WO2007125037A1 - Vorrichtung und verfahren zur darstellung der position einer medizinischen einrichtung im körper eines lebewesens - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur darstellung der position einer medizinischen einrichtung im körper eines lebewesens Download PDF

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WO2007125037A1
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Robert Baumgartner
Ulrich Bill
Daniel Evers
Joachim WÜRKER
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for displaying the position of a medical device in the body of a living being.
  • a device for determining the position of a free end of a catheter is known.
  • a transmitting device with three mutually perpendicular transmitting coils for generating directed electromagnetic fields is provided. From the direction of the electromagnetic fields, the position of the transmitting device in the body can be determined by means of receivers arranged outside the body. To power the transmitter, it is necessary to provide a cable within the catheter. This increases the production effort of the catheter and counteracts a miniaturization of the same. Apart from that, the proposed method is prone to failure. The determination of the position of the transmitting device can be significantly falsified by nearby metallic objects.
  • DE 42 15 901 A1 discloses a catheter, at the free end of which an electrical coil is arranged. A magnetic field generated by the coil is measured by means of a plurality of Hall sensors arranged outside the body. The position of the coil is then determined from the measured magnetic field strengths.
  • a major disadvantage of the known device is that for supplying the coil with electric current also cables within the catheter are vorzu ⁇ see. To determine an exact position of the transmitting coil, it is necessary to arrange the receivers in a shielding chamber.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a device and a method are to be specified with which a trouble-free and accurate determination of the position of a medical device in the body of a living being can be carried out with the least possible outlay.
  • an apparatus for displaying the position of a medical device in the body of a living being, comprising: - a provided with at least one transponder Medical Intern ⁇ specific device, said transponder a reception coil and a measuring device for measuring a voltage induced in the receiver coil voltage includes,
  • an image generating means for generating a first image data of a portion of the interior of the body from the first image ⁇ , wherein the first image data with coordinates of a first coordinate system are correlated
  • a position determining means for determining the position of the transponder in a second Koordinatensys ⁇ system, wherein the position is determined from a resulting from the information distance between the receiver and the transponder
  • a correlation device for correlation of the first and second coordinate system and an image superimposing device for generating a second image reproducing the first image and therein the position of the transponder.
  • a gemes by a magnetic field into a receiving coil induced voltage is ⁇ sen. From the measured voltage value can be concluded that the strength of the magnetic field. Since the strength of a magnetic field decreases as the distance from a magnetic field generating device generating the magnetic field decreases, the distance between the receiving coil and the magnetic field generating device can be deduced from the measured voltage value.
  • the invention transmits an information on the measured voltage value signal containing wirelessly with a fishing reel with the Emp ⁇ combined transponder to a receiver according to a further feature.
  • a passive transponder can be used. In this case, the measuring device and the transponder can be operated without a power source provided for their supply. This enables a far ⁇ miniaturization of the medical establishment.
  • a correlation device for correlating a first coordinate system with a second coordinate system.
  • the first coordinate system describes image coordinates of a first image generated by an image generation device. They may be, for example, the coordina ⁇ th act of an X-ray image.
  • the second coordinate system is used to describe the coordinates of the transponder with respect to the at least one transmitter and receiver.
  • the position of the transponder or a continuous change of the position of the transponder Ponders can be continuously played in an X-ray image taken at the beginning of the examination.
  • the applied X-ray dose for the living being can be drastically reduced.
  • the correlation of the first and the second coordinate system can be effected, for example, by means of a marking provided on the medical device and clearly detectable by the image generation device.
  • the correlation of the coordinate systems can be made at the beginning of the study.
  • the correction data obtained for correlating the coordinate systems can be stored, for example using a computer, and subsequently the correlation can be carried out using the stored data.
  • the second image representing the position of the transponder may be a marker, such as a cross, a dot, an arrow, or the like. act, with the position of the transponder in the first image is particularly clear and unambiguous display.
  • the position determining device is expediently a computer which, from the values supplied by the transmitter receivers, determines the position of the transponder in the second coordinate system according to a predetermined algorithm.
  • the result obtained can be continuously reproduced in the first coordinate system, possibly after correlation with the first coordinate system, and superimposed with the image data in the first coordinate system and displayed as a position indicator.
  • the magnetic field has a predetermined strength.
  • a weakening of the magnetic field increases from ⁇ stood by the magnetic field generating device in a particularly simp ⁇ che manner determined advertising to.
  • the magnetic field is an alternating field.
  • the alternating field may, comprise 100 to 400 MHz, a frequency of preference ⁇ .
  • the proposed frequencies are absorbed only to a small extent by the body of a transilluminated animal and are particularly suitable for determining the position of a transponder in the body of the living being.
  • the at least one magnetic field generating device is a transmitter for generating an electromagnetic field.
  • the at least one transmitter and the at least one receiver can be combined to form a transceiver.
  • the position of the transponder can be determined quickly and unambiguously from the transceivers arranged spatially different from one another in particular. In this case, there are no additional search operations, for example the execution of plausibility algorithms or the like. , to determine a unique position.
  • Each of the transmitters used may according to a further embodiment of an electromagnetic alternating field with a pre ⁇ given maximum thickness, but produce a different frequency sequence. This makes it possible to clearly recognize the signals transmitted by the transponder by means of a respective receiver provided for this purpose in the transceiver. For this purpose, the signals sent by the transponder z. B. respectively be transmitted on the frequency which is used by the respective transmitter to generate the electromagnetic alternating field.
  • a device for alternately operating the transceivers is provided.
  • the frequencies of the alternating electromagnetic fields generated by the transceivers may be the same.
  • the transponder expediently comprises an A / D converter for digitizing the voltage values measured by the measuring device.
  • the signal may contain a ⁇ the clamping voltage values representing digital information. This allows a particularly accurate and störunan devise transmission of information to the recipient.
  • the transponder can be a passive transponder, which draws the energy for transmitting the signal from the electromagnetic alternating field generated by the transmitter. This allows a substantial miniaturization of the medical instrument. It is not necessary to provide power lines for powering the transponder.
  • the transponder has a modulator for modulating the, preferably digital, information on the signal.
  • the signal generated by the transponder in this case may have a different frequency than the electromagnetic alternating field. This allows a particularly simple identification of the signal by the receiver.
  • the transponder comprises an active transmitter connected to a power source for transmitting the signal.
  • the imaging device is suitably an X-ray device, a sonographic A ⁇ facility or a nuclear medicine facility.
  • imaging devices are suitable for generating digital images and displaying them on a screen. Digital imaging methods are particularly well suited for superimposition or registration, for example, with a second, the position of the transponder reproducing mark.
  • the inventively proposed device is particularly suitable for determining the position of medical devices, such as a catheter, a needle or similar instruments or medical tools. It is equally suitable for determining the position of implants, for example a stent.
  • a method with the following steps for displaying the position of a medical device in the body of a liver: a) providing a medical device provided with a transponder, wherein the transponder comprises a receiving coil and a measuring device for measuring one in the receive coil induced voltage comprises) creating b of a first image of a portion of the body ⁇ inner from the first image data, said first image data a first coordinate system korre ⁇ are profiled with coordinates, c) generating a body penetrating magnetic rock having provided outside the body Magnetfelderzeu - restriction device, d) measuring by the action of the magnetic field in the coil induced voltage and transmitting a a Informa ⁇ tion on the measured voltage containing signal with the transponder, e) receiving the transmitted signal from the transponder by means of an outside de s body intended recipient, f) determining the position of the transponder in a second coordinate system from a distance resulting from the information between the receiver and the transponder
  • the proposed method a particularly accurate determination of the position of a transponder in the body of a living being is possible.
  • a change of heading ⁇ tion of the transponder in the body to be continuously observed.
  • the position of the transponder can be reproduced as a second image, for example as a marker in the form of a cross or a dot, by superposition with the first image.
  • the first image can be produced, for example, with an X-ray method.
  • a positional change of the transponder can be observed by continuous superposition with the second image.
  • Fig. 2 is a schematic view of a first arrangement with a first transponder and a receiver and
  • Fig. 3 is a schematic view of a second arrangement with a second transponder and a transceiver.
  • a medical device for.
  • a catheter designated with a transponder 2 provided thereon.
  • the medical device 1 is located within a body K, for example within the vein or Arte ⁇ rie of a person.
  • An imaging device in the present embodiment consists of an X-ray device with an X-ray source 3 and an oppositely angeord ⁇ Neten X-ray detector 4.
  • the X-ray detector 4 enables digital image capture and is connected to a computer 5 for processing the image data supplied by the X-ray detector 4.
  • a screen 6 connected thereto is provided.
  • other imaging devices such as a nuclear medicine imaging device, a so- ⁇ nographische imaging device or the like may, of course. be used.
  • each of the transceivers 7a to 7d comprises in each case a transmitter for generating an alternating electromagnetic field penetrating the body K as well as a receiver for receiving signals transmitted by the transponder 2. len.
  • a distance between the transceivers 7a to 7d is denoted by dl to d4.
  • FIG. 2 shows a schematic arrangement of a first transponder 8, which is accommodated in the body K.
  • the first transponder 8 is accommodated in the body K.
  • Transponder 8 comprises a, connected to a current source 9 which can be arranged at ⁇ play outside the body K first transmitter 10 with a first antenna 10a for transmitting a signal S.
  • the first transmitter 10 is connected via an A / D converter 11 with a measuring device 12 for measuring a voltage induced in a receiving coil 13 voltage.
  • Reference numeral 14 denotes a first receiver provided with a second antenna 14a for receiving the signal S.
  • a magnetic field generating means for Erzeu- supply of the receiver coil 13 to induce a voltage-generating magnetic field is shown in FIG. 2 not separately Darge ⁇ represents.
  • a second transponder 17 comprises a second transmitter 15 with a third antenna 15 a, which is connected to a modulator 16.
  • the second transmitter 15 is - in contrast to the first transmitter 10 - not connected to a power source 9.
  • the second transponder 17 is a passive transponder.
  • the modulator 16 is connected via the A / D converter 11 to the measuring device 12 for measuring the voltage induced in the receiving coil 13.
  • a transceiver generally designated by reference numeral 7 comprises a third transmitter 18 having a fourth antenna 18a for transmitting a transmission signal SS and a second receiver 19 for receiving a modulated reflection signal RS transmitted by the second transmitter 15.
  • the function of the devices shown is as follows:
  • a first X-ray source 3, the X-ray detector 4 and the computer 5, a fluoroscopic image of the body K Herge ⁇ provides and displayed on the screen 6 with the first imaging device.
  • the image data recorded with the x-ray detector 4 to generate each pixel is in each case correlated with a first coordinate system defined by the first image generation device.
  • the transceivers 7a to 7d preferably an electromagnetic alternating field of predetermined strength, generated, which the
  • Body K penetrates.
  • a voltage is induced in the receiving coils 13 shown in FIGS. 2 and 3.
  • the induced voltage is measured by the measuring device 12 and the measured voltage value is then digitized by means of the A / D converter 11.
  • the digitized voltage value is transmitted to the first receiver 14 by means of the first transmitter 10.
  • the first receiver 14 is connected to the computer 5 for the evaluation of the received signal S (not shown here).
  • an electromagnetic transmission signal SS generated by the transceiver 7 is received.
  • the digital information is modulated on the measured voltage value of ⁇ means of a modulator sixteenth
  • the modulated reflection signal RS thus generated is then reflected by the second Sen ⁇ 15 to the transceiver 7.
  • the energy required for transmitting the reflection signal RS is thereby obtained from the transmission signal SS.
  • the transceiver 7 is in turn connected to the computer 5 (not shown here). From the measured digitized voltage values, the distance d 1 to d 4 between the transponder 2, 8, 17 and the receiver 14 or transceiver 7 is determined with the computer 5 by conventional methods.
  • the methods for determining the distance dl to d4 is based on the recognition that the voltage induced in the receiver coil 13 voltage to ⁇ jacketdem distance from the magnetic field generating transmitter 7, 14 decreases. From the determined distance value, the position of the transponder 2, 8, 17 is then determined in a second coordinate system given by the transmitters 14 and / or transceivers 7.
  • the determined position is transmitted by correlation of the two coordinate systems in the first coordinate system and represented by superposition of a second image, such as a cross, in the first image.
  • the correlation of the coordinate systems can take place, for example, by placing the transponder 2 at a fixed point on the X-ray detector 4, then generating a first image and determining the position of the transponder 2 in the second coordinate system.
  • correction values can be determined which enable a correlation of the two coordinate systems.

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung (1) im Körper (K) eines Lebewesens, umfassend: eine mit einem Transponder (2, 8, 17) versehene medizinische Einrichtung (1), wobei der Transponder (2, 8, 17) eine Empfangsspule (13) und eine Messeinrichtung (12) zur Messung einer in die Empfangsspule (13) induzierten Spannung umfasst, eine Bilderzeugungseinrichtung (3, 4, 5) zum Erzeugen eines ersten Bilds des Körperinneren, dessen Bilddaten mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems korreliert sind, eine ausserhalb des Körpers vorgesehene Magnetfelderzeugungseinrichtung (7a bis 7d, 18) zum Erzeugen eines den Körper durchdringenden Magnetfelds, einen ausserhalb des Körpers vorgesehenen Empfänger (7a bis 7d, 14, 19) zum Empfangen eines vom Transponder (2, 8, 17) gesendeten Signals (S, RS), eine Positionsermittlungseinrichtung (5) zum Ermitteln der Position des Transponders (2, 8, 17) in einem zweiten Koordinatensystemm, eine Korrelationseinrichtung zur Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems und eine Bildüberlagerungseinrichtung zur Erzeugung eines das erste Bild und darin die Position des Transponders (2, 8, 17) wiedergebenden Bilds.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens.
Aus der US 6,233,476 Bl ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines freien Endes eines Katheters bekannt. Da¬ bei ist am freien Ende des Katheters eine Sendeeinrichtung mit drei senkrecht aufeinander stehenden Sendespulen zur Erzeugung gerichteter elektromagnetischer Felder vorgesehen. Aus der Richtung der elektromagnetischen Felder kann mittels außerhalb des Körpers angeordneter Empfänger die Position der Sendeeinrichtung im Körper ermittelt werden. Zur Stromversorgung der Sendeeinrichtung ist es erforderlich, ein Kabel innerhalb des Katheters vorzusehen. Das erhöht den Herstel- lungsaufwand des Katheters und wirkt einer Miniaturisierung desselben entgegen. Abgesehen davon ist das vorgeschlagene Verfahren störanfällig. Die Ermittlung der Position der Sendeeinrichtung kann durch in der Nähe befindliche metallische Gegenstände erheblich verfälscht werden.
Die DE 42 15 901 Al offenbart einen Katheter, an dessen freiem Ende eine elektrische Spule angeordnet ist. Ein von der Spule erzeugtes Magnetfeld wird mittels mehrerer außerhalb des Körpers angeordneter Hall-Sensoren gemessen. Aus den ge- messenen Magnetfeldstärken wird sodann die Position der Spule ermittelt. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass zur Versorgung der Spule mit elektrischem Strom ebenfalls Kabel innerhalb des Katheters vorzu¬ sehen sind. Zur Ermittlung einer exakten Position der Sende- spule ist es erforderlich, die Empfänger in einer Abschirmkammer anzuordnen. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, mit denen mit möglichst geringem Aufwand eine störunanfällige und genaue Ermittlung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 15 und 17 bis 30.
Nach Maßgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens vorgesehen, umfassend: - eine mit zumindest einem Transponder versehene medizini¬ sche Einrichtung, wobei der Transponder eine Empfangsspule und eine Messeinrichtung zur Messung einer in die Empfangsspule induzierten Spannung umfasst,
- eine Bilderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren aus ersten Bild¬ daten, wobei die ersten Bilddaten mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems korreliert sind,
- zumindest eine außerhalb des Körpers vorgesehene Magnet¬ felderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines den Körper durchdringenden ersten Magnetfelds,
- zumindest einen außerhalb des Körpers vorgesehenen Empfän¬ ger zum Empfangen eines vom Transponder gesendeten Signals, welches eine Information über die durch das erste Magnetfeld in die Empfangsspule induzierte Spannung ent- hält,
- eine Positionsermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Position des Transponders in einem zweiten Koordinatensys¬ tem, wobei die Position aus einem sich aus der Information ergebenden Abstand zwischen dem Empfänger und dem Transponder ermittelt wird,
- eine Korrelationseinrichtung zur Korrelation des ersten und zweiten Koordinatensystems und - eine Bildüberlagerungseinrichtung zur Erzeugung eines das erste Bild und darin die Position des Transponders wieder¬ gebenden zweiten Bilds.
Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung wird eine mittels eines Magnetfelds in eine Empfangsspule induzierte Spannung gemes¬ sen. Aus dem gemessenen Spannungswert kann auf die Stärke des Magnetfelds geschlossen werden. Da mit abnehmendem Abstand von einer das Magnetfeld erzeugenden Magnetfelderzeugungsein- richtung die Stärke eines Magnetfelds abnimmt, kann aus dem gemessenen Spannungswert auf den Abstand zwischen der Empfangsspule und der Magnetfelderzeugungseinrichtung geschlossen werden. Zu diesem Zweck wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein eine Information über den gemessenen Span- nungswert enthaltendes Signal drahtlos mit einem mit der Emp¬ fangsspule kombinierten Transponder an einem Empfänger übermittelt. Dazu kann beispielsweise ein passiver Transponder verwendet werden. In diesem Fall können die Messeinrichtung sowie der Transponder ohne eine zu deren Versorgung vorgese- hene Stromquelle betrieben werden. Das ermöglicht eine weit¬ gehende Miniaturisierung der medizinischen Einrichtung.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Korrelationseinrichtung zur Korrelation eines ersten Koordinatensys- tems mit einem zweiten Koordinatensystem vorgesehen. Mit dem ersten Koordinatensystem werden Bildkoordinaten eines mit einer Bilderzeugungseinrichtung erzeugten ersten Bilds beschrieben. Es kann sich dabei beispielsweise um die Koordina¬ ten eines Röntgenbilds handeln. Das zweite Koordinatensystem dient der Beschreibung der Koordinaten des Transponders in Bezug zu dem mindestens einen Sender und Empfänger. Durch eine Korrelation der Koordinatensysteme ist es möglich, die Position des Transponders in einem, beispielsweise mittels einer Röntgeneinrichtung, zuvor hergestellten Bild anzuzei- gen. Es ist damit in vorteilhafter Weise möglich, auf eine kontinuierliche Durchleuchtung des Lebewesens mittels Rönt¬ genstrahlung zu verzichten. Die Position des Transponders oder auch eine fortlaufende Änderung der Position des Trans- ponders, beispielsweise beim Einführen eines Katheters, kann in einem am Beginn der Untersuchung vorgenommenen Röntgenbild laufend wiedergegeben werden. Damit kann die applizierte Röntgendosis für das Lebewesen drastisch vermindert werden. Selbstverständlich ist es zur Erhöhung der Genauigkeit der
Positionsermittlung möglich, in bestimmten vorgegebenen zeitlichen Abständen mittels der Bilderzeugungseinrichtung ein aktuelles erstes Bild zu erzeugen und darin die Position des Transponders wiederzugeben.
Die Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems kann beispielsweise mittels einer an der medizinischen Einrichtung vorgesehenen und mit der Bilderzeugungseinrichtung eindeutig erfassbaren Markierung erfolgen. Die Korrelation der Koordinatensysteme kann am Beginn der Untersuchung vorgenommen werden. Die dabei gewonnenen Korrekturdaten zur Korrelation der Koordinatensysteme können, beispielsweise unter Verwendung eines Computers, gespeichert werden und es kann nachfolgend unter Verwendung der gespeicherten Daten die Kor- relation erfolgen.
Bei dem die Position des Transponders wiedergebenden zweiten Bild kann es sich um eine Markierung, beispielsweise ein Kreuz, einen Punkt, einen Pfeil oder dgl . , handeln, mit der die Position des Transponders im ersten Bild besonders klar und eindeutig darstellbar ist.
Bei der Positionsermittlungseinrichtung handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Computer, der aus den von den Sen- deempfängern gelieferten Werten nach einem vorgegebenen Algorithmus die Position des Transponders im zweiten Koordinatensystem ermittelt. Das dabei erzielte Ergebnis kann laufend - ggf. nach erfolgter Korrelation mit dem ersten Koordinatensystem - im ersten Koordinatensystem wiedergegeben und mit den Bilddaten im ersten Koordinatensystem überlagert und als Positionsanzeiger dargestellt werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Magnetfeld eine vorgegebene Stärke auf. Damit kann auf besonders einfa¬ che Weise eine Schwächung des Magnetfelds mit zunehmendem Ab¬ stand von der Magnetfelderzeugungseinrichtung bestimmt wer- den. Es ist in diesem Fall insbesondere nicht erforderlich, die Stärke des Magnetfelds am Ort der Magnetfelderzeugungs¬ einrichtung zu messen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das Magnetfeld ein Wechselfeld. Das Wechselfeld kann eine Frequenz von vorzugs¬ weise 100 bis 400 MHz aufweisen. Die vorgeschlagenen Frequenzen werden nur in geringem Umfang vom Körper eines durchstrahlten Lebewesens absorbiert und eignen sich besonders gut zur Positionsermittlung eines im Körper des Lebewesens be- findlichen Transponders .
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Magnetfelderzeugungseinrichtung ein Sender zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds ist. Der zumindest eine Sender und der zumindest eine Empfänger können zu einem Sendeempfänger zusammengefasst sein. Vorteilhafterweise sind drei, vorzugsweise vier, räumlich voneinan¬ der verschieden angeordnete Sendeempfänger vorgesehen. Aus den insbesondere mit vier räumlich voneinander verschieden angeordneten Sendeempfängern kann schnell und eindeutig die Position des Transponders festgestellt werden. Es sind in diesem Fall keine zusätzlichen Recherchenoperationen, beispielsweise die Durchführung von Plausibilitätsalgorithmen oder dgl . , zur Bestimmung einer eindeutigen Position erfor- derlich.
Jeder der verwendeten Sender kann nach einer weiteren Ausgestaltung ein elektromagnetisches Wechselfeld mit einer vorge¬ gebenen maximalen Stärke, jedoch einer unterschiedlichen Fre- quenz erzeugen. Das ermöglicht ein eindeutiges Erkennen der vom Transponder gesendeten Signale durch einen dazu jeweils spezifischen im Sendeempfänger vorgesehenen Empfänger. Dazu können die vom Transponder gesendeten Signale z. B. jeweils auf der Frequenz gesendet werden, welche vom jeweiligen Sender zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfelds verwendet wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist eine Einrichtung zum wechselweisen Betrieb der Sendeempfänger vorgesehen. In diesem Fall können die Frequenzen der von den Sendeempfängern erzeugten elektromagnetischen Wechselfelder gleich sein.
Zweckmäßigerweise umfasst der Transponder einen A/D-Wandler zur Digitalisierung der mit der Messeinrichtung gemessenen Spannungswerte. In diesem Fall kann das Signal eine die Span¬ nungswerte repräsentierende digitale Information enthalten. Das ermöglicht eine besonders exakte und störunanfällige Übermittlung der Information an den Empfänger.
Bei dem Transponder kann es sich um einen passiven Transponder handeln, welcher die Energie zum Senden des Signals aus dem vom Sender erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld be- zieht. Das ermöglicht eine weitgehende Miniaturisierung des medizinischen Instruments. Es ist nicht erforderlich, Versorgungsleitungen zur Versorgung des Transponders mit Strom vorzusehen .
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Transponder einen Modulator zur Modulation der, vorzugsweise digitalen, Information auf das Signal auf. Das vom Transponder erzeugte Signal kann in diesem Fall eine andere Frequenz aufweisen, als das elektromagnetische Wechsel- feld. Das ermöglicht eine besonders einfache Identifizierung des Signals durch den Empfänger.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Transponder einen mit einer Stromquelle verbundenen aktiven Sender zum Senden des Signals umfasst. In diesem Fall ist es vorteil¬ hafterweise möglich, ein besonders starkes Signal mit einer großen Reichweite zu senden. Bei der Bilderzeugungseinrichtung handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Röntgeneinrichtung, eine sonographische Ein¬ richtung oder eine nuklearmedizinische Einrichtung. Insbesondere eignen sich zur Bilderzeugung Einrichtungen, mit denen digitale Bilder erzeugt und auf einem Bildschirm darstellbar sind. Digitale Bilderzeugungsverfahren eignen sich besonders gut zur Überlagerung bzw. Registrierung, beispielsweise mit einer zweiten, die Position des Transponders wiedergebenden Markierung.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Bestimmung der Position von medizinischen Einrichtungen, wie beispielsweise einem Katheter, einer Nadel oder ähnlichen Instrumenten bzw. medizinischen Werkzeugen. Sie eignet sich gleichermaßen auch zur Bestimmung der Position von Implantaten, beispielsweise eines Stents.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Le- bewesens ein Verfahren mit folgenden Schritten vorgesehen: a) Bereitstellen einer mit einem Transponder versehenen medizinischen Einrichtung, wobei der Transponder eine Empfangsspule und eine Messeinrichtung zur Messung einer in die Empfangsspule induzierten Spannung umfasst, b) Erzeugen eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körper¬ inneren aus ersten Bilddaten, wobei die ersten Bilddaten mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems korre¬ liert sind, c) Erzeugen eines den Körper durchdringenden Magnetfels mit einer außerhalb des Körpers vorgesehenen Magnetfelderzeu- gungseinrichtung, d) Messen einer durch die Wirkung des Magnetfelds in die Spule induzierten Spannung und Senden eines eine Informa¬ tion über die gemessene Spannung enthaltenden Signals mit dem Transponder, e) Empfangen des vom Transponder gesendeten Signals mittels eines außerhalb des Körpers vorgesehenen Empfängers, f) Ermittlung der Position des Transponders in einem zweiten Koordinatensystem aus einem sich aus der Information ergebenden Abstand zwischen dem Empfänger und dem Transpon- der mittels einer Positionsermittlungseinrichtung, g) Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems mittels einer Korrelationseinrichtung und h) Erzeugen eines das erste Bild und darin die Position des Transponders wiedergebenden zweiten Bilds mittels einer Bildüberlagerungseinrichtung.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist eine besonders exakte Ermittlung der Position eines Transponders im Körper eines Lebewesens möglich. Insbesondere kann eine Änderung der Posi¬ tion des Transponders im Körper kontinuierlich beobachtet werden. Dabei kann die Position des Transponders als zweites Bild, beispielsweise als Markierung in Form eines Kreuzes oder eines Punkts, durch Überlagerung mit dem ersten Bild wiedergegeben werden. Das erste Bild kann beispielsweise mit einem Röntgenverfahren hergestellt werden. Im ersten Bild kann durch fortwährende Überlagerung mit dem zweiten Bild eine Positionsänderung des Transponders beobachtet werden. Vorteilhafterweise ist es nach dem vorgeschlagenen Verfahren nicht erforderlich, zur fortlaufenden Beobachtung des Transponders ständig neue erste Bilder herzustellen. Es genügt vielmehr, am Anfang einer Untersuchung ein erstes Bild und/ oder in zeitlich vorgegebenen Abständen wiederholend erste Bilder herzustellen und mit dem zweiten Bild zu überlagern. Damit kann beispielsweise bei der Herstellung erster Bilder mittels Röntgenverfahren drastisch die applizierte Röntgendo- sis vermindert werden.
Wegen der vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens wird auf die zur Vorrichtung beschriebenen Merkmale verwiesen, welche sinngemäß auch Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens bilden können.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht der wesentlichen Kompo¬ nenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer ersten Anordnung mit einem ersten Transponder und einem Empfänger und
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer zweiten Anordnung mit einem zweiten Transponder und einem Sendeempfänger .
In der in Fig. 1 gezeigten schematischen Anordnung ist mit dem Bezugszeichen 1 eine medizinische Einrichtung, z. B. ein Katheter, mit einem daran vorgesehenen Transponder 2 bezeichnet. Die medizinische Einrichtung 1 befindet sich innerhalb eines Körpers K, beispielsweise innerhalb der Vene oder Arte¬ rie eines Menschen. Eine Bilderzeugungseinrichtung besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Röntgeneinrichtung mit einer Röntgenquelle 3 und einem gegenüberliegend angeord¬ neten Röntgendetektor 4. Der Röntgendetektor 4 ermöglicht eine digitale Bilderfassung und ist mit einem Computer 5 zur Verarbeitung der vom Röntgendetektor 4 gelieferten Bilddaten verbunden. Zur Anzeige des mit dem Computer 5 erzeugten Bilds ist ein damit verbundener Bildschirm 6 vorgesehen. Anstelle der hier gezeigten Röntgeneinrichtung können selbstverständlich auch andere Bilderzeugungseinrichtungen, beispielsweise eine nuklearmedizinische Bilderzeugungseinrichtung, eine so¬ nographische Bilderzeugungseinrichtung oder dgl . verwendet werden.
Mit dem Bezugszeichen 7a bis 7d sind an vier unterschiedli¬ chen Positionen im Raum angeordnete Sendeempfänger bezeichnet. Die Sendeempfänger 7a bis 7d sind ebenfalls mit dem Com- puter 5 verbunden. Jeder der Sendeempfänger 7a bis 7d umfasst jeweils einen Sender zum Erzeugen eines den Körper K durchdringenden elektromagnetischen Wechselfelds sowie einen Empfänger zum Empfangen von vom Transponder 2 gesendeten Signa- len. Ein Abstand zwischen den Sendeempfänger 7a bis 7d ist mit dl bis d4 bezeichnet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Anordnung eines ersten Trans- ponders 8, welcher im Körper K aufgenommen ist. Der erste
Transponder 8 umfasst einen mit einer Stromquelle 9, die bei¬ spielsweise außerhalb des Körpers K angeordnet sein kann, verbundenen ersten Sender 10 mit einer ersten Antenne 10a zum Senden eines Signals S. Der erste Sender 10 ist über einen A/D-Wandler 11 mit einer Messeinrichtung 12 zur Messung einer in eine Empfangsspule 13 induzierten Spannung verbunden. Mit dem Bezugszeichen 14 ist ein erster Empfänger bezeichnet, der mit einer zweiten Antenne 14a zum Empfangen des Signals S versehen ist. Eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeu- gung eines die Empfangsspule 13 zur Induktion einer Spannung erzeugenden Magnetfelds ist in Fig. 2 nicht gesondert darge¬ stellt.
Bei der in Fig. 3 gezeigten zweiten Anordnung umfasst ein zweiter Transponder 17 anstelle des ersten Senders 10 einen zweiter Sender 15 mit einer dritten Antenne 15a, der mit einem Modulator 16 verbunden ist. Der zweite Sender 15 ist - im Gegensatz zum ersten Sender 10 - nicht mit einer Stromquelle 9 verbunden. Der zweite Transponder 17 ist ein passiver Transponder.
Der Modulator 16 ist über den A/D-Wandler 11 mit der Messeinrichtung 12 zur Messung der in die Empfangsspule 13 induzierten Spannung verbunden. Ein allgemein mit dem Bezugszeichen 7 bezeichneter Sendeempfänger umfasst einen dritten Sender 18 mit einer vierten Antenne 18a zum Senden eines Sendesignals SS sowie einen zweiten Empfänger 19 zum Empfangen eines vom zweiten Sender 15 gesendeten modulierten Reflexionssignals RS. Die Funktion der gezeigten Vorrichtungen ist folgende:
In Fig. 1 wird mit der ersten Bilderzeugungseinrichtung, die hier die Röntgenquelle 3, den Röntgendetektor 4 und den Com- puter 5 umfasst, ein Durchleuchtungsbild des Körpers K herge¬ stellt und auf dem Bildschirm 6 angezeigt. Dabei sind die zur Erzeugung eines jeden Bildpunkts mit dem Röntgendetektor 4 aufgenommenen Bilddaten jeweils mit einem durch die erste Bilderzeugungsvorrichtung festgelegten ersten Koordinatensys- tem korreliert.
Zur Ermittlung der Position des Transponders 2 wird mit einer oder mehreren Magnetfelderzeugungseinrichtungen, z. B. den Sendeempfängern 7a bis 7d, vorzugsweise ein elektromagneti- sches Wechselfeld vorgegebener Stärke, erzeugt, welches den
Körper K durchdringt. Infolgedessen wird eine Spannung in die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Empfangsspulen 13 induziert. Die induzierte Spannung wird mit der Messeinrichtung 12 gemessen und der gemessene Spannungswert wird anschließend mit- tels des A/D-Wandlers 11 digitalisiert.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten ersten Transponder 8 wird der digitalisierte Spannungswert mittels des ersten Senders 10 an den ersten Empfänger 14 übermittelt. Der erste Empfänger 14 ist zur Auswertung des empfangenen Signals S mit dem Computer 5 verbunden (hier nicht gezeigt) .
Bei dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Transponder 17 wird ein vom Sendeempfänger 7 erzeugtes elektromagnetisches Sendesig- nal SS empfangen. Auf das empfangene Sendesignal SS wird mit¬ tels eines Modulators 16 die digitalisierte Information über den gemessenen Spannungswert moduliert. Das damit erzeugte modulierte Reflexionssignal RS wird dann mit dem zweiten Sen¬ der 15 an den Sendeempfänger 7 reflektiert. Die zum Senden des Reflexionssignals RS erforderliche Energie wird dabei aus dem Sendesignal SS gewonnen. Zur Auswertung ist der Sendeempfänger 7 wiederum mit dem Computer 5 verbunden (hier nicht gezeigt) . Aus den gemessenen digitalisierten Spannungswerten wird mit dem Computer 5 nach herkömmlichen Methoden jeweils der Abstand dl bis d4 zwischen dem Transponder 2, 8, 17 und dem Empfänger 14 bzw. Sendeempfänger 7 bestimmt. Die Methoden zur Bestimmung des Abstands dl bis d4 beruhen auf der Erkenntnis, dass die in die Empfangsspule 13 induzierte Spannung mit zu¬ nehmendem Abstand vom das Magnetfeld erzeugenden Sender 7, 14 abnimmt. Aus dem bestimmten Abstandswert wird dann die Posi- tion des Transponders 2, 8, 17 in einem durch die Sender 14 bzw. Sendeempfänger 7 gegebenen zweiten Koordinatensystem bestimmt .
Anschließend wird die ermittelte Position durch Korrelation der beiden Koordinatensysteme in das erste Koordinatensystem übertragen und durch Überlagerung eines zweiten Bilds, beispielsweise eines Kreuzes, in dem ersten Bild dargestellt. Die Korrelation der Koordinatensysteme kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Transponder 2 an eine fest vorge- gebenen Stelle auf den Röntgendetektor 4 gelegt, dann ein erstes Bild erzeugt wird und die Position des Transponders 2 im zweiten Koordinatensystem bestimmt wird. Damit können Korrekturwerte ermittelt werden, welche eine Korrelation der beiden Koordinatensysteme ermöglichen.
Solange sich die durch das digitale Röntgenbild wiedergegebe¬ ne Position des Körpers K nicht wesentlich ändert, kann auf die Herstellung weiterer digitaler Röntgenbilder verzichtet werden und lediglich fortlaufend die Position des Transpon- ders 2, 8, 17 im digitalen Röntgenbild angezeigt werden. Da¬ mit kann die applizierte Röntgendosis drastisch vermindert werden .
Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle von digita- len Röntgenbildern andere Verfahren zur Erzeugung medizinischer Bildinformationen zu verwenden. Es kann sich dabei um herkömmliche nuklearmedizinische, sonographische oder ähnli¬ che Bildgebungsverfahren handeln.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung (1) im Körper (K) eines Lebewesens, umfas- send:
- eine mit einem Transponder (2, 8, 17) versehene medizinische Einrichtung (1), wobei der Transponder (2, 8, 17) eine Empfangsspule (13) und eine Messeinrichtung (12) zur Messung einer in die Empfangsspule (13) induzierten Span- nung umfasst,
- eine Bilderzeugungseinrichtung (3, 4, 5) zum Erzeugen eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren aus ersten Bilddaten, wobei die ersten Bilddaten mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems korreliert sind, - zumindest eine außerhalb des Körpers (K) vorgesehene Mag¬ netfelderzeugungseinrichtung (7a bis 7d, 18) zum Erzeugen eines den Körper (K) durchdringenden Magnetfelds,
- zumindest einen außerhalb des Körpers (K) vorgesehenen Empfänger (7a bis 7d, 14, 19) zum Empfangen eines vom Transponder (2, 8, 17) gesendeten Signals (S, RS), welches eine Information über die durch das Magnetfeld in die Empfangsspule (13) induzierte Spannung enthält,
- eine Positionsermittlungseinrichtung (5) zum Ermitteln der Position des Transponders (2, 8, 17) in einem zweiten Ko- ordinatensystem, wobei die Position aus einem sich aus der Information ergebenden Abstand (dl bis d4) zwischen dem Empfänger (7a bis 7d, 14, 19) und dem Transponder (2, 8, 17) ermittelt wird,
- eine Korrelationseinrichtung zur Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems und
- eine Bildüberlagerungseinrichtung zur Erzeugung eines das erste Bild und darin die Position des Transponders (2, 8, 17) wiedergebenden zweiten Bilds.
2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetfeld eine vorgegebene Stärke aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetfeld ein Wechselfeld ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei das Wechselfeld eine Frequenz von 100 bis 400 MHz auf¬ weist .
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Magnetfelderzeugungseinrichtung ein Sender (18) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds ist
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Sender (18) und der zumindest eine Empfänger (19) zu einem Sendeempfänger (7, 7a bis 7d) zusam- mengefasst sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei drei, vorzugsweise vier, räumlich voneinander verschieden angeordnete Sendeempfänger (7a bis 7d) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Einrichtung zum wechselweisen Betrieb der Sendeempfänger (7a bis 7d) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transponder (2, 8, 17) einen A/D-Wandler (11) zur Digitalisierung der mit der Messeinrichtung (12) gemessenen Spannungswerte umfasst.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Signal (S, RS) eine die gemessenen Spannungswerte repräsentierende digitale Information enthält.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei der Transponder (2, 8, 17) ein passiver Transponder ist, welcher die Energie zum Senden des Signals (RS) aus dem vom Sender (18) erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld bezieht .
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transponder (2, 8, 17) einen Modulator (16) zur Modulation der, vorzugsweise digitalen, Information auf das Sig- nal (S, RS) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transponder (2, 8, 17) einen mit einer Stromquelle
(9) verbundenen weiteren Sender (10) zum Senden des Signals (S) umfasst.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilderzeugungseinrichtung eine Röntgeneinrichtung (3, 4, 5), eine sonographische Einrichtung oder eine nuklearmedi- zinische Einrichtung umfasst.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die medizinische Einrichtung (1) ein medizinisches In¬ strument, vorzugsweise ein Katheter oder eine Nadel, oder ein Implantat, vorzugsweise ein Stent, ist.
16. Verfahren zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung (1) im Körper (K) eines Lebewesens, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer mit einem Transponder (2, 8, 17) versehene medizinische Einrichtung (1), wobei der Transpon¬ der (2, 8, 17) eine Empfangsspule (13) und eine Messein¬ richtung (12) zur Messung einer in die Empfangsspule (13) induzierten Spannung umfasst, b) Erzeugen eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körper¬ inneren aus ersten Bilddaten, wobei die ersten Bilddaten mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems korre¬ liert sind, c) Erzeugen eines den Körper (K) durchdringenden Magnetfelds mit einer außerhalb des Körpers (K) vorgesehenen Magnet¬ felderzeugungseinrichtung (7, 7a bis 7d, 18), d) Messen einer durch die Wirkung des Magnetfelds in die Empfangsspule (12) induzierten Spannung und Senden eines eine Information über die gemessene Spannung enthaltenden Signals (S, RS) mit dem Transponder (2, 8, 17), e) Empfangen des vom Transponder (2, 8, 17) gesendeten Sig¬ nals (S, RS) mittels eines außerhalb des Körpers (K) vor- gesehenen Empfängers (7, 7a bis 7a, 14, 19), f) Ermitteln der Position des Transponders (2, 8, 17) in einem zweiten Koordinatensystem aus einem sich aus der Information ergebenden Abstand (dl bis d4) zwischen dem Empfänger (7, 7a bis 7d, 14, 18) und dem Transponder (2, 8, 17) mittels einer Positionsermittlungseinrichtung (5), g) Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems mittels einer Korrelationseinrichtung und h) Erzeugen eines das erste Bild und darin die Position des
Transponders (2, 8, 17) wiedergebenden zweiten Bilds mit- tels einer Bildüberlagerungseinrichtung.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei als Magnetfeld ein Mag¬ netfeld mit vorgegebener Stärke verwendet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei als Magnetfeld ein magnetisches Wechselfeld verwendet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei ein Wechselfeld mit einer Frequenz von 100 bis 400 MHz verwendet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei als Magnetfelderzeugungseinrichtung ein Sender (18) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds verwendet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der zumindest eine Sender (18) und der zumindest eine Empfänger (19) zu einem Sendeempfänger (7, 7a bis 7d) zusammengefasst sind.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei das Signal (S, RS) von drei, vorzugsweise vier, an räumlich von- einander verschiedenen Positionen angeordneten Sendeempfängern (7a bis 7d) empfangen wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Sendeempfänger (7a bis 7d) wechselweise betrieben werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei die mit der Messeinrichtung (12) gemessenen Spannungswerte mittels eines A/D-Wandlers (11) digitalisiert werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, wobei das Signal (S, RS) eine die gemessenen Spannungswerte repräsen¬ tierende digitale Information enthält.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei die zum Senden des Signals (S, RS) erforderliche Energie vom Transponder (2, 8, 17) aus dem magnetischen Wechselfeld bezogen wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei die Information auf das vom Transponder (2, 8, 17) erzeugte Signal (S, RS) mittels eines Modulators (16) moduliert wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, wobei als Transponder (2, 8, 17) ein mit einer Stromquelle (9) verbundener aktiver Transponder zum Senden des Signals (S, RS) verwendet wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, wobei das erste Bild mit einer der folgenden Bilderzeugungseinrichtungen erzeugt wird: Röntgeneinrichtung, sonographische Einrichtung oder nuklearmedizinische Einrichtung.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 29, wobei die medizinische Einrichtung (1) ein medizinisches Instrument, vorzugsweise ein Katheter oder eine Nadel, oder ein Implantat, vorzugsweise ein Stent, ist.
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