WO2022175235A1 - Medizinisches instrument und ultraschallsystem mit einem solchen instrument - Google Patents

Medizinisches instrument und ultraschallsystem mit einem solchen instrument Download PDF

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WO2022175235A1
WO2022175235A1 PCT/EP2022/053603 EP2022053603W WO2022175235A1 WO 2022175235 A1 WO2022175235 A1 WO 2022175235A1 EP 2022053603 W EP2022053603 W EP 2022053603W WO 2022175235 A1 WO2022175235 A1 WO 2022175235A1
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distance
distal end
medical instrument
signal
determined
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PCT/EP2022/053603
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Jens Wildhagen
Nikolaus Berger-Roscher
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B. Braun Melsungen Ag
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    • A61B2090/3925—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers ultrasonic
    • A61B2090/3929—Active markers

Definitions

  • the invention relates to a method for optically displaying a position of a distal end of a medical instrument intended for insertion into a patient's body on an optical display device of an ultrasound system.
  • the invention further relates to a medical instrument and an ultrasound system.
  • the medical instrument is, for example, a catheter or a cannula which is to be inserted into a patient's vessel.
  • ultrasound-controlled methods using ultrasound systems with a transducer and a display device are known.
  • a method for the optical display of a position of a distal end of a medical instrument intended for insertion into the body of a patient on an optical display device of an ultrasound system, with a signal being sent by means of a transmitter device arranged at the distal end, with the Signal can be determined by means of the sonic head and the optical display device for displaying the distal end can be controlled based on the determined signal, with a distance of the distal end from a sound plane of the sonic head being determined, and with the is generated by means of the transmitting device sent signal depending on the determined distance from the sound level and / or modulated, so that a signal is generated which a distance-dependent flashing representation of the distal end at the optical
  • Display device and / or causes a distance-dependent acoustic signal output.
  • the terms “a”, “an” etc. are used in connection with the application only as indefinite articles and not as measure words.
  • the terms “first”, “second”, etc. are used only to distinguish between elements and do not indicate a hierarchy of elements.
  • the medical instrument can have more than one transmission device.
  • a visual display that is dependent on a determined distance between the distal end of the medical instrument and the sound plane is referred to as a flashing display that is dependent on the distance.
  • a flashing pattern and/or a flashing frequency and/or an intensity of the display is varied depending on the distance.
  • a distance-dependent acoustic signal output is an acoustically perceptible signal output in which an output audio signal is varied depending on a determined distance of the distal end of the medical instrument from the sound plane, for example by varying the tone sequence, pitch, tone volume or the like.
  • the distance-dependent flashing display of the distal end and/or the distance-dependent acoustic signal output allow, individually and in combination, an intuitive determination of the distance of the distal end from the sound plane and thus support a user in an exact positioning of the distal end
  • the signal for a distance-dependent flashing display and/or a distance-dependent acoustic signal output is generated and/or modulated in such a way that if the distance falls below a threshold value, the display is continuous and the frequency of the flashing display decreases as the distance increases.
  • the threshold value can be defined by a person skilled in the art when configuring the system and/or by a user.
  • the signal sent by means of the transmitting device of the medical instrument is a sequence of ultrasonic pulses which is matched to a sequence of ultrasonic pulses sent by means of the transducer of the ultrasonic system.
  • the transmitting device is designed as a transmitting and receiving device which transmits ultrasonic pulses as a response to ultrasonic pulses received by the transducer.
  • the distance of the distal end from the sound plane of the sonic head is determined based on an intensity of a signal sent by means of the sonic head and/or based on an intensity of a signal sent by means of the transmitting device.
  • the method makes use of the fact that an intensity of a signal sent by means of the sound head decreases with a distance from the sound plane, among other things due to damping.
  • a damping factor used for the calculation can be adapted by a user and/or an ultrasound system used when carrying out the method in order to enable a frequency-dependent and/or transducer-dependent determination of the distance based on the damping.
  • the transmission device on the medical instrument is designed as a transmission and reception device, with two additional transmission devices, in particular additional transmission and reception devices, arranged on the transducer and cooperating with the transmission and reception device being provided for detecting the distance. so that a position of the distal end can be detected with high precision by means of triangulation.
  • the additional transmission devices are designed as ultrasound transmission devices, with the additional transmission devices transmitting at a different time and/or at a different frequency than a transmission device of the transducer to avoid interference.
  • the transmission device provided on the medical instrument is designed in such a way that it both interacts with the additional transmission devices or additional transmission and reception devices and also processes ultrasonic pulses from the sound head.
  • the medical instrument has a receiving device or a transmitting and receiving device which interacts with the additional transmitting devices or the additional transmitting and receiving devices and a further transmitting device which transmits ultrasonic pulses for processing by the transducer of the ultrasonic system.
  • other sensor systems are provided for detecting a distance.
  • the distance between the distal end and the sound plane of the sound head is recorded directly using a suitable sensor system.
  • a distance between the distal end and the sound head is detected by means of a sensor system and the distance between the distal end and the sound plane is determined from this distance.
  • an expected attenuation of the signal transmitted by the transmitting device is calculated based on a detected distance of the distal end from the sound head.
  • further attenuation of the signal sent by means of the transmitting device is measured.
  • a distance from the sound plane is then determined from the expected attenuation and measured attenuation, the value of which is used for the distance-dependent flashing display of the distal end on the optical display device and/or the distance-dependent acoustic signal output.
  • the damping factor can be adjusted by a user and/or an ultrasound system used when carrying out the method, in order to enable a frequency-dependent and/or transducer-dependent calculation of the expected damping.
  • a distance from the sound plane is determined using components of the ultrasound system and a signal transmitted by the transmitting device of the instrument and received at the ultrasound system is modulated accordingly on the ultrasound system and/or an acoustic signal is generated accordingly.
  • the transmission device transmits a sequence of ultrasonic pulses, the received pulse sequence being modulated by means of pulse width modulation on the ultrasonic system for a flashing display.
  • the components of the ultrasound system for detecting the distance include additional transmission devices provided on the sonic head or additional transmission and reception devices as described above, or an alternative sensor system.
  • the distance from the sound plane is determined using components of the ultrasound system based on an intensity of the signal received at the sound head.
  • a signal to be transmitted in particular a sequence of ultrasonic pulses, is generated and/or modulated on the medical instrument before it is transmitted as a function of the distance.
  • the distance is determined by means of components of the ultrasound system, with the distance determined being sent to the instrument.
  • the distance is determined by the medical instrument.
  • an intensity of an ultrasonic signal emitted by the sonic head is evaluated.
  • the transmission device provided on the medical instrument is operated to transmit ultrasonic pulses with a width that is variable as a function of the determined distance.
  • pulse width modulation takes place on the transmitting device.
  • the sequence of ultrasonic pulses, which is emitted by the medical instrument depending on the distance, can be detected by means of the transducer and is preferably selected in such a way that this causes a distance-dependent flashing display on a conventional ultrasound system.
  • the transmission device is switched on and off depending on the determined distance, so that a signal is generated which causes a distance-dependent flashing display of the distal end on the optical display device and/or a distance-dependent acoustic signal output.
  • the transmission device is only activated when the distance falls below a first threshold value. From this first threshold value, a signal is generated which causes a distance-dependent flashing display of the distal end on the optical display device and/or a distance-dependent acoustic signal output, for example by switching the transmitter device on and off with a distance-dependent pattern. In one embodiment, it is also provided that when the distance falls below a second threshold value, a signal is generated which causes a continuous display of the distal end on the optical display device and/or a continuous acoustic signal output, for example by the transmitter device not being switched off.
  • the medical instrument is optimized for use with various previously known ultrasound systems, in particular by adaptation to any frequency-dependent damping outside the sound plane of the ultrasound system.
  • a configuration for a specific ultrasound system is possible before use, in particular by a user.
  • a medical instrument is provided with a distal end, which is intended for insertion into a patient's body, and with a transmission device arranged at the distal end, which is set up to transmit a signal which is transmitted by means of a transducer of an ultrasound system can be determined for a representation of the distal end on an optical display device of the ultrasound system, wherein the medical instrument comprises an evaluation device, wherein the evaluation device is set up to determine a distance of the distal end from a sound plane of the sound head, and to use the Transmitting device to generate transmitted signal depending on the determined distance and / or to modulate, so that a signal can be generated, which causes a distance-dependent flashing display of the distal end on the optical display device and / or a distance-dependent acoustic signal output.
  • the signal is a sequence of ultrasonic pulses which is coordinated and ideally synchronized with the sequence of ultrasonic pulses transmitted by means of the ultrasonic system.
  • the medical instrument and the ultrasound system with an alternative transmission or reception device, in which case both ultrasound pulses reflected by the body and/or the instrument and the signal from the transmission device of the instrument can be received and distinguished on the transducer of the ultrasound system are.
  • the medical instrument transmits signals continuously or according to an internally defined pattern.
  • the medical instrument has an ultrasound receiving device which is arranged at the distal end and is set up to receive ultrasound pulses.
  • the transmitting device only transmits a signal, in particular a sequence of ultrasonic pulses, after the ultrasonic receiving device has received a signal with a defined intensity.
  • one embodiment provides for this purpose that a signal is received, processed and sent back.
  • the transmission device is designed as an ultrasound transmission device, with the ultrasound transmission device and the ultrasound reception device being designed as a structural unit. In one embodiment, operation alternates over time.
  • ultrasound transmission devices and ultrasound reception devices are provided, which are designed as separate structural units that are offset in the axial direction and/or in the circumferential direction of the instrument.
  • the structural units are set up in one embodiment for operation that alternates over time.
  • the distance is determined in configurations by the medical instrument.
  • the evaluation device of the medical instrument is set up in one embodiment to determine a distance of the distal end from a sound plane of the sound head using an intensity of received ultrasonic pulses.
  • a user can align the ultrasound head in such a way that the distal end lies in the sound plane in order to determine a maximum intensity at a current penetration depth.
  • another embodiment provides for position detection by means of triangulation using two additional transmitting and receiving devices arranged on the transducer.
  • two transmitting and receiving devices are provided on the medical instrument for processing signals from the additional transmitting and receiving devices or signals from the transducer.
  • the two transmitting and receiving devices are designed as structural units that are offset in the axial direction and/or in the circumferential direction of the instrument. In order to avoid feedback, the structural units are set up in one embodiment for operation that alternates over time.
  • a transmitting and receiving device for processing signals from the additional transmitting and receiving devices and signals from the transducer is provided on the medical instrument.
  • an electrode in particular two or more electrodes spaced apart in the axial direction and arranged equidistantly, is/are provided at the distal end in one embodiment, the evaluation device being set up to determine a penetration depth based on a resistance and/or an impedance of the distal end to determine the distance.
  • a control unit is provided on the medical instrument, which is set up to switch the transmission device on and off as a function of the determined distance, so that a signal is generated which causes the distal end to be displayed on the optical display device and/or flashes as a function of the distance and/or or causes a distance-dependent acoustic signal output.
  • the transmission device is only activated when the value falls below a first threshold value. After activation, the transmission device is then operated as a function of the distance, for example switched on and off, in order to bring about a distance-dependent display and/or signal output. When the distance falls below a second threshold value, the transmission device is operated in one embodiment in such a way that the distal end is continuously displayed on the optical display device and/or a continuous acoustic signal is output, for example the transmission device remains switched on for this purpose.
  • an ultrasound system for use in a therapeutic and/or diagnostic procedure with a medical instrument having a distal end intended for insertion into a patient's body and a transmitter arranged at the distal end , comprising a Sound head, an optical display device and an evaluation device, wherein the sound head is set up to receive a signal sent by means of the transmission device of the medical instrument for a display of the distal end on a visual display device of the ultrasound system, wherein the evaluation device is set up to measure a distance from the to determine the distal end of the medical instrument from a sound plane of the transducer, and to modulate the signal received from the transmitting device as a function of the distance determined, so that a signal can be generated which has a distance-dependent flashing representation of the distal end on the optical display device and/or a distance-dependent acoustic signal output causes. This may require synchronization with the transmission signal of the transducer.
  • a system for use in a therapeutic and/or diagnostic method comprising a medical instrument with a distal end and an ultrasound system with an optical display device, which is set up for a distance-dependent, flashing display of the distal end on the sound plane optical display device and/or for a distance-dependent acoustic signal output.
  • Fig. 1 a system for use in a therapeutic and/or diagnostic
  • FIG. 2 an alternative design of a system for use in a therapeutic and/or diagnostic procedure, comprising a medical instrument and an ultrasound system
  • FIG. 3 an alternative embodiment of a medical instrument for a system according to FIG. 1 or 2;
  • FIG. 4 a first alternative embodiment of a medical instrument for a system according to FIG. 1 or 2 and
  • FIG. 5 a second alternative embodiment of a medical instrument for a system according to FIG. 1 or 2.
  • FIG. 1 schematically shows a system 100 for use in a therapeutic and/or diagnostic method, for example in ultrasound-guided nerve blocks or in vascular punctures
  • the system 100 comprises a medical instrument 1 with a distal end 10 for insertion into a body 3 of a patient, indicated only schematically, in particular into a vessel 30.
  • the medical instrument 1 is, for example, a cannula or a catheter, the distal end End 10 is designed as a cannula tip, catheter tip or needle tip.
  • the system 100 further comprises an ultrasound system 2 with a sonic head 20 that can be placed on a surface of the body 3 and an optical display device 21 connected thereto in a signal-transmitting manner.
  • the sonic head 20 is used to emit ultrasonic pulses in a two-dimensional sound plane 200 represented by a dashed line, which the sound plane 200 lying areas of the body 3 are reflected.
  • the reflected impulses are received by the sonic head 20 and evaluated by the ultrasound system 2 . Based on the evaluated signal, a sectional image corresponding to the sound plane 200 is displayed on the visual display device 21 .
  • an evaluation device 24 is provided for evaluating the pulses received by means of the sonic head 20 and is shown schematically between the sonic head 20 and the display device 21 .
  • the evaluation device 24 can be integrated as a separate unit or in the sound head 20 and/or in the display device 21, as shown.
  • a transmission device 12 is provided at the distal end 10 of the medical instrument.
  • the medical instrument 1 also includes a evaluation device 14 shown in dashed lines.
  • the instrument 1 shown further comprises an ultrasonic receiving device 13 for receiving ultrasonic pulses.
  • the transmission device 12 is an ultrasound transmission device which is designed as a common structural unit, for example as a piezo component, with the ultrasound reception device 13 .
  • a signal can be sent out by means of the transmission device 12 attached to the medical instrument 1 , which signal can be determined by means of the sound head 20 and evaluated by means of the ultrasound system 2 for a display of the distal end 10 on the optical display device 21 .
  • the transmission device 12 is an ultrasound transmission device, which emits ultrasound pulses that can be received by means of conventional transducers 20 .
  • the transmission device 12 makes it possible for pulses sent on the sonic head 20 by means of the transmission device 12 to be receivable, even if the distal end 10 is still outside the sound plane 200 .
  • the transmission device 12 transmits exclusively as a response to an ultrasonic pulse received by the transducer 20 .
  • a distance of the distal end 10 of the medical instrument 1 from the sound plane 200 of the transducer 20 is visualized on the display device 21 by a distal end 10 lying outside the sound plane 200 being displayed flashing on the optical display device 21 .
  • the frequency of the flashing display decreases as the distance increases, i.e. a display flashes more slowly.
  • a distance-dependent acoustic signal is output.
  • a continuous display of the distal end 10 is provided on the optical display device 21, with a distance being signaled by tones that vary depending on the distance.
  • the tones differ, for example, in pitch, volume and/or tone sequence.
  • the flashing display is combined with an acoustic signal output.
  • a distance of the distal end 10 of the medical instrument 1 from the sound plane 200 of the sound head 20 is determined by a suitable method determined.
  • the signal sent by means of the transmitter device 12 is generated and/or modulated before transmission by the medical instrument 1 and/or modulated after reception by the ultrasound system 2 depending on the determined distance in order to create a distance-dependent, flashing representation of the distal end 10 on the optical To cause display device 21 and / or a distance-dependent acoustic signal output.
  • a distance of the distal end 10 from the sound plane 200 is determined based on an intensity of a signal sent by means of the sonic head 20 and/or based on an intensity of a signal sent by means of the transmitting device 12 .
  • a signal strength of the signal transmitted by means of the transducer 20 and of the signal transmitted by means of the transmitter 12 attached to the medical instrument 1 and received at the transducer 20 decreases at a distance from the transducer 20 in the sound plane 200 and at a distance from the sound plane 200.
  • An attenuation is significantly higher perpendicular to the sound plane 200 than in the direction of the sound plane 200.
  • it is provided that a distance is determined exclusively based on an intensity of a signal received at the medical instrument 1 and/or at the sound head 20.
  • the distance is determined by means of suitable components of the ultrasound system 2.
  • the transmission device 12 emits a signal independently of the intensity of a received ultrasound pulse, which—depending on the position of the medical instrument 1 relative to the ultrasound head 20—can be received by means of the ultrasound head 20 , wherein a distance of the distal end 10 from the transducer 20 is detected based on an intensity of the received signal.
  • a distance from the sound plane 200 is determined based on the distance from the sound head 20 detected in this way by means of the evaluation device 24 of the ultrasound system 2 .
  • the received signal can also be suitably modulated as a function of the determined distance from the sound plane 200 in order to cause a flashing display of the distal end 10 on the display device.
  • the ultrasound system 2 sends information relating to the determined distance to the medical instrument 1, with the medical instrument 1 generating and/or modulating ultrasonic pulses to be transmitted by means of the transmitting device 12 in accordance with the determined distance, in order to produce a flashing display on the optical display device 21 effect.
  • the distance is determined exclusively by means of components of the medical instrument 1, in particular by means of the evaluation device 14.
  • the intensity of the received ultrasonic pulses on the medical instrument 1 is evaluated by the evaluation device 14 in order to determine the distance.
  • a sound level is at a maximum.
  • the intensity decreases as the distance from the sound plane 200 increases, as shown schematically by a double arrow in FIG.
  • a sequence of ultrasonic pulses to be transmitted is generated or modulated by means of the evaluation device 14 as a function of the determined distance from the sound plane 200 in order to bring about a distance-dependent flashing display on the display device 21 .
  • FIG. 2 shows an alternative configuration of a system 100 comprising a medical instrument 1 and an ultrasound system 2.
  • the system 100 according to FIG. 2 is similar to the system 100 according to FIG. 1 and uniform reference numbers are used for the same or similar components.
  • the system 100 according to FIG - Transmitting and receiving devices 41, 42 send signals which can be processed by means of the transmitting and receiving device 12, 13. It is preferably provided that the transmitting and receiving device 12, 13 sends a response signal only as a response to the signal received from the additional transmitting and receiving devices 41, 42.
  • a transit time i.e. a period of time between the transmission and reception of the signal, can be determined on the transducer 20 and/or the evaluation device 44 and, by means of triangulation, a distance of the distal end 10 of the medical instrument 1 from the transducer 20 and thus a distance from the plane of the sound 200 detectable.
  • a calibration is carried out to determine the distance from the sound plane 200 by placing the medical instrument 1 directly on the sound head 20, for example using contact gel.
  • the distance from the sound plane 200 can then be determined using a simplified tissue model including the distance from the medical instrument 1 to the sound head 20, which is detected based on the signals from the transmitting and receiving device 41, 42.
  • the structural unit 4 is designed in such a way that it can be attached to a transducer 20 from the outside and thus allows existing systems to be retrofitted. It is attached, for example, by means of magnetic coupling and/or by means of mechanically acting coupling elements.
  • FIG. 3 schematically shows an alternative design of a medical instrument 1 similar to Fig. 1 with a transmitting and receiving device 12, 13 arranged at a distal end 10
  • electrodes 15 are also provided on the distal end 10 for determining a penetration depth and thus a distance from the sound head 20 (cf. FIG. 1).
  • the electrodes 15 are arranged equidistantly in the axial direction.
  • the electrodes 15 can be suitably positioned by a person skilled in the art, and the arrangement and number of the electrodes 15 shown is purely schematic.
  • the penetration depth is determined by means of the electrodes 15 on the medical instrument 1 by determining a resistance and/or an impedance. In an evaluation, it must be taken into account that due to an oblique piercing angle, a distance of the ultrasound head 20 from the distal end 10 is not equal to a penetration depth.
  • the determination of a penetration depth by means of electrodes 15 is combined with a determination of a distance by evaluating an intensity of the ultrasonic pulses received, and a distance of the distal end 10 from the sound plane 200 is thus determined.
  • the transmitting devices 12 and/or receiving devices 13 can be suitably selected by a person skilled in the art depending on the application.
  • the transmitting devices 12 and/or receiving devices 13 are designed to match and all serve to exchange signals with the transducer 20 of the ultrasound system 2 and/or all to exchange signals with the structural unit 4 according to Fig. 2.
  • the transmitting devices 12 and / or receiving devices 13 are designed differently and are used either for signal exchange with the transducer 20 of the ultrasound system 2 or with the structural unit 4.
  • Receiving devices 13 are provided.
  • Receiving devices 13 are provided.
  • the configurations according to FIGS. 4 and 5 allow ultrasonic signals to be received and transmitted in different spatial directions and/or when the medical instrument 1 is in a different position relative to the sound plane 200.
  • the devices 12, 13 provided to avoid feedback.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Anzeige einer Position eines zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen distalen Endes (10) eines medizinischen Instruments (1) an einer optischen Anzeigeeinrichtung (21) eines Ultraschallsystem (2), wobei mittels einer an dem distalen Ende (10) angeordneten Sendeeinrichtung (12) ein Signal gesendet wird, wobei das Signal mittels des Schallkopfs (20) ermittelbar und die optische Anzeigeeinrichtung (21) zur Darstellung des distalen Endes (10) basierend auf dem ermittelten Signal ansteuerbar ist, wobei ein Abstand des distalen Endes (10) von einer Schallebene des Schallkopfs (20) ermittelt wird, und wobei das mittels der Sendeeinrichtung (12) gesendete Signal in Abhängigkeit des ermittelten Abstands generiert und/oder moduliert wird, sodass ein Signal erzeugt wird, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes (10) an der optischen Anzeigeeinrichtung und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt. Die Erfindung betrifft weiter ein medizinisches Instrument (1) und ein Ultraschallsystem (2).

Description

Medizinisches Instrument und Ultraschallsystem mit einem solchen Instrument
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Anzeige einer Position eines zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen distalen Endes eines medizinischen Instruments an einer optischen Anzeigeeinrichtung eines Ultraschallsystem Die Erfindung betrifft weiter ein medizinisches Instrument und ein Ultraschallsystem.
Bei dem medizinischen Instrument handelt es sich beispielsweise um einen Katheter oder eine Kanüle, welcher/welche in ein Gefäß eines Patienten eingeführt werden soll. Zu diesem Zweck sind ultraschallgesteuerte Verfahren unter Verwendung von Ultraschallsystemen mit einem Schallkopf und einer Anzeigeeinrichtung bekannt.
Um das distale Ende für das Ultraschallsystem sichtbar zu machen, ist es bekannt, dieses mit Reflektoren auszustatten. Reflektoren haben jedoch den Nachteil, dass eine Ermittlung nur möglich ist, wenn sich der Reflektor in der Schallebene des Schallkopfs befindet. Es ist daher weiter bekannt, an dem distalen Ende eine Ultraschall-Sendeeinrichtung anzubringen, welche mittels des Schallkopfs ermittelbare Ultraschallimpulse auch zu Zeiten sendet, in welchen das distale Ende nicht in der Schallebene liegt.
Bei ultraschallgesteuerten Verfahren, wie Nervenblockaden oder Gefäßpunktionen, sind eine Führung des distalen Endes des medizinischen Instruments und eine Führung des Schallkopfs exakt aufeinander abzustimmen, da bereits kleine Abweichungen des distalen Endes von einem Zielbereich unerwünschte Verletzungen als Folge haben können.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur optischen Anzeige einer Position eines zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen distalen Endes eines medizinischen Instruments an einer optischen Anzeigeeinrichtung eines Ultraschallsystem zu schaffen. Es sind weitere Aufgaben ein medizinisches Instrument und ein Ultraschallsystem zu schaffen, welche eine verbesserte optische Anzeige ermöglichen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur optischen Anzeige einer Position eines zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen distalen Endes eines medizinischen Instruments an einer optischen Anzeigeeinrichtung eines Ultraschallsystems geschaffen, wobei mittels einer an dem distalen Ende angeordneten Sendeeinrichtung ein Signal gesendet wird, wobei das Signal mittels des Schallkopfs ermittelbar und die optische Anzeigeeinrichtung zur Darstellung des distalen Endes basierend auf dem ermittelten Signal ansteuerbar ist, wobei ein Abstand des distalen Endes von einer Schallebene des Schallkopfs ermittelt wird, und wobei das mittels der Sendeeinrichtung gesendete Signal in Abhängigkeit des ermittelten Abstands von der Schallebene generiert und/oder moduliert wird, sodass ein Signal erzeugt wird, welches eine abstandsabhängige blinkende Darstellung des distalen Endes an der optischen
Anzeigeeinrichtung und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt.
Die Begriffe „ein“, „eine“ etc. werden im Zusammenhang mit der Anmeldung lediglich als unbestimmte Artikel und nicht als Zählwörter verwendet. Die Begriffe „erster“, „zweiter“ etc. dienen lediglich der Unterscheidung von Elementen und geben keine Hierarchie der Elemente an. Insbesondere kann das medizinische Instrument mehr als eine Sendeeinrichtung aufweisen.
Als abstandsabhängig blinkende Darstellung wird eine optische Darstellung bezeichnet, welche von einem ermittelten Abstand des distalen Endes des medizinischen Instruments von der Schallebene abhängig ist. Dabei wird insbesondere ein Blinkmuster und/oder eine Blinkfrequenz und/oder eine Intensität der Darstellung abstandsabhängig variiert. Als abstandsabhängige akustische Signalausgabe wird eine akustisch wahrnehmbare Signalausgabe bezeichnet, bei welcher ein ausgegebenes Tonsignal in Abhängigkeit eines ermittelten Abstands des distalen Endes des medizinischen Instruments von der Schallebene variiert wird, beispielsweise mittels Variation der Tonfolge, Tonhöhe, Tonlautstärke oder dergleichen. Die abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes und/oder die abstandsabhängige akustische Signalausgabe erlauben jeweils für sich sowie in Kombination eine intuitive Ermittlung des Abstands des distalen Endes von der Schallebene und unterstützen somit einen Nutzer bei einer exakten Positionierung des distalen Endes
Ein Generieren und/oder Modulieren des Signals für eine abstandsabhängig blinkende Darstellung und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe erfolgt in einer Ausgestaltung derart, dass bei Unterschreiten eines Schwellwerts des Abstands eine kontinuierliche Darstellung erfolgt und mit zunehmendem Abstand eine Frequenz der blinkenden Darstellung abnimmt. Der Schwellwert ist dabei je nach Anwendungsfall durch einen Fachmann bei einer Konfiguration des Systems und/oder durch einen Nutzer festlegbar.
Bei dem mittels der Sendeeinrichtung des medizinischen Instruments gesendeten Signal handelt es sich in vorteilhaften Ausgestaltungen um eine Folge an Ultraschallimpulsen, welche auf eine mittels des Schallkopfs des Ultraschallsystems gesendeten Folge an Ultraschallimpulsen abgestimmt ist. Die Sendeeinrichtung ist dabei in vorteilhaften Ausgestaltungen als Sende- und Empfangseinrichtung gestaltet, welche Ultraschallimpulse als Antwort auf von dem Schallkopf empfangene Ultraschallimpulse sendet. ln einer Ausgestaltung wird der Abstand des distalen Endes von der Schallebene des Schallkopfs basierend auf einer Intensität eines mittels des Schallkopfs gesendeten und/oder basierend auf einer Intensität eines mittels der Sendeeinrichtung gesendeten Signals ermittelt. Dabei macht sich das Verfahren zu Nutze, dass unter anderem aufgrund von Dämpfung eine Intensität eines mittels des Schallkopfs gesendeten Signals mit einem Abstand von der Schallebene abnimmt. In einer Ausgestaltung ist ein für die Berechnung verwendeter Dämpfungsfaktor durch einen Nutzer und/oder ein bei der Durchführung des Verfahrens verwendetes Ultraschallsystem anpassbar, um eine frequenzabhängige und/oder schallkopfabhängige Ermittlung des Abstands basierend auf der Dämpfung zu ermöglichen.
In einer anderen Ausgestaltung ist die Sendeeinrichtung an dem medizinischen Instrument als Sende- und Empfangseinrichtung gestaltet, wobei zur Erfassung des Abstands zwei an dem Schallkopf angeordnete, mit der Sende- und Empfangseinrichtung zusammenwirkende Zusatz- Sendeeinrichtungen, insbesondere Zusatz-Sende- und Empfangseinrichtungen vorgesehen sind, sodass eine Position des distalen Endes mittels Triangulation mit einer hohen Präzision erfassbar ist. Die Zusatz-Sendeeinrichtungen sind in einer Ausgestaltung als Ultraschall- Sendeeinrichtungen gestaltet, wobei die Zusatz-Sendeeinrichtungen zur Vermeidung von Interferenzen zeitlich versetzt und/oder mit einer anderen Frequenz als eine Sendeeinrichtung des Schallkopfs senden. In einer Ausgestaltung ist die an dem medizinischen Instrument vorgesehene Sendeeinrichtung dabei geeignet gestaltet, um sowohl mit den Zusatz- Sendeeinrichtungen oder Zusatz-Sende- und Empfangseinrichtungen zusammenzuwirken als auch Ultraschallimpulse des Schallkopfs zu verarbeiten. In einer Ausgestaltung weist das medizinische Instrument eine Empfangseinrichtung oder eine Sende- und Empfangseinrichtung auf, welche mit den Zusatz-Sendeeinrichtungen bzw. den Zusatz-Sende- und Empfangseinrichtungen zusammenwirkt und eine weitere Sendeeinrichtung, welche Ultraschallimpulse zur Verarbeitung durch den Schallkopf des Ultraschallsystems sendet.
In anderen Ausgestaltungen sind andere Sensorsysteme zur Erfassung eines Abstands vorgesehen. Dabei wird in einer Ausgestaltung der Abstand des distalen Endes von der Schallebene des Schallkopfs unmittelbar mittels eines geeignete Sensorsystems erfasst. In einer anderen Ausgestaltung wird ein Abstand distalen Endes von dem Schallkopf mittels eines Sensorsystems erfasst und aus diesem Abstand der Abstand des distalen Endes von der Schallebene ermittelt.
In einer Ausgestaltung wird zur Ermittlung des Abstands von der Schallebene basierend auf einem erfassten Abstand des distalen Endes von dem Schallkopf eine erwartete Dämpfung des mittels der Sendeeinrichtung gesendeten Signals berechnet. Zudem wird weiter eine Dämpfung des mittels der Sendeeinrichtung gesendeten Signals gemessen. Aus erwarteter Dämpfung und gemessener Dämpfung wird dann ein Abstand von der Schallebene ermittelt, dessen Wert für die abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes an der optischen Anzeigeeinrichtung und/oder die abstandsabhängige akustische Signalausgabe herangezogen wird. Wie oben beschrieben, ist dabei in einer Ausgestaltung Dämpfungsfaktor durch einen Nutzer und/oder ein bei der Durchführung des Verfahrens verwendetes Ultraschallsystem anpassbar, um eine frequenzabhängige und/oder schallkopfabhängige Berechnung der erwarteten Dämpfung zu ermöglichen.
In einer Ausgestaltung wird ein Abstand von der Schallebene mittels Komponenten des Ultraschallsystems ermittelt und an dem Ultraschallsystem ein von der Sendeeinrichtung des Instruments gesendetes und an dem Ultraschallsystem empfangenes Signal entsprechend moduliert und/oder ein akustisches Signal entsprechend generiert. Dabei ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung eine Folge an Ultraschallimpulsen sendet, wobei die empfangene Pulsfolge mittels Pulsweitenmodulation an dem Ultraschallsystem für eine blinkende Anzeige moduliert wird. Die Komponenten des Ultraschallsystems zur Erfassung des Abstands umfassen dabei in einer Ausgestaltung an dem Schallkopf vorgesehene Zusatz- Sendeeinrichtungen oderZusatz-Sende- und Empfangseinrichtungen wie oben beschrieben oder ein alternatives Sensorsystem. In anderen Ausgestaltungen wird der Abstand von der Schallebene mittels Komponenten des Ultraschallsystems basierend auf einer Intensität des am Schallkopf empfangenen Signals ermittelt.
In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an dem medizinischen Instrument ein zu sendendes Signal, insbesondere eine Folge an Ultraschallimpulsen, vor dessen Aussenden abstandsabhängig generiert und/oder moduliert wird. Das Ermitteln des Abstands erfolgt dabei in einer Ausgestaltung mittels Komponenten des Ultraschallsystems, wobei der ermittelte Abstand an das Instrument gesendet wird.
In anderen Ausgestaltungen wird ein Ermitteln des Abstands durch das medizinische Instrument durchgeführt. Dazu wird in einer Ausgestaltung eine Intensität eines von dem Schallkopf ausgesendeten Ultraschallsignals ausgewertet. Die an dem medizinischen Instrument vorgesehene Sendeeinrichtung wird in einer Ausgestaltung zum Senden von Ultraschallimpulsen mit einer in Abhängigkeit des ermittelten Abstands variablen Breite betrieben wird. Zu diesem Zweck erfolgt in einer Ausgestaltung an der Sendeeinrichtung eine Pulsweitenmodulation. Die Folge an Ultraschallimpulsen, welche durch das medizinische Instrument abstandsabhängig ausgesendet wird, ist mittels des Schallkopfs erfassbar und ist vorzugsweise derart gewählt, dass diese eine abstandsabhängig blinkende Anzeige an einem herkömmlichen Ultraschallsystem bewirkt.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung in Abhängigkeit des ermittelten Abstands ein- und ausgeschaltet wird, sodass ein Signal erzeugt wird, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes an der optischen Anzeigeeinrichtung bewirkt und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass erst mit Unterschreiten eines ersten Schwellwertes des Abstands die Sendeeinrichtung aktiviert wird. Ab diesem ersten Schwellwert wird ein Signal erzeugt, welches eine abstandsabhängige blinkende Darstellung des distalen Endes an der optischen Anzeigeeinrichtung und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt, beispielsweise durch ein Ein- und Ausschalten der Sendeeinrichtung mit einem abstandsabhängigen Muster. In einer Ausgestaltung ist zudem vorgesehen, dass mit Unterschreiten eines zweiten Schwellwertes des Abstands ein Signal erzeugt wird, welches eine kontinuierliche Darstellung des distalen Endes an der optischen Anzeigeeinrichtung und/oder eine kontinuierliche akustische Signalausgabe bewirkt, beispielsweise indem ein Ausschalten der Sendeeinrichtung unterbleibt.
In einer Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass das medizinische Instrument zur Verwendung mit verschiedenen, im Vorfeld bekannten Ultraschallsystemen optimiert ist, insbesondere durch Anpassung an eine ggf frequenzabhängige Dämpfung außerhalb der Schallebene des Ultraschallsystems. Dabei ist in einer Ausgestaltung eine Konfiguration für ein bestimmtes Ultraschallsystem vor einer Verwendung, insbesondere durch einen Nutzer, möglich.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein medizinisches Instrument mit einem distalen Ende, das zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen ist, und mit einer an dem distalen Ende angeordneten Sendeeinrichtung, die eingerichtet ist, um ein Signal zu senden, welches mittels eines Schallkopfs eines Ultraschallsystems für eine Darstellung des distalen Endes auf einer optischen Anzeigeeinrichtung des Ultraschallsystems ermittelbar ist, geschaffen, wobei das medizinische Instrument eine Auswerteeinrichtung umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung eingerichtet ist, um einen Abstand des distalen Endes von einer Schallebene des Schallkopfs zu ermitteln, und um das mittels der Sendeeinrichtung gesendete Signal in Abhängigkeit des ermittelten Abstands zu generieren und/oder zu modulieren, sodass ein Signal erzeugbar ist, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes an der optischen Anzeigeeinrichtung und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt. Bei dem Signal handelt es sich in vorteilhaften Ausgestaltungen um eine Folge an Ultraschallimpulsen, welche auf die mittels des Ultraschallsystems gesendeten Folge an Ultraschallimpulsen abgestimmt und idealerweise synchronisiert ist. Es ist jedoch auch denkbar, das medizinische Instrument und das Ultraschallsystem mit einer alternativen Sende- bzw. Empfangseinrichtung auszustatten, wobei an dem Schallkopf des Ultraschallsystems sowohl durch den Körper und/oder das Instrument reflektierte Ultraschallimpulse als auch das Signal der Sendeeinrichtung des Instruments empfangbar und unterscheidbar sind. Dabei sendet das medizinische Instrument in einer Ausgestaltung Signale kontinuierlich oder entsprechend einem intern festgelegten Muster.
In anderen Ausgestaltungen weist das medizinische Instrument eine an dem distalen Ende angeordnete Ultraschall-Empfangseinrichtung auf, die zum Empfangen von Ultraschallimpulsen eingerichtet ist. Dabei ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung lediglich ein Signal, insbesondere eine Folge an Ultraschallimpulsen, sendet, nachdem die Ultraschall- Empfangseinrichtung ein Signal mit einer definierten Intensität empfangen hat. Insbesondere ist zu diesem Zweck in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Signal empfangen, verarbeitet und zurückgesendet wird.
Die Sendeeinrichtung ist in einer Ausgestaltung als Ultraschall-Sendeeinrichtung gestaltet, wobei die Ultraschall-Sendeeinrichtung und die Ultraschall-Empfangseinrichtung als eine Baueinheit gestaltet sind. Dabei erfolgt in einer Ausgestaltung ein zeitlich alternierender Betrieb.
In einer Ausgestaltung sind mehrere Ultraschall-Sendeeinrichtung und Ultraschall- Empfangseinrichtung vorgesehen, welche als getrennte, in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Instruments versetzt angeordnete Baueinheiten gestaltet. Um Rückkopplungen zu vermeiden, sind die Baueinheiten dabei in einer Ausgestaltung für einen zeitlich alternierenden Betrieb eingerichtet.
Wie oben ausgeführt, erfolgt die Abstandsermittlung in Ausgestaltungen durch das medizinische Instrument. Zu diesem Zweck ist die Auswerteeinrichtung des medizinischen Instruments in einer Ausgestaltung eingerichtet, um einen Abstand des distalen Endes von einer Schallebene des Schallkopfs anhand einer Intensität empfangener Ultraschallimpulse zu ermitteln. Für ein Kalibrieren kann ein Nutzer dabei in einer Ausgestaltung den Ultraschallkopf derart ausrichten, dass das distale Ende in der Schallebene liegt, um so eine maximale Intensität bei einer aktuellen Eindringtiefe zu ermitteln. Wie oben ausgeführt, ist in einer anderen Ausgestaltung eine Positionserfassung mittels Triangulation unter Verwendung von zwei an dem Schallkopf angeordneten Zusatz-Sende- und Empfangseinrichtungen vorgesehen. An dem medizinischen Instrument sind dabei in einer Ausgestaltung zwei Sende- und Empfangseinrichtung zur Verarbeitung von Signalen der Zusatz- Sende- und Empfangseinrichtungen bzw. von Signalen des Schallkopfs vorgesehen. Die zwei Sende- und Empfangseinrichtungen sind dabei in einer Ausgestaltung als in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Instruments versetzt angeordnete Baueinheiten gestaltet. Um Rückkopplungen zu vermeiden, sind die Baueinheiten dabei in einer Ausgestaltung für einen zeitlich alternierenden Betrieb eingerichtet. In einer anderen Ausgestaltung ist an dem medizinischen Instrument eine Sende- und Empfangseinrichtung zur Verarbeitung von Signalen der Zusatz-Sende- und Empfangseinrichtungen sowie von Signalen des Schallkopfs vorgesehen.
Alternativ oder zusätzlich ist/sind in einer Ausgestaltung an dem distalen Ende eine Elektrode, insbesondere zwei oder mehr, in axialer Richtung beabstandete, äquidistant angeordnete Elektroden, vorgesehen, wobei die Auswerteeinrichtung eingerichtet ist, um basierend auf einem Widerstand und/oder einer Impedanz eine Eindringtiefe des distalen Endes für eine Ermittlung des Abstands zu bestimmen.
In einer Ausgestaltung ist an dem medizinischen Instrument eine Steuereinheit vorgesehen, die eingerichtet ist, um die Sendeeinrichtung in Abhängigkeit des ermittelten Abstands ein- und auszuschalten, sodass ein Signal erzeugt wird, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes an der optischen Anzeigeeinrichtung bewirkt und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt.
Wie oben ausgeführt, ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass erst mit Unterschreiten eines ersten Schwellwerts die Sendeeinrichtung aktiviert wird. Nach einer Aktivierung wird die Sendeeinrichtung dann abstandsabhängig betrieben, beispielsweise ein- und ausgeschaltet, um so eine abstandsabhängige Darstellung und/oder Signalausgabe zu bewirken. Mit Unterschreiten eines zweiten Schwellwertes des Abstands wird die Sendeeinrichtung in einer Ausgestaltung derart betrieben, dass eine kontinuierliche Darstellung des distalen Endes an der optischen Anzeigeeinrichtung und/oder eine kontinuierliche akustische Signalausgabe erfolgt, beispielsweise verbleibt die Sendeeinrichtung zu diesem Zweck eingeschaltet.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Ultraschallsystem zur Verwendung bei einem therapeutischen und/oder diagnostischen Verfahren mit einem medizinisches Instrument, das ein distales Ende, das zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen ist, und eine an dem distalen Ende angeordneten Sendeeinrichtung, aufweist, geschaffen, umfassend einen Schallkopf, eine optische Anzeigeeinrichtung und eine Auswerteeinrichtung, wobei der Schallkopf eingerichtet ist, um ein mittels der Sendeeinrichtung des medizinischen Instruments gesendetes Signal für eine Darstellung des distalen Endes auf einer optischen Anzeigeeinrichtung des Ultraschallsystems zu empfangen, wobei die Auswerteeinrichtung eingerichtet ist, um einen Abstand des distalen Endes des medizinischen Instruments von einer Schallebene des Schallkopfs zu ermitteln, und um das empfangene Signal der Sendeeinrichtung in Abhängigkeit des ermittelten Abstands zu modulieren, sodass ein Signal erzeugbar ist, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes an der optischen Anzeigeeinrichtung und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt. Hierzu ist ggf. eine Synchronisation mit dem Sendesignal des Schallkopfs notwendig.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein System zur Verwendung bei einem therapeutischen und/oder diagnostischen Verfahren umfassend ein medizinisches Instrument mit einem distalen Ende und ein Ultraschallsystem mit einer optischen Anzeigeeinrichtung geschaffen, welches eingerichtet ist für eine von der Schallebene abstandsabhängige blinkende Darstellung des distalen Endes an der optischen Anzeigeeinrichtung und/oder für eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Als Teil eines Ausführungsbeispiels beschriebene oder dargestellte Merkmale können ebenso in einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu erhalten. Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden übereinstimmende Bezugszeichen verwendet. Die dargestellten Figuren sind lediglich schematisch und aus den Figuren ergeben sich insbesondere keine Einschränkungen betreffend eine Größe und/oder eine räumliche Anordnung der dargestellten Bauteile.
Dabei zeigen:
Fig. 1: ein System zur Verwendung bei einem therapeutischen und/oder diagnostischen
Verfahren umfassend ein medizinisches Instrument und ein Ultraschallsystem,
Fig. 2: eine alternative Gestaltung eines Systems zur Verwendung bei einem therapeutischen und/oder diagnostischen Verfahren umfassend ein medizinisches Instrument und ein Ultraschallsystem, Fig. 3: eine alternative Ausgestaltung eines medizinischen Instruments für ein System gemäß Fig. 1 oder 2;
Fig 4: eine erste alternative Ausgestaltung eines medizinischen Instruments für ein System gemäß Fig. 1 oder 2 und
Fig. 5: eine zweite alternative Ausgestaltung eines medizinischen Instruments für ein System gemäß Fig 1 oder 2.
Fig. 1 zeigt schematisch ein System 100 zur Verwendung bei einem therapeutischen und/oder diagnostischen Verfahren, beispielsweise bei ultraschallgesteuerten Nervenblockaden oder bei Gefäßpunktionen
Das System 100 umfasst ein medizinisches Instrument 1 mit einem distalen Ende 10 zum Einführen in einen lediglich schematisch angedeuteten Körper 3 eines Patienten, insbesondere in ein Gefäß 30. Bei dem medizinischen Instrument 1 handelt es sich beispielsweise um eine Kanüle oder einen Katheter, wobei das distale Ende 10 als Kanüienspitze, Katheterspitze oder Nadelspitze gestaltet ist.
Das System 100 umfasst weiter ein Ultraschallsystem 2 mit einem, an einer Oberfläche des Körpers 3 aufsetzbaren Schallkopf 20 und einer damit signalübertragend verbundenen optischen Anzeigeeinrichtung 21. Mittels des Schallkopfs 20 werden Ultraschallimpulse in einer durch eine gestrichelte Linie dargestellten zweidimensionalen Schallebene 200 ausgesendet, welche von in der Schallebene 200 liegenden Bereichen des Körpers 3 reflektiert werden. Die reflektierten Impulse werden mittels des Schallkopfs 20 empfangen und mittels des Ultraschallsystems 2 ausgewertet. Basierend auf dem ausgewerteten Signal wird ein Schnittbild entsprechend der Schallebene 200 an der optischen Anzeigeeinrichtung 21 dargestellt. Dabei ist es insbesondere bekannt, den Schallkopf 20 derart zu dem Gefäß 30 zu positionieren, dass an der optischen Anzeigeeinrichtung 21 ein Querschnitt durch das Gefäß 30 oder ein Längsschnitt des Gefäßes 30 dargestellt wird. Für eine Auswertung der mittels des Schallkopfs 20 empfangenen Impulse ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Auswerteeinrichtung 24 vorgesehen, welche schematisch zwischen dem Schallkopf 20 und der Anzeigeeinrichtung 21 dargestellt ist. Die Auswerteeinrichtung 24 kann je nach Ausgestaltung wie dargestellt als separate Einheit oder in den Schallkopf 20 und/oder in die Anzeigeeinrichtung 21 integriert sein.
An dem distalen Ende 10 des medizinischen Instruments ist eine Sendeeinrichtung 12 vorgesehen. In einer Ausgestaltung umfasst das medizinische Instrument 1 zudem eine gestrichelt dargestellte Auswerteeinrichtung 14. Das dargestellte Instrument 1 umfasst weiter eine Ultraschall-Empfangseinrichtung 13 zum Empfangen von Ultraschallimpulsen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sendeeinrichtung 12 eine Ultraschall-Sendeeinrichtung, welche als gemeinsame Baueinheit, beispielsweise als Piezokomponente, mit der Ultraschall- Empfangseinrichtung 13 gestaltet ist.
Mittels der an dem medizinischen Instrument 1 angebrachten Sendeeinrichtung 12 kann ein Signal ausgesendet werden, welches mittels des Schallkopfs 20 ermittelbar, und mittels des Ultraschallsystems 2 für eine Darstellung des distalen Endes 10 auf der optischen Anzeigeeinrichtung 21 auswertbar ist. Bei der Sendeeinrichtung 12 handelt es sich in Ausgestaltungen des medizinischen Instruments 1 um eine Ultraschall-Sendeeinrichtung, welche mittels herkömmlicher Schallköpfe 20 empfangbare Ultraschallimpulse aussendet. Im Unterschied zu einem passiven Reflektor ermöglicht die Sendeeinrichtung 12, dass an dem Schallkopf 20 mittels der Sendeeinrichtung 12 gesendete Impulse empfangbar sind, auch wenn das distale Ende 10 sich noch außerhalb der Schallebene 200 befindet. Die Sendeeinrichtung 12 sendet dabei in einer Ausgestaltung ausschließlich als Antwort auf einen von dem Schallkopf 20 empfangenen Ultraschallimpuls.
Für eine vereinfachte Verwendung des Systems 100, wird ein Abstand des distalen Endes 10 des medizinischen Instruments 1 von der Schallebene 200 des Schallkopfs 20 an der Anzeigeeinrichtung 21 visualisiert, indem ein außerhalb der Schallebene 200 liegendes distales Ende 10 an der optischen Anzeigeeinrichtung 21 blinkend dargestellt wird. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist für eine intuitive Ermittlung vorgesehen, dass mit zunehmendem Abstand eine Frequenz der blinkenden Darstellung abnimmt, d.h. eine Anzeige langsamer blinkt. Dabei ist in einer Ausgestaltung weiter vorgesehen, dass bei Unterschreiten eines Schwellwerts des Abstands eine kontinuierliche Darstellung des distalen Endes 10 an der optischen Anzeigeeinrichtung 21 erfolgt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt in einer Ausgestaltung eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe. Dabei ist in einer Ausgestaltung eine kontinuierliche Darstellung des distalen Endes 10 an der optischen Anzeigeeinrichtung 21 vorgesehen, wobei ein Abstand durch abstandsabhängig variierte Töne signalisiert wird. Die Töne unterscheiden sich beispielsweise in der Höhe, der Lautstärke und/oder der Tonfolge. In anderen Ausgestaltungen wird die blinkende Darstellung mit einer akustischen Signalausgabe kombiniert.
Um einen Abstand des distalen Endes 10 von der Schallebene 200 zu visualisieren oder akustisch zu signalisieren, wird ein Abstand des distalen Endes 10 des medizinischen Instruments 1 von der Schallebene 200 des Schallkopfs 20 durch ein geeignetes Verfahren ermittelt. Das mittels der Sendeeinrichtung12 gesendete Signal wird in Abhängigkeit des ermittelten Abstands vor einem Senden durch das medizinische Instrument 1 generiert und/oder moduliert und/oder nach einem Empfang durch das Ultraschallsystem 2 moduliert, um eine abstandsabhängige, blinkende Darstellung des distalen Endes 10 an der optischen Anzeigeeinrichtung 21 und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe zu bewirken.
Ein Abstand des distalen Endes 10 von der Schallebene 200 wird in einer Ausgestaltung basierend auf einer Intensität eines mittels des Schallkopfs 20 gesendeten und/oder basierend auf einer Intensität eines mittels der Sendeeinrichtung 12 gesendeten Signals ermittelt. Wie schematisch mittels Pfeile angedeutet, nimmt aufgrund der Dämpfung eine Signalstärke des mittels des Schallkopfs 20 gesendeten sowie des mittels der an dem medizinischen Instrument 1 angebrachten Sendeeinrichtung 12 ausgesendeten und an dem Schallkopf 20 empfangenen Signals mit einem Abstand von dem Schallkopf 20 in der Schallebene 200 sowie mit einem Abstand von der Schallebene 200 ab. Eine Dämpfung ist dabei senkrecht zur Schallebene 200 deutlich höher als in Richtung der Schallebene 200. Dabei ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Abstand ausschließlich basierend auf einer Intensität eines an dem medizinischen Instrument 1 und/oder an dem Schallkopf 20 empfangenen Signals ermittelt wird.
In einer Ausgestaltung erfolgt die Abstandsermittlung mittels geeigneter Komponenten des Ultraschallsystems 2. Dabei sendet die Sendeeinrichtung 12 unabhängig von einer Intensität eines empfangenen Ultraschallimpulses ein Signal aus, welches - je nach Position des medizinischen Instruments 1 relativ zu dem Schallkopf 20 - mittels des Schallkopfs 20 empfangbar ist, wobei basierend auf einer Intensität des empfangenen Signals ein Abstand des distalen Endes 10 von dem Schallkopf 20 erfasst wird. In einer Ausgestaltung wird basierend auf dem so erfassten Abstand von dem Schallkopf 20 mittels der Auswerteeinrichtung 24 des Ultraschallsystems 2 ein Abstand von der Schallebene 200 ermittelt. Mittels der Auswerteeinrichtung 24 des Ultraschallsystems 2 kann weiter in Abhängigkeit des ermittelten Abstands von der Schallebene 200 das empfangene Signal geeignet moduliert werden, um eine blinkende Anzeige des distalen Endes 10 an der Anzeigeeinrichtung zu bewirken.
In anderen Ausgestaltungen sendet das Ultraschallsystem 2 Informationen betreffend den ermittelten Abstand an das medizinische Instrument 1 , wobei das medizinische Instrument 1 mittels der Sendeeinrichtung 12 auszusendende Ultraschallimpulse entsprechend des ermittelten Abstands generiert und/oder moduliert, um so eine blinkende Anzeige an der optischen Anzeigeeinrichtung 21 zu bewirken. Um eine Visualisierung des Abstands an einer Anzeigeeinrichtung 21 eines herkömmlichen Ultraschallsystems 2 ohne Anpassung des Ultraschallsystems 2 zu ermöglichen, erfolgt in wieder anderen Ausgestaltungen die Ermittlung des Abstands ausschließlich mittels Komponenten des medizinischen Instruments 1, insbesondere mittels der Auswerteeinrichtung 14.
In einer Ausgestaltung wird dabei für eine Ermittlung des Abstands mittels der Auswerteeinrichtung 14 die Intensität der empfangenen Ultraschallimpulse an dem medizinischen Instrument 1 ausgewertet. Dabei ist in der Schallebene 200 ein Schallpegel maximal. Mit steigendem Abstand von der Schallebene 200 sinkt die Intensität, wie schematisch durch einen Doppelpfeil in Fig. 1 dargestellt. Mittels der Auswerteeinrichtung 14 wird in Abhängigkeit des ermittelten Abstands von der Schallebene 200 eine zu sendende Folge an Ultraschallimpulsen generiert oder moduliert, um eine abstandsabhängig blinkende Anzeige an der Anzeigeeinrichtung 21 zu bewirken.
Fig. 2 zeigt eine alternative Gestaltung eines Systems 100 umfassend ein medizinisches Instrument 1 und ein Ultraschallsystem 2. Das System 100 gemäß Fig. 2 ist ähnlich dem System 100 gemäß Fig. 1 und für gleiche oder ähnliche Bauteile werden einheitliche Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu dem System gemäß Fig. 1 umfasst das System 100 gemäß Fig. 2 eine an dem Schallkopf 20 anbringbare oder in den Schallkopf 20 angeordnete Baueinheit 4 mit zwei Zusatz- Sende- und Empfangseinrichtungen 41 , 42 und einer Auswerteeinrichtung 44. Die zwei Zusatz- Sende- und Empfangseinrichtungen 41, 42 senden Signale, welche mittels der Sende- und Empfangseinrichtung 12, 13 verarbeitbar sind. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Sende- und Empfangseinrichtung 12, 13 lediglich als Antwort auf von den Zusatz-Sende- und Empfangseinrichtungen 41, 42 empfangenes Signal ein Antwortsignal sendet. An dem Schallkopf 20 und/oder der Auswerteeinrichtung 44 ist eine Laufzeit, d.h. eine Zeitspanne zwischen Senden und Empfangen des Signals, ermittelbar und mittels T riangulation ein Abstand des distalen Endes 10 des medizinischen Instruments 1 von dem Schallkopf 20 und damit ein Abstand von der Schallebene 200 ermittelbar.
Dabei erfolgt in einer Ausgestaltung eine Kalibrierung für eine Ermittlung des Abstands von der Schallebene 200 dadurch, dass das medizinische Instrument 1 direkt an den Schallkopf 20 angelegt wird, beispielsweise unter Verwendung von Kontaktgel. Anschließend kann durch ein vereinfachtes Gewebemodell unter Einbeziehung der Entfernung des medizinischen Instruments 1 zum Schallkopf 20, die basierend aus den Signalen der Sende- und Empfangseinrichtung 41 , 42 erfasst wird, der Abstand von der Schallebene 200 ermittelt werden. Die Baueinheit 4 ist in einer Ausgestaltung derart gestaltet, dass diese von außen an einem Schallkopf 20 anbringbar ist und so ein Nachrüsten bereits bestehender Systeme erlaubt. Ein Anbringen erfolgt beispielsweise mittels Magnetkopplung und/oder mittels mechanisch wirkender Kopplungselemente.
Fig. 3 zeigt schematisch eine alternative Gestaltung eines medizinischen Instruments 1 ähnlich Fig. 1 mit einer an einem distalen Ende 10 angeordneten Sende- und Empfangseinrichtung 12, 13
Im Unterschied zu der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 und 2 sind an dem distalen Ende 10 zudem Elektroden 15 für eine Ermittlung einer Eindringtiefe und damit einem Abstand von dem Schallkopf 20 (vgl Fig 1) vorgesehen. Die Elektroden 15 sind in axialer Richtung äquidistant angeordnet. Die Elektroden 15 können durch den Fachmann geeignet positioniert werden und die dargestellte Anordnung und Anzahl der Elektroden 15 ist rein schematisch. Mittels der Elektroden 15 auf dem medizinischen Instrument 1 wird die Eindringtiefe ermittelt, indem ein Widerstand und/oder eine Impedanz bestimmt wird. Bei einer Auswertung ist dabei zu berücksichtigen, dass aufgrund eines schrägen Einstechwinkels ein Abstand des Ultraschallkopfs 20 von dem distalen Ende 10 nicht gleich einer Eindringtiefe ist.
In einer Ausgestaltung wird die Ermittlung einer Eindringtiefe mittels Elektroden 15 mit einer Ermittlung eines Abstands durch Auswertung einer Intensität der empfangenen Ultraschallimpulse verknüpft und so ein Abstand des distalen Endes 10 von der Schallebene 200 ermittelt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen schematisch zwei alternative Gestaltungen eines medizinischen Instruments 1 ähnlich Fig 2. Dabei sind an einem distalen Ende 10 jeweils mehrere Sendeeinrichtungen 12 und/oder Empfangseinrichtungen 13 vorgesehen. Die Anzahl und Anordnung der Sendeeinrichtungen 12 und/oder Empfangseinrichtungen 13 ist dabei durch den Fachmann je nach Anwendungsfall geeignet wählbar. Die Sendeeinrichtungen 12 und/oder Empfangseinrichtungen 13 sind dabei in einer Ausgestaltung übereinstimmend ausgelegt und dienen alle einem Signalaustausch mit dem Schallkopf 20 des Ultraschallsystems 2 und/oder alle einem Signalaustausch mit der Baueinheit 4 gemäß Fig. 2. In anderen Ausgestaltungen sind die Sendeeinrichtungen 12 und/oder Empfangseinrichtungen 13 verschieden ausgelegt und dienen wahlweise einem Signalaustausch mit dem Schallkopf 20 des Ultraschallsystems 2 oder mit der Baueinheit 4. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 4 sind dabei mehrere in Umfangsrichtung des medizinischen Instruments 1 versetzt angeordnete Ultraschall-Sendeeinrichtungen 12 und Ultraschall-
Empfangseinrichtungen 13 vorgesehen.
Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 sind mehrere in axialer Richtung des medizinischen Instruments 1 versetzt angeordnete Ultraschall-Sendeeinrichtungen 12 und Ultraschall-
Empfangseinrichtungen 13 vorgesehen.
Die Gestaltungen gemäß den Fig. 4 und 5 erlauben einen Empfang und ein Aussenden von Ultraschallsignalen in verschiedenen Raumrichtungen und/oder bei unterschiedlicher Position des medizinischen Instruments 1 relativ zu der Schallebene 200. In einer Ausgestaltung ist dabei ein zeitlich versetzter Betrieb der Einrichtungen 12, 13 vorgesehen, um Rückkopplungen zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur optischen Anzeige einer Position eines zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen distalen Endes (10) eines medizinischen Instruments (1) an einer optischen Anzeigeeinrichtung (21) eines Ultraschallsystem (2), wobei mittels einer an dem distalen Ende (10) angeordneten Sendeeinrichtung (12) ein Signal gesendet wird, wobei das Signal mittels des Schallkopfs (20) ermittelbar und die optische Anzeigeeinrichtung (21) zur Darstellung des distalen Endes (10) basierend auf dem ermittelten Signal ansteuerbar ist, und wobei ein Abstand des distalen Endes (10) von einer Schallebene des Schallkopfs (20) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels der Sendeeinrichtung (12) gesendete Signal in Abhängigkeit des ermittelten Abstands generiert und/oder moduliert wird, sodass ein Signal erzeugt wird, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes (10) an der optischen Anzeigeeinrichtung bewirkt und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Generieren und/oder Modulieren des Signals derart erfolgt, dass bei Unterschreiten eines Schwellwerts des Abstands eine kontinuierliche Darstellung erfolgt und mit zunehmendem Abstand eine Frequenz der blinkenden Darstellung abnimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ermitteln des Abstands durch das medizinische Instrument (1) durchgeführt wird, und die Sendeeinrichtung (12) zum Senden von Ultraschallimpulsen mit einer in Abhängigkeit des ermittelten Abstands variablen Breite betrieben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (12) in Abhängigkeit des ermittelten Abstands ein- und ausgeschaltet wird, sodass ein Signal erzeugt wird, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes (10) an der optischen Anzeigeeinrichtung bewirkt und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt.
5. Medizinisches Instrument (1) mit einem distalen Ende (10), das zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen ist, und mit einer an dem distalen Ende (10) angeordneten Sendeeinrichtung (12), die eingerichtet ist, um ein Signal zu senden, welches mittels eines Schallkopfs (20) eines Ultraschallsystems (2) für eine Darstellung des distalen Endes (10) auf einer optischen Anzeigeeinrichtung (21) des Ultraschallsystems (2) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische Instrument (1) eine Auswerteeinrichtung (14) umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung (14) eingerichtet ist, um einen Abstand des distalen Endes (10) von einer Schallebene des Schallkopfs (20) zu ermitteln, und um das mittels der Sendeeinrichtung (12) gesendete Signal in Abhängigkeit des ermittelten Abstands zu generieren und/oder zu modulieren, sodass ein Signal erzeugbar ist, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes (10) an der optischen Anzeigeeinrichtung und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt.
6. Medizinisches Instrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische Instrument (1) eine an dem distalen Ende (10) angeordnete Ultraschall- Empfangseinrichtung (13) aufweist, die zum Empfangen von Ultraschallimpulsen eingerichtet ist.
7. Medizinisches Instrument (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung als Ultraschall-Sendeeinrichtung (12) gestaltet ist, wobei die Ultraschall-Sendeeinrichtung (12) und die Ultraschall-Empfangseinrichtung (13) als eine Baueinheit gestaltet sind, oder wobei die Ultraschall-Sendeeinrichtung (12) und die Ultraschall-Empfangseinrichtung (13) als getrennte, in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Instruments versetzt angeordnete Baueinheiten gestaltet sind, wobei vorzugsweise die Baueinheiten für einen zeitlich alternierenden Betrieb eingerichtet sind.
8. Medizinisches Instrument (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (14) eingerichtet ist, um einen Abstand des distalen Endes (10) von des Schallkopfs (20) und/oder von einer Schallebene des Schallkopfs (20) anhand einer Intensität empfangener Ultraschallimpulse zu ermitteln.
9. Medizinisches Instrument (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem distalen Ende (10) eine Elektrode (15), insbesondere zwei oder mehr, in axialer Richtung beabstandete, äquidistant angeordnete Elektroden (15), vorgesehen ist/sind, wobei die Auswerteeinrichtung (14) eingerichtet ist, um basierend auf einem Widerstand und/oder einer Impedanz eine Eindringtiefe des distalen Endes (10) für eine Ermittlung des Abstands zu bestimmen.
10. Medizinisches Instrument (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, um die Sendeeinrichtung (12) in Abhängigkeit des ermittelten Abstands ein- und auszuschalten, sodass ein Signal erzeugt wird, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes (10) an der optischen Anzeigeeinrichtung bewirkt und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt.
11. Ultraschallsystem zur Verwendung bei einem therapeutischen und/oder diagnostischen Verfahren mit einem medizinisches Instrument (1), das ein distales Ende (10), das zum Einführen in den Körper eines Patienten vorgesehen ist, und eine an dem distalen Ende (10) angeordneten Sendeeinrichtung (12), aufweist, wobei das Ultraschallsystem (2) einen Schallkopf (20) und eine optische Anzeigeeinrichtung (21) umfasst, wobei der Schallkopf (20) eingerichtet ist, um ein mittels der Sendeeinrichtung des medizinischen Instruments (1) gesendetes Signal für eine Darstellung des distalen Endes (10) auf einer optischen Anzeigeeinrichtung (21) des Ultraschallsystems (2) zu empfangen, und mit einer Auswerteeinrichtung (24), wobei die Auswerteeinrichtung (24) eingerichtet ist, um einen Abstand des distalen Endes (10) des medizinischen Instruments (1) von einer Schallebene des Schallkopfs (20) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (24) eingerichtet ist, um das empfangene Signal in Abhängigkeit des ermittelten Abstands von der Schallebene zu modulieren, sodass ein Signal erzeugbar ist, welches eine abstandsabhängig blinkende Darstellung des distalen Endes (10) an der optischen Anzeigeeinrichtung (24) und/oder eine abstandsabhängige akustische Signalausgabe bewirkt.
12. System zur Verwendung bei einem therapeutischen und/oder diagnostischen Verfahren umfassend ein medizinisches Instrument (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10 und/oder ein Ultraschallsystem (2) nach Anspruch 11.
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