfrequenz abgestimmte Hüllkurvendetektoren führen Messungen der Intensitäten der zwei linearen Polarisationen des retroreflektierten Lichtes durch. Kombiniert mit aktuellen Werten der optischen Länge des Bezugsarms und der Winkelposition des überstreichenden Spiegels, wird diese Information für die Rekonstruktion der Querschnittsbilder der Gefäße in zwei Polarisationen verwendet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein medizinisches System bereit, das für eine Führung durch Körpergewebe konfiguriert ist, wobei das medizinische System umfasst:
    ein medizinisches Instrument mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
    ein erstes Führungssystem, das eine erste optische Faser mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, eine zweite optische Faser mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, einem ersten Referenzspiegel und ein Detektionselement umfasst, das kommunikativ mit den ersten Enden der ersten und zweiten optischen Fasern verbunden ist, wobei die erste optische Faser mit dem medizinischen Instrument so verbunden ist, dass das zweite Ende der ersten optischen Faser an das zweite Ende des medizinischen Elementes angrenzt, wobei das Detektionselement zur Ermittlung einer Interferenz zwischen einem durch die erste optische Faser wandernden Lichtstrahl und einem durch die zweite optische Faser wandernden Lichtstrahl konfiguriert ist; und
    ein zweites Führungssystem, das eine erste Faser mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende„ eine zweite optische Faser mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfasst, einem zweiten Referenzspiegel und ein Detektionselement umfasst, das kommunikativ mit den ersten Enden der ersten und zweiten optischen Fasern verbunden ist, wobei die erste optische Faser mit dem medizinischen Instrument so gekoppelt ist, dass das zweite Ende der ersten optischen Faser an das zweite Ende des medizinischen Instrumentes angrenzt, wobei das Detektionselement dafür konfiguriert ist, eine Interferenz zwischen einem durch die erste optische Faser wandernden Lichtstrahl und einem durch die zweite optische Faser wandernden Lichtstrahl zu ermitteln, wobei wenigstens eines von den ersten und zweiten Führungssystemen dafür konfiguriert ist, einen Gewebetyp zu ermitteln, der sich in einem Abstand von dem zweiten Ende der entsprechenden ersten optischen Faser befindet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die ersten und zweiten Referenzspiegel angrenzend an die entsprechenden zweiten optischen Faserenden positioniert und so angeordnet sind, dass sie wenigstens einen Teil eines Lichtstrahls zurück in das zweite Ende der zweiten optischen Faser reflektieren.
  • Die vorstehend beschriebenen Führungssysteme ermöglichen das Erzielen genauerer Bilder, als die bei Verwendung von Ultraschall erzielten. Zusätzlich glaubt man, dass derartige Systeme im Wesentlichen leicht in Verbindung mit anderen medizinischen Vorrichtungen außer Kathetem zu implementieren sind.
  • Ferner glaubt man, dass derartige Systeme die automatische Steuerung und das Vorschieben des Katheters durch den Körper erleichtern.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine bildliche Darstellung eines Katheters, der zwei Führungssysteme gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eingeführt in ein Blutgefäß darstellt.
  • 2 ist ein Vorderseitenquerschnittsansicht des in 1 dargestellten Katheterkörpers.
  • 3 ist eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Kathetersteuerelementes.
  • 4 ist eine schematische Darstellung von einem der in 1 dargestellten Führungssysteme.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 ist eine bildliche Darstellung einer Katheteranordnung 20 mit zwei Führungssystemen 22A, 22B, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eingeführt in ein Blutgefäß 24 eines Körpers. Die Katheteranordnung 20 enthält ein Steuerelement 26 und einen Katheterkörper 28. Der Katheterkörper 28 besitzt ein erstes Ende 30 und ein abgerundetes oder halbkugelförmiges zweites Ende oder Kopf 32 und enthält mehrere (in 1 nicht dargestellte) optische Fasern. Das erste Ende 30 des Katheterkörpers ist kommunikativ mit dem Steuerelement 26 verbunden und das zweite Ende 32 des Katheterkörpers ist im Inneren 34 eines Blutgefäßes 24, angrenzend an abzubildendes Gewebe, zum Beispiel Plaque 36 positioniert.
  • Jedes Führungssystem 22A und 22B enthält ein entsprechendes Steuerelement 40A und 40B, eine entsprechende erste oder messende optische Faser 42A und 42B und eine entsprechende zweite oder optische Bezugsfaser 44A und 44B. Die ersten opti schen Fasern 42A und 42B enthalten entsprechende erste Enden 46A und 46B und entsprechende zweite Enden 48A und 48B und sind mit dem Katheterkörper 28 so verbunden, dass die zweiten Enden 48A und 48B an dem Katheterkopf 33 angrenzen und im Blutgefäßinneren 34 positioniert sind. Die zweiten optischen Fasern 44A und 44B enthalten ebenfalls entsprechende ersten Enden 50A und 50B und entsprechende zweite Enden 52A und 52B. Das erste Ende 46A der ersten optischen Faser und das erste Ende 50A der zweiten optischen Faser sind kommunikativ mit dem Systemsteuerelement 50a verbunden, und das erste Ende 46B der ersten optischen Faser und das erste Ende 50B der zweiten optischen Faser ist kommunikativ mit dem Steuerelement 40B verbunden.
  • Die erste optische Faser 42B des ersten Systems ist dafür konfiguriert, Energiewellen im Wesentlichen koaxial in Bezug auf den Katheterkopf 32 zu emittieren. Die erste optische Faser 42B des zweiten Systems ist dafür konfiguriert, Energiewellen im Wesentlichen radial in Bezug auf den Katheterkopf 32 zu emittieren. Insbesondere enthält das zweite Ende 48B der optischen Faser 42B ein (in 1 nicht dargestelltes Prisma, das zur Emission eines Energiestrahls in einem Winkel in Bezug auf den Katheterkopf 32, zum Beispiel senkrecht in Bezug auf die optische Faser 42A konfiguriert ist.
  • Jedes Führungssystemsteuerelement 40A und 40B enthält eine entsprechende Diagnose-Lichtstrahlquelle 54A und 54B, einen entsprechenden Strahlteiler 56A und 56B und ein entsprechendes Detektionselement 58A und 58B. Die Strahlteiler 56A und 56B sind kommunikativ mit den ersten Enden 46A und 46B der ersten optischen Faser verbunden. Die Strahlteiler 56A und 56B sind auch kommunikativ mit den ersten Enden 50A bzw. 50B der zweiten optischen Faser verbunden. Die Strahlteiler 56A und 56B sind auch mit entsprechenden Diagnose-Lichtstrahlenquellen 54A und 54B und Detektionselementen 58A und 58B über optische Fasern 64A bzw. 64B verbunden.
  • Die Detektionselement 58A und 58B sind mit einem Bildschirm 38 verbunden und so konfiguriert, dass sie Bilddaten an den Anzeigebildschirm 38 zum Anzeigen eines Bildes des abzubildenden Gewebes senden. Die Detektionselement 58A und 58B sind ebenfalls dazu konfiguriert, dass sie Steuerdaten an das Kathetersteuerelement 26 senden. Insbesondere ist das Detektionselement 58A dafür konfiguriert, eine Interferenz zwischen einem durch die erste optische Faser 42A wandernden Lichtstrahl und einem durch die zweite optische Faser 44A wandernden Lichtstrahl zu ermitteln, um Interferenzdaten zu erzeugen, die eine derartige Interterenz repräsentieren. Beispielsweise kann das Detektionselement 58A einen Detektor enthalten, einen Demodulator und ei nen analogen Digitalisierer, welche in einer bekannten Weise zusammenarbeiten, um Interferenzdaten zu erzeugen. Derartige Interterenzdaten werden an einen Computer 66A übertragen, welcher Bilddaten zur Darstellung auf einem Bildschirm 38 und Steuerdaten für die Übertragung an das Kathetersteuerelement 26 erzeugt. Ähnlich ist das Detektionselement 58B zum Ermitteln von Interterenzdaten zwischen einem durch die erste optische Faser 42B wandernden Lichtstrahls und einem durch die zweite optische Faser 44B wandernden Lichtstrahl und zum Erzeugen von Interterenzdaten, die eine derartige Interterenz repräsentieren, konfiguriert. Derartige Interterenzdaten werden an einem Computer 66B übertragen, welcher Bilddaten zur Anzeige auf einem Bildschirm 38 erzeugt und der Steuerdaten zur Übertragung an das Kathetersteuerelement 26 erzeugt.
  • Gemäß 2 enthält der Katheterkörper 28 mehrere optische Fasern 68, die sich durch ein Gehäuse oder eine Umhüllung 70 erstrecken. Die erste optische Faser 42B des zweiten Systems ist mit dem Gehäuse 70 so verbunden, dass sich das Gehäuse 70 zwischen einer solchen ersten optischen Faser 42B des zweiten Systems und dem optischen Fasern 68 des Katheterkörpers erstreckt. Die erste optische Faser 42A des ersten Systems erstreckt sich durch das Gehäuse 70 und ist im Wesentlichen darin zentriert. Alternativ kann die erste optische Faser 42B des zweiten Systems innerhalb des Gehäuses 70 positioniert sein und die optische Faser 42A des ersten Systems kann außerhalb des Gehäuses 70 positioniert sein. Natürlich können beide optischen Fasern 42A und 42B des ersten Systems entweder innerhalb des Gehäuses 70 oder außerhalb des Gehäuses 70 positioniert sein.
  • Gemäß 3 enthält das Kathetersteuerelement 26 eine therapeutische Laserquelle 42, welche im Wesentlichen zu den optischen Fasern 68 des Katheterkörpers ausgerichtet ist. Die Laserquelle 70 ist so konfiguriert, dass sie einen therapeutischen Laserstrahl durch die optischen Fasern 68 des Katheterkörpers aussendet, um Plaque 36 (1) oder anderes Gewebe durch Photoablation abzutragen.
  • Gemäß 4 enthält das Führungssystem 22A ferner einen Referenzspiegel 74A, der angrenzend an das zweite Ende 52A der zweiten Faser positioniert ist. Der Referenzspiegel 74A ist bezüglich des zweiten Endes 52A der zweiten Faser beweglich und wird beispielsweise durch einen Computer 66A gesteuert. Ebenso enthält, obwohl es in 4 nicht dargestellt ist, das Bezugssystem 22B einen Referenzspiegel 74B, der angrenzend an das zweite Ende 52B der zweiten Faser positioniert ist. Der Referenzspiegel 74B ist bezüglich des zweiten Endes 52 der zweiten Faser beweglich und wird beispielsweise vom Computer 66B gesteuert.
  • Vor dem Einsetzen der Katheteranordnung 20 in das Blutgefäß wird jedes Führungssystem 22A und 22B kalibriert. Insbesondere wird der Referenzspiegel 74A in einem Abstand D1 von dem zweiten Ende 52A der zweiten Faser positioniert und das Führungssystem 22A so kalibriert, dass durch das Detektionselement 58A erhaltene Interterenzdaten für ein Gewebe repräsentativ sind, das in etwa in demselben Abstand D1 von dem zweiten Ende 48A der ersten optischen Faser entfernt ist. Ebenso wird der Referenzspiegel 74A in einem Abstand D2 von dem zweiten Ende 52B der zweiten Faser positioniert und das Führungssystem 22B so kalibriert, dass durch das Detektionselement 58B erhaltene Interferenzdaten für ein Gewebe repräsentativ sind, das in etwa in demselben Abstand D2 von dem zweiten Ende 48B der ersten optischen Faser entfernt ist.
  • Gemäß nochmaligem Bezug auf 1 und nach der Kalibrierung der Führungssysteme 22A und 22B wird die Katheteranordnung 20 in einem Blutgefäß 24 so eingeführt, dass der Katheterkopf 32 und die zweiten Enden 48A und 48B der ersten optischen Faser innerhalb des Blutgefäßes 24 positioniert sind und die zweiten Enden 52A und 52B außerhalb des Blutgefäßes 24 und außerhalb des Körpers positioniert sind. Der erste Referenzspiegel 74A ist, wie vorstehend erläutert, in einem Abstand D1 von dem zweiten Ende 52A der zweiten optischen Faser angeordnet, und ein zweiter Referenzspiegel 74B ist in einem Abstand D2 von dem zweiten Ende 52B der zweiten optischen Faser angeordnet.
  • Die Lichtstrahlquelle 54A sendet einen Diagnose-Lichtstrahl an dem Strahlteiler 56A, welcher den Lichtstrahl in erste und zweite im Wesentlichen gleiche Lichtstrahlen 76A bzw. 78A aufteilt. Der erste Lichtstrahl 76A wird dann durch die erste optische Faser 42A gesendet und der zweite Lichtstrahl 78A wird durch die zweite optische Faser 44A gesendet. Der erste Lichtstrahl 76A tritt aus dem zweiten Ende 48A der ersten optischen Faser im Wesentlichen koaxial in Bezug auf den Katheterkopf 32 aus, wird wenigstens teilweise durch das Gewebe reflektiert, tritt wieder in das zweite Ende 48A der ersten Faser ein und wandert zu dem ersten Ende 46A der ersten optischen Faser. Ebenso tritt der durch die zweite optische Faser 44A gesendete zweite Lichtstrahl 78 tritt aus dem zweiten Ende 52A der zweiten optischen Faser aus, wird wenigstens teilweise durch den Referenzspiegel 74A reflektiert, tritt wieder in das zweite Ende 52A der zweiten Faser ein und wandert zu dem ersten Ende 50A der zweiten optischen Faser.
  • Das Detektionselement 58A detektiert Lichtinterferenzmuster, das heißt Interferenzen zwischen dem reflektierten ersten Lichtstrahl 76A und dem reflektierten zweiten Lichtstrahl 78A und sendet derartige Interferenzen repräsentierende Interferenzdaten an den Computer 66A. Der Computer 66A nutzt die Interferenzdaten, um den Typ und die Tiefe des in einem Abstand D3 von dem zweiten Ende 48A der ersten optischen Faser befindlichen Gewebes zu ermitteln. Insbesondere nutzt der Computer 66A die Interferenzdaten, um zu Ermitteln, welche Art von Gewebe, wenn überhaupt, in einem Abstand D3 von dem zweiten Ende 48A der ersten Faser aus angeordnet ist, wobei der Abstand D3 im Wesentlichen derselbe, wie der Abstand D1 ist. Beispielsweise kann der Computer 66A einen Speicher enthalten, und repräsentative Interferenzsignale für unterschiedliche Arten von Gewebe, zum Beispiel Plaque, Arterienwände, gesundes Gewebe, Krebsgewebe können in einem derartigen Speicher gespeichert sein. Der Computer 66A vergleicht die aus dem Detektionselement 58A empfangenen Interterenzdaten mit derartigen gespeicherten repräsentativen Interferenzsignalen, um den Typ des Gewebes zu ermitteln, das in einem Abstand D3 von dem zweiten Ende 48a der ersten Faser angeordnet ist. Die Abstände D1 und D3 können beispielsweise kleiner oder gleich 1 Millimeter, zum Beispiel 1/4 Millimeter sein. Natürlich können die Abstände D1 und D3 größer als 1 Millimeter sein.
  • Falls gewünscht, kann der Referenzspiegel 74A in Bezug auf das zweite Ende 48A der zweiten Faser bewegt werden, um das Führungssystem 22A neu zu kalibrieren, während es sich in einem Blutgefäß 24 befindet. Insbesondere kann, wenn das Detektionselement 58A einen Signalverlust durch die erste optische Faser 42A repräsentierende Daten erzeugt, der Referenzspiegel 74A bewegt werden, um ein Signal bei einem (in 1 nicht dargestellten) Abstand D4, welcher sich von dem Abstand D1 unterschiedet, wieder aufzubauen.
  • Ähnlich und in einer noch weiteren Alternative kann der Referenzspiegel 74A in Bezug auf das zweite Ende 48A der zweiten Faser bewegt werden, um den Typ und die Tiefe des in variierenden Abständen von dem zweiten Ende 48A der zweiten Faser befindlichen Gewebes zu ermitteln. Insbesondere kann der Referenzspiegel 74 zwischen einem Punkt unmittelbar angrenzend an das zweite Ende 48A der zweiten Faser und einem Punktabstand D, von dem zweiten Ende 48A der zweiten Faser bewegt werden, um den Typ und die Tiefe des an jedem Punkt zwischen zwei solchen Punkten befindlichen Gewebes zu ermitteln. Demzufolge kann der Referenzspiegel 74A bewegt werden, um den Gewebetyp an mehreren unterschiedlichen Abständen von dem zweiten Ende 48A der zweiten Faser zu ermiteln.
  • Der Computer 66A erzeugt Bilddaten eines derartigen Gewebes und zeigt das Bild eines derartigen Gewebes auf dem Bildschirm 38 an. Insbesondere nutzt der Computer 66A die an verschiedenen Punkten in dem Gewebe erzeugten Interterenzdaten, um Bilddaten zu erzeugen, die ein im Wesentlichen lineares Bildprofil des untersuchten Gewebes erzeugen. Der Computer 66A nutzt auch die Interterenzdaten, um Steuersignale zu erzeugen und an das Kathetersteuerelement 26 zu senden, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird.
  • Ebenso sendet die Lichtschaltquelle 54B einen Diagnose-Lichtstrahl an den Strahlteiler 56B, welcher den Lichtstrahl in erste und zweite im Wesentlichen gleiche Lichtstrahlen 76B bzw. 78B aufteilt. Der erste Lichtstrahl 76B wird dann durch die erste optische Faser 42B gesendet und der zweite Lichtstrahl 78B wird durch die zweite optische Faser 44B gesendet. Der erste Lichtstrahl 76B tritt aus dem zweiten Ende 48B der ersten optischen Faser im Wesentlichen radial in Bezug auf den Katheterkopf 32 aus, wird wenigstens teilweise durch das Gewebe reflektiert, tritt wieder in das zweite Ende 48B der ersten optischen Faser ein und wandert zu dem ersten Ende 46B der ersten optischen Faser. Ebenso tritt durch die zweite optische Faser 44B gesendete zweite Lichtstrahl 78B aus dem zweiten Ende 52B der zweiten optischen Faser aus, wird wenigstens teilweise durch den Referenzspiegel 74B reflektiert, tritt wieder in das zweite Ende 52B der zweiten optischen Faser ein und wandert zu dem ersten Ende 50B der zweiten optischen Faser.
  • Das Detektionselement 58B detektiert die Interterenz zwischen dem reflektierten ersten Lichtstrahl 76B und dem reflektierten zweiten Lichtstrahl 78B und sendet derartige Interferenzen repräsentierende Interterenzdaten an den Computer 66B. Der Computer 66B nutzt, wie vorstehend beschrieben, die Interterenzdaten, um den Typ des in einem Abstand D5 von dem zweiten Ende 48B der ersten optischen Faser befindlichen Gewebes zu ermitteln, wobei der Abstand D5 im Wesentlichen derselbe, wie der Abstand D2 ist. Der Computer 66A erzeugt, wie vorstehen beschrieben, unter Nutzung der Interterenzdaten Bilddaten eines derartigen Gewebes und zeigt das Bild auf dem Bildschirm 38 an. Der Computer 66B nutzt auch die Interterenzdaten, um Steuersignale zu erzeugen und an das Kathetersteuerelement 26 zu senden, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird.
  • Wenn das in einem Abstand D3 und D5 befindliche Gewebe beispielsweise Plaque 36 ist, kann die Katheteranordnung 20 für einen photoablativen Abtrag des Plaque 38 genutzt werden. Insbesondere können die Computer 66A und 66B Steuersignale an das Steuerelement 26 so senden, dass das Steuerelement 26 die Laserquelle 72 erregt, um einen Laserstrahl durch die optischen Fasern 68 des Katheterkörpers zu senden. Der Laserstrahl wandert durch die optischen Fasern 68 des Katheterkörpers und führt eine Photoablation des Plaque 36 in bekannter Weise aus.
  • Alternativ können die Computer 66A und 66B Steuersignale an das Steuerelement 26 so übertragen, dass das Steuerelement 26 die Laserquelle 72 so erregt, dass sie einen Laserstrahl nur durch ausgewählte Fasern des Katheterkörpers sendet. Beispielsweise kann, wenn die von den Detektionselement 58 bei dem ersten System erhaltenen Interferenzdaten anzeigen, dass das Gewebe vor dem Katheterkopf 32 Plaque 36 ist, und wenn das Detektionselement 58B des zweiten Systems anzeigt, dass das an die optische Faser 42B des zweiten Systems angrenzenden Gewebe eine Arterienwand ist, dann das Steuerelement einen Laserstrahl nur durch optische Fasern 68 senden, die an die optischen Fasern 42A des ersten Systems angrenzen und nicht durch optische Fasern 68, die an optische Fasern 42B des zweiten Systems angrenzen.
  • Um die Ermittlung einer genauen Gewebetiefe und Gewebetyps während einer Bewegung des Blutgefäßes 24 zu ermöglichen, zum Beispiel wenn das Blutgefäß 24 sich im Herzen befindet, wo sich das Blutgefäß 24 relativ zu dem Katheterkopf 32 selbst dann bewegen kann, wenn der Katheterkopf 32 nicht durch das Blutgefäß 24 vorgeschoben wird, können Führungssysteme 22A, 22B so konfiguriert sein, dass die dem Gewebetyp und die Dichte nur in periodischen Intervallen ermitteln. Beispielsweise können, wenn das Blutgefäß 24 sich im Herzen befindet, und es nicht praktikabel ist, dass Herz anzuhalten, dann die Computer 66A und 66B so konfiguriert sein, dass sie Interferenzdaten aus den entsprechenden Detektionselementen 58A und 58B mit derselben Zeitperiode, wie der Herzzyklus abtasten. Insbesondere können die Computer 66A und 66B kommunikativ mit einem EKG gekoppelt und so konfiguriert sein, dass sie Interferenzdaten nur an der Spitze der R-Welle abtasten. Alternativ können die Computer 66A und 66B kommunikativ mit einem EKG gekoppelt und so konfiguriert sein, dass sie Interterenzdaten nur in der Mitte der T-Welle abtasten. Natürlich können die Computer 66A und 66B so konfiguriert sein, dass sie Interterenzdaten bei anderen periodischen Intervallen abtasten.
  • Die vorstehend beschriebenen Katheter- und Führungssysteme ermöglichen die Erzielung höher auflösender Bilder, als sie unter Anwendung von Ultraschall erzielt werden. Man glaubt, dass solche Führungssysteme im Wesentlichen einfach herzustellen und in Verbindung mit einem Katheter, wie zum Beispiel der Katheteranordnung 20 einzusetzen sind.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann das Prisma des zweiten Endes der zweiten optischen Faser so konfiguriert sein, dass es den ersten Lichtstrahl 76B in einem Winkel in Bezug auf eine Achse der ersten optischen Faser 42B, jedoch nicht senkrecht in Bezug auf eine derartige Achse emittiert. Demzufolge können Bilder eines Gewebes um einen Umfang des Katheterkopfes 32 herum, statt nur des Gewebes erhalten werden, das koaxial zu dem Katheterkopf 32 oder radial in Bezug auf den Katheterkopf 32 angeordnet ist.
  • Zusätzlich und gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Katheter in Verbindung mit mehreren, zum Beispiel fünf Führungssystemen 22 verwendet werden. Die Führungssysteme 22 können so positioniert sein, dass entsprechende messende oder erste optische Fasern zum Emittieren von Lichtstrahlen koaxial in Bezug auf den Katheterkopf sowie im Wesentlichen um den gesamten Umfang des Katheterkopfes herum positioniert sind.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Messfasern 42A und 42B so konfiguriert, dass sie sowohl die Diagnose-Lichtstrahlen aus entsprechenden Diagnose-Lichstrahlquellen 54A und 54B als auch therapeutische Laserstrahlen aus einer therapeutischen Laserquelle 72 übertragen. Insbesondere ist die Messfaser 42A kommunikativ sowohl mit der Lichtstrahlquelle 54A als auch der Laserquelle 72 verbunden. Ebenso ist die Messfaser 42B kommunikativ sowohl mit der Lichtstrahlquelle 54A als auch der Laserquelle 72 verbunden. Die Laserquelle 72 und die Lichtstrahlenquellen 54A und 54B können so konfiguriert sein, dass sie Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen übertragen, um die gleichzeitige Übertragung sowohl des therapeutischen Laserstrahls, als auch der Diagnose-Lichtstrahlen durch die Messfasern 42A und 42B ermöglichen.
  • Die Führungssysteme 22A und 22B können auch in Verbindung mit anderen medizinischen Vorrichtungen als Kathetern implementiert werden. Beispielsweise können die Führungssysteme 22A und 22B mit einer medizinischen Vorrichtung, wie zum Beispiel einem Angioplastie-Ballon oder einer Atherektomie-Vorrichtung verbunden werden. Ebenso können die Führungssysteme 22A und 22B in Verbindung mit Hohlschläuchen verwendet werden, welche zur Ermöglichung einer lokalisierten Behandlung konfiguriert sind. Beispielsweise können die Führungssysteme 22A und 22B zum Positionieren eines Hohlschlauchs angrenzend an einen Bereich verwendet werden, so dass Medizin, Strahlung oder Energie direkt in einen derartigen Bereich übertragen werden kann. In ähnlicher Weise können Führungssysteme 22A und 22B verwendet werden, um die Positionierung von Biopsievorrichtungen in der Nähe gewünschter Stellen zu ermöglichen.
  • Die Führungssysteme 22A und 22B ermöglichen auch die automatische Steuerung des Vorschubs der Katheteranordnung 20 durch das Blutgefäß 24. Insbesondere und gemäß noch einer weiteren Ausführungsform sind die Führungssysteme 22A und 22B mit einem (nicht dargestellten) Motor verbunden, welcher mit dem Katheterkörper 28 verbunden ist. Der Motor ist dafür konfiguriert, den Katheterkörper 28 durch den Körper vorzuschieben und Steuersignale aus den entsprechenden Computern 66A und 66B zu empfangen. Wenn die entsprechenden Computer 66A und 66B Steuersignale senden, die anzeigen, dass das an den Katheterkopf 32 angrenzende Gewebe beispielsweise Plaque ist, schiebt dann der Motor den Katheterkopf 32 durch den Plaque hindurch vor. Wenn jedoch die Computer 66A und 66B Steuersignale senden, die anzeigen, dass das an den Katheterkopf 32 angrenzende Gewebe beispielsweise eine normale Arterienwand ist, stoppt dann der Motor das Vorschieben des Katheterkopfes 32.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist es offensichtlich, dass die Aufgaben der Erfindung gelöst werden. Obwohl die Erfindung im Detail beschrieben und dargestellt wurde, dürfte es sich deutlich verstehen, dass dieselbe nur zur Veranschaulichung und als Beispiel und nicht im Sinne einer Einschränkung zu betrachten ist. Beispielsweise kann, obwohl das Führungssystem in Verbindung mit einem Katheter mit einem abgerundeten Kopf beschrieben wurde, ein derartiges System in Verbindung mit einem Katheter mit einer anderen Form, zum Beispiel einem kugeligen- oder einem Winkelkopf verwendet werden. Zusätzlich können, obwohl die Führungssysteme Diagnose-Lichtquellen enthielten, die zum Emittieren eines Lichtstrahls konfiguriert waren, derartige Lichtquellen zum Emittieren eines kohärenten Lichtstrahls, wie zum Beispiel eines Laserlichts oder polarisierten Lichts konfiguriert sein. Ferner können, obwohl jedes Führungssystem in Verbindung mit seinem eigenen Computer beschrieben wurde, die Führungssysteme mit nur einem Computer verbunden sein. Demzufolge ist der Schutzumfang der Erfindung nur durch die Begriffe der Ansprüche definiert.

Claims (13)

  1. Medizinisches System, das für eine Führung durch Körpergewebe konfiguriert ist, wobei das medizinische System umfasst: ein medizinisches Instrument (20) mit einem ersten Ende (30) und einem zweiten Ende (32); ein erstes Führungssystem (22A), das eine erste optische Faser (42A) mit einem ersten Ende (46A) und einem zweiten Ende (48A), eine zweite optische Faser (44A) mit einem ersten Ende (50A) und einem zweiten Ende (52A), einem ersten Referenzspiegel (7A) und ein Detektionselement (58A) umfasst, das kommunikativ mit den ersten Enden der ersten und zweiten optischen Fasern verbunden ist, wobei die erste optische Faser mit dem medizinischen Instrument so verbunden ist, dass das zweite Ende der ersten optischen Faser an das zweite Ende des medizinischen Elementes angrenzt, wobei das Detektionselement zur Ermittlung einer Interferenz zwischen einem durch die erste optische Faser wandernden Lichtstrahl und einem durch die zweite optische Faser wandernden Lichtstrahl konfiguriert ist; und ein zweites Führungssystem (22B), das eine erste Faser (42B) mit einem ersten Ende (46B) und einem zweiten Ende (48B), eine zweite optische Faser (44B) mit einem ersten Ende (50B) und einem zweiten Ende (52B) umfasst, einem zweiten Referenzspiegel (74B) und ein Detektionselement (58B) umfasst, das kommunikativ mit den ersten Enden der ersten und zweiten optischen Fasern verbunden ist, wobei die erste optische Faser mit dem medizinischen Instrument so gekoppelt ist, dass das zweite Ende der ersten optischen Faser an das zweite Ende des medizinischen Instrumentes angrenzt, wobei das Detektionselement dafür konfiguriert ist, eine Interterenz zwischen einem durch die erste optische Faser wandernden Lichtstrahl und einem durch die zweite optische Faser wandernden Lichtstrahl zu ermitteln, wobei wenigstens eines von den ersten und zweiten ermitteln, wobei wenigstens eines von den ersten und zweiten Führungssystemen dafür konfiguriert ist, einen Gewebetyp zu ermitteln, der sich in einem Abstand von dem zweiten Ende der entsprechenden ersten optischen Faser befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Referenzspiegel (74A, 74B) angrenzend an die entsprechenden zweiten optischen Faserenden positioniert und so angeordnet sind, dass sie wenigstens einen Teil eines Lichtstrahls zurück in das zweite Ende der zweiten optischen Faser reflektieren.
  2. Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei das medizinische Instrument eine Atherektomie-Vorrichtung ist.
  3. Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei das medizinische Instrument ein Angioplastie-Ballon ist.
  4. Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei das medizinische Instrument ein Katheter ist.
  5. Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei der Katheter ein Laser-Katheter ist.
  6. Medizinisches System nach Anspruch 5, wobei der Laser-Katheter eine Vielzahl optischer Fasern (68) aufweist, wobei eine von der Vielzahl der Fasern die erste optische Faser des ersten Führungssystems bildet.
  7. Medizinisches System nach Anspruch 6, wobei die erste optische Faser des ersten Führungssystems kommunikativ sowohl mit einer Diagnose-Energiequelle, als auch einer Therapie-Energiequelle verbunden ist, wobei die Diagnose-Energiequelle dafür konfiguriert ist, einen Energiestrahl mit einer anderen Wellenlänge zu emittieren als ein Energiestrahl, der von der Therapie-Energiequelle emittiert wird.
  8. Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei das medizinische Instrument eine Biopsievorrichtung ist.
  9. Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei das medizinische Instrument ein Hohlschlauch ist.
  10. Medizinisches System nach Anspruch 1, welches ferner wenigstens ein zusätzliches Führungssystem umfasst.
  11. Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines von den ersten und zweiten Führungssystemen dafür konfiguriert ist, einen Abstand zwischen dem zweiten Ende der entsprechenden ersten optischen Faser und einer Arterienwand zu ermitteln.
  12. Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines von den ersten und zweiten Führungssystemen mit einem Motor verbunden ist, der Motor mit dem medizinischen Instrument verbunden ist, und wobei das Führungssystem und der Motor so konfiguriert sind, dass sie zusammenarbeiten und automatisch den Vorschub des medizinischen Instrumentes durch das Körpergewebe steuern.
  13. Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines von den ersten und zweiten Führungssystemen dafür konfiguriert ist, einen Typ und eine Dichte von Gewebe angrenzend an das medizinische Instrument in periodischen Intervallen zu ermitteln.
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