JP2004181237A - 医療システム - Google Patents

Abstract

【課題】検査および／または治療を行なうための医療システムを、非常に重要な情報を供給するとともに、正確な診断のために必要な全ての情報を供給するように改善する。
【解決手段】検査および／または治療を行なうための医療システム１は、Ｘ線源４およびＸ線検出器５と、画像発生装置を有しＸ線源４およびＸ線検出器５を制御する制御および処理装置６とを含むＸ線画像撮影システム３と；光ファイバーを持つカテーテル８を含む光干渉断層撮影のための画像撮影システムを有し、光が光ファイバーを介して案内されて、検査範囲内に挿入されたカテーテル先端の範囲で放射され、照明された検査範囲からの反射光が光ファイバーを介して画像撮影システムの画像発生装置を有する制御および処理装置へ画像発生のために案内されるカテーテルシステム７と；Ｘ線画像および光干渉断層画像を表示するための少なくとも１つのモニタとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査および／または治療を行なうための医療システムに関する。

最も頻発する病気の一つは特に工業国においては心筋梗塞である。これは冠状動脈の病気（動脈硬化）によって引き起こされる。この場合、血管壁における沈着物（動脈硬化プラーク）によって個別または多数の冠状血管が詰まるほど血管径の減少が生じる。今や、心筋梗塞におそわれる危険は主に血管径の減少に関係するというわけではないことが認識されてきた。むしろ、動脈硬化沈着物を覆う保護膜が持ちこたえるかどうかが問題である。すなわち、これが裂けると、崩壊個所に特に血小板が堆積し、これが血管を短時間内に完全に塞ぎ、それにより心筋梗塞が引き起こされる。

従来、検査もしくは治療のためにカテーテルが使用され、カテーテルは、カテーテル位置検出のためと検査および／または治療のためとの同時のＸ線監視のもとで、危険にさらされている冠状血管の範囲内に挿入される。このようなカテーテルは医師によって手動で血管系内に挿入され、そこで移動させられる。カテーテルは可撓性であるとはいえ、とりわけ湾曲部等の範囲における手動の案内により問題が生じる。従って、カテーテルの移動および位置決めは問題である。カテーテルの先端があまりにも強く血管壁に対して押されると、血管壁の穿孔を起こしやすく、このことは進路影響の僅かの可能性で起こり得ることである。

他の問題は、その同時Ｘ線監視が、自由な、すなわち付け加えのない血管容積に関する画像情報を単に供給するにすぎず、血管壁および従ってプラーク沈着自体に関する情報は全く供給しないという点にある。それゆえ、公知の検査および／または治療を行なうためのシステムは、医師に対して、確かに非常に重要な情報を供給するが、しかし正確な診断のために最善な場合に必要な全ての情報を供給するとはいえない。

本発明の課題は、それに対して改善された検査および／または治療を行なうための医療システムを提供することにある。

この課題を解決するために、本発明による医療システムは、
検査および／または治療を行なうために、
Ｘ線源およびＸ線検出器と、画像発生装置を有しＸ線源およびＸ線検出器を制御する制御および処理装置とを含むＸ線画像撮影システムと、
光ファイバーを持つカテーテルを含む光干渉断層撮影のための画像撮影システムを有し、光が光ファイバーを介して案内されて、検査範囲内に挿入されたカテーテル先端の範囲で放射され、照明された検査範囲からの反射光が光ファイバーを介して画像撮影システムの画像発生装置を有する制御および処理装置へ画像発生のために案内されるカテーテルシステムと、
Ｘ線画像および光干渉断層画像を表示するための少なくとも１つのモニタと、
を備えている。

本発明による医療システムは、一つには、Ｘ線画像撮影システムを用いてカテーテル運動および血管ボリュームの監視が可能であることを利用する。ここでは、例えば簡単なＣアームまたはバイプランＣアームを使用することができる。さらに、本発明による医療システムの場合、画像撮影システムを備えたカテーテルシステムが使用される。画像撮影システムは光干渉断層撮影（ＯＣＴ＝Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を行なうように構成されているか、もしくは光干渉断層撮影を行なうのに役立つ。ＯＣＴシステムとも呼ばれるこのようなシステムでは、ＯＣＴカテーテル内に配設された光ガイドファイバーを介して光が導入され、その光は挿入された血管内のＯＣＴカテーテルの端部範囲で出射して周囲を照明する。すなわち、検査すべき血管等が内部から照明される。血管壁等によって反射された光が光ガイドファイバーを介して戻され、画像撮影システムの画像発生装置によって血管内部等の画像を得るために処理される。画像撮影システムでは血管壁、場合によって生じ得る沈着物等が視覚化できる。多数の画像が相次いで発生する場合、カメラ撮影の様式に基づいて検査範囲の内部の連続する画像観察がカラー表示で行なわれる。これにより、治療医師は血管壁の外観に関する正確な情報を得て、この情報を医師は並行して実行されているＸ線検査からの情報と併せて処理することができる。

従って、本発明による医療システムは一連の利点、つまり、自由な血管ボリュームを表示するＸ線画像と、詳細化された血管内壁および血管構造を示すＯＣＴ画像との形での種々の画像の撮影を提供する。すなわち、医師には、診断のために互いに組み合わせるべき、正しい治療のために不可欠な重要な画像情報が提供される。Ｘ線画像は起こり得る血管狭窄の情報および従って血流にとって利用できる血管径の情報を非常に良好な画質で提供し、これに対してＯＣＴ画像は血管内壁および血管内壁への起こり得る沈着物もしくは動脈硬化プラークおよびプラーク表面に関する情報を提供する。もちろん、本発明による医療システムの使用は例えば心室（心房および心室）の検査にも適している。

本発明思想の展開において、Ｘ線画像およびＯＣＴ画像が共通に、特に共通のモニタにとりわけ同時に表示可能である。すなわち、医師は直ちに同じ検査範囲を示す両図を互いに組み合わせるかまたは比較することができ、また必要な限りにおいて画像処理上の加工を施すことができる。Ｘ線画像およびＯＣＴ画像の非常に好ましい重ね合わせも可能であり、検査される血管をほぼ全貌的に表示することができ、このことは医師に対して両図の情報を視覚的に組み合わせて吟味することを可能にする。

さらに、装置費用を低減することができるように、Ｘ線画像および光干渉断層画像の発生のための共通な画像発生装置が設けられると望ましい。

本発明思想の好ましい発展形態によれば、カテーテル先端内に少なくとも１つの磁界発生要素が設けられ、患内内に挿入されたカテーテルの移動に役立つ外部磁界を発生する外部磁界発生装置が設けられている。カテーテルは、本発明によるシステムの場合、手動ではなく、患者に対して外部に発生した磁界によって案内される。このために、カテーテル先端内にカテーテル側磁界を発生する磁界発生要素が設けられている。患者内に発生させられたこの磁界は、カテーテルの移動のために患者に対する位置を変化させられる外部のナビゲーション磁界もしくは案内磁界と相互作用をする。このようにして、必然的に先ず何らかの血管湾曲部等を回って案内されるべきカテーテル先端の範囲でいわば能動的に方向正しく制御されるので、カテーテル移動が極めて簡単に可能であり、位置決めに関しても極めて正確に可能である。

種々の構成要素を備えた治療システムの簡単な操作のために、Ｘ線システムの制御装置と画像撮影システムの制御装置と外部磁界発生装置の制御装置とを、これらのシステムの操作が唯一の中央制御部によって行なわれ得るように、共通な制御装置内に組み込まれていると望ましい。

磁界発生要素を介してカテーテル先端に発生させられるカテーテルの磁界はカテーテルが患者内に挿入された際に変えることができる、つまり磁界の強さおよび／または磁界方向が可変であると望ましい。このようにして、発生したカテーテル側磁界と外部磁界との相互作用を変化させることができる。磁界発生要素としてコアとコイルとを備えた電磁石を使用すると望ましく、その場合コイルのリード線はカテーテル外被内に案内され、患者の外部からカテーテル制御装置を介して制御されて給電される。コイル電流の相応の制御によって簡単に磁界を変えることができる。電流の増大によって磁界強さが高められ、電流方向の切替えによって磁界方向等も変化させることができる。この制御は簡単に、例えば持ち運び可能な分離した装置として構成されているカテーテル制御装置を介して行なわれ、それによりカテーテル制御装置は比較的患者の近くに置くことができ、少なくともコイルまでの長いリード線をなくすことができる。しかし、もちろんカテーテル制御装置を同様に共通な制御装置に組み込むことも考え得る。

個別に駆動可能な電磁石において個別磁界の重畳によって磁界変更に関する更なる自由度を得るために、２つ以上の電磁石を設けると望ましい。しかし、複数の電磁石を複数で共通に制御することも考え得る。

本発明思想の発展形態では、発生可能な磁界がほぼカテーテルの長手軸線に対して平行方向にあるように、少なくとも１つの電磁石が配置されている。代替として、それに対して、磁界がほぼカテーテルの長手軸線に対して垂直方向にあるように、少なくとも１つの電磁石が配置されている。磁界方向がどちらかであるかに応じて外部磁界（外部磁界の仮定された同じ磁界方向の場合）と異なる相互作用が生じる。つまり、これにより発生させられカテーテル先端に作用する力が異なる方向に向けられる。

その場合、特に望ましい実施態様では、少なくとも２つの電磁石が設けられ、一方の電磁石から発生した磁界はカテーテル長手軸線に対してほぼ平行方向にあり、他方の電磁石から発生した磁界はカテーテル長手軸線に対してほぼ垂直方向にあり、従って両方の磁界を利用することができる。さらに、カテーテル先端の範囲に少なくとも１つの永久磁石要素が設けられている。従って、永久磁石要素の磁界が移動のために十分であるならば、電磁石の作動を少なくとも一時的になくすことができる。

本発明思想の有利な発展形態によれば、カテーテル制御装置は、外部磁界発生装置の制御装置と通信し、電磁石の制御は磁界制御装置の制御情報に依存して行なわれる。つまり、カテーテル制御装置の側からは磁界発生装置の目下の設定パラメータ変化に応答し、もしくはこれらがコイル電流の制御の枠内で考慮されるので、常に所望の相互作用に応じてコイルの給電を行なうことができる。

血管内部の良好な照明のために、光がファイバーから側方へおよび／または先端から前方へ放射可能であると望ましい。自動的な案内に役立つ場合によっては設けられる磁石は、特に前方へ向けられる出射の場合、先端の若干後方に配置されている。照明範囲をできるだけ大きくし、できるだけ多くの反射光を捕らえて、大きな面積の内面撮影が可能となるようにするためには、できるだけ全方面の放射が最善である。

以下、図面を参照しながら、本発明の他の利点、特徴および詳細について説明する。
図１は本発明による検査および／または治療を行なうための医療システムの原理図、
図２はカテーテル制御装置を備えたカテーテルの原理図である。

図１は本発明による検査および／または治療を行なうための医療システム１を原理図の形で示す。検査および／または治療を行なうための医療システム１により、患者寝台２上にいる詳しくは示されていない患者を検査および／または治療することができる。この医療システム１はＸ線画像撮影システム３を含む。このＸ線画像撮影システム３は、Ｘ線を発生するためのＸ線源４と、Ｘ線画像を撮影するためのＸ線検出器、例えば平面形画像検出器５と、Ｘ線源４およびＸ線検出器５の作動並びに空間的移動および位置決めなどを制御する制御および処理装置６とを備えている。

さらに、カテーテルシステム７は、先端に配置された磁界発生素子（これについては図２によりさらに詳しく説明する）を備え患者内に挿入されるＯＣＴカテーテル８と、カテーテルを患者の血管を通して移動させるためにカテーテル先端に発生させられた磁界と相互作用する患者外部の磁界を発生するための外部磁界発生装置９とを含んでいる。さらに、カテーテルシステム７は外部磁界発生装置９の作動を制御する制御および処理装置１０を含んでいる。

さらに、カテーテルシステム７はカテーテル制御装置１１を含む。カテーテル制御装置１１は、一方では、少なくとも１つのリード線１２を介して、カテーテル先端に配置されカテーテル側の磁界を発生する電磁石の少なくとも1つのコイルに接続されており、コイルはこのリード線を介して給電される。さらに、カテーテル制御装置１１は、他方では、制御および処理装置１０と通信線１３を介して通信接続されており、ここでは無線通信を行なうことができる。

さらに、カテーテルシステムに属する画像撮影システム１４が設けられ、この画像撮影システムは詳しく示されていない光発生および光受信装置１６を含む。光発生および光受信装置１６は、光をカテーテル側の光ガイドファイバーに入射させ、光ガイドファイバーから戻ってくる反射光を受信する。光ガイドファイバー接続部１５はカテーテル８に通じている。

Ｘ線検出器５によって取得され制御および処理装置６に与えられた画像信号と、光発生および光受信装置１６によって受信された反射画像信号もしくは反射光とが、ディジタル画像処理装置３０内で共通に処理される。さらに、画像処理装置３０により形成されたＸ線画像およびＯＣＴ画像を特に共通に表示するモニタ１７が設けられている。

図２はカテーテル８を詳細に示す。カテーテル先端１８には図示の例では、それぞれコア２０およびコイル２１からなる２つの電磁石１９が配置されている。両リード線１２を介してコイル２０には別々に給電することができ、従って２つの電磁石１９は分離して作動することができる。

カテーテル制御装置１１は給電のために電源モジュール３１を組み込まれている。さらに、インタフェース２２が設けられ、これを介して外部磁界発生装置９のための制御および処理装置１０との通信が行なわれる。すなわち、カテーテル制御装置１１には、常に瞬時の制御情報が存在し、この制御情報に基づいて外部磁界を発生させ、そして制御情報を基に外部磁界の強さおよび方向とその他の関連情報を検出することができる。これらの情報に依存してコイル２０の給電を制御することができる。

２つの電磁石１９を配置することにより、この電磁石１９によって発生させられた磁界は常に長手軸線の方向に向けられる。コイル電流の方向に応じて磁界の方向を逆にすることができ、従って極性を交換することができる。外部磁界が内部磁界に対してどのように向けられているかに応じて、種々の相互作用が可能である。外部磁界が内部磁界に対して平行である場合、磁界の向きに応じて外部磁界の移動によって前進移動または後進移動が行なわれる。カテーテルは磁気相互作用に基づいて外部磁界の移動に従う。すなわち、両磁界が同じ向きである場合、いわば縦方向のすべり移動が行なわれる。

外部磁界が内部磁界に対して垂直である場合、内部磁界は外部磁界の方向に回転しようとする。すなわち、これに関しては揺動運動もしくは曲がり運動を引き起こさせることができ、左右への曲がりか上下への曲がりかは、外部磁界および内部磁界もしくはそれらの向きがどのようになっているかに関係する。内部磁界は常に外部磁界と同じ方向に回転しようとする。

電磁石の図２に示され配置は、これらをほぼ９０°ねじって配置することも考え得る。これは、内部磁界がカテーテル長手軸線に対してほぼ垂直になることをもたらす。外部磁界が同様にカテーテル長手軸線に対しては垂直方向にあり、しかし内部磁界に対しては例えば９０°ずれている場合、カテーテル長手軸線の周りにおける回転運動を引き起こさせることができる。というのは、この場合にも内部磁界は外部磁界に追従し同じ向きになろうとするからである。この回転運動は内部磁界が外部磁界と同じ方向になるまで行なわれる。電動機によって公知である原理を利用して、カテーテルを動かない外部磁界内で短い部分回転させることができる。この場合にも外部磁界が内部磁界に対してどのような向きになっているかに応じて左または右への回転が考え得る。

カテーテルの運動を医師の望みどおりにするように内部磁界を相応に構成するために、カテーテル制御装置には種々の操作要素、例えば操作キー２３，２４，２５，２６，２７，２８が設けられている。例えば、キー２３は「前進」用であり、キー２４は「後進」用である。例えばキー２３が押されると、外部磁界に対応して同じ向きにある内部磁界が発生するようにコイル電流の方向が選択されるので、カテーテルは例えば外部磁界の動きが右方向であれば同様に右方向へ移動される。カテーテルが引き戻されるべき場合、一方では外部磁界が相応に極性を変換され、同じことが内部磁界についても当てはまり、これは操作要素２４を押すことによって自動的に開始する。カテーテル制御装置１１は、コイル電流をどのように選ぶべきかの情報を、インタフェース２２を介して制御および処理装置１０の制御情報に基づいて得る。

同様に左または右への曲がり運動が行なわれる。これは操作要素２５または２６を押すと開始する。このために、カテーテル長手軸線に対して垂直ないずれの方向に外部磁界が向いているかの知識に基づいて、内部磁界が電流方向の選択によって相応に発生させられるので、外部磁界に対する内部磁界の相互作用に起因する同方向作用に基づいて右または左への相応の曲がりが生じる。

カテーテル長手軸線の周りにおける左または右への回転が開始されるべき場合、対応する操作要素２７，８が操作されるべきである。これに関しては図示の実施例には詳しくは示されていない別の電磁石が制御される。この別の電磁石は、電磁石１９に対して垂直に配置され、カテーテル長手軸線に対して垂直な磁界を発生する。この場合にもコイル電流方向の選択は外部磁界もしくはその方向に関する情報に基づいて行なわれる。

さらに、カテーテルには既述の光ガイドファイバー２９が詳しく示されている。光ガイドファイバー２９はカテーテル先端の範囲で終端し、そこではこの範囲ではそれ相応に透明であるカテーテルから放射された光が周辺に照明される。必要な透明度は、例えばカテーテルの外被を形成する透明なプラスチック材料によって、またはカテーテル外被への相応の透明な嵌め込み部により得ることができる。その場合、光は光ガイドファイバー２９の自由端の配置によって側方へ、前方へ、または側方へも前方へも放射させることができる。図示の例では側方への光放射が行なわれ、つまりカテーテル外被は少なくとも側方範囲が透明である。多数の、場合によっては異なる個所で終端する光ガイドファイバーの使用も考え得る。光ガイドファイバー２９は、場合によっては着脱可能な差込み接続を介して、光ガイドファイバー接続部１５へ移行する。

患者の検査または治療のために、カテーテルがまず患者内に適当な挿入個所で挿入され、引続いてカテーテルが外部磁界を介して内部磁界との相互作用で案内され、正確に検査部位に導かれる。これは、Ｘ線画像撮影システム３による連続的なＸ線監視下で行なわれ、Ｘ線画像がモニタ１７に表示される。同時にカテーテルの全移動行程中、カテーテル導入またはカテーテル導出の際に、ＯＣＴ画像撮影システム１４を介してＯＣＴ画像撮影が行なわれる。すなわち、血管内壁の具体的な外観に関する連続的な知識も得られる。このＯＣＴ画像は同様に共通モニタ１７で表示される。

本発明による検査および／または治療を行なうための医療システムの原理図 カテーテル制御装置を備えたカテーテルの原理図

符号の説明

１ 検査および／または治療を行なうための医療システム
２ 患者寝台
３ Ｘ線画像撮影システム
４ Ｘ線源
５ 平面形画像検出器
６ 制御および処理装置
７ カテーテルシステム
８ カテーテル
９ 患者外部磁界発生装置
１０ 制御および処理装置
１１ カテーテル制御装置
１２ リード線
１３ 通信線
１４ 超音波画像撮影システム
１５ 光ガイド接続
１６ 光発生および光受信装置
１７ モニタ
１８ カテーテル先端
１９ 電磁石
２０ コア
２１ コイル
２２ インタフェース
２３ 操作キー
２４ 操作キー
２５ 操作キー
２６ 操作キー
２７ 操作キー
２８ 操作キー
２９ 光ガイドファイバー
３０ 画像処理装置
３１ 電源モジュール

Claims (16)

1. 検査および／または治療を行なうために、
   Ｘ線源（４）およびＸ線検出器（５）と、画像発生装置を有しＸ線源（４）およびＸ線検出器（５）を制御する制御および処理装置（６）とを含むＸ線画像撮影システム（３）と、
   光ファイバーを持つカテーテル（８）を含む光干渉断層撮影のための画像撮影システムを有し、光が光ファイバーを介して案内されて、検査範囲内に挿入されたカテーテル先端の範囲で放射され、照明された検査範囲からの反射光が光ファイバーを介して画像撮影システムの画像発生装置を有する制御および処理装置へ画像発生のために案内されるカテーテルシステム（７）と、
   Ｘ線画像および光干渉断層画像を表示するための少なくとも１つのモニタと、
   を備えていることを特徴とする医療システム。
2. 異なる画像が共通に表示可能であることを特徴とする請求項１記載の医療システム。
3. Ｘ線画像および光干渉断層画像が共通のモニタに互いに重ね合わされて表示可能であることを特徴とする請求項２記載の医療システム。
4. Ｘ線画像および光干渉断層画像の発生のための共通な画像発生装置（３０）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の医療システム。
5. カテーテル先端（１８）に少なくとも１つの磁界発生要素（１９）が設けられ、かつ患者内に挿入されたカテーテル（８）の移動に役立つ外部磁界を発生する外部磁界発生装置（９）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の医療システム。
6. Ｘ線システム（３）の制御装置（６）と、画像撮影システム（１４）の制御装置（１６）と、場合によっては外部磁界発生装置（９）の制御装置（１０）とが共通な制御装置内に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の医療システム。
7. カテーテル（８）の磁界はカテーテル（８）が患者内に挿入された際に変えることができることを特徴とする請求項５または６記載の医療システム。
8. 磁界発生要素はコア（２０）とコイル（２１）とを備えた電磁石（１９）であり、カテーテル外被内に案内されたリード線（１２）は患者外部からカテーテル制御装置を介して制御されて給電可能であることを特徴とする請求項７記載の医療システム。
9. ２つ以上の電磁石（１９）が設けられていることを特徴とする請求項８記載の医療システム。
10. 電磁石（１９）は個別にまたは複数で駆動可能であることを特徴とする請求項９記載の医療システム。
11. 発生可能な磁界がほぼカテーテル（８）の長手軸線に対して平行方向にあるように、少なくとも１つの電磁石（１９）が配置されていることを特徴とする請求項８乃至１０の１つに記載の医療システム。
12. 発生可能な磁界がほぼカテーテル（８）の長手軸線に対して垂直方向にあるように、少なくとも１つの電磁石が配置されていることを特徴とする請求項８乃至１０の１つに記載の医療システム。
13. 少なくとも２つの電磁石が設けられ、一方の電磁石から発生した磁界はカテーテル長手軸線に対してほぼ平行方向にあり、他方の電磁石から発生した磁界はカテーテル長手軸線に対してほぼ垂直方向にあることを特徴とする請求項８乃至１０の１つに記載の医療システム。
14. カテーテル先端（１８）の範囲に少なくとも１つの永久磁石要素が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の医療システム。
15. カテーテル制御装置（１１）は外部磁界発生装置（９）の制御装置（１０）と通信し、電磁石（１９）の制御は磁界制御装置（１０）の制御情報に依存して行なわれることを特徴とする請求項７乃至１４の１つに記載の医療システム。
16. 光が光ファイバーから側方へおよび／または先端から前方へ放射されることを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の医療システム。