WO2012119767A1 - High-frequency resonant stents for non-invasive restenosis monitoring - Google Patents

High-frequency resonant stents for non-invasive restenosis monitoring Download PDF

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WO2012119767A1
WO2012119767A1 PCT/EP2012/001012 EP2012001012W WO2012119767A1 WO 2012119767 A1 WO2012119767 A1 WO 2012119767A1 EP 2012001012 W EP2012001012 W EP 2012001012W WO 2012119767 A1 WO2012119767 A1 WO 2012119767A1
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magnetic field
resonant frequency
resonant
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Frank Daschner
Carsten RICKERS
Reinhard Knöchel
Michael Jerosch-Herold
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Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel
Universitätsklinikum Schleswig-Holstein
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Definitions

  • Steps or a closure are introduced by means of a catheter in the vessels.
  • the non-contact measurement of the resonant frequencies of RF resonators by detecting the electromagnetic scattering signature is state of the art in itself and seems adequate to detect any RF resonant implants in the living body without burdening the patient and with comparatively inexpensive measuring devices.
  • the resonant frequency carries state information indicating the presence of restenosis.
  • their precise detection is severely hampered by the background signal inevitably caused by HF scattering in the living organism.
  • the object of the invention is to propose an RF-resonant stent, which provides a well-identifiable scatter signal in the implanted state, which is easy to distinguish from the background signal.
  • the method comprises a step of extrapolating a value for a channel volume and / or a channel diameter of the stent and / or a value for a layer thickness of a plaque layer formed on the stent for a selected future time at least partly from the difference of the determined resonance frequency.
  • a concentrated HF energy store is additionally arranged on the stent, whose capacitance or inductance-and thus the energy storage capacity-can be changed by the application of a magnetic field.
  • the concentrated energy storage is right in the
  • the RF resonant stent may be assigned an equivalent circuit diagram, which is shown in Fig. 1 below. Shown are only inductors and capacitors. Ohmic losses are of course present, but are ignored here. The largest contributions to the capacitance of the stent oscillator circuit are to be seen where the opposite boundaries of the marked area come closest. As can be seen, the dumbbell configuration results in that preferably electric fields are formed along the stent axis, which is favorable for the sensitivity of the plaque detection.
  • FIG. 4 Another embodiment of the stent according to the invention uses at least one varactor diode (also: capacitance diode) and can be seen in FIG.
  • the varactor diode is reverse biased and the thickness of the barrier depends on the applied reverse voltage.
  • the varactor diode is thus used here as a tunable capacitance.
  • two varactor diodes are arranged in the stent such that they form the largest part of the capacitance of the slot resonator. Any change in tunable capacitance alters the resonant frequency of the stent. To periodically change the capacitance requires a periodic voltage signal which must be produced by the modulation magnetic field.

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Abstract

The invention relates to a high-frequency resonant stent, having at least one modulation element designed as a HF energy store, integrated in the stent wire structure and engaging in the HF resonator, wherein said modulation element changes the energy storage capability thereof upon charging with a magnetic field. The invention further relates to a method for evaluating a stenosis in such a stent.

Description

Hochfrequenz-resonante Stents für das nicht-invasive Restenose-Monitoring  High frequency resonant stents for non-invasive restenosis monitoring
Die Erfindung betrifft hochfrequenz(HF)-resonante Stents zur Implantation in lebendes Gewebe, insbesondere in Gefäße zur Behebung einer Gefäßverengung oder eines Gefäßverschlusses. Die Erfindung betrifft überdies ein Verfahren zur Messung von Daten, die auf eine In-Stent-Restenose hinweisen, durch Verwendung der Stents als HF-resonante Streukörper für elektromagnetische Strahlung. The invention relates to radiofrequency (RF) resonant stents for implantation in living tissue, especially in vessels for repairing a vasoconstriction or vascular occlusion. The invention also relates to a method of measuring data indicative of in-stent restenosis by using the stents as RF-resonant electromagnetic radiation scatterers.
Stents sind Röhrchen aus flexiblem Drahtgeflecht, die zur Behebung einer Gefäßverengung Stents are tubes made of flexible wire mesh that help repair a vasoconstriction
(Stenose) oder eines Verschlusses mittels eines Katheters in die Gefäße eingebracht werden. (Stenosis) or a closure are introduced by means of a catheter in the vessels.
Sie werden durch Ballondilatation an die Gefäßwand gedrückt und stabilisieren diese. They are pressed by balloon dilatation to the vessel wall and stabilize it.
In 20-40% der Fälle kommt es nach einiger Zeit selbst in der Gefäßstütze zur Restenose, so dass Kontrolluntersuchungen unbedingt notwendig sind, um zu erkennen, ob ein erneuter Eingriff erforderlich wird. Doch schon allein die Nachuntersuchung hinsichtlich einer Restenose verlangt bisher überwiegend invasive Methoden. In 20-40% of cases, restenosis even occurs in the vascular support after some time, so it is essential to have a check-up to see if re-intervention is required. But even the re-examination for restenosis requires so far mainly invasive methods.
Nicht-invasive Untersuchungen mittels Coputertomographie (CT) oder Kernspintomographie (auch: Magnetresonanztomographie, MRT) haben das Problem der Restenosedetektion bis jetzt nicht befriedigend lösen können. Non-invasive studies using magnetic resonance tomography (CT) or magnetic resonance imaging (also: magnetic resonance imaging, MRI) have not yet been able to solve the problem of restenosis detection satisfactorily.
Beispielsweise aus den Arbeiten von Kivelitz D, Wagner S, Hansel J, Schnorr J, Wetzler R, Busch M, Melzer A, Taupitz M, Hamm B.„The active magnetic resonance imaging Stent (AMRIS): initial experimental in vivo results with locally amplified MR angiography and flow measurements." Invest Radiol 2001 ; 36: 625-631 oder Melzer, A. et al., "Signal Enhancement of Stents in Magnetic For example, from the work of Kivelitz D, Wagner S, Hansel J, Schnorr J, Wetzler R, Busch M, Melzer A, Taupitz M, Hamm B. "The active magnetic resonance imaging stent (AMRIS): initial experimental in vivo results with locally Amplified MR angiography and flow measurements. "Invest Radiol 2001; 36: 625-631 or Melzer, A. et al.," Signal Enhancement of Stents in Magnetic
Resonance Imaging", Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 8 (2000), 1317 sind metallische Stents bekannt, die durch spezielle Ausformung als Induktoren gestaltet und mit einem zusätzlichen Kondensator zu Schwingkreisen mit Resonanzfrequenzen bei der MRT-Larmorfrequenz (z.B. -70 MHz) ausgebildet sind. Damit ist es prinzipiell möglich, während der MRT durch eine Resonance Imaging ", Proc. Soc. Mag. Reson. Med., 8 (2000), 1317, metallic stents are known that are shaped by special shaping as inductors and with an additional capacitor to resonant circuits with resonance frequencies at the MRT Larmorfrequenz (eg This makes it possible in principle during MRT by a
Antennenfunktion des Schwingkreises MRT-Signale aus dem Lumen des Stents nach außen zu transmittieren und damit eine In-Stent-Restenose zu detektieren. Antenna function of the resonant circuit to transmit MRI signals from the lumen of the stent to the outside and thus to detect an in-stent restenosis.
Diese Technik gelangte bisher nicht zur Praxistauglichkeit, u. a. weil sie einen teuren MR-Tomografen benötigt. Für eine nicht-invasive Untersuchung muss zudem induktive Kopplung einer externen MRT Spule mit dem Stent bestehen. Diese ist hier jedoch relativ ineffektiv, da die Induktivität des Stents schon auf Grund seiner Abmessungen klein ist. Daher kamen Stents als MRT Antennen bisher nur erfolgreich bei direkter Ankopplung über einen Katheterführungsdraht zum Einsatz (s. Raman VK, Karmarkar PV, Guttman MA, Dick AJ, Peters DC, Ozturk C, Pessanha BS, Thompson RB, Raval AN, DeSilva R, Aviles RJ, Atalar E, McVeigh ER, Lederman RJ.„Real-time magnetic resonance-guided endovascular repair of experimental abdominal aortic aneurysm in swine." J Am Coli Cardiol. 2005 Jun 21 ;45(12):2069-77). This technique has not yet been put into practical use, partly because it requires an expensive MR tomograph. For a non-invasive examination, inductive coupling of an external MRI must also be possible Coil with the stent exist. However, this is relatively ineffective here, since the inductance of the stent is already small due to its dimensions. Therefore, stents as MRT antennas have so far only been successfully used for direct coupling via a catheter guidewire (see Raman VK, Karmarkar PV, Guttman MA, Dick AJ, Peters DC, Ozturk C, Pessanha BS, Thompson RB, Raval AN, DeSilva R, Aviles RJ, Atalar E, McVeigh ER, Lederman RJ. "Real-time magnetic resonance-guided endovascular repair of experimental abdominal aortic aneurysm in swine." J Am Coli Cardiol. 2005 Jun 21; 45 (12): 2069-77).
In den Druckschriften US 2003/100815 AI und WO 03/045236 A2 wird ein Stent als Rundhohlleiter betrachtet und bei Mikrowellenfrequenzen in Resonanz versetzt. Dadurch ist das Verhältnis von Betriebswellenlänge zu Stentabmessungen erheblich günstiger. Gängige Stentdurchmesser führen auf Betriebsfrequenzen bei ca. 1 1 GHz. Am Streuverhalten des Stents bei elektromagnetischer In the documents US 2003/100815 AI and WO 03/045236 A2 a stent is considered as a circular waveguide and resonated at microwave frequencies. As a result, the ratio of operating wavelength to stent dimensions is considerably cheaper. Common stent diameters lead to operating frequencies at approx. 1 1 GHz. The scattering behavior of the stent with electromagnetic
Mikrowelleneinstrahlung soll die Resonanzfrequenz des Stents abgelesen werden. Im Verlauf einer Restenose im Innenraum des Stents ändert sich dessen Resonanzfrequenz, worauf die Stenose- Erkennung basiert. Microwave irradiation should read the resonance frequency of the stent. In the course of restenosis in the interior of the stent, its resonance frequency changes, whereupon the stenosis detection is based.
Allerdings gibt es Probleme bei der Identifizierung des Stent-Streusignals durch das so genannte Hintergrundsignal, also parasitäre Reflexionen aus dem umgebenden Gewebe, die die Resonanz des implantierten Stents überdecken. However, there are problems with the identification of the stent scattered signal by the so-called background signal, ie parasitic reflections from the surrounding tissue, which cover the resonance of the implanted stent.
Zur Abhilfe wird vorgeschlagen, in den Stent eine Halbleiterdiode als Frequenzvervielfacher einzubauen. Dadurch soll eine höhere Harmonische der Ursprungsfrequenz detektierbar werden, was zu einem besseren Signal/Stör-Verhältnis führen soll. As a remedy, it is proposed to install a semiconductor diode as a frequency multiplier in the stent. This should make it possible to detect a higher harmonic of the original frequency, which should lead to a better signal / interference ratio.
Die WO 03/045236 A2 wiederum lehrt, dass die eingestrahlte Mikrowelle mit einem Signal moduliert werden soll, dessen Frequenz den Stent in eine akustische Resonanz versetzen kann. Es würde also Hochfrequenzenergie in akustische Schwingungen (Ultraschall) gewandelt, die sich dann z.B. mittels eines Mikrofons auffangen lassen. Aus dem Transmissionsverhalten soll dann auf die Restenose geschlossen werden. WO 03/045236 A2, in turn, teaches that the irradiated microwave is to be modulated with a signal whose frequency can put the stent into an acoustic resonance. Thus, high frequency energy would be converted into acoustic vibrations (ultrasound), which would then be e.g. catch it with a microphone. From the transmission behavior should then be concluded on the restenosis.
Die genannten Arbeiten beschreiben zwar grundsätzliche Möglichkeiten, doch zu einer brauchbaren praktischen Realisierung ist es bisher nicht gekommen. Although the above work describes fundamental possibilities, it has not yet come to a practical practical realization.
Überdies wird Mikrowellenstrahlung deutlich oberhalb von 1 GHz mit zunehmender Frequenz auch immer stärker vom lebenden Gewebe (i. W. Wasser) absorbiert, d.h. die Eindringtiefe der Strahlung nimmt ab. Schon deshalb erscheinen Einstrahlungen im HF- bis VHF-Frequenzbereich (hier: zwischen etwa 100 und 3000 MHz) geeigneter, um an einem implantierten Stent auch eine von außen gut messbare Antwort zu bewirken. Die WO 2010/019773 AI verfolgt diesen Ansatz, indem RF-Strahlung („radio frequency") auf einen Stent in einem Blutgefäß eingestrahlt wird. Zur Feststellung einer Stenose wird hiernach u. a. die Abklingzeit einer elektrischen Oszillation nach dem Ende der Einstrahlung gemessen. Diese hängt von der Magnetisierbarkeit des Mediums im Innern des Gefäßlumens ab, die umso größer ist, je mehr eisenhaltiges Hämoglobin sich im Gefäß befindet. Wird die Blutmenge durch Plaques vermindert, steigt die Abklingzeit an. Der Stent wird auch in dieser Arbeit als ein HF-Resonator gesehen, dessen Güte und Resonanzfrequenz durch Ablagerungen im Stent beeinflusst werden können. In addition, microwave radiation significantly above 1 GHz is increasingly absorbed by living tissue (in the first place water) with increasing frequency, ie the penetration depth of the radiation decreases. For this reason, irradiations in the HF to VHF frequency range (in this case between approximately 100 and 3000 MHz) are more suitable for effecting an easily measurable response to an implanted stent. WO 2010/019773 A1 pursues this approach by irradiating RF radiation ("radio frequency") onto a stent in a blood vessel, for which, inter alia, the cooldown of an electrical oscillation after the end of the irradiation is measured to determine a stenosis As the amount of iron hemoglobin in the vessel increases, the coagulation time increases, and the stent is also seen as an RF resonator in this work whose quality and resonance frequency can be influenced by deposits in the stent.
Die US-Anmeldeschrift US 2005/0267569 AI beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur nicht-invasiven Erkennung von In-Stent-Restenose, bei welchen der Stent einen Sensor aus einem magnetoelastischen Material umfasst, welches bei angelegtem Magnetfeld in Abhängigkeit von der Flächenbelastung seine Resonanzfrequenz ändert. The US patent application US 2005/0267569 Al describes a device and a method for the non-invasive detection of in-stent restenosis, in which the stent comprises a sensor made of a magnetoelastic material which, when applied magnetic field as a function of the surface load its resonant frequency changes.
Die Diplomarbeit von Hoffmann„Entwicklung eines resonanten Stents zur drahtlosen, nicht-invasiven Messung von Stenosen" (Universität Kiel, Germany, 2009, S. 105-106) stellt zusammenfassend Folgendes fest: The diploma thesis of Hoffmann "Development of a Resonant Stent for the Wireless, Non-Invasive Measurement of Stenosis" (University of Kiel, Germany, 2009, pp. 105-106) summarizes the following:
• Arteriosklerotische Plaques sind mit einem resonanten Stent anhand seiner Resonanzfrequenz zu erkennen, weil diese sich als Dielektrikum im Schwingkreis auswirken.  • Arteriosclerotic plaques can be recognized by a resonant stent based on its resonant frequency because they act as a dielectric in the resonant circuit.
• Plaques machen sich umso deutlicher in einer Resonanzfrequenzverschiebung bemerkbar, je größer der Anteil des E-Feldes ist, der in Längsrichtung des Stents verläuft.  • Plaque is all the more noticeable in a resonance frequency shift, the greater the proportion of the E-field, which runs in the longitudinal direction of the stent.
• Direkt nach der Implantation des Stents ist eine Referenzmessung nötig, da die nicht  • Immediately after the implantation of the stent, a reference measurement is necessary, as it does not
vermeidbaren Varianzen in der Geometrie des Stents nach der Implantation bereits zu einer veränderten Resonanzfrequenz führen.  avoidable variances in the geometry of the stent after implantation already lead to an altered resonance frequency.
• Weiterhin ist eine elektrische Isolierung der Resonatordrähte erforderlich, da andernfalls die ohmschen Verluste den Resonator so stark dämpfen, dass ein resonantes Verhalten nicht mehr zu erkennen ist.  • Furthermore, an electrical insulation of the resonator wires is required, otherwise the ohmic losses attenuate the resonator so much that a resonant behavior is no longer recognizable.
Die kontaktlose Messung der Resonanzfrequenzen von HF-Resonatoren durch Erfassen der elektromagnetischen Streusignatur ist an sich Stand der Technik und erscheint adäquat, beliebige HF- resonante Implantate im lebenden Körper ohne Belastung des Patienten und mit vergleichsweise günstigen Messgeräten zu detektieren. Im Falle des Stent-Implantats trägt die Resonanzfrequenz eine Zustandsinformation, welche das Vorliegen einer Restenose anzeigt. Ihre genaue Ermittlung wird jedoch erheblich durch das Hintergrundsignal erschwert, das durch HF-Streuung im lebenden Organismus unvermeidlich hervorgerufen wird. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen HF-resonanten Stent vorzuschlagen, der im implantierten Zustand ein gut identifizierbares Streusignal liefert, das leicht vom Hintergrundsignal zu unterscheiden ist. The non-contact measurement of the resonant frequencies of RF resonators by detecting the electromagnetic scattering signature is state of the art in itself and seems adequate to detect any RF resonant implants in the living body without burdening the patient and with comparatively inexpensive measuring devices. In the case of the stent-graft, the resonant frequency carries state information indicating the presence of restenosis. However, their precise detection is severely hampered by the background signal inevitably caused by HF scattering in the living organism. The object of the invention is to propose an RF-resonant stent, which provides a well-identifiable scatter signal in the implanted state, which is easy to distinguish from the background signal.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Stent mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die nebengeordneten Ansprüche 8 und 12 sind auf eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Detektion einer The object is achieved by a stent having the features of claim 1. The independent claims 8 and 12 are based on a device and a method for detecting a
Resonanzfrequenz eines solchen Stents gerichtet. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Resonant frequency of such a stent directed. The dependent claims give advantageous
Ausgestaltungen an. Embodiments.
Ein erfindungsgemäßer hochfrequenz-resonanter Stent umfasst wenigstens ein in die An inventive high-frequency resonant stent comprises at least one in the
Stentdrahtstruktur integriertes und in den Stent eingreifendes, als Hochfrequenz-Energiespeicher ausgebildetes Modulationselement, das bei Beaufschlagung mit einem Magnetfeld seine Stent wire structure integrated and engaging in the stent, designed as a high-frequency energy storage modulation element, which upon application of a magnetic field its
Energiespeicherfähigkeit verändert. Energy storage capacity changed.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stent als Schlitzresonator ausgebildet, und das wenigstens eine Modulationselement ist im Inneren des Schlitzes angeordnet. In a preferred embodiment, the stent is designed as a slot resonator, and the at least one modulation element is arranged in the interior of the slot.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Modulationselement mit einem biokompatiblen Klebstoff an wenigstens einem Draht des Stents fixiert angeordnet. Preferably, the at least one modulation element is fixed with a biocompatible adhesive to at least one wire of the stent.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das wenigstens eine Modulationselement eine Kapazitätsdiode und ein auf die Dicke der Sperrschicht der Kapazitätsdiode durch eine elektrische Spannung einwirkendes Element, dessen Ausgabespannung von dem beaufschlagten Magnetfeld abhängt. In a preferred embodiment, the at least one modulation element comprises a capacitance diode and an element acting on the thickness of the barrier layer of the capacitance diode by an electrical voltage whose output voltage depends on the applied magnetic field.
Das Element kann insbesondere eine Induktionsspule sein. Das Element kann auch ein magnetoelektrisches Element sein. The element may in particular be an induction coil. The element may also be a magnetoelectric element.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das wenigstens eine Modulationselement eine YIG- Kugel. In a preferred embodiment, the at least one modulation element comprises a YIG sphere.
Die Erfindung ist auch gerichtet auf eine Vorrichtung zur Detektion einer Resonanzfrequenz eines Stents mit: Mitteln zum Beaufschlagen wenigstens des Stents mit einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld mit einer vorgegebenen Magnetfeldfrequenz zwischen 100 kHz und einigen MHz, vorzugsweise zwischen 100 kHz und 20 MHz und besonders vorzugsweise zwischen 100 kHz und 10 MHz; Mitteln zum Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz zwischen 100 MHz und 3 GHz in den mit dem Magnetfeld beaufschlagten Bereich; Mitteln zum Detektieren der aus dem EinStrahlungsbereich in Reaktion auf das Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung zurückgestreuten Streustrahlung oder der den Einstrahlungsbereich ungestreut passierenden Strahlung als frequenzabhängiges Streusignal; Mitteln zum Identifizieren jenes Anteils des Streusignals, der mit der Magnetfeldfrequenz moduliert ist; Mitteln zum Ermitteln der Resonanzfrequenz des Stents durch Demodulieren des mit der Magnetfeldfrequenz modulierten Streusignalanteils; und Mitteln zum Bestimmen einer Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu einer vorbestimmten Resonanzfrequenz, insbesondere einer abgespeicherten Resonanzfrequenz. The invention is also directed to a device for detecting a resonant frequency of a stent comprising: means for applying at least the stent with a time-varying magnetic field having a predetermined magnetic field frequency between 100 kHz and several MHz, preferably between 100 kHz and 20 MHz, and more preferably between 100 kHz and 10 MHz; Means for irradiating and sweeping electromagnetic radiation having a frequency between 100 MHz and 3 GHz in the area exposed to the magnetic field; Funds for Detecting the scattered radiation backscattered from the irradiation region in response to the irradiation and wobble of electromagnetic radiation or the radiation unscrupulously passing the irradiation region as a frequency-dependent scattering signal; Means for identifying that portion of the leakage signal modulated at the magnetic field frequency; Means for determining the resonant frequency of the stent by demodulating the magnetic field frequency modulated leakage signal component; and means for determining a difference of the determined resonant frequency to a predetermined resonant frequency, in particular a stored resonant frequency.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Beaufschlagen des Stents mit dem zeitlich veränderlichen Magnetfeld dazu eingerichtet, bei dem Beaufschlagen des Stents die In a preferred embodiment, the means for acting on the stent with the time-varying magnetic field are adapted to the loading of the stent
Energiespeicherfähigkeit eines in den Stent eingreifenden, als Hochfrequenz-Energiespeicher ausgebildeten Modulationselements zu verändern. To change the energy storage capacity of an engaging in the stent, designed as a high-frequency energy storage modulation element.
In einer Weiterbildung ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, ein Kanalvolumen und/oder einen Kanaldurchmesser des Stents und/oder eine Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten In a further development, the device is set up to have a channel volume and / or a channel diameter of the stent and / or a layer thickness of a stent formed on the stent
Plaqueschicht aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu der vorbestimmten Plaque layer from the difference of the determined resonant frequency to the predetermined
Resonanzfrequenz zu bestimmen. To determine resonance frequency.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, zumindest zum Teil aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu der vorbestimmten Resonanzfrequenz einen Wert für ein Preferably, the device is set up, at least partially from the difference of the determined resonant frequency to the predetermined resonant frequency, a value for a
Kanalvolumen und/oder einen Kanaldurchmesser des Stents und/oder einen Wert für eine Channel volume and / or a channel diameter of the stent and / or a value for a
Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten Plaqueschicht für einen gewählten zukünftigen Zeitpunkt zu extrapolieren. To extrapolate layer thickness of a plaque layer formed on the stent for a selected future time.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und ihre Weiterbildungen können insbesondere zur automatischen Bewertung einer Restenose eines implantierten Stents dienen. Die Differenz der ermittelten The device according to the invention and its developments can serve in particular for the automatic evaluation of a restenosis of an implanted stent. The difference of the determined
Resonanzfrequenz zu der vorbestimmten Resonanzfrequenz kann dabei einen Rückschluss auf einen Grad des Verschlusses des Stents bzw. auf den noch für die Durchströmung zur Verfügung stehenden Querschnitt des Stentkanals erlauben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein automatisches Bestimmen der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz bzw. des zur Verfügung stehenden Kanalvolumens und/oder Kanaldurchmessers des Stents bzw. der Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten Plaqueschicht ohne direkte Beteiligung medizinischen Personals ermöglichen. Ebenso kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auf der Grundlage der aufgenommenen Messdaten und ihrer zeitlichen Variationen selbsttätig und ohne direkte Beteiligung medizinischen Personal einen Wert für ein Kanalvolumen und/oder einen Kanaldurchmesser des Stents und/oder einen Wert für eine Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten Plaqueschicht für einen gewählten zukünftigen Zeitpunkt extrapolieren. Für vorbestimmte zukünftige Zeitpunkte stellt die Vorrichtung dem medizinischen Personal auf diese Weise prognostizierte Werte für das Kanalvolumen des Stents bzw. für den Durchmesser und/oder das Volumen einer gebildeten Plaqueschicht zur Verfügung. Resonance frequency to the predetermined resonant frequency can thereby draw conclusions about a degree of occlusion of the stent or on the still available for the flow cross-section of the stent canal. The device according to the invention can enable an automatic determination of the difference of the determined resonance frequency or the available channel volume and / or channel diameter of the stent or the layer thickness of a plaque layer formed on the stent without the direct participation of medical personnel. Likewise, the device according to the invention can automatically and on the basis of the recorded measurement data and their temporal variations, without a direct involvement medical personnel a value for a channel volume and / or a channel diameter of the stent and / or a value for a layer thickness of a formed on the stent plaque layer for a extrapolate selected future time. For predetermined future times, the device provides the In this way, medical personnel have predicted values for the channel volume of the stent or for the diameter and / or the volume of a formed plaque layer.
In diesem Aspekt bezieht sich die Erfindung daher auf eine Vorrichtung zur Bewertung einer Restenose eines in einen lebenden Organismus implantierten Stents mit: Mitteln zum Beaufschlagen wenigstens des den implantierten Stent enthaltenden Bereichs im lebenden Organismus mit einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld mit einer vorgegebenen Magnetfeldfrequenz zwischen 100 kHz und einigen MHz, vorzugsweise zwischen 100 kHz und 20 MHz und besonders vorzugsweise zwischen 100 kHz und 10 MHz; Mitteln zum Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz zwischen 100 MHz und 3 GHz in den mit dem Magnetfeld beaufschlagten Bereich; Mitteln zum Detektieren der aus dem EinStrahlungsbereich in Reaktion auf das Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung zurückgestreuten Streustrahlung oder der den In this aspect, therefore, the invention relates to an apparatus for evaluating restenosis of a stent implanted in a living organism, comprising: means for exposing at least the implanted stent-containing region in the living organism to a time-varying magnetic field having a predetermined magnetic field frequency between 100 kHz and a few MHz, preferably between 100 kHz and 20 MHz, and more preferably between 100 kHz and 10 MHz; Means for irradiating and sweeping electromagnetic radiation having a frequency between 100 MHz and 3 GHz in the area exposed to the magnetic field; Means for detecting the scattered radiation backscattered from the irradiation region in response to the irradiation and wobble of electromagnetic radiation or the
Einstrahlungsbereich ungestreut passierenden Strahlung als frequenzabhängiges Streusignal; Mitteln zum Identifizieren jenes Anteils des Streusignals, der mit der Magnetfeldfrequenz moduliert ist; Mitteln zum Ermitteln der Resonanzfrequenz des Stents durch Demodulieren des mit der Irradiation range unscattered radiation as a frequency-dependent leakage signal; Means for identifying that portion of the leakage signal modulated at the magnetic field frequency; Means for determining the resonant frequency of the stent by demodulating the with the
Magnetfeldfrequenz modulierten Streusignalanteils; und Mitteln zum Rückschließen auf das Ausmaß der Restenose aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu einer nach der Implantation des Stents in Abwesenheit von Restenose bestimmten und abgespeicherten Resonanzfrequenz. Magnetic field frequency modulated scattered signal component; and means for inferring the amount of restenosis from the difference in the detected resonant frequency to a resonant frequency determined and stored after implantation of the stent in the absence of restenosis.
Vorzugsweise sind die Mittel zum Beaufschlagen des den implantierten Stent enthaltenden Bereichs mit dem zeitlich veränderlichen Magnetfeld dazu eingerichtet, bei dem Beaufschlagen des Stents die Energiespeicherfähigkeit eines in den Stent eingreifenden, als Hochfrequenz-Energiespeicher ausgebildeten Modulationselements zu verändern. The means for applying the region containing the implanted stent to the time-varying magnetic field are preferably configured to change the energy storage capability of a modulation element engaging in the stent and designed as a high-frequency energy store when the stent is acted upon.
In einer Weiterbildung ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, ein Kanalvolumen und/oder einen Kanaldurchmesser des Stents und/oder eine Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten In a further development, the device is set up to have a channel volume and / or a channel diameter of the stent and / or a layer thickness of a stent formed on the stent
Plaqueschicht aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu der vorbestimmten Plaque layer from the difference of the determined resonant frequency to the predetermined
Resonanzfrequenz zu bestimmen. To determine resonance frequency.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, zumindest zum Teil aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz einen Wert für ein Kanalvolumen und oder einen Kanaldurchmesser des Stents und oder einen Wert für eine Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten Plaqueschicht für einen gewählten zukünftigen Zeitpunkt zu extrapolieren. In a preferred embodiment, the device is set up to extrapolate a value for a channel volume and / or a channel diameter of the stent and / or a value for a layer thickness of a plaque layer formed on the stent for a selected future point in time at least in part from the difference of the determined resonance frequency ,
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Detektion einer Resonanzfrequenz eines Stents mit folgenden Schritten: Beaufschlagen wenigstens des Stents mit einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld mit einer vorgegebenen Magnetfeldfrequenz zwischen 100 kHz und einigen MHz, vorzugsweise zwischen 100 kHz und 20 MHz und besonders vorzugsweise zwischen 100 kHz und 10 MHz; Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz zwischen 100 MHz und 3 GHz in einen mit dem Magnetfeld beaufschlagten Bereich; Detektieren der aus dem Einstrahlungsbereich in Reaktion auf das Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung zurückgestreuten Streustrahlung oder der den Einstrahlungsbereich ungestreut passierenden Strahlung als frequenzabhängiges Streusignal; Identifizieren jenes Anteils des Streusignals, der mit der The invention also relates to a method for detecting a resonant frequency of a stent comprising the following steps: applying at least the stent with a time-varying magnetic field having a predetermined magnetic field frequency between 100 kHz and a few MHz, preferably between 100 kHz and 20 MHz and particularly preferably between 100 kHz and 10 MHz; Irradiation and wobble of electromagnetic radiation having a frequency between 100 MHz and 3 GHz in a region exposed to the magnetic field; Detecting the scattered radiation backscattered from the irradiation region in response to the irradiation and wobble of electromagnetic radiation or the radiation unscrupulously passing the irradiation region as a frequency-dependent scattering signal; Identifying that portion of the leakage signal associated with the
Magnetfeldfrequenz moduliert ist; Ermitteln der Resonanzfrequenz des Stents durch Demodulieren des mit der Magnetfeldfrequenz modulierten Streusignalanteils; und Bestimmen einer Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu einer vorbestimmten Resonanzfrequenz, insbesondere zu einer abgespeicherten Resonanzfrequenz. Magnetic field frequency is modulated; Determining the resonant frequency of the stent by demodulating the magnetic field frequency modulated leakage signal component; and determining a difference of the determined resonant frequency to a predetermined resonant frequency, in particular to a stored resonant frequency.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Veränderns der Energiespeicherfähigkeit eines in den Stent eingreifenden, als Hochfrequenz-Energiespeicher ausgebildeten Modulationselements. In a preferred embodiment, the method comprises the additional step of changing the energy storage capability of a modulating element engaging in the stent and designed as a high-frequency energy store.
In einer Weiterbildung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens eines Kanalvolumens und/oder Kanaldurchmessers des Stents und oder einer Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten Plaqueschicht aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu der vorbestimmten In a development, the method comprises the step of determining a channel volume and / or channel diameter of the stent and / or a layer thickness of a plaque layer formed on the stent from the difference between the determined resonance frequency and the predetermined one
Resonanzfrequenz. Resonance frequency.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen das Vergleichen der Differenz der ermittelten Preferably, the determining comprises comparing the difference of the determined ones
Resonanzfrequenz zu der vorbestimmten Resonanzfrequenz mit einem Datensatz empirisch ermittelter und/oder modellierter Daten. Resonant frequency to the predetermined resonant frequency with a record of empirically determined and / or modeled data.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform umfasst das Verfahren einen Schritt des Extrapolierens eines Werts für ein Kanalvolumen und/oder einen Kanaldurchmesser des Stents und/oder eines Werts für eine Schichtdicke einer auf den Stent ausgebildeten Plaqueschicht für einen gewählten zukünftigen Zeitpunkt zumindest zum Teil aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz. In a preferred embodiment, the method comprises a step of extrapolating a value for a channel volume and / or a channel diameter of the stent and / or a value for a layer thickness of a plaque layer formed on the stent for a selected future time at least partly from the difference of the determined resonance frequency.
Ein Stent ist eine Struktur aus metallischen Drähten, in denen Stromflüsse durch elektromagnetische Felder angeregt werden können. Die Stentdrahtstruktur weist sowohl nicht unmittelbar miteinander kontaktierte, zumindest stückweise parallel verlaufende Drähte als auch - nicht immer geschlossene - Drahtschlaufen auf. Ein Stent kann insofern elektrische und magnetische Feldenergie in einem gewissen Umfang speichern und wie ein elektrischer Schwingkreis ineinander überführen. Ein Stent ist daher ein Schwingkreis mit„verteiltem" E- und B-Feldenergiespeicher. Schwingkreise in A stent is a structure of metallic wires in which electrical currents can be excited by electromagnetic fields. The stent wire structure has not directly contacted with each other, at least piecewise parallel wires as well as - not always closed - wire loops on. In this respect, a stent can store electric and magnetic field energy to a certain extent and convert it into one another like an electrical resonant circuit. A stent is therefore a resonant circuit with "distributed" E and B field energy storage
Schaltungen der Elektrotechnik enthalten im Gegensatz dazu üblich„konzentrierte" Energiespeicher in der Form von kapazitiven und induktiven Bauelementen. Im Hinblick auf seine resonanten Eigenschaften wird der hochfrequenzresonante Stent im Folgenden auch als„Stentresonator" bezeichnet. In contrast, circuits of electrical engineering usually contain "concentrated" energy stores in the form of capacitive and inductive components. With regard to its resonant properties, the high-frequency resonant stent is also referred to below as the "stent cavity".
Erfindungsgemäß wird an dem Stent ein konzentrierter HF-Energiespeicher zusätzlich angeordnet, dessen Kapazität oder Induktivität - und somit das Energiespeichervermögen - durch das Anlegen eines Magnetfeldes veränderbar ist. Der konzentrierte Energiespeicher ist direkt in die According to the invention, a concentrated HF energy store is additionally arranged on the stent, whose capacitance or inductance-and thus the energy storage capacity-can be changed by the application of a magnetic field. The concentrated energy storage is right in the
Stentdrahtstruktur integriert und bildet entweder einen Bestandteil des Stentresonators oder ist wenigsten induktiv oder kapazitiv mit diesem gekoppelt. In jedem Fall soll der konzentrierte HF- Energiespeicher in den Stentresonator eingreifen, d.h. die Resonanzfrequenz des Stents unter der Einwirkung eines Magnetfeldes verändern. Stent wire structure integrated and forms either a part of the Stentresonators or is at least inductively or capacitively coupled with this. In any case, the concentrated RF energy storage to engage in the Stentresonator, i. change the resonance frequency of the stent under the influence of a magnetic field.
Auch im implantierten Zustand ist der zusätzliche Energiespeicher des Stents magnetisch ansteuerbar, da lebendes Gewebe magnetisch homogen ist. Even in the implanted state of the additional energy storage of the stent is magnetically controlled, since living tissue is magnetically homogeneous.
Erfolgt die Veränderung der Resonanzfrequenz des Stents mit einer vorbestimmten Frequenz (bevorzugt 100 kHz bis einige MHz) des von außen angelegten Magnetfeldes, so ergibt sich bei gleichzeitiger Bestrahlung des Stents mit einer Frequenz im Bereich seiner Resonanzfrequenz (bevorzugt 100 MHz bis 3 GHz) ein frequenzmodulierte Streusignal des erfindungsgemäßen Stents. Es weist dann eine Frequenzmodulation mit einer bekannten Modulationsfrequenz auf, die dem Hintergrundsignal nicht zu Eigen ist. If the change in the resonant frequency of the stent at a predetermined frequency (preferably 100 kHz to several MHz) of the externally applied magnetic field, results in a frequency-modulated with simultaneous irradiation of the stent with a frequency in the range of its resonant frequency (preferably 100 MHz to 3 GHz) Scattering signal of the stent according to the invention. It then has a frequency modulation with a known modulation frequency which is not inherent in the background signal.
Dem Fachmann der Hochfrequenz-Übertragungstechnik ist geläufig, wie man ein frequenzmoduliertes Signal aus einem Hintergrund isoliert, wenn ihm die Modulationsfrequenz bekannt ist. Dem Fachmann ist ebenso bekannt, wie man das frequenzmodulierte Signal sodann demoduliert, um die Frequenz der Trägerwelle zu gewinnen. Diese Trägerwellenfrequenz ist die gesuchte Resonanzfrequenz des Stents. Sie kann hinsichtlich einer möglichen In-Stent-Restenose vom Arzt bewertet werden. The person skilled in the art of high-frequency transmission technology knows how to isolate a frequency-modulated signal from a background when the modulation frequency is known to it. The person skilled in the art is also familiar with how to demodulate the frequency-modulated signal in order to obtain the frequency of the carrier wave. This carrier wave frequency is the sought resonance frequency of the stent. It may be evaluated by the physician for possible in-stent restenosis.
Für die richtige Interpretation der Resonanzfrequenz ist es erforderlich, einen Vergleichswert der Resonanzfrequenz des Stents ohne Plaques zu kennen. Da jeder Stent bei der Implantation erweitert und/oder anderweitig verformt wird, kann der Vergleichswert nur im bereits implantierten Zustand gewonnen werden. Es sollte eine Referenzmessung des Stents kurz nach der Implantation For proper interpretation of the resonant frequency, it is necessary to know a comparative value of the resonant frequency of the stent without plaques. Since each stent is widened during implantation and / or otherwise deformed, the comparison value can only be obtained in the already implanted state. There should be a reference measurement of the stent shortly after implantation
durchgeführt werden, zu einem Zeitpunkt also, zu dem man das Vorhandensein von Plaques noch sicher ausschließen kann. at a time when it is safe to rule out the presence of plaques.
Der dem erfindungsgemäßen Stent eigene konzentrierte Energiespeicher wird im Folgenden auch als Modulationselement bezeichnet. Solche Elemente zur Verstimmung bzw. Justage von The stent's own concentrated energy storage device according to the invention is also referred to below as a modulation element. Such elements for detuning or adjustment of
Schwingkreisfrequenzen sind als solche bekannt. Das periodische Verschieben von Resonant circuit frequencies are known as such. The periodic shifting of
Resonanzfrequenzen mittels Modulationselementen wird als Effektmodulation bezeichnet. Der Einsatz von Modulationselementen in HF-resonanten Stents wurde bislang noch nie vorgeschlagen. Wesentlich für den Zweck der Erfindung ist hierbei, dass die Ansteuerung der Modulationselemente über Magnetfelder möglich sein muss, die leicht in den lebenden Körper eindringen und für ihn unschädlich sind. Das Modulationselement kann aus jedem Material bestehen, das in einem Magnetfeld bei Variation der Magnetfeldstärke auch eine Änderung seiner Resonant frequencies by means of modulation elements is referred to as effect modulation. The use of modulation elements in RF resonant stents has never been suggested. Essential for the purpose of the invention here is that the control of the modulation elements must be possible via magnetic fields, which easily penetrate into the living body and are harmless to him. The modulation element may be made of any material that also changes its magnetic field in a magnetic field with variation of the magnetic field strength
Hochfrequenz-Impedanz zeigt. Ferner sind Modulationselemente verwendbar, die primär über eine elektrische Spannung anzusteuern sind und deshalb für den Zweck der Erfindung zudem eine Induktionsspule oder ein magnetoelektrisches (ME-) Element umfassen. High-frequency impedance shows. Furthermore, modulation elements can be used which are primarily to be driven by an electrical voltage and therefore for the purpose of the invention also comprise an induction coil or a magnetoelectric (ME) element.
Natürlich darf der Stent durch das Modulationselement nicht in seiner Hauptfunktion als Gefäßstütze beeinträchtigt werden. Und es ist ganz besonders wünschenswert, dass sich der erfindungsgemäße Stent wie jeder andere vom Arzt handhaben, insbesondere implantieren, lässt. Vorzugsweise wird das Modulationselement deshalb in die Stentstruktur integriert, besonders bevorzugt mit einem biokompatiblen Klebstoff hineingeklebt. Geeignete und ausreichend kleine Modulationselemente, die in eine Stentstruktur leicht integriert werden können, sind bereits im Handel erhältlich. Of course, the stent may not be compromised by the modulation element in its main function as a vascular support. And it is particularly desirable that the stent according to the invention, like any other, be handled by the physician, in particular by implantation. The modulation element is therefore preferably integrated into the stent structure, particularly preferably glued in with a biocompatible adhesive. Suitable and sufficiently small modulation elements that can be easily integrated into a stent structure are already commercially available.
Es ist unmöglich, jede erdenkliche Ausführungsform der Erfindung im Detail vorzustellen. Deshalb sollen nachfolgend zwei exemplarische Ausgestaltungen näher erläutert werden, die als besonders vorteilhaft anzusehen sind. Diese Erläuterung erfolgt auch anhand von Figuren. Dabei zeigen: It is impossible to present every imaginable embodiment of the invention in detail. Therefore, two exemplary embodiments will be explained in more detail below, which are to be regarded as particularly advantageous. This explanation is also based on figures. Showing:
Fig. 1 Skizze eines HF-resonanten Stents mit Hantelschlitz sowie ein Ersatzschaltbild; 1 shows a sketch of an HF-resonant stent with dumbbell slot and an equivalent circuit diagram;
Fig. 2 Alternativen zum Hantelsschlitzresonator; Fig. 2 alternatives to the dumbbell slot resonator;
Fig. 3 Stent aus Fig. 1 mit induktiv gekoppeltem Modulationselement (YIG-Kugel); Fig. 3 stent of Figure 1 with inductively coupled modulation element (YIG ball).
Fig. 4 Stent aus Fig. 1 mit kapazitiv gekoppeltem Modulationselement (Varaktordiode). FIG. 4 stent from FIG. 1 with capacitively coupled modulation element (varactor diode).
Ein gewöhnlicher Stent kann in erster Näherung als ein metallischer Zylinder gesehen werden, durch dessen Mantel Ströme fließen können. Zu einem Resonator für von außen - i. a. auf seinen Mantel - eingestrahlte elektromagnetische Strahlung definierter Wellenlänge wird er u. a. dann, wenn sich in seiner Mantelfläche stehende elektrische und magnetische Wellen mit wenigstens der halben eingestrahlten Wellenlänge ausbilden können. Dies ist insbesondere möglich, wenn ein Schlitz entsprechender Länge in die Mantelfläche eingebracht wird, etwa durch Herausnahme eines An ordinary stent can be seen, in a first approximation, as a metallic cylinder, through the mantle of which currents can flow. To a resonator for from outside - i. a. on his coat - irradiated electromagnetic radiation of defined wavelength he will u. a. when in its lateral surface standing electrical and magnetic waves can form with at least half of the irradiated wavelength. This is particularly possible if a slot of appropriate length is introduced into the lateral surface, for example by removing a
Metallstreifens aus dem Zylinder. Der Restmantel verhält sich dann wie ein geschlossener Zweidraht-Leitungsresonator. Er wird auch oft als Schlitzresonator bezeichnet. Auf die genaue Form des Schlitzes kommt es dabei im Prinzip nicht an. Wichtig ist vielmehr, dass die sich im Bereich des Schlitzes ausbildenden E- und B-Felder auch in das Innere des Stents reichen und es somit eine Wechselwirkung mit dort etwaig vorhandenen Dielektrika gibt. Dies ist Voraussetzung für die Sensitivität der Resonatoreigenschaften bezüglich vorhandener Plaques oder Zellschichten. Metal strip from the cylinder. The residual cladding then behaves like a closed two-wire line resonator. He is also often referred to as a slot resonator. On the exact shape of the slot it does not matter in principle. Rather, it is important that the forming in the region of the slot E- and B-fields also extend into the interior of the stent and there is thus an interaction with any existing there dielectrics. This is a prerequisite for the sensitivity of the resonator properties with respect to existing plaques or cell layers.
In Fig. 1 ist ein realer Stent abgebildet, auf dessen Ober-(oder Mantel-)Fläche eine hanteiförmige Fläche markiert ist. Zur Realisierung der HF-Resonator-Funktion des Stents ist nunmehr Vorkehrung dafür zu treffen, dass keine Ströme aus der restlichen Stentstruktur in das Innere des markierten Bereichs fließen können und umgekehrt. Der markierte Bereich ist also vom übrigen Stent galvanisch zu trennen. In Fig. 1, a real stent is shown, on the upper (or mantle) surface a dumbbell-shaped surface is marked. To realize the RF resonator function of the stent, provision must now be made to ensure that no currents from the remaining stent structure can flow into the interior of the marked area and vice versa. The marked area is therefore to be separated galvanically from the rest of the stent.
In der einfachsten Ausgestaltung könnte man den markierten Bereich aus dem Stent heraustrennen, allerdings dürfte dies die mechanische Stabilität des Stents und damit seine Funktion beeinträchtigen. Eine bessere Alternative besteht im Ersetzen des metallischen Materials im markierten Bereich durch ein nichtleitendes Material, z.B. Kunststoff. Es kann aber bereits ausreichen, die Stentstruktur lediglich im Bereich der Umrandung des markierten Bereichs zu durchtrennen und nach dem In the simplest embodiment, one could separate the marked area from the stent, but this is likely to affect the mechanical stability of the stent and thus its function. A better alternative is to replace the metallic material in the marked area with a non-conductive material, e.g. Plastic. However, it may already be sufficient to sever the stent structure only in the area of the border of the marked area and after the
Einbringen eines isolierenden Materials erneut zu verbinden, so dass der Stromfluss durch ein Sperrmaterial unterbunden wird. Die Einzelheiten der Herstellung eines an sich bekannten HF- resonanten Stents sind aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Reconnect introducing an insulating material, so that the flow of current is prevented by a barrier material. However, the details of the production of a known RF resonant stent are not the subject of the present invention.
Dem HF-resonanten Stent kann ein Ersatzschaltbild zugewiesen werden, das in Fig. 1 unten zu sehen ist. Dargestellt sind nur Induktivitäten und Kapazitäten. Ohmsche Verluste sind selbstverständlich vorhanden, werden aber hier außer Acht gelassen. Die größten Beiträge zur Kapazität des Stent- Schwingkreises sind dort zu sehen, wo sich gegenüberliegende Begrenzungen des markierten Bereichs am nächsten kommen. Wie man sieht, führt die Hantelausgestaltung dazu, dass bevorzugt elektrische Felder entlang der Stentachse ausgebildet werden, was für die Sensitivität der Plaques-Detektion günstig ist. The RF resonant stent may be assigned an equivalent circuit diagram, which is shown in Fig. 1 below. Shown are only inductors and capacitors. Ohmic losses are of course present, but are ignored here. The largest contributions to the capacitance of the stent oscillator circuit are to be seen where the opposite boundaries of the marked area come closest. As can be seen, the dumbbell configuration results in that preferably electric fields are formed along the stent axis, which is favorable for the sensitivity of the plaque detection.
Fig. 2 zeigt alternative Möglichkeiten der Schlitzausgestaltung als Meander oder als eine die Fig. 2 shows alternative ways of slot design as a meander or as one
Stentachse umlaufende Spirale. Auch für diese ließen sich - durchaus komplizierte - Ersatzschaltbilder angeben. Sie verdeutlichen die Vielfalt der Möglichkeiten zur genauen Stent axis circumferential spiral. Also for these could be - quite complicated - specify equivalent circuit diagrams. They illustrate the variety of possibilities for the exact
Ausgestaltung eines Stents als Schlitzresonator. Design of a stent as a slot resonator.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Stent zu sehen, in dem ein unmittelbar magnetisch ansteuerbares Modulationselement in eine Drahtschlaufe des Stents eingesetzt worden ist. Es handelt sich hier um eine kleine (Durchmesser ca. 0,1 mm) Kugel aus Yttrium-Eisen-Granat („yttrium-iron-garnet", YIG), die selbst ein Hochfrequenzresonator hoher Güte im Gigahertzbereich ist. Die Resonanzfrequenz der YIG-Kugel ist mit einem externen Magnetfeld weitgehend linear und über einen großen FIG. 3 shows a stent according to the invention, in which a modulation element which can be activated directly by magnetization has been inserted into a wire loop of the stent. This is a small (diameter about 0.1 mm) ball of yttrium iron garnet ("yttrium-iron-garnet", YIG), which itself is a high frequency resonator in the gigahertz range. The resonance frequency of the YIG sphere is largely linear with an external magnetic field and a large one
Frequenzbereich einstellbar. Die Platzierung in einer Leiterscherschleife (Induktivität) einer Seite der Handelschlitzleitung dient der induktiven Kopplung zwischen dem YIG-Resonator und dem Frequency range adjustable. The placement in a conductor loop (inductance) of one side of the commercial slot line serves for the inductive coupling between the YIG resonator and the
Schlitzresonator, den der Stent bildet. Das Modulieren der YIG-Resonanz ändert somit auch die Resonanzfrequenz des Stents. Im unteren Teil von Fig. 3 ist das Ersatzschaltbild gezeichnet mit der YIG-Kugel als veränderlicher Induktivität. Slot resonator that forms the stent. Modulating the YIG resonance thus also alters the resonant frequency of the stent. In the lower part of Fig. 3, the equivalent circuit diagram is drawn with the YIG sphere as a variable inductance.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stents verwendet wenigstens eine Varaktordiode (auch: Kapazitätsdiode) und ist in Fig. 4 zu sehen. Die Varaktordiode wird in Sperrrichtung betrieben, und die Dicke der Sperrschicht hängt von der angelegten Sperrspannung ab. Die Varaktordiode wird also hier als abstimmbare Kapazität verwendet. In der Fig. 4 werden zwei Varaktordioden so im Stent angeordnet, dass sie den größten Teil der Kapazität des Schlitzresonators bilden. Jede Veränderung der abstimmbaren Kapazität verändert die Resonanzfrequenz des Stents. Zur periodischen Änderung der Kapazität ist ein periodisches Spannungssignal erforderlich, das von dem Modulationsmagnetfeld hervorgerufen werden muss. Another embodiment of the stent according to the invention uses at least one varactor diode (also: capacitance diode) and can be seen in FIG. The varactor diode is reverse biased and the thickness of the barrier depends on the applied reverse voltage. The varactor diode is thus used here as a tunable capacitance. In FIG. 4, two varactor diodes are arranged in the stent such that they form the largest part of the capacitance of the slot resonator. Any change in tunable capacitance alters the resonant frequency of the stent. To periodically change the capacitance requires a periodic voltage signal which must be produced by the modulation magnetic field.
Hierfür wird vorzugsweise ein kompaktes, magnetoelektrisches (ME-) Element verwendet, das magnetische Felder in Spannungssignale übersetzt. Ein ME-Element besteht in seiner einfachsten Form aus einem Mehrschichtsystem umfassend eine magnetostriktive Schicht, die auf ein Magnetfeld entlang der Schicht mit einer Längenänderung reagiert, einer piezoelektrischen Schicht, die infolge der mechanischen Kopplung mit der magnetostriktiven Schicht verbogen wird und eine Spannung erzeugt und eine Metallschicht (Elektrode) zum Abgreifen der erzeugten Spannung. ME-Elemente sind gängige Magnetfeldsensoren. For this purpose, a compact, magneto-electric (ME) element is preferably used which translates magnetic fields into voltage signals. A ME element in its simplest form consists of a multilayer system comprising a magnetostrictive layer which responds to a magnetic field along the layer with a change in length, a piezoelectric layer which is bent as a result of the mechanical coupling with the magnetostrictive layer and generates a voltage and a Metal layer (electrode) for picking up the generated voltage. ME elements are common magnetic field sensors.
Alternativ kommt auch eine Induktionsspule in Betracht, in der das veränderliche Magnetfeld die Spannung induziert. Diese kann am Rand des Stents angeordnet werden. Es ist aber auch denkbar, dass die Induktionsspule selbst als ein gefäßstützendes Teil des Stents ausgebildet ist. Alternatively, an induction coil is also considered, in which the variable magnetic field induces the voltage. This can be arranged on the edge of the stent. However, it is also conceivable that the induction coil itself is designed as a vessel-supporting part of the stent.
Die abstimmbare Induktivität (hier: YIG-Kugel) oder Kapazität (hier: Varaktordiode + ME-Element oder Spule) sind geeignete Modulationselemente (oder konzentrierte HF-Energiespeicher), die die HF- Resonanzeigenschaften des Stents beeinflussen, ohne seine mechanischen Eigenschaften merklich zu stören. Sie können beispielsweise mit biokompatiblen, für medizinische Anwendungen zugelassenen Klebstoffen relativ einfach in eine an sich bekannte HF-resonante Stentstruktur eingefügt werden. Klebt man diese kleinen Bauelemente etwa nur an einen einzelnen Draht des Stentdrahtgeflechts, dann bleibt der Stent wie gewohnt flexibel und insbesondere expandierbar. Die HF-Resonanz des so veränderten Stents ist jetzt unter der Einwirkung eines kontrollierten Modulationsmagnetfeldes gut identifizierbar. Das Resonanzsigna] (z.B. zurück gestreute HF-Strahlung oder auch nicht gestreute Strahlung in einer Transmissionsabsorptionsmessung) kann vom The tunable inductance (here: YIG sphere) or capacitance (here: varactor diode + ME element or coil) are suitable modulation elements (or concentrated RF energy stores) that influence the RF resonant properties of the stent without significantly disturbing its mechanical properties , For example, they can be inserted relatively easily into a per se known RF-resonant stent structure using biocompatible adhesives approved for medical applications. If these small components are only glued to a single wire of the stent wire mesh, the stent remains as usual flexible and in particular expandable. The RF resonance of the modified stent is now well identifiable under the influence of a controlled modulation magnetic field. The resonance signal (eg backscattered RF radiation or non-scattered radiation in a transmission absorption measurement) can be obtained from
Hintergrundsignal mit bekannten Methoden der Übertragungstechnik als frequenzmoduliertes Signal separiert werden. Die Trägerwelle des Resonanzsignals ist die zum Zeitpunkt der Messung tatsächliche Resonanzfrequenz des Stents, die einen Rückschluss auf dielektrische Ablagerungen im Stentinnern, insbesondere auf eine Stenose, gestattet, wenn eine Referenzmessung desselben Stents in Abwesenheit solcher Ablagerungen zum Vergleich vorliegt. Background signal with known methods of transmission technology as a frequency modulated signal to be separated. The carrier wave of the resonance signal is the actual resonant frequency of the stent at the time of the measurement, which allows conclusions to be drawn on dielectric deposits in the stent interior, in particular on a stenosis, if a reference measurement of the same stent exists in the absence of such deposits for comparison.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann selbsttätig einen Vergleich der gemessenen Verschiebung der Stentresonanz zwischen dem Zeitpunkt der aktuellen Messung und einem früheren Zeitpunkt, beispielsweise einer Referenzmessung kurz nach der Implantation, mit empirischen oder modellierten Daten umfassen. Die Vorrichtung kann dann beispielsweise die Dicke oder das Volumen einer auf dem Stent gebildeten Plaqueschicht und/oder das für die Durchströmung noch zur Verfügung stehende Kanalvolumen bzw. den noch zur Verfügung stehenden Kanalquerschnitt des Stents ausgeben. The device according to the invention may automatically comprise a comparison of the measured displacement of the stent resonance between the time of the current measurement and an earlier time, for example a reference measurement shortly after the implantation, with empirical or modeled data. The device can then output, for example, the thickness or the volume of a plaque layer formed on the stent and / or the channel volume still available for the flow or the still available channel cross-section of the stent.
Vorzugsweise kann auch ein Gradient und/oder ein Extrapolationswert für einen vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt ermittelt und ausgegeben werden. Preferably, a gradient and / or an extrapolation value can also be determined and output for a predetermined future time.

Claims

Patentansprüche claims
1. Hochfrequenz-resonanter Stent, gekennzeichnet durch wenigstens ein in die 1. high-frequency resonant stent, characterized by at least one in the
Stentdrahtstruktur integriertes und in den Stentresonator eingreifendes, als HF- Energiespeicher ausgebildetes Modulationselement, das bei Beaufschlagung mit einem Magnetfeld seine Energiespeicherfähigkeit verändert.  Stent wire structure integrated and engaging in the Stentresonator, designed as an RF energy storage modulation element that changes its energy storage capability when exposed to a magnetic field.
2. Stent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stent als Schlitzresonator 2. Stent according to claim 1, characterized in that the stent as a slot resonator
ausgebildet und das wenigstens eine Modulationselement im Inneren des Schlitzes angeordnet ist.  formed and the at least one modulation element is arranged in the interior of the slot.
3. Stent nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das 3. Stent according to one of the preceding claims, characterized in that the
wenigstens eine Modulationselement mit einem biokompatiblen Klebstoff an wenigstens einem Draht des Stents fixiert angeordnet ist.  at least one modulation element is fixed with a biocompatible adhesive fixed to at least one wire of the stent.
4. Stent nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das 4. Stent according to one of the preceding claims, characterized in that the
wenigstens eine Modulationselement eine Kapazitätsdiode und ein auf die Dicke der  at least one modulation element has a capacitance diode and a thickness of the
Sperrschicht der Kapazitätsdiode durch eine elektrische Spannung einwirkendes Element umfasst, dessen Ausgabespannung von dem beaufschlagten Magnetfeld abhängt.  Barrier layer of the capacitance diode by an electrical voltage acting element comprises, whose output voltage depends on the applied magnetic field.
5. Stent nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element eine Induktionsspule ist. 5. Stent according to claim 4, characterized in that the element is an induction coil.
6. Stent nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein magnetoelektrisches Element ist. 6. Stent according to claim 4, characterized in that the element is a magnetoelectric element.
7. Stent nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Modulationselement eine YIG-Kugel umfasst. 7. Stent according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one modulation element comprises a YIG ball.
8. Vorrichtung zur Detektion einer Resonanzfrequenz eines Stents mit: 8. Device for detecting a resonance frequency of a stent with:
a. Mitteln zum Beaufschlagen des Stents mit einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld mit einer vorgegebenen Magnetfeldfrequenz zwischen 100 kHz und einigen MHz; b. Mitteln zum Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung mit einer  a. Means for acting on the stent with a time-varying magnetic field having a predetermined magnetic field frequency between 100 kHz and a few MHz; b. Means for irradiation and Wobbein electromagnetic radiation with a
Frequenz zwischen 100 MHz und 3 GHz in den mit dem Magnetfeld beaufschlagten Bereich; c. Mitteln zum Detektieren der aus dem Einstrahlungsbereich in Reaktion auf das Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung zurückgestreuten Streustrahlung oder der den Einstrahlungsbereich ungestreut passierenden Strahlung als frequenzabhängiges Streusignal; Frequency between 100 MHz and 3 GHz in the area applied with the magnetic field; c. Means for detecting the scattered radiation backscattered from the irradiation area in response to the irradiation and wobble of electromagnetic radiation or the unscratched radiation passing the irradiation area as a frequency-dependent scattering signal;
d. Mitteln zum Identifizieren jenes Anteils des Streusignals, der mit der  d. Means for identifying that portion of the leakage signal associated with the
Magnetfeldfrequenz moduliert ist;  Magnetic field frequency is modulated;
e. Mitteln zum Ermitteln der Resonanzfrequenz des Stents durch Demodulieren des mit der Magnetfeldfrequenz modulierten Streusignalanteils; und  e. Means for determining the resonant frequency of the stent by demodulating the magnetic field frequency modulated leakage signal component; and
f. Mitteln zum Bestimmen einer Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu einer abgespeicherten Resonanzfrequenz.  f. Means for determining a difference of the determined resonant frequency to a stored resonant frequency.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Mittel zum Beaufschlagen des Stents mit dem zeitlich veränderlichen Magnetfeld dazu eingerichtet sind, bei dem Beaufschlagen des Stents die Energiespeicherfähigkeit eines in den Stent eingreifenden, als HF-Energiespeicher ausgebildeten Modulationselements zu verändern. 9. Apparatus according to claim 8, wherein the means for acting on the stent with the time-varying magnetic field are adapted to change the energy storage capability of engaging in the stent, designed as an RF energy storage modulation element in the application of the stent.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, welche dazu eingerichtet ist, ein Kanalvolumen 10. Apparatus according to claim 8 or 9, which is adapted to a channel volume
und/oder einen Kanaldurchmesser des Stents und/oder eine Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten Plaqueschicht aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu der abgespeicherten Resonanzfrequenz zu bestimmen.  and / or to determine a channel diameter of the stent and / or a layer thickness of a plaque layer formed on the stent from the difference between the determined resonant frequency and the stored resonant frequency.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, welche dazu eingerichtet ist, zumindest zum Teil aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz einen Wert für ein Kanalvolumen und/oder einen Kanaldurchmesser des Stents und/oder einen Wert für eine Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten Plaqueschicht für einen gewählten zukünftigen Zeitpunkt zu extrapolieren. 1 1. Device according to one of claims 8 to 10, which is adapted, at least in part from the difference of the determined resonance frequency, a value for a channel volume and / or a channel diameter of the stent and / or a value for a layer thickness of one on the stent extrapolate trained plaque layer for a chosen future date.
12. Verfahren zur Detektion einer Resonanzfrequenz eines Stents mit folgenden Schritten: 12. A method for detecting a resonance frequency of a stent comprising the following steps:
a. Beaufschlagen des Stents mit einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld mit einer vorgegebenen Magnetfeldfrequenz zwischen 100 kHz und einigen MHz; b. Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz zwischen 100 MHz und 3 GHz in einen mit dem Magnetfeld beaufschlagten Bereich; c. Detektieren der aus dem Einstrahlungsbereich in Reaktion auf das Einstrahlen und Wobbein elektromagnetischer Strahlung zurückgestreuten Streustrahlung oder der den Einstrahlungsbereich ungestreut passierenden Strahlung als frequenzabhängiges Streusignal;  a. Impinging the stent with a time-varying magnetic field at a predetermined magnetic field frequency between 100 kHz and a few MHz; b. Irradiation and wobble of electromagnetic radiation having a frequency between 100 MHz and 3 GHz in a region exposed to the magnetic field; c. Detecting the scattered radiation backscattered from the irradiation region in response to the irradiation and wobble of electromagnetic radiation or the radiation unscrupulously passing the irradiation region as a frequency-dependent scattering signal;
d. Identifizieren jenes Anteils des Streusignals, der mit der Magnetfeldfrequenz  d. Identify that portion of the leakage signal that coincides with the magnetic field frequency
moduliert ist; e. Ermitteln der Resonanzfrequenz des Stents durch Demodulieren des mit der Magnetfeldfrequenz modulierten Streusignalanteils; und is modulated; e. Determining the resonant frequency of the stent by demodulating the magnetic field frequency modulated leakage signal component; and
f. Bestimmen einer Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu einer  f. Determining a difference of the determined resonant frequency to a
abgespeicherten Resonanzfrequenz.  stored resonance frequency.
13. Verfahren nach Anspruch 10 mit dem zusätzlichen Schritt des Veränderns der 13. The method of claim 10 with the additional step of changing the
Energiespeicherfähigkeit eines in den Stent eingreifenden, als HF-Energiespeicher ausgebildeten Modulationselements.  Energy storage capability of engaging in the stent, designed as an RF energy storage modulation element.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 mit dem Schritt des Bestimmens eines Kanalvolumens und/oder Kanaldurchmessers des Stents und/oder einer Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten Plaqueschicht aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz zu der abgespeicherten Resonanzfrequenz, wobei das Bestimmen vorzugsweise das Vergleichen der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz mit einem Datensatz empirisch ermittelter und/oder modellierter Daten umfasst. 14. The method of claim 12, further comprising the step of determining a channel volume and / or channel diameter of the stent and / or a layer thickness of a plaque layer formed on the stent from the difference between the determined resonant frequency and the stored resonant frequency; Difference of the determined resonant frequency with a record of empirically determined and / or modeled data includes.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 mit dem Schritt des Extrapolierens eines Werts für ein Kanalvolumen und/oder einen Kanaldurchmesser des Stents und/oder eines Werts für eine Schichtdicke einer auf dem Stent ausgebildeten Plaqueschicht für einen gewählten zukünftigen Zeitpunkt zumindest zum Teil aus der Differenz der ermittelten Resonanzfrequenz. 15. The method of claim 12, further comprising the step of extrapolating a value for a channel volume and / or a channel diameter of the stent and / or a value for a layer thickness of a plaque layer formed on the stent for a selected future time, at least in part the difference of the determined resonance frequency.
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