EP4297634A1 - Verfahren zur ermittlung einer position einer katheterspitze eines katheters - Google Patents

Verfahren zur ermittlung einer position einer katheterspitze eines katheters

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Publication number
EP4297634A1
EP4297634A1 EP22708532.1A EP22708532A EP4297634A1 EP 4297634 A1 EP4297634 A1 EP 4297634A1 EP 22708532 A EP22708532 A EP 22708532A EP 4297634 A1 EP4297634 A1 EP 4297634A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
catheter
signal
electrode
electrodes
ecg
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22708532.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Wildhagen
David Thalmann
Dejana Vukovic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
B Braun Melsungen AG
Original Assignee
B Braun Melsungen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by B Braun Melsungen AG filed Critical B Braun Melsungen AG
Publication of EP4297634A1 publication Critical patent/EP4297634A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; Determining position of diagnostic devices within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • A61B5/327—Generation of artificial ECG signals based on measured signals, e.g. to compensate for missing leads
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A61B5/6852—Catheters

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a position of a catheter tip of a catheter, in particular a central venous catheter, in a patient's body.
  • the invention also relates to a medical system set up to carry out such a method.
  • Catheters in particular central venous catheters, are well known in medicine. When a catheter is put in place, its catheter tip is inserted into an access point on the body and advanced to a desired location.
  • Central venous catheters are usually inserted into the venous system through a vein in the upper half of the body.
  • the tip of the catheter is usually advanced into the area of the right atrium. Misguided advancement and/or insufficiently accurate positioning of the catheter tip can lead to problems.
  • the position of the catheter tip must be checked at least after the catheter has been put in place. At best, the position is determined in real time, i.e. already during the feed movement. Various methods are known for this in clinical practice.
  • the position of the catheter tip is determined radiologically after or already during the application.
  • the associated radiation exposure for the patient and the medical staff involved poses health risks and prevents the method from being widely used.
  • the process is expensive in terms of equipment and comparatively time-consuming and costly.
  • an electrocardiographic position control is carried out (e.g. W. Schumer et al.: "Optimized positioning of central venous catheters through a modified application of intravascular electrocardiography", Anesthesist 54 (2005), pp. 983-990).
  • An ECG signal is derived between a skin electrode attached to the patient's body surface and a Seldinger wire of the catheter.
  • the known method makes use of the fact that the P wave of the ECG signal changes as a function of the advancement of the catheter tip.
  • the P wave represents the electrical excitation of the atrium.
  • the catheter tip enters the atrium there is a characteristic change in the P wave.
  • the position is thus checked by observing the derived ECG signal.
  • the well-known electrocardiographic method allows only one Confirmation of correct positioning in front of the right atrium. In particular, determining the position of the catheter tip in atrial areas is not possible.
  • a medical system is known under the designation Brass 3CGTM Tip Confirmation System, which provides for determining the position of the catheter tip using magnetic field sensors.
  • the object of the invention is to provide a method and a medical system of the type mentioned at the outset that offer advantages over the prior art.
  • the invention provides a method with the features of claim 1 and a medical system with the features of claim 8 .
  • Advantageous configurations are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated into the description by reference.
  • the method according to the invention for determining a position of a catheter tip of a catheter, in particular a central venous catheter, in the body of a patient has the steps: a) detecting at least a first electrical voltage between a first pair of electrodes and detecting a second electrical voltage between a second pair of electrodes, wherein the first pair of electrodes along a first coordinate axis and the second pair of electrodes along a second coordinate axis are arranged at a distance from one another on the body surface of the patient, and generating a first ECG signal and a second ECG signal, which represent a time course of the respective electrical voltage and the respective coordinate axis assigned; b) detecting a first electrical reference voltage between a catheter electrode assigned to the catheter tip and a first reference electrode, preferably the first pair of electrodes, detecting a second electrical reference voltage between the catheter electrode and a second reference electrode, preferably the second pair of electrodes, and generating a first ECG reference signal and a second EKG reference signal, which represent the time
  • the solution according to the invention makes it possible to dispense with the use of X-rays or electromagnetic radiation to determine the position of the catheter tip. On the one hand, this reduces the radiation exposure of the patient and the medical personnel involved. On the other hand, expenditure on equipment can be saved. This can result in time and cost savings.
  • the invention is particularly based on the finding that the patient is often electrocardiographically monitored anyway while the catheter is being put in place, in other words is already connected to an EKG system.
  • the solution according to the invention makes advantageous use of this circumstance in that—to put it simply—the position is determined on the basis of different ECG signals and corresponding signal processing and evaluation of these ECG signals.
  • the different ECG signals are derived on the one hand on the body surface and on the other hand inside the patient's body.
  • the signal processing and/or evaluation includes, in particular, a coordinate transformation of the derived ECG signals.
  • the expenditure on equipment required for this is comparatively low.
  • the solution according to the invention allows an uncomplicated position determination “in real time” while at the same time avoiding health risks for the patient and the medical staff involved.
  • Step a) provides for the detection of different electrical voltages between different pairs of electrodes attached to the body surface.
  • the recorded electrical voltages result from the electrical activity of the heart muscle cells of the patient.
  • the generation of the ECG signals on the basis of the detected electrical voltages, ie potential differences between the individual electrodes of the electrode pairs, takes place in a manner known to those skilled in the art.
  • the different ECG signals are assigned to different coordinate axes.
  • the different coordinate axes are preferably oriented orthogonally. However, this is not mandatory. More preferably, the different coordinate axes are body axes of the patient.
  • step a) includes the derivation of different surface ECG signals.
  • more than the first and second ECG signal can also be derived.
  • a person skilled in the art known Goldberger, Einthofen, chest wall or Nehb ' sche derivation can be made with electrodes arranged accordingly on the body surface.
  • Step b) provides for the detection of different reference voltages, namely at least the first and second reference voltage.
  • the electrical reference voltages are each recorded between the catheter electrode and a reference electrode.
  • the catheter electrode is assigned to the catheter tip, preferably arranged and/or formed on the same.
  • the reference electrodes are preferably each assigned to one of the electrode pairs.
  • the EKG reference signals are derived—at least partially, namely by means of the catheter electrode—inside the patient's body. If the catheter is a venous catheter, for example, it can also be referred to as an endovascular derivation.
  • the catheter-side derivation can be wired or wireless.
  • the catheter electrode can be formed by a distal end of a Seldinger wire or other conductor wire.
  • the catheter electrode can be formed by a distal end opening of a catheter lumen filled with electrically conductive liquid, in particular body liquid, when the catheter is put on.
  • the catheter can have several catheter electrodes. Not all catheter electrodes have to be assigned to the catheter tip.
  • a plurality of catheter electrodes can be arranged and/or formed at a distance from one another along a longitudinal axis extending between a distal end and a proximal end of the catheter. If several catheter electrodes are provided, the position of further sections of the catheter and/or the orientation of the catheter tip can be determined in addition to the position of the catheter tip.
  • Step c) provides for a coordinate transformation of the EKG signals assigned to the different coordinate axes.
  • the coordinate transformation of signals is known as such in the field of signal processing and evaluation.
  • the coordinate transformation can be data-based and/or computer-aided. Standard algorithms are known for this, such as are used, inter alia, for mixing complex signals.
  • one of the two coordinate axes can be assumed to be the real part and the other of the coordinate axes can be assumed to be the imaginary part.
  • the coordinate transformation preferably takes the form of a coordinate rotation over time by multiplication by a fixed offset angle.
  • the coordinate transformation is performed for (many) different angles.
  • differently transformed ECG signals are available for different transformation angles.
  • the transformed ECG signals differ in particular with regard to their respective time profile and/or their signal form.
  • step d) provides for a comparison of the ECG reference signals with the transformed ECG signals.
  • the comparison is used to determine those transformation angles for which a deviation between the correspondingly transformed ECG signals and the respective ECG reference signal is minimal.
  • the different transformation angles namely the first and second transformation angles, are preferably determined with the aid of a computer.
  • An amplitude correction of the ECG signals to be evaluated also preferably takes place. In this way it can be avoided that a possible amplitude error falsifies the determination of the first and second transformation angle.
  • Step e) includes the actual position determination on the basis of the determined first transformation angle and the determined second transformation angle.
  • the position is determined in relation to the first and second coordinate axis and in relation to the position of the first and/or second reference electrode.
  • a point of intersection between a first and second straight line is preferably determined.
  • the first straight line has its origin in the position of the first reference electrode and is inclined by the first transformation angle to the first coordinate axis.
  • the second straight line has its origin in the position of the second reference electrode and is inclined by the second transformation angle relative to the second coordinate axis.
  • the position is determined as a function of the first transformation angle, the second transformation angle, the positions of the first and second reference electrodes, in relation to the coordinate system formed by the coordinate axes and using simple geometric relationships.
  • the solution according to the invention is suitable in a particularly advantageous manner for central venous catheters, PICCS (Peripherally Inserted Central Venous Catheters) and so-called Midiines.
  • the solution according to the invention is not limited to such catheters, but is also advantageously suitable, for example, for pulmonary artery catheters, dialysis catheters and/or arterial catheters.
  • step c) is carried out using vector EKG data formed at least from the first EKG signal and the second EKG signal.
  • a vector ECG which may also be referred to as a vectorcardiogram, is a spatial representation of a time course of the electrical currents generated by the heart understand potential differences.
  • the vector ECG data represents a magnitude and a direction of the electrical potential differences generated by the myocardial activity over time. In this context, one often speaks of a vector loop. The inventors have recognized that a position determination based on vector ECG data offers particular advantages.
  • step d) comprises: comparing the signal forms of the differently transformed respective ECG signals with the signal form of the respective ECG reference signal, with the respective deviation being determined on the basis of an error criterion and/or without taking account of differences in the respective signal amplitudes becomes.
  • the inventors have recognized that differences in the respective signal amplitudes of the ECG signals to be compared can lead to the first and/or second transformation angle not being determined with sufficient accuracy. Ultimately, this can lead to an inaccurate determination of the position of the catheter tip.
  • the deviations between the differently transformed first ECG signals and the first ECG reference signal are determined by comparing the signal shapes. The same applies correspondingly with regard to the transformed second ECG signals and the second ECG reference signal.
  • an MSE criterion (Mean Square Error) can be used as the error criterion.
  • the deviation is determined taking account of differences in the respective signal amplitudes.
  • At least one further electrical reference voltage is determined between the catheter electrode and a further reference electrode, preferably the electrode pairs, and a further ECG reference signal is generated which represents the time course of the further electrical reference voltage, with steps d) and e ) are carried out taking into account the further ECG reference signal.
  • the further reference electrode can, for example, be assigned to the first pair of electrodes and thus to the first coordinate axis.
  • the further reference electrode can be assigned to the second pair of electrodes and thus to the second coordinate axis.
  • step d) accordingly includes the determination of a further transformation angle for which a deviation from the further EKG reference signal is minimal.
  • the further transformation angle can be assigned to the first or second coordinate axis. Expressed pictorially, further points of intersection between the already mentioned first and second straight line and additionally a further straight line are determined for position determination. Depending on the number of points of intersection, the position can be approximated and/or averaged to be determined.
  • the further straight line has its origin in the position of the further reference electrode and is inclined by the further transformation angle to the first or second coordinate axis, depending on which of the two coordinate axes the further reference electrode is associated with.
  • the position of the catheter tip is determined in relation to a three-dimensional coordinate system and as a function of a third transformation angle and a position of a third reference electrode, each associated with a third coordinate axis.
  • the solution according to the invention enables the position to be determined initially in relation to the coordinate system formed by the first and second coordinate axes and thus in relation to a plane. If the coordinate system is assigned to the body axes of the patient, this plane can be a frontal, transverse or sagittal plane, for example. In addition to this, this refinement of the invention enables spatial position determination.
  • the third coordinate axis is preferably orthogonal to the first and/or second coordinate axis.
  • step a) preferably provides for the detection of a third electrical voltage and the generation of a third ECG signal.
  • the third electrical voltage is preferably detected between a third pair of electrodes.
  • the third pair of electrodes is preferably arranged at a distance from one another along the third coordinate axis on the body surface of the patient. Accordingly, the third ECG signal is assigned to the third coordinate axis.
  • step b) preferably provides for the detection of a third electrical reference voltage. This is recorded between the catheter electrode and the third reference electrode, preferably the third pair of electrodes.
  • step b) preferably provides for generating a third EKG reference signal on the basis of the detected third electrical reference voltage.
  • step c) provision is preferably made for determining differently transformed third ECG signals for different transformation angles of the third coordinate axis using the third ECG signal.
  • the third transformation angle is determined in step d).
  • Determining the position in step e) includes—figuratively speaking—determining a point of intersection in the space between the first and second straight lines already mentioned and a third straight line. Its origin is at the position of the third reference electrode.
  • the third straight line is inclined by the third transformation angle with respect to the third coordinate axis.
  • the method has the step of displaying the determined position and/or the path of movement of the catheter tip.
  • the position and/or the movement path can be checked in a simple and reliable manner by medical personnel.
  • the display is preferably carried out by means of a display device set up for this purpose, for example by means of a display, a screen, a projection device or the like.
  • the invention also relates to a medical system for carrying out a method according to the preceding description, having a catheter, in particular a central venous catheter, with a catheter tip, to which at least one catheter electrode is assigned, at least three electrodes intended to be arranged on a body surface of a patient, which have a first Form a pair of electrodes and a second pair of electrodes, and having an evaluation device which is connected to the catheter electrode and the electrodes and is set up to carry out the steps of the method according to the preceding description.
  • the evaluation device is preferably set up to carry out steps a) to e).
  • the medical system according to the invention makes it possible to determine the position of the catheter tip in a way that requires little equipment and therefore saves time and money.
  • the medical system has a display device which is set up to display a position and/or movement path of the catheter tip determined by means of the evaluation device.
  • the display device can in particular have a display, a screen, a projection device or the like.
  • FIG. 1 shows a highly simplified, schematic illustration of an embodiment of a medical system according to the invention, which is set up to carry out an embodiment of a method according to the invention and has a catheter, a plurality of electrodes, an evaluation device and a display device,
  • FIG. 2 shows a highly simplified schematic representation to clarify a basic mode of operation of the medical system according to FIG. 1,
  • Fig. 3 is another schematic representation to clarify the principle
  • Fig. 4 is a further representation to clarify the principle of operation and
  • FIG. 5 in a schematically simplified diagram representation individual steps of a
  • a medical system 1 with a catheter 2, on the catheter tip 3 of which at least one catheter electrode 4 is arranged and/or formed, with at least three electrodes 5, 6, 7, 8, which can be arranged on a body surface O of a patient M are set up, and provided with an evaluation device 9.
  • the medical system 1 is shown schematically in a highly simplified manner with reference to FIG. 1 .
  • the catheter 2 is only shown in the area of its catheter tip 3 .
  • the catheter tip 3 is arranged at a distal end of the catheter 2 .
  • the catheter 2 is a central venous catheter.
  • the catheter can instead be in particular a PICC catheter, a so-called midiine, a pulmonary artery catheter, a dialysis catheter or an arterial catheter.
  • the catheter electrode 4 is arranged at a known, unspecified distance from a distal end 10 of the catheter 2 on the catheter tip 3 .
  • the catheter electrode 4 is set up to detect an electrical potential SK prevailing at the catheter tip 3 and is connected wirelessly and/or by wire to the evaluation device 9 for the purpose of signal transmission.
  • This acquisition and/or transmission can also be referred to as a derivation, in accordance with the language commonly used in medicine.
  • both a wireless and a wired derivation are shown schematically in a greatly simplified manner, with either a wired or a wireless derivation preferably being provided.
  • the catheter 2 has a conductive wire 11 for wired derivation.
  • Conductor wire 11 establishes an electrically conductive connection between catheter electrode 4 and evaluation device 9 .
  • the catheter electrode 4 can be manufactured as a separate component and/or section and then electrically conductively connected to the conductor wire 11 .
  • the catheter electrode 4 can be formed by a distal front end of the conductor wire 11 .
  • the conductor wire 11 can be a wire specially designed to derive the electrical potential SK or a Seldinger wire. The latter is used in a manner known to those skilled in the art when the catheter is placed using the so-called Seldinger technique.
  • the catheter 2 can have a catheter lumen 12 assigned to the catheter electrode 4 for wireless derivation.
  • the catheter lumen 12 is provided for fluid conduction in a manner known to those skilled in the art.
  • a medical fluid can be administered to the patient M or a body fluid can be removed by means of the catheter lumen 12 .
  • the catheter lumen 12 is also used for said derivation, with this taking place during use of the catheter 2 via the said (electrically conductive) liquid located in the catheter lumen 12 .
  • the catheter lumen 12 is shown in a highly simplified and broken-line manner with reference to FIG.
  • the catheter electrode 4 can be formed by a distal end opening of the catheter lumen 12 .
  • the medical system 1 has a total of four electrodes 5, 6, 7, 8, which are also known as the first electrode 5, second electrode 6, third electrode 7 and fourth Electrode 8 can be called. In embodiments that are not shown in the drawing, only three or more than the four electrodes shown here are present.
  • the electrodes 5, 6, 7, 8 are designed to be arranged on the body surface O of the patient M (FIG. 2) and—in contrast to the catheter electrode 4—can also be referred to as skin electrodes.
  • the first electrode 5 and the second electrode 6 form a first pair of electrodes A.
  • the third electrode 7 and the fourth electrode 8 form a second pair of electrodes B. If more than the four electrodes shown here are provided, more than just two pairs of electrodes can be present or .be educated.
  • the electrodes 5, 6, 7, 8 are each set up to derive an electrical potential S1 to S4 from the body surface O.
  • the electrical potentials S1 to S4 can also be referred to as first electrical potential S1, second electrical potential S2, third electrical potential S3 and fourth electrical potential S4.
  • the electrodes 5 to 8 are each connected to the evaluation device 9 for signal transmission or dissipation.
  • wired connections are provided between the electrodes 5 to 8 and the evaluation device 9 for this purpose. This is to be understood as purely exemplary.
  • the catheter 2 is applied in a manner that is fundamentally known to a person skilled in the art.
  • the catheter 2 is usually introduced into the venous system of the patient M via a vein in the upper half of his body.
  • the catheter tip 3 is advanced into the area of the right atrium of the heart H. It is known that insufficiently precise positioning of the catheter tip 3 is problematic.
  • the medical system 1 allows such a position determination.
  • FIGS. 2 to 5 schematically show an exemplary application of the medical system 1 in a highly simplified manner PK inside the patient M's body occupies.
  • the first electrode 5 and the second electrode 6 are arranged on the body surface O at a distance from one another along a first coordinate axis X.
  • the third electrode 7 and the fourth electrode 8 are arranged on the body surface O at a distance from one another along a second coordinate axis Y.
  • FIG. The arrangement shown with reference to FIGS. 2 and 3 is to be understood as schematically greatly simplifying and only serves to clarify the basic application and functioning of the medical system 1.
  • the arrangement of the third electrode 8 on the crown of the patient M only serves to improve the drawing Depiction.
  • the first coordinate axis X and the second coordinate axis Y are aligned orthogonally to one another and, in the embodiment shown, span a coordinate plane which corresponds to the frontal plane of the patient M.
  • the spanned coordinate plane can be different and correspond to a transversal or sagittal plane of the patient M, for example.
  • the actual position is determined by executing the method illustrated schematically with reference to FIG. 5, which has steps a) to e) in the present case:
  • Step a) provides that a first electrical voltage between the first pair of electrodes A and a second electrical voltage between the second pair of electrodes B is detected.
  • the electrical voltages correspond to a potential difference between the electrical potentials detected by means of the electrodes of the respective pair of electrodes.
  • the first electrical voltage can also be referred to as a potential difference S1-S2.
  • the second electrical voltage can also be referred to as a potential difference S3-S4.
  • the assignment of the plus and minus poles shown schematically shown in FIGS. 2 and 3 is purely exemplary and can also be reversed, for example.
  • the electrical potentials S1 to S4 or electrical voltages are derived in the manner described above. Actual signal processing and/or evaluation takes place by means of the evaluation device 9, a first ECG signal E1 and a second ECG signal E2 being generated on the basis of the detected electrical potentials S1 to S4.
  • the first EKG signal E1 represents a time profile of the electrical voltage between the first electrode 5 and the second electrode 6 of the first pair of electrodes A and is assigned to the first X coordinate axis.
  • the second ECG signal E2 represents a time profile of the electrical voltage between the third electrode 7 and the fourth electrode 8 of the second pair of electrodes B and is assigned to the second Y coordinate axis.
  • the ECG signals E1, E2 are shown in FIGS. 2 and 3 in the form of an exemplary vector loop in a manner that is fundamentally known to a person skilled in the art.
  • the vector loop represents vector ECG data V formed from the first ECG signal E1 and the second ECG signal E2.
  • Step b) includes detecting a first electrical reference voltage between the catheter electrode 4 and a first reference electrode 13.
  • a second electrical reference voltage between the catheter electrode 4 and a second reference electrode 14 is detected.
  • the first reference electrode 13 is associated with the first pair of electrodes A and is formed by its first electrode 5 .
  • the second reference electrode 14 is associated with the second pair of electrodes B and is formed by its third electrode 7 .
  • the reference electrodes can be formed by electrodes that are separate from the electrode pairs.
  • the first reference voltage corresponds to an electrical potential difference between the electrical potential SK of the catheter electrode 4, which can also be referred to as catheter potential, and the first electrical potential S1.
  • the second electrical voltage corresponds to an electrical potential difference between the catheter potential SK and the third electrical potential S3.
  • a first EKG reference signal R1 and a second EKG reference signal R2 are generated by the evaluation device 9 .
  • the first ECG reference signal R1 represents the time profile of the first electrical reference voltage between the catheter electrode 4 and the first reference electrode 13.
  • the second ECG reference signal R2 represents the time profile of the second electrical reference voltage between the catheter electrode 4 and the second reference electrode 14.
  • Step c) includes determining differently transformed first ECG signals E1′ and differently transformed second ECG signals E2′ for different Transformation angle of the respective coordinate axis X, Y using the first and second ECG signal E1, E2.
  • this coordinate transformation takes place by rotating a vector profile of the vector loop (FIGS. 2, 3).
  • Such a coordinate transformation can be carried out by standard algorithms which are fundamentally known at least in the field of signal processing and evaluation. Such standard algorithms are known, for example, for the mixing of complex signals.
  • the first ECG signal E1 assigned to the first coordinate axis X can be assumed to be the real part for this purpose.
  • the second ECG signal E2 assigned to the second coordinate axis Y can be assumed to be an imaginary part.
  • Said coordinate transformation takes place over time by multiplication with a preferably fixed offset angle.
  • a coordinate transformation more precisely: rotation of the underlying coordinate axis, is carried out for many different transformation angles.
  • a multiplicity of differently transformed first ECG signals and second ECG signals are determined, which are denoted by just a single reference symbol, namely ET or E2′, for simplified reference.
  • ET or E2′ for simplified reference.
  • Step d) includes determining a first transformation angle a1 and a second transformation angle a2.
  • the first transformation angle a1 is that transformation angle of the coordinate transformation carried out in step c) for which a deviation between the transformed first ECG signal ET and the first ECG reference signal R1 is minimal.
  • the second transformation angle a2 is that transformation angle of the coordinate transformation for which a deviation between the transformed second ECG signal E2' and the second ECG reference signal R2 is minimal.
  • step d) includes a comparison of the derivatives formed using the catheter electrode 4 and the reference electrodes 13, 14 with the transformed derivatives of the electrode pairs A, B. The aim of this comparison is to find those transformed ECG signals for which there is the greatest agreement with the two catheter leads.
  • the comparison described above is preferably carried out using an error criterion, for example an MSE criterion (Mean Square Error).
  • the comparison is also preferably carried out without taking account of differences in the respective signal amplitudes of the EKG reference signals R1, R2 and the transformed EKG signals ET, E2'. This avoids having an amplitude error in the selection of the largest Signal match / smallest signal deviation flows and thus the determination of the first and second transformation angle a1, a2 falsified.
  • Step e) includes the actual determination of the position of the catheter tip 3.
  • the position of the catheter tip 3 is determined indirectly by determining the position of the catheter electrode 4.
  • the position is determined as a function of the previously determined first and second transformation angles a1, a2 and as a function of a position P1 of the first reference electrode 13 and a position P2 of the second reference electrode 14 (FIG. 3).
  • the position PK of the catheter electrode 4 and thus of the catheter tip 3 can be determined by calculating an intersection point of two straight lines G1, G2.
  • the straight line G1 runs through the position P1 of the first reference electrode 13 and is inclined to the first coordinate axis X by the first transformation angle a1.
  • the second straight line G2 runs through the position P2 of the second reference electrode 14 and is inclined relative to the second coordinate axis Y by the second transformation angle ⁇ 2. If the transformation angles a1, a2 and the positions P1, P2 are known, the point of intersection or the position PK is determined on the basis of fundamentally known geometric determination equations. The evaluation device 9 is set up for this.
  • the medical system 1 has a display device 15 which is set up to display the determined position PK and is connected to the evaluation device 9 (FIG. 1).
  • the display device 15 is illustrated in a highly simplified manner with reference to FIG. 1 and can have, for example, a screen, a display and/or a projection device for the visual reproduction of the position PK.
  • the position PK is determined continuously or quasi-continuously during the advance movement of the catheter in the body. In other words, several positions of the catheter tip 3 are determined over time, so that a movement path PK(t) is determined using the evaluation device 9 and the display device
  • the spatial position PK of the catheter tip 3 lies at an intersection of the straight lines G1, G2, G3.
  • the latter can also be referred to as the third straight line G3 and runs through the position P3 of the third reference electrode 16.
  • the third straight line G3 is inclined with respect to the third coordinate axis Z by the third transformation angle a3. This is aligned orthogonally to the two coordinate axes X, Y.

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Abstract

1. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Position einer Katheterspitze eines Katheters, insbesondere eines Zentralvenenkatheters, im Körper eines Patienten sowie ein zum Ausführen eines solchen Verfahrens eingerichtetes medizinisches System. 2. Einsatz bei einer Katheterisierung.

Description

Verfahren zur Ermittlung einer Position einer Katheterspitze eines Katheters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Position einer Katheterspitze eines Katheters, insbesondere eines Zentralvenenkatheters, im Körper eines Patienten. Die Erfindung betrifft zudem ein zum Ausführen eines solchen Verfahrens eingerichtetes medizinisches System.
Katheter, insbesondere Zentralvenenkatheter, sind in der Medizin allgemein bekannt. Bei einem Anlegen eines Katheters wird dessen Katheterspitze in einen körperseitigen Zugang eingeführt und bis zu einem gewünschten Lageort vorgeschoben.
Zentralvenenkatheter werden in der Regel über eine Vene der oberen Körperhälfte in das Venensystem eingeführt. Die Katheterspitze wird üblicherweise bis in den Bereich des rechten Vorhofs vorgeschoben. Ein fehlgeleiteter Vorschub und/oder eine nicht ausreichend genaue Positionierung der Katheterspitze können zu Problemen führen. Um dem entgegenzuwirken, ist wenigstens nach dem Anlegen des Katheters eine Kontrolle der Position der Katheterspitze erforderlich. Bestenfalls erfolgt eine Ermittlung der Position in Echtzeit, d.h. bereits während der Vorschubbewegung. Hierfür sind in der klinischen Praxis unterschiedliche Verfahren bekannt.
Bei einem bekannten Verfahren wird nach oder bereits während des Anlegens die Position der Katheterspitze röntgenologisch erfasst. Die damit einhergehende Strahlenbelastung für den Patienten und involviertes medizinisches Personal birgt Gesundheitsrisiken und steht einer breiten Anwendung des Verfahrens entgegen. Zudem ist das Verfahren apparativ aufwändig und vergleichsweise zeit- und kostenintensiv.
Bei einem weiteren Verfahren erfolgt eine elektrokardiographische Positionskontrolle (z.B. W. Schumer et al.: „Optimierte Positionierung zentraler Venenkatheter durch eine modifizierte Anwendung der intravasalen Elektrokardiographie“, Anästhesist 54 (2005), S. 983-990). Dabei wird ein EKG-Signal zwischen einer an der Körperoberfläche des Patienten angebrachten Hautelektrode und einem Seldinger-Draht des Katheters abgeleitet. Das bekannte Verfahren macht es sich zunutze, dass die P-Welle des EKG-Signals sich in Abhängigkeit des Vorschubs der Katheterspitze verändert. Die P-Welle repräsentiert die elektrische Erregung des Vorhofs. Mit Eintreten der Katheterspitze in den Vorhof kommt es zu einer charakteristischen Veränderung der P-Welle. Die Positionskontrolle erfolgt somit über eine Beobachtung des abgeleiteten EKG-Signals. Das bekannte elektrokardiografische Verfahren erlaubt lediglich eine Bestätigung einer korrekten Positionierung vor dem rechten Vorhof. Nicht möglich ist insbesondere eine Positionsermittlung der Katheterspitze in vorhoffernen Bereichen.
Im Übrigen ist ein medizinisches System unter der Bezeichnung Sherlock 3CG™ Tip Confirmation System bekannt, das ein Ermitteln der Position der Katheterspitze mittels Magnetfeldsensoren vorsieht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein medizinisches System der eingangs genannten Art bereitzustellen, die Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bieten.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein medizinisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Position einer Katheterspitze eines Katheters, insbesondere eines Zentralvenenkatheters, im Körper eines Patienten weist die Schritte auf: a) Erfassen wenigstens einer ersten elektrischen Spannung zwischen einem ersten Elektrodenpaar und Erfassen einer zweiten elektrischen Spannung zwischen einem zweiten Elektrodenpaar, wobei das erste Elektrodenpaar entlang einer ersten Koordinatenachse und das zweite Elektrodenpaar entlang einer zweiten Koordinatenachse voneinander beabstandet an der Körperoberfläche des Patienten angeordnet sind, und Erzeugen eines ersten EKG- Signals und eines zweiten EKG-Signals, welche einen Zeitverlauf der jeweiligen elektrischen Spannung repräsentieren und der jeweiligen Koordinatenachse zugeordnet sind; b) Erfassen einer ersten elektrischen Referenzspannung zwischen einer der Katheterspitze zugeordneten Katheterelektrode und einer ersten Referenzelektrode, vorzugsweise des ersten Elektrodenpaars, Erfassen einer zweiten elektrischen Referenzspannung zwischen der Katheterelektrode und einer zweiten Referenzelektrode, vorzugsweise des zweiten Elektrodenpaars, sowie Erzeugen eines ersten EKG-Referenzsignals und eines zweiten EKG- Referenzsignals, welche den Zeitverlauf der jeweiligen elektrischen Referenzspannung repräsentieren; c) Ermitteln unterschiedlich transformierter erster EKG-Signale und unterschiedlich transformierter zweiter EKG-Signale für unterschiedliche Transformationswinkel der jeweiligen Koordinatenachse und unter Verwendung des ersten EKG-Signals und des zweiten EKG-Signals; d) Ermitteln eines ersten Transformationswinkels der unterschiedlichen Transformationswinkel, für welchen eine Abweichung zwischen dem entsprechend transformierten ersten EKG-Signal und dem ersten EKG-Referenzsignal minimal ist, und eines zweiten Transformationswinkels der unterschiedlichen Transformationswinkel, für welchen eine Abweichung zwischen dem entsprechend transformierten zweiten EKG-Signal und dem zweiten EKG-Referenzsignal minimal ist; e) Ermitteln der Position der Katheterspitze in Bezug auf ein durch die erste Koordinatenachse und die zweite Koordinatenachse gebildetes Koordinatensystem in Abhängigkeit des ermittelten ersten Transformationswinkels und einer Position der ersten Referenzelektrode sowie des ermittelten zweiten Transformationswinkels und einer Position der zweiten Referenzelektrode. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann auf den Einsatz von Röntgen- oder elektromagnetischer Strahlung zur Positionsermittlung der Katheterspitze verzichtet werden. Hierdurch wird zum einen die Strahlenbelastung des Patienten und des involvierten medizinischen Personals vermindert. Zum anderen kann apparativer Aufwand eingespart werden. Dies kann mit einer Zeit- und Kosteneinsparung einhergehen. Die Erfindung geht insbesondere von der Erkenntnis aus, dass der Patient während des Anlegens des Katheters oftmals ohnehin elektrokardiographisch überwacht wird, mit anderen Worten bereits an ein EKG-System angeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Lösung macht sich diesen Umstand vorteilhaft zunutze, indem - vereinfacht ausgedrückt - die Positionsermittlung auf der Grundlage von unterschiedlichen EKG-Signalen und einer entsprechenden Signalverarbeitung und -auswertung dieser EKG-Signale erfolgt. Die unterschiedlichen EKG-Signale werden einerseits an der Körperoberfläche und andererseits im Inneren des Körpers des Patienten abgeleitet. Die Signalverarbeitung und/oder -auswertung umfasst insbesondere eine Koordinatentransformation der abgeleiteten EKG-Signale. Der hierfür erforderliche apparative Aufwand ist vergleichsweise gering. Im Ergebnis erlaubt die erfindungsgemäße Lösung eine unaufwändige Positionsermittlung „in Echtzeit“ unter gleichzeitiger Vermeidung von Gesundheitsrisiken für den Patienten und das involvierte medizinische Personal.
Der Schritt a) sieht das Erfassen unterschiedlicher elektrischer Spannungen zwischen unterschiedlichen, an der Körperoberfläche angebrachten Elektrodenpaaren vor. Die erfassten elektrischen Spannungen resultieren aus der elektrischen Aktivität der Herzmuskelzellen des Patienten. Das Erzeugen der EKG-Signale auf Grundlage der erfassten elektrischen Spannungen, d.h. Potentialunterschiede zwischen den einzelnen Elektroden der Elektrodenpaare, erfolgt auf eine dem Fachmann grundsätzlich bekannte Weise. Die unterschiedlichen EKG-Signale sind unterschiedlichen Koordinatenachsen zugeordnet. Die unterschiedlichen Koordinatenachsen sind vorzugsweise orthogonal orientiert. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Weiter vorzugsweise sind die unterschiedlichen Koordinatenachsen Körperachsen des Patienten. Vereinfacht ausgedrückt umfasst der Schritt a) das Ableiten unterschiedlicher Oberflächen-EKG-Signale. Es versteht sich, dass je nach Anzahl der verwendeten Elektroden und/oder Elektrodenpaare auch mehr als das erste und zweite EKG- Signal abgeleitet werden können. Beispielsweise kann insbesondere eine dem Fachmann bekannte Goldberger-, Einthofen-, Brustwand- oder Nehb'sche Ableitung mit entsprechend an der Körperoberfläche angeordneten Elektroden vorgenommen werden.
Der Schritt b) sieht das Erfassen unterschiedlicher Referenzspannungen vor, nämlich wenigstens der ersten und zweiten Referenzspannung. Die elektrischen Referenzspannungen werden jeweils zwischen der Katheterelektrode und einer Referenzelektrode erfasst. Die Katheterelektrode ist der Katheterspitze zugeordnet, vorzugsweise an derselben angeordnet und/oder ausgebildet. Die Referenzelektroden sind vorzugsweise jeweils einem der Elektrodenpaare zugeordnet. Im Unterschied zu den in dem Schritt a) erfassten/erzeugten Oberflächen-EKG-Signalen werden die EKG-Referenzsignale - jedenfalls teilweise, nämlich mittels der Katheterelektrode - im Körperinneren des Patienten abgeleitet. Sofern es sich bei dem Katheter um beispielsweise einen Venenkatheter handelt, kann auch von einer endovaskulären Ableitung gesprochen werden. Die katheterseitige Ableitung kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Beispielsweise kann die Katheterelektrode durch ein distales Stirnende eines Seldinger-Drahts oder sonstigen Leiterdrahts gebildet sein. Alternativ kann die Katheterelektrode durch eine distale Stirnendöffnung eines - beim Anlegen des Katheters - mit elektrisch leitfähiger Flüssigkeit, insbesondere Körperflüssigkeit, befüllten Katheterlumens gebildet sein. Es versteht sich, dass der Katheter mehrere Katheterelektroden aufweisen kann. Dabei müssen nicht sämtliche Katheterelektroden der Katheterspitze zugeordnet sein. Beispielsweise können mehrere Katheterelektroden entlang einer zwischen einem distalen und einem proximalen Ende des Katheters erstreckten Längsachse voneinander beabstandet angeordnet und/oder ausgebildet sein. Sofern mehrere Katheterelektroden vorgesehen sind, kann zusätzlich zu der Position der Katheterspitze eine Ermittlung der Position weiterer Abschnitte des Katheters und/oder der Orientierung der Katheterspitze erfolgen.
Der Schritt c) sieht eine Koordinatentransformation der den unterschiedlichen Koordinatenachsen zugeordneten EKG-Signale vor. Die Koordinatentransformation von Signalen ist jedenfalls im Bereich der Signalverarbeitung und -auswertung als solche bekannt. Beispielsweise kann die Koordinatentransformation datenbasiert und/oder computergestützt erfolgen. Hierfür sind Standardalgorithmen bekannt, wie sie unter anderem für eine Mischung von komplexen Signalen verwendet werden. Vereinfacht ausgedrückt kann in diesem Zusammenhang eine der beiden Koordinatenachsen als Realteil und die weitere der Koordinatenachsen als Imaginärteil angenommen werden. Vorzugsweise erfolgt die Koordinatentransformation in Form einer Koordinatendrehung im Zeitverlauf durch Multiplikation mit einem festen Offset-Winkel. Die Koordinatentransformation wird für (viele) unterschiedliche Wnkel durchgeführt. Als Ergebnis liegen unterschiedlich transformierte EKG-Signale für unterschiedliche Transformationswinkel vor. Die transformierten EKG-Signale unterscheiden sich insbesondere im Hinblick auf ihren jeweiligen Zeitverlauf und/oder ihre Signalform.
Der Schritt d) sieht mit anderen Worten ein Vergleichen der EKG-Referenzsignale mit den transformierten EKG-Signalen vor. Mittels des Vergleichs werden diejenigen Transformationswinkel ermittelt, für welche eine Abweichung zwischen den entsprechend transformierten EKG-Signalen und dem jeweiligen EKG-Referenzsignal minimal ist. Das Ermitteln der unterschiedlichen Transformationswinkel, nämlich des ersten und zweiten Transformationswinkels, erfolgt vorzugsweise computergestützt. Weiter vorzugsweise erfolgt eine Amplitudenkorrektur der auszuwertenden EKG-Signale. Hierdurch kann vermieden werden, dass ein möglicher Amplitudenfehler das Ermitteln des ersten und zweiten T ransformationswinkels verfälscht.
Der Schritt e) umfasst die eigentliche Positionsermittlung auf Grundlage des ermittelten ersten Transformationswinkels und des ermittelten zweiten Transformationswinkels. Dabei wird die Position in Bezug auf die erste und zweite Koordinatenachse und relativ zu der Position der ersten und/oder zweiten Referenzelektrode ermittelt. Vereinfacht ausgedrückt wird vorzugsweise ein Schnittpunkt zwischen einer ersten und zweiten Geraden ermittelt. Die erste Gerade hat ihren Ursprung in der Position der ersten Referenzelektrode und ist um den ersten Transformationswinkel zu der ersten Koordinatenachse geneigt. Die zweite Gerade hat ihren Ursprung in der Position der zweiten Referenzelektrode und ist um den zweiten Transformationswinkel relativ zu der zweiten Koordinatenachse geneigt. Mit nochmals anderen Worten erfolgt die Positionsermittlung in Abhängigkeit des ersten Transformationswinkels, des zweiten Transformationswinkels, der Positionen der ersten und zweiten Referenzelektrode, in Bezug auf das durch die Koordinatenachsen gebildete Koordinatensystem und unter Rückgriff auf einfache geometrische Beziehungen.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für Zentralvenenkatheter, PICCS (Peripherally Inserted Central Venous Catheter) sowie sogenannte Midiines. Die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch nicht auf solche Katheter eingeschränkt, sondern beispielsweise auch vorteilhaft für Pulmonaliskatheter, Dialysekatheter und/oder arterielle Katheter geeignet.
In Ausgestaltung der Erfindung wird der Schritt c) unter Verwendung von wenigstens aus dem ersten EKG-Signal und dem zweiten EKG-Signal gebildeten Vektor-EKG-Daten ausgeführt. Unter einem Vektor-EKG, das auch als Vektorkardiogramm bezeichnet werden kann, ist eine räumliche Darstellung eines zeitlichen Verlaufs der vom Herzen generierten elektrischen Potentialdifferenzen zu verstehen. Mit anderen Worten repräsentieren die Vektor-EKG-Daten einen Betrag und eine Richtung der durch die Herzmuskelaktivität generierten elektrischen Potentialdifferenzen über der Zeit. In diesem Zusammenhang wird oftmals auch von einer Vektorschleife gesprochen. Die Erfinder haben erkannt, dass eine auf Vektor-EKG-Daten basierende Positionsermittlung besondere Vorteile bietet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt d): Vergleichen der Signalformen der unterschiedlich transformierten jeweiligen EKG-Signale mit der Signalform des jeweiligen EKG-Referenzsignals, wobei die jeweilige Abweichung auf Grundlage eines Fehlerkriteriums und/oder ohne Berücksichtigung von Unterschieden in den jeweiligen Signalamplituden ermittelt wird. Die Erfinder haben erkannt, dass Unterschiede in den jeweiligen Signalamplituden der zu vergleichenden EKG-Signale zu einer nicht ausreichend genauen Ermittlung des ersten und/oder zweiten Transformationswinkels führen können. Dies kann letztlich zu einer ungenauen Ermittlung der Position der Katheterspitze führen. Um dem entgegenzuwirken, werden die Abweichungen zwischen den unterschiedlich transformierten ersten EKG-Signalen und dem ersten EKG-Referenzsignal mittels eines Vergleichs der Signalformen ermittelt. Entsprechendes gilt sinngemäß im Hinblick auf die transformierten zweiten EKG-Signale und das zweite EKG-Referenzsignal. Als Fehlerkriterium kann insbesondere ein MSE-Kriterium (Mean Square Error) verwendet werden. Bei einerweiteren Ausgestaltung wird die Abweichung mit Berücksichtigung von Unterschieden in den jeweiligen Signalamplituden ermittelt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens eine weitere elektrische Referenzspannung zwischen der Katheterelektrode und einer weiteren Referenzelektrode, vorzugsweise der Elektrodenpaare, ermittelt und es wird ein weiteres EKG-Referenzsignal erzeugt, welches den Zeitverlauf der weiteren elektrischen Referenzspannung repräsentiert, wobei die Schritte d) und e) unter Berücksichtigung des weiteren EKG-Referenzsignals ausgeführt werden. Hierdurch kann eine nochmals verbesserte Genauigkeit der Positionsermittlung erreicht werden. Die weitere Referenzelektrode kann beispielsweise dem ersten Elektrodenpaar und damit der ersten Koordinatenachse zugeordnet sein. Alternativ kann die weitere Referenzelektrode dem zweiten Elektrodenpaar und damit der zweiten Koordinatenachse zugeordnet sein. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt d) dementsprechend das Ermitteln eines weiteren Transformationswinkels, für welchen eine Abweichung gegenüber dem weiteren EKG-Referenzsignal minimal ist. Der weitere Transformationswinkel kann der ersten oder zweiten Koordinatenachse zugeordnet sein. Bildhaft ausgedrückt werden zur Positionsermittlung weitere Schnittpunkte zwischen der bereits erwähnten ersten und zweiten Gerade und zusätzlich einer weiteren Gerade ermittelt. Die Position kann in Abhängigkeit der mehreren Schnittpunkte näherungsweise und/oder gemittelt bestimmt werden. Die weitere Gerade hat ihren Ursprung in der Position der weiteren Referenzelektrode und ist um den weiteren Transformationswinkel zu der ersten oder zweiten Koordinatenachse geneigt, je nachdem, welcher der beiden Koordinatenachsen die weitere Referenzelektrode zugeordnet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Position der Katheterspitze in Bezug auf ein dreidimensionales Koordinatensystem und in Abhängigkeit eines dritten Transformationswinkels sowie einer Position einer dritten Referenzelektrode, die jeweils einer dritten Koordinatenachse zugeordnet sind, ermittelt. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Positionsermittlung zunächst in Bezug auf das durch die erste und zweite Koordinatenachse gebildete Koordinatensystem und somit in Bezug auf eine Ebene. Diese Ebene kann, sofern das Koordinatensystem den Körperachsen des Patienten zugeordnet ist, beispielsweise eine Frontal-, Transversal- oder Sagittalebene sein. In Erweiterung hierzu ermöglicht diese Ausgestaltung der Erfindung eine räumliche Positionsermittlung. Die dritte Koordinatenachse ist vorzugsweise orthogonal zu der ersten und/oder zweiten Koordinatenachse. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung sieht der Schritt a) vorzugsweise ein Erfassen einer dritten elektrischen Spannung und das Erzeugen eines dritten EKG-Signals vor. Die dritte elektrische Spannung wird vorzugsweise zwischen einem dritten Elektrodenpaar erfasst. Das dritte Elektrodenpaar ist vorzugsweise entlang der dritten Koordinatenachse voneinander beabstandet an der Körperoberfläche des Patienten angeordnet. Dementsprechend ist das dritte EKG-Signal der dritten Koordinatenachse zugeordnet. Weiter sieht der Schritt b) vorzugsweise ein Erfassen einer dritten elektrischen Referenzspannung vor. Diese wird zwischen der Katheterelektrode und der dritten Referenzelektrode, vorzugsweise des dritten Elektrodenpaars, erfasst. Weiter sieht der Schritt b) vorzugsweise ein Erzeugen eines dritten EKG-Referenzsignals auf Grundlage der erfassten dritten elektrischen Referenzspannung vor. In Bezug auf den Schritt c) ist vorzugsweise ein Ermitteln unterschiedlich transformierter dritter EKG-Signale für unterschiedliche Transformationswinkel der dritten Koordinatenachse unter Verwendung des dritten EKG-Signals vorgesehen. Der dritte Transformationswinkel wird in dem Schritt d) ermittelt. Diesbezüglich gilt sinngemäß das im Hinblick auf die Ermittlung des ersten und/oder zweiten Transformationswinkels Gesagte. Das Ermitteln der Position in dem Schritt e) umfasst - bildlich gesprochen - eine Ermittlung eines Schnittpunkts im Raum zwischen der bereits erwähnten ersten und zweiten Gerade sowie einer dritten Gerade. Deren Ursprung befindet sich an der Position der dritten Referenzelektrode. Zudem ist die dritte Gerade um den dritten Transformationswinkel gegenüber der dritten Koordinatenachse geneigt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Positionen der Katheterspitze während einer Vorschubbewegung des Katheters im Körper zeitkontinuierlich ermittelt, wobei in Abhängigkeit der ermittelten mehreren Positionen eine Bewegungsbahn der Katheterspitze ermittelt wird. Die Bewegungsbahn repräsentiert einen zeitlichen Verlauf der Position der Katheterspitze während der Vorschubbewegung. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann Fehlern beim Anlegen des Katheters in nochmals verbesserter Weise entgegengewirkt werden. Hierdurch wird eine nochmals verbesserte Patientensicherheit erreicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren den Schritt auf: Anzeigen der ermittelten Position und/oder der Bewegungsbahn der Katheterspitze. Hierdurch ist die Position und/oder die Bewegungsbahn auf einfache und zuverlässige Weise durch medizinisches Personal kontrollierbar. Das Anzeigen erfolgt vorzugsweise mittels einer hierfür eingerichteten Anzeigeeinrichtung, beispielsweise mittels eines Displays, eines Bildschirms, eines Projektionsgeräts oder dergleichen.
Die Erfindung betrifft zudem ein medizinisches System zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung, aufweisend einen Katheter, insbesondere einen Zentralvenenkatheter, mit einer Katheterspitze, welcher wenigstens eine Katheterelektrode zugeordnet ist, wenigstens drei zur Anordnung an einer Körperoberfläche eines Patienten vorgesehene Elektroden, die ein erstes Elektrodenpaar und ein zweites Elektrodenpaar bilden, und aufweisend eine Auswerteeinrichtung, welche mit der Katheterelektrode und den Elektroden verbunden und zum Ausführen der Schritte des Verfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung eingerichtet ist. Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise zum Ausführen der Schritte a) bis e) eingerichtet. Das erfindungsgemäße medizinische System ermöglicht eine apparativ unaufwändige und damit zeit- und kostensparende Positionsermittlung der Katheterspitze. Gleichzeitig kann eine gesundheitliche Beeinträchtigung des Patienten und des involvierten medizinischen Personals durch üblicherweise zur Positionsermittlung verwendete Röntgen- und/oder elektromagnetische Strahlung vermieden werden. Im Übrigen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Offenbarung zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. Das dort im Hinblick auf mit der erfindungsgemäßen Lösung einhergehende Vorteile Gesagte gilt sinngemäß für das erfindungsgemäße medizinische System.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das medizinische System eine Anzeigeeinrichtung auf, welche zum Anzeigen einer mittels der Auswerteeinrichtung ermittelten Position und/oder Bewegungsbahn der Katheterspitze eingerichtet ist. Die Anzeigeeinrichtung kann insbesondere ein Display, einen Bildschirm, ein Projektionsgerät oder dergleichen aufweisen. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen medizinischen Systems, das zum Ausführen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist und einen Katheter, mehrere Elektroden, eine Auswerteeinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung aufweist,
Fig. 2 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung zur Verdeutlichung einer prinzipiellen Funktionsweise des medizinischen Systems nach Fig. 1,
Fig. 3 eine weitere schematische Darstellung zur Verdeutlichung der prinzipiellen
Funktionsweise,
Fig. 4 eine weitere Darstellung zur Verdeutlichung der prinzipiellen Funktionsweise und
Fig. 5 in schematisch vereinfachter Diagrammdarstellung einzelne Schritte einer
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß Fig. 1 ist ein medizinisches System 1 mit einem Katheter 2, an dessen Katheterspitze 3 wenigstens eine Katheterelektrode 4 angeordnet und/oder ausgebildet ist, mit wenigstens drei Elektroden 5, 6, 7, 8, welche zur Anordnung an einer Körperoberfläche O eines Patienten M eingerichtet sind, und mit einer Auswerteeinrichtung 9 vorgesehen. Das medizinische System 1 ist anhand Fig. 1 schematisch stark vereinfacht dargestellt.
Der Katheter 2 ist lediglich im Bereich seiner Katheterspitze 3 gezeigt. Die Katheterspitze 3 ist an einem distalen Ende des Katheters 2 angeordnet. Vorliegend handelt es sich bei dem Katheter 2 um einen Zentralvenenkatheter.
Bei zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsformen kann der Katheter stattdessen insbesondere ein PICC-Katheter, eine sog. Midiine, ein Pulmonaliskatheter, ein Dialysekatheter oder ein arterieller Katheter sein. Die Katheterelektrode 4 ist bei der gezeigten Ausführungsform um einen bekannten, nicht näher bezeichneten Abstand von einem distalen Ende 10 des Katheters 2 an der Katheterspitze 3 angeordnet.
Die Katheterelektrode 4 ist zum Erfassen eines an der Katheterspitze 3 vorherrschenden elektrischen Potentials SK eingerichtet und zwecks Signalübertragung drahtlos und/oder drahtgebunden mit der Auswerteeinrichtung 9 verbunden. Diese Erfassung und/oder Übertragung kann gemäß einem in der Medizin üblichen Sprachgebrauch auch als Ableitung bezeichnet werden.
Anhand Fig. 1 sind sowohl eine drahtlose als auch eine drahtgebundene Ableitung schematisch stark vereinfacht dargestellt, wobei vorzugsweise entweder eine drahtgebundene oder eine drahtlose Ableitung vorgesehen ist.
Zur drahtgebundenen Ableitung weist der Katheter 2 einen Leiterdraht 11 auf. Der Leiterdraht 11 stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Katheterelektrode 4 und der Auswerteeinrichtung 9 her. Die Katheterelektrode 4 kann als separates Bauteil und/oder Abschnitt gefertigt und hiernach elektrisch leitend mit dem Leiterdraht 11 verbunden sein. Alternativ kann die Katheterelektrode 4 durch ein distales Stirnende des Leiterdrahts 11 gebildet sein. Der Leiterdraht 11 kann ein speziell zur Ableitung des elektrischen Potentials SK ausgebildeter Draht oder ein Seldinger-Draht sein. Letzterer wird auf eine dem Fachmann bekannte Weise bei einem Anlegen des Katheters mittels der sog. Seldinger-Technik verwendet.
Zur drahtlosen Ableitung kann der Katheter 2 ein der Katheterelektrode 4 zugeordnetes Katheterlumen 12 aufweisen. In der Anwendung des Katheters 2 ist das Katheterlumen 12 auf eine dem Fachmann bekannte Weise zur Flüssigkeitsleitung vorgesehen. Beispielsweise kann mittels des Katheterlumens 12 dem Patienten M eine medizinische Flüssigkeit verabreicht oder eine Körperflüssigkeit entnommen werden. Vorliegend dient das Katheterlumen 12 zusätzlich der besagten Ableitung, wobei diese während der Anwendung des Katheters 2 über die in dem Katheterlumen 12 befindliche, besagte (elektrische leitfähige) Flüssigkeit erfolgt. Das Katheterlumen 12 ist anhand Fig. 1 schematisch stark vereinfacht und strichliert dargestellt. Die Katheterelektrode 4 kann durch eine distale Stirnendöffnung des Katheterlumens 12 gebildet sein.
Bei der gezeigten Ausführungsform weist das medizinische System 1 insgesamt vier Elektroden 5, 6, 7, 8 auf, die auch als erste Elektrode 5, zweite Elektrode 6, dritte Elektrode 7 und vierte Elektrode 8 bezeichnet werden können. Bei zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsformen sind lediglich drei oder mehr als die vorliegend gezeigten vier Elektroden vorhanden.
Die Elektroden 5, 6, 7, 8 sind zur Anordnung an der Körperoberfläche O des Patienten M eingerichtet (Fig. 2) und können - im Unterschied zu der Katheterelektrode 4 - auch als Hautelektroden bezeichnet werden.
Die erste Elektrode 5 und die zweite Elektrode 6 bilden vorliegend ein erstes Elektrodenpaar A. Die dritte Elektrode 7 und die vierte Elektrode 8 bilden ein zweites Elektrodenpaar B. Sofern mehr als die vorliegend gezeigten vier Elektroden vorgesehen sind, können mehr als lediglich zwei Elektrodenpaare vorhanden bzw. gebildet sein.
Zudem versteht sich, dass grundsätzlich drei Elektroden ausreichend sind, um die vorliegend gezeigten zwei Elektrodenpaare zu bilden, sofern wenigstens eine der Elektroden beiden Elektrodenpaaren zugeordnet ist.
Die Elektroden 5, 6, 7, 8 sind jeweils zum Ableiten eines elektrischen Potentials S1 bis S4 von der Körperoberfläche O eingerichtet. Die elektrischen Potentiale S1 bis S4 können auch als erstes elektrisches Potential S1, zweites elektrisches Potential S2, drittes elektrisches Potential S3 und viertes elektrisches Potential S4 bezeichnet werden.
Die Elektroden 5 bis 8 sind jeweils zur Signalübertragung bzw. -ableitung mit der Auswerteeinrichtung 9 verbunden. Bei der gezeigten Ausführungsform sind zu diesem Zweck nicht näher bezeichnete drahtgebundene Verbindungen zwischen den Elektroden 5 bis 8 und der Auswerteeinrichtung 9 vorgesehen. Dies ist als rein exemplarisch zu verstehen.
Ein Anlegen des Katheters 2 erfolgt auf eine dem Fachmann grundsätzlich bekannte Weise. Dabei wird der Katheter 2 üblicherweise über eine Vene der oberen Körperhälfte des Patienten M in dessen Venensystem eingeführt. Die Katheterspitze 3 wird bis in den Bereich des rechten Vorhofs des Herzens H vorgeschoben. Es ist bekannt, dass eine nicht ausreichend genaue Positionierung der Katheterspitze 3 problematisch ist. Um Probleme zu vermeiden, ist eine Positionsermittlung bereits während des Anlegens des Katheters 2 wünschenswert, so dass die Position der Katheterspitze 4 während ihrer Vorschubbewegung innerhalb des Venensystems von medizinischem Personal kontrolliert und nachverfolgt werden kann. Das medizinische System 1 erlaubt eine solche Positionsermittlung. Zur näheren Erläuterung wird nachfolgend insbesondere auf die Fig. 2 bis 5 abgestellt. Die Fig. 2 und 3 zeigen schematisch stark vereinfacht eine exemplarische Anwendungssituation des medizinischen Systems 1. In dieser Anwendungssituation ist der Katheter 2 durch einen nicht näher bezeichneten körperseitigen Zugang im Bereich der Armbeuge des Patienten M in das Venensystem eingeführt, wobei die Katheterspitze 3 eine Position PK im Inneren des Körpers des Patienten M einnimmt.
Die erste Elektrode 5 und die zweite Elektrode 6 sind entlang einer ersten Koordinatenachse X voneinander beabstandet an der Körperfläche O angeordnet. Die dritte Elektrode 7 und die vierte Elektrode 8 sind entlang einer zweiten Koordinatenachse Y voneinander beabstandet an der Körperoberfläche O angeordnet. Die anhand der Fig. 2 und 3 gezeigte Anordnung ist als schematisch stark vereinfachend zu verstehen und dient allein einer Verdeutlichung der prinzipiellen Anwendungs- und Funktionsweise des medizinischen Systems 1. Insbesondere die Anordnung der dritten Elektrode 8 am Scheitel des Patienten M dient allein einer verbesserten zeichnerischen Darstellung.
Die erste Koordinatenachse X und die zweite Koordinatenachse Y sind orthogonal zueinander ausgerichtet und spannen bei der gezeigten Ausführungsform eine Koordinatenebene auf, die der Frontalebene des Patienten M entspricht. Durch eine entsprechend abgewandelte Anordnung der Elektroden 5 bis 8 kann die aufgespannte Koordinatenebene unterschiedlich sein und beispielsweise einer Transversal- oder Sagittalebene des Patienten M entsprechen.
Ausgehend von der gezeigten Anwendungssituation erfolgt die eigentliche Positionsermittlung durch Ausführen des anhand Fig. 5 schematisch verdeutlichten Verfahrens, das vorliegend die Schritte a) bis e) aufweist:
Der Schritt a) sieht vor, dass eine erste elektrische Spannung zwischen dem ersten Elektrodenpaar A und eine zweite elektrische Spannung zwischen dem zweiten Elektrodenpaar B erfasst wird. Die elektrischen Spannungen entsprechen einer Potentialdifferenz der mittels der Elektroden des jeweiligen Elektrodenpaars erfassten elektrischen Potentiale. Insoweit kann die erste elektrische Spannung auch als Potentialdifferenz S1-S2 bezeichnet werden. Die zweite elektrische Spannung kann auch als Potentialdifferenz S3-S4 bezeichnet werden. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die anhand der Fig. 2 und 3 eingezeichnete Zuordnung der schematisch dargestellten Plus- und Minuspole rein exemplarisch ist und beispielsweise auch umgekehrt sein kann.
Die elektrischen Potentiale S1 bis S4 bzw. elektrischen Spannungen werden auf die vorbeschriebene Weise abgeleitet. Eine eigentliche Signalverarbeitung und/oder -auswertung erfolgt mittels der Auswerteeinrichtung 9, wobei auf Grundlage der erfassten elektrischen Potentiale S1 bis S4 ein erstes EKG-Signal E1 und ein zweites EKG-Signal E2 erzeugt werden. Das erste EKG-Signal E1 repräsentiert einen Zeitverlauf der elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode 5 und der zweiten Elektrode 6 des ersten Elektrodenpaars A und ist der ersten Koordinatenachse X zugeordnet. Das zweite EKG-Signal E2 repräsentiert einen Zeitverlauf der elektrischen Spannung zwischen der dritten Elektrode 7 und der vierten Elektrode 8 des zweiten Elektrodenpaars B und ist der zweiten Koordinatenachse Y zugeordnet.
Die EKG-Signale E1, E2 sind anhand der Fig. 2 und 3 auf eine dem Fachmann grundsätzlich bekannte Weise in Form einer exemplarischen Vektorschleife dargestellt. Die Vektorschleife repräsentiert aus dem ersten EKG-Signal E1 und dem zweiten EKG-Signal E2 gebildete Vektor- EKG-Daten V.
Der Schritt b) umfasst ein Erfassen einer ersten elektrischen Referenzspannung zwischen der Katheterelektrode 4 und einer ersten Referenzelektrode 13. Zudem wird eine zweite elektrische Referenzspannung zwischen der Katheterelektrode 4 und einer zweiten Referenzelektrode 14 erfasst. Vorliegend ist die erste Referenzelektrode 13 dem ersten Elektrodenpaar A zugeordnet und durch dessen erste Elektrode 5 gebildet. Dementsprechend ist die zweite Referenzelektrode 14 dem zweiten Elektrodenpaar B zugeordnet und durch dessen dritte Elektrode 7 gebildet. Bei einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsform können die Referenzelektroden durch von den Elektrodenpaaren gesonderte Elektroden gebildet sein.
Die erste Referenzspannung entspricht einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen dem elektrischen Potential SK der Katheterelektrode 4, das auch als Katheterpotential bezeichnet werden kann, und dem ersten elektrischen Potential S1. Die zweite elektrische Spannung entspricht einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen dem Katheterpotential SK und dem dritten elektrischen Potential S3. Ausgehend von den beiden erfassten Referenzspannungen werden ein erstes EKG-Referenzsignal R1 und ein zweites EKG-Referenzsignal R2 mittels der Auswerteeinrichtung 9 erzeugt. Das erste EKG-Referenzsignal R1 repräsentiert den Zeitverlauf der ersten elektrischen Referenzspannung zwischen der Katheterelektrode 4 und der ersten Referenzelektrode 13. Das zweite EKG-Referenzsignal R2 repräsentiert den Zeitverlauf der zweiten elektrischen Referenzspannung zwischen der Katheterelektrode 4 und der zweiten Referenzelektrode 14.
Der Schritt c) umfasst ein Ermitteln unterschiedlich transformierter erster EKG-Signale E1‘ und unterschiedlich transformierter zweiter EKG-Signale E2‘ für unterschiedliche Transformationswinkel der jeweiligen Koordinatenachse X, Y unter Verwendung des ersten und zweiten EKG-Signals E1, E2. Vereinfacht ausgedrückt erfolgt diese Koordinatentransformation durch eine Drehung eines Vektorverlaufs der Vektorschleife (Fig. 2, 3). Eine solche Koordinatentransformation kann durch - jedenfalls im Bereich der Signalverarbeitung und - auswertung grundsätzlich bekannte - Standardalgorithmen erfolgen. Solche Standardalgorithmen sind beispielsweise für die Mischung von komplexen Signalen bekannt. Hierfür kann bildlich gesprochen das der ersten Koordinatenachse X zugeordnete erste EKG- Signal E1 als Realteil angenommen werden. Das der zweiten Koordinatenachse Y zugeordnete zweite EKG-Signal E2 kann als Imaginärteil angenommen werden. Die besagte Koordinatentransformation erfolgt im Zeitverlauf durch Multiplikation mit einem vorzugsweise festen Offset-Winkel. Eine solche Koordinatentransformation, genauer: Drehung der zugrunde liegenden Koordinatenachse, wird für viele verschiedene Transformationswinkel durchgeführt. Insoweit wird eine Vielzahl unterschiedlich transformierter erster EKG-Signale und zweiter EKG-Signale ermittelt, die zur vereinfachten Bezugnahme mit lediglich einem einzigen Bezugszeichen, nämlich ET bzw. E2‘, bezeichnet werden. Als Ergebnis der Koordinatentransformation liegen unterschiedliche Signalverläufe der zugrunde liegenden EKG- Signale für unterschiedliche Transformationswinkel vor.
Der Schritt d) umfasst ein Ermitteln eines ersten Transformationswinkels a1 und eines zweiten Transformationswinkels a2. Der erste Transformationswinkel a1 ist derjenige Transformationswinkel der im Schritt c) ausgeführten Koordinatentransformation, für welchen eine Abweichung zwischen dem transformierten ersten EKG-Signal ET und dem ersten EKG- Referenzsignal R1 minimal ist. Der zweite Transformationswinkel a2 ist derjenige Transformationswinkel der Koordinatentransformation, für welche eine Abweichung zwischen dem transformierten zweiten EKG-Signal E2‘ und dem zweiten EKG-Referenzsignal R2 minimal ist. Mit anderen Worten umfasst der Schritt d) ein Vergleichen der unter Verwendung der Katheterelektrode 4 und den Referenzelektroden 13, 14 gebildeten Ableitungen mit den transformierten Ableitungen der Elektrodenpaare A, B. Ziel dieses Vergleichs ist es, diejenigen transformierten EKG-Signale zu finden, für welche die größte Übereinstimmung mit den beiden Katheterableitungen vorliegt.
Der vorbeschriebene Vergleich erfolgt vorzugsweise unter Verwendung eines Fehlerkriteriums, beispielsweise eines MSE-Kriteriums (Mean Square Error). Weiter vorzugsweise erfolgt der Vergleich ohne Berücksichtigung von Unterschieden in den jeweiligen Signalamplituden der EKG-Referenzsignale R1, R2 und der transformierten EKG-Signale ET, E2‘. Hierdurch wird vermieden, dass ein Amplitudenfehler in die Auswahl der größten Signalübereinstimmung/geringsten Signalabweichung einfließt und somit die Ermittlung des ersten und zweiten Transformationswinkels a1, a2 verfälscht.
Der Schritt e) umfasst die eigentliche Positionsermittlung der Katheterspitze 3. Die Position der Katheterspitze 3 wird mittelbar über eine Positionsermittlung der Katheterelektrode 4 ermittelt. Das Ermitteln der Position erfolgt in Abhängigkeit der zuvor ermittelten ersten und zweiten Transformationswinkel a1, a2 sowie in Abhängigkeit einer Position P1 der ersten Referenzelektrode 13 und einer Position P2 der zweiten Referenzelektrode 14 (Fig. 3). Die Position PK der Katheterelektrode 4 und damit der Katheterspitze 3 kann durch eine Berechnung eines Schnittpunkts zweier Geraden G1, G2 ermittelt werden. Die Gerade G1 verläuft durch die Position P1 der ersten Referenzelektrode 13 und ist um den ersten Transformationswinkel a1 zu der ersten Koordinatenachse X geneigt. Die zweite Gerade G2 verläuft durch die Position P2 der zweiten Referenzelektrode 14 und ist um den zweiten Transformationswinkel a2 relativ zu der zweiten Koordinatenachse Y geneigt. Sind die Transformationswinkel a1, a2 und die Positionen P1, P2 bekannt, erfolgt die Ermittlung des Schnittpunkts bzw. der Position PK auf Grundlage grundsätzlich bekannter geometrischer Bestimmungsgleichungen. Die Auswerteeinrichtung 9 ist hierfür eingerichtet.
Bei der gezeigten Ausführungsform weist das medizinische System 1 eine Anzeigeeinrichtung 15 auf, die zur Anzeige der ermittelten Position PK eingerichtet und mit der Auswerteeinrichtung 9 verbunden ist (Fig. 1). Die Anzeigeeinrichtung 15 ist anhand Fig. 1 schematisch stark vereinfacht dargestellt und kann beispielsweise einen Bildschirm, ein Display und/oder eine Projektionseinrichtung zur visuellen Wiedergabe der Position PK aufweisen. Bei der gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Position PK während der Vorschubbewegung des Katheters im Körper zeitkontinuierlich oder quasi-zeitkontinuierlich ermittelt wird. Mit anderen Worten werden mehrere Positionen der Katheterspitze 3 über der Zeit ermittelt, so dass eine Bewegungsbahn PK(t) mittels der Auswerteeinrichtung 9 ermittelt und der Anzeigeeinrichtung
15 angezeigt werden kann.
Anhand der Fig. 2 und 3 ist die Positionsermittlung im Hinblick auf ein ebenes Koordinatensystem mit den beiden Koordinatenachsen X, Y verdeutlicht. Es versteht sich, dass das zugrunde liegende Prinzip auch auf ein dreidimensionales Koordinatensystem anwendbar ist. Dies ist anhand Fig. 4 gezeigt. Dort ist ein dreidimensionales Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen X, Y und Z gezeigt. Zur räumlichen Positionsermittlung ist die Ermittlung eines dritten Transformationswinkels a3 erforderlich. Zudem wird eine dritte Referenzelektrode
16 benötigt, die vorliegend an einer Position P3 an der Körperoberfläche O angeordnet ist. Die räumliche Position PK der Katheterspitze 3 liegt in einem Schnittpunkt der Geraden G1, G2, G3. Letztere kann auch als dritte Gerade G3 bezeichnet werden und verläuft durch die Position P3 der dritten Referenzelektrode 16. Dabei ist die dritte Gerade G3 um den dritten Transformationswinkel a3 gegenüber der dritten Koordinatenachse Z geneigt. Diese ist orthogonal zu den beiden Koordinatenachsen X, Y ausgerichtet.
Unabhängig davon, ob die Ermittlung der Position PK in einer Ebene oder räumlich erfolgt, kann durch eine „Überbestimmung“ des Schnittpunkts zwischen den jeweiligen Geraden eine verbesserte Genauigkeit erreicht werden. Dementsprechend wird beispielsweise bei der Positionsermittlung in der Ebene (Fig. 2, 3) eine weitere Referenzelektrode verwendet und ein weiterer Transformationswinkel in Relation zu der ersten Koordinatenachse X oder der zweiten Koordinatenachse Y bestimmt. Bildlich gesprochen kann bei bekannter Position der weiteren Referenzelektrode eine weitere Gerade ermittelt und zum Schnitt mit den Geraden G1, G2 gebracht werden. Entsprechendes gilt sinngemäß im Hinblick auf eine räumliche Positionsermittlung (Fig. 4).

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung einer Position (PK) einer Katheterspitze (3) eines Katheters (2), insbesondere eines Zentralvenenkatheters, im Körper eines Patienten (M), aufweisend die Schritte: a) Erfassen wenigstens einer ersten elektrischen Spannung zwischen einem ersten Elektrodenpaar (A) und Erfassen einer zweiten elektrischen Spannung zwischen einem zweiten Elektrodenpaar (B), wobei das erste Elektrodenpaar (A) entlang einer ersten Koordinatenachse (X) und das zweite Elektrodenpaar (B) entlang einer zweiten Koordinatenachse (Y) voneinander beabstandet an der Körperoberfläche (O) des Patienten (M) angeordnet sind, und Erzeugen eines ersten EKG-Signals (E1) und eines zweiten EKG-Signals (E2), welche einen Zeitverlauf der jeweiligen elektrischen Spannung repräsentieren und der jeweiligen Koordinatenachse (X, Y) zugeordnet sind; b) Erfassen einer ersten elektrischen Referenzspannung zwischen einer der Katheterspitze (3) zugeordneten Katheterelektrode (4) und einer ersten Referenzelektrode (13), vorzugsweise des ersten Elektrodenpaars (A), Erfassen einer zweiten elektrischen Referenzspannung zwischen der Katheterelektrode (4) und einer zweiten Referenzelektrode (14), vorzugsweise des zweiten Elektrodenpaars (B), sowie Erzeugen eines ersten EKG-Referenzsignals (R1) und eines zweiten EKG- Referenzsignals (R2), welche einen Zeitverlauf der jeweiligen elektrischen Referenzspannung repräsentieren; c) Ermitteln unterschiedlich transformierter erster EKG-Signale (E1‘) und unterschiedlich transformierter zweiter EKG-Signale (E2‘) für unterschiedliche Transformationswinkel der jeweiligen Koordinatenachse (X, Y) und unter Verwendung des ersten EKG-Signals (E1) und des zweiten EKG-Signals (E2); d) Ermitteln eines ersten Transformationswinkels (a1) der unterschiedlichen Transformationswinkel, für welchen eine Abweichung zwischen dem entsprechend transformierten ersten EKG-Signal und dem ersten EKG-Referenzsignal (R1) minimal ist, und eines zweiten Transformationswinkels (a2) der unterschiedlichen Transformationswinkel, für welchen eine Abweichung zwischen dem entsprechend transformierten zweiten EKG-Signal und dem zweiten EKG-Referenzsignal (R2) minimal ist; e) Ermitteln der Position (PK) der Katheterspitze (3) in Bezug auf ein durch die erste Koordinatenachse (X) und die zweite Koordinatenachse (Y) gebildetes Koordinatensystem in Abhängigkeit des ermittelten ersten Transformationswinkels (a1) und einer Position (P1) der ersten Referenzelektrode (13) sowie des ermittelten zweiten Transformationswinkels (a2) und einer Position (P2) der zweiten Referenzelektrode (14).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) unter Verwendung von wenigstens aus dem ersten EKG-Signal (E1) und dem zweiten EKG- Signal (E2) gebildeten Vektor-EKG-Daten (V, V‘) ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt d) umfasst: Vergleichen der Signalformen der unterschiedlich transformierten jeweiligen EKG-Signale (ET, E2‘) mit der Signalform des jeweiligen EKG-Referenzsignals (R1, R2), wobei die jeweilige Abweichung auf Grundlage eines Fehlerkriteriums und/oder ohne Berücksichtigung von Unterschieden in den jeweiligen Signalamplituden ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine weitere elektrische Referenzspannung zwischen der Katheterelektrode (4) und einer weiteren Referenzelektrode, vorzugsweise der Elektrodenpaare (A, B), ermittelt wird und ein weiteres EKG-Referenzsignal erzeugt wird, welches den Zeitverlauf der weiteren elektrischen Referenzspannung repräsentiert, und wobei die Schritte d) und e) unter Berücksichtigung des weiteren EKG-Referenzsignals ausgeführt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Position (PK) der Katheterspitze (3) in Bezug auf ein dreidimensionales Koordinatensystem und in Abhängigkeit eines dritten Transformationswinkels (a3) sowie einer Position (P3) einer dritten Referenzelektrode (16), die jeweils einer dritten Koordinatenachse (Z) zugeordnet sind, ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Positionen der Katheterspitze (3) während einer Vorschubbewegung des Katheters (2) im Körper zeitkontinuierlich ermittelt werden und in Abhängigkeit der ermittelten mehreren Positionen eine Bewegungsbahn (PK(t)) der Katheterspitze (3) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend den Schritt: Anzeigen der ermittelten Position (PK) und/oder der Bewegungsbahn (PK(t)) der Katheterspitze (3). 8. Medizinisches System (1) zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend einen Katheter (2), insbesondere einen Zentralvenenkatheter, mit einer Katheterspitze (3), welcher wenigstens eine Katheterelektrode (4) zugeordnet ist, wenigstens drei zur Anordnung an einer Körperoberfläche (O) eines Patienten (M) vorgesehene Elektroden (5, 6, 7, 8), die ein erstes Elektrodenpaar (A) und ein zweites Elektrodenpaar (B) bilden, und aufweisend eine Auswerteeinrichtung (9), welche mit der Katheterelektrode (4) und den Elektroden (5, 6, 7,
8) verbunden und zum Ausführen der Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
9. Medizinisches System (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (15), welche zum Anzeigen einer mittels der Auswerteeinrichtung (9) ermittelten Position (PK) und/oder Bewegungsbahn (PK(t)) der Katheterspitze (3) eingerichtet ist.
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