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DE102005045373A1 - Kathetervorrichtung - Google Patents

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DE102005045373A1
DE102005045373A1 DE102005045373A DE102005045373A DE102005045373A1 DE 102005045373 A1 DE102005045373 A1 DE 102005045373A1 DE 102005045373 A DE102005045373 A DE 102005045373A DE 102005045373 A DE102005045373 A DE 102005045373A DE 102005045373 A1 DE102005045373 A1 DE 102005045373A1
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DE
Germany
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catheter
catheter device
sensor
sensors
oct
Prior art date
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DE102005045373A
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English (en)
Inventor
Michael Maschke
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Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
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Priority to DE102005045373A priority patent/DE102005045373A1/de
Priority to JP2006255464A priority patent/JP4993981B2/ja
Priority to US11/526,178 priority patent/US7753852B2/en
Priority to JP2006257195A priority patent/JP4993982B2/ja
Priority to US11/526,249 priority patent/US7729745B2/en
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Abstract

Kathetervorrichtung zur Durchführung von Atherektomie, umfassend einen Atherektomiekatheter, einen OCT-Sensor, einen IVUS-Sensor, Positionssensoren sowie eine Bildverarbeitungseinheit, die zur Erzeugung kombinierter, auf den Daten der Sensoren basierender 2-D- und/oder 3-D-Bildaufnahmen ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kathetervorrichtung zur Durchführung von Atherektomie.
  • Vaskuläre Gefäßerkrankungen zählen zu den häufigsten Erkrankungen mit Todesfolge. Dazu zählt vor allem der Herzinfarkt, der durch Erkrankungen der Koronargefäße verursacht wird. Wenn es durch arteriosklerotische Plaque zu einer Verstopfung von Koronargefäßen kommt, wird dieses Krankheitsbild zumeist durch perkutane transluminale koronare Angioplastie (PCTA) behandelt. Die Engstellen der Koronargefäße werden dabei mit einem Ballonkatheter gedehnt. Allerdings haben klinische Studien gezeigt, dass es bei sehr vielen Patienten zu einer Restenose kommt, zum Teil bildeten sich bei 50 % der Patienten derartige Restenosen. Als alternatives Verfahren ist seit einigen Jahren Hochfrequenz-Rotorablation-Angioplastie bekannt, das insbesondere bei fibrotischen oder verkalkten oder langgestreckten Stenosen vorteilhaft eingesetzt werden kann.
  • Um die Gefahr der Bildung von Restenosen zu reduzieren, wird koronare Atherektomie eingesetzt, um eine Rekanalisation stenosierter Koronararterien durch „Debulking" zu erzielen. Das Gerät für die Durchführung der Atherektomie ist ein Kathetersystem mit einem Metallgehäuse, in dem sich der eigentliche Schneidapparat, der so genannte Cutter befindet. Der Cutter, der aus einem konisch geschliffenen Messer besteht, ist über eine flexible Verbindung mit einem Motor außerhalb des Patienten verbunden. Das Schneidemesser wird von diesem Motor mit einer Geschwindigkeit von 1500–2000 rpm angetrieben. Auf dem Metallgehäuse ist auf einer Seite ein Ballon montiert, auf der contralateralen Seite ist ein Fenster. Bei der Atherektomie wird der Ballon aufgeblasen, und damit werden die Öffnungen und das Messer in die Plaque gedrückt. Das rotierende Messer kann nun von außen nach vorne gegen die Spitze des Atherektomiegehäuses geschoben werden. Dadurch wird die Plaque herausgeschnitten und das Plaque-Material an die Spitze des Atherektomiegerätes geschoben. Der Ballon wird dann abgelassen, das Atherektomiegerät ein wenig rotiert, sodass das Fenster in eine andere Richtung der Plaque zeigt, und der Prozess wird wiederholt. Eine Atherektomievorrichtung ist aus der US 5,895,402 bekannt.
  • In der DE 10 2004 008 370 A1 ist ein Katheter mit einem integrierten OCT-Sensor für den Einsatz in Blutgefäßen vorgeschlagen worden, durch den die Bilddarstellung im Nahbereich der Stenose verbessert wird.
  • Durch die US 2005/0101859 A1 ist ein medizinisches Untersuchungs- und/oder Behandlungssystem vorgeschlagen worden, das die bildgebenden Verfahren OCT und IVUS in einer Vorrichtung vereint. Dadurch können überlagerte 2D-Bildaufnahmen erzeugt werden, wobei der OCT-Bildanteil für den Nahbereich und der IVUS-Bildanteil für den Fernbereich eingesetzt wird.
  • Aus der US 2005/0113685 A1 ist ein medizinisches Untersuchungs- und/oder Behandlungssystem bekannt, bei dem die bildgebenden Verfahren OCT und IVUS in einem Katheter vereint sind, der zusätzlich mit einem Positionssensor versehen ist. Mittels der von dem Positionssensor erfassten Informationen können 3D-Aufnahmen erzeugt werden.
  • Allen bekannten Lösungen ist gemeinsam, dass sie jeweils lediglich einzelne Problemstellungen lösen, es war jedoch bisher nicht möglich, die herkömmlichen Katheter auf optimale Weise in den medizinischen Arbeitsablauf zu integrieren.
    •
  • Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Kathetervorrichtung anzugeben, die besser in den medizinischen Arbeitsablauf integriert ist und eine optimale diagnostische Bildgebung im Rahmen einer minimalinvasiven medizinischen Therapie gestattet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Kathetervorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie einen Atherektomiekatheter, einen OCT-Sensor, einen IVUS-Sensor, Positionssensoren sowie eine Bildverarbeitungseinheit aufweist, die zur Erzeugung kombinierter, auf den Daten der Sensoren basierender, 2D- und/oder 3D-Bildaufnahmen ausgebildet ist.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bisher lediglich separat bekannte Katheter zu einer integrierten Baueinheit vereint werden können, indem ein IVUS-Sensor, ein OCT-Sensor sowie Positionssensoren verwendet werden und die daraus erhaltenen Bildinformationen in einer 2D-Darstellung überlagert bzw. zur Erstellung einer 3D-Bildaufnahme eingesetzt werden.
  • Es wird bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Kathetervorrichtung in eine medizinische Behandlungseinrichtung, insbesondere eine Röntgeneinrichtung, integriert ist. Eine solche angiographische oder kardiologische Röntgenanlage mit Hochspannungsgenerator, Röntgenstrahler, Strahlungsblende, Bilddetektoreinheit, Patiententisch, Strahler- und Detektorstativen und einem digitalen Bildsystem ermöglicht die Erstellung von angiographischen Röntgenaufnahmen sowie von Bildaufnahmen in der Art von Computertomographieaufnahmen und ist in der Lage, die von der erfindungsgemäßen Kathetervorrichtung gelieferten Informationen und Bildaufnahmen zu verarbeiten, darzustellen und zu überlagern.
  • Bei der erfindungsgemäßen Kathetervorrichtung kann eine magnetische Steuerung, alternativ jedoch auch eine mechanische Steuerung vorgesehen sein, die vorzugsweise Zugdrähte aufweist, um die Katheterspitze auszulenken. Auf diese Weise kann die Spitze des Katheters zu einer Seite ausgelenkt werden.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass der Katheter durch ein externes Magnetfeld steuerbar ist, wobei der Katheter wenigs tens einen Permanentmagneten und/oder wenigstens einen Elektromagneten aufweist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Empfängerspulen Eisenkerne aufweisen und wahlweise als Empfangsantenne oder als Elektromagnet zur magnetischen Navigation einsetzbar sein.
  • Um eine Miniaturisierung des Katheters zu erzielen, ist es nicht erforderlich, dass die Spulen orthogonal zueinander angeordnet seien, vielmehr können diese auch unter einem beliebigen Winkel, insbesondere etwa 60°, angeordnet sein.
  • Bei der erfindungsgemäßen Kathetervorrichtung kann der OCT-Sensor und/oder der IVUS-Sensor, bezogen auf die Längsachse des Katheters, zur Seite ausgerichtet sein. Dementsprechend können der OCT-Sensor und der IVUS-Sensor separat oder gemeinsam um die Längsachse des Katheters drehbar sein. Alternativ können jedoch auch mehrere auf dem Umfang verteile feststehende Sensoren vorgesehen sein, die nacheinander abgefragt werden. Es ist auch möglich, dass der Katheter durch eine Antriebseinheit mit festlegbarer Geschwindigkeit vorschiebbar oder rückziehbar ist. Auf diese Weise können dreidimensionale Bildaufnahmen erstellt werden.
  • Im Rahmen der Bildverarbeitung kann die Bildverarbeitungseinheit der erfindungsgemäßen Kathetervorrichtung zur Approximation der Mittellinie und/oder der Hüllkurve eines zu untersuchenden Körperteils, insbesondere eines Gefäßes, ausgebildet sein. Die Gefäßhüllkurve kann in weiteren Bildnachverarbeitungsschritten verwendet werden. Beispielsweise können mit Hilfe der Hüllkurve die dreidimensionalen OCT-IVUS-Bildaufnahmen mit anderen anatomischen Bilddaten, die etwa von einem 3D-Angiographiesystem stammen, registriert und anschließend fusioniert dargestellt werden. Dabei werden die 3D-Bildaufnahmen des Katheters und die anatomischen Bilddaten zweckmäßig in ein gemeinsames Koordinatensystem überführt.
  • Um bei der erfindungsgemäßen Kathetervorrichtung Bewegungsartefakte, die beispielsweise durch die Atmung, die Bewegung des Herzens oder anderer Organe entstehen, zu vermeiden, kann die Frequenz und/oder die Amplitude der Bewegung erfasst und rechnerisch korrigiert werden.
  • Um Störungen bei der Signalerfassung der Sensoren zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass die Sensoren zeitlich versetzt getaktet auslesbar sind. Beispielsweise werden Röntgendetektoren und ein gegebenenfalls vorhandenes Elektrokardiogramm nicht ausgelesen, wenn die Sender des elektromagnetischen Positionssystems aktiv sind. Die OCT-Sensoren und die Positionssensoren werden nicht ausgelesen, wenn die Röntgenstrahlung aktiv ist. Es werden also jeweils nur diejenigen Signale erfasst, die nicht durch Störungen beeinflusst werden.
  • Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die erfindungsgemäße Kathetervorrichtung eine Beschichtung zur Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Feldern aufweist. Eine solche Beschichtung kann eine Dünnfilmschicht aus leitenden Nanopartikeln aufweisen.
  • Um eine Gefährdung des Patienten durch die Netzspannung zu vermeiden, können der Katheter und seine Sensoren galvanisch von der Netzspannung entkoppelt sein.
  • Um die Ortung des Katheters durch Röntgenaufnahmen zu erleichtern, kann der Katheter Röntgenmarker aufweisen.
  • Um den Reibungswiderstand des Katheters während der Bewegung innerhalb eines Gefäßes zu verringern, kann er mit einer Beschichtung versehen sein, die vorzugsweise aus einem Silikonmaterial und/oder Nanomaterialien besteht. Zur Unterstützung der Positionierung kann der Katheter, insbesondere an seiner Spitze, einen aufblasbaren Ballon aufweisen.
  • Um gegebenenfalls bei erhöhten Temperaturen eine Warnung auszugeben, kann der Katheter einen vorzugsweise an der Spitze angeordneten Temperatursensor aufweisen, gegebenenfalls auch einen Drucksensor.
  • Daneben betrifft die Erfindung eine medizinische Behandlungseinrichtung, insbesondere eine Röntgeneinrichtung. Die erfindungsgemäße Behandlungseinrichtung umfasst eine Kathetervorrichtung der beschriebenen Art.
  • Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Untersuchungsbildern bei der Durchführung von Atherektomie. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Atherektomiekatheter benutzt wird, der einen OCT-Sensor, einen IVUS-Sensor und Positionssensoren besitzt, wobei durch eine Bildverarbeitungseinheit kombinierte, auf den Daten der Sensoren basierende, 2D- und/oder 3D-Bildaufnahmen erzeugt werden.
    •
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
  • 1 eine erfindungsgemäße Kathetervorrichtung zur Durchführung von Atherektomie,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kathetervorrichtung,
  • 3 eine erfindungsgemäße Behandlungseinrichtung mit einer Kathetervorrichtung, und
  • 4 eine schematische Darstellung der Sensorauslesung mit der Behandlungseinrichtung von 3.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Kathetervorrichtung 1, die als Atherektomiekatheter ausgebildet ist, dargestellt. Die erfindungsgemäße Kathetervorrichtung 1 weist eine hohle flexible Antriebswelle 2 auf, in der eine OCT-Signalleitung 3 und eine IVUS-Signalleitung 4 integriert sind. Zudem ist in der flexiblen Antriebswelle 2 eine Signalleitung 5 für ein Positionssensorsystem, das als elektromagnetisches Sensorsystem ausgebildet ist, angeordnet. Ein IVUS-Sensor 6 und ein OCT-Sensor 7 sind im vorderen Teil des Katheters integriert. Im Bereich der Katheterspitze 8 befindet sich eine Öffnung mit einem Cutter 9, der als rotierendes Messer ausgebildet ist. An der Katheterspitze 8 befindet sich ein Lichtaustrittsfenster für den OCT-Sensor 7. Ferner sind dort magnetische Sensoren des Sensorsystems angeordnet. Diese Sensoren wirken mit einem Positionssensor 10 zusammen, der außerhalb des Körpers des Patienten angeordnet ist. Der Positionssensor 10 ist als elektromagnetischer Sensor ausgebildet.
  • Die Antriebswelle 2 ist von einem Kathetermantel 11 umgeben. Gegenüber der Öffnung befindet sich ein dehnbarer Ballon 13 zur Unterstützung der Positionierung.
  • Ein Signalinterface und eine Antriebseinheit 15 sind über eine Rotationskupplung 16 mit der Kathetervorrichtung 1 verbunden.
  • Bei der in 1 dargestellten Kathetervorrichtung 1 ist der Cutter 9 zur Durchführung von Atherektomie mit dem OCT-Sensor 7, dem IVUS-Sensor 6, Positionssensoren zu einem integrierten Gerät verbunden.
  • 2A und 2B zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kathetervorrichtung.
  • Für diejenigen Komponenten der Kathetervorrichtung, die mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • 2A zeigt einen Imaging-Katheter 17 mit einem IVUS-Sensor 6, einem OCT-Sensor 7 mit Sichtfenster, Positionssensoren, Signalleitungen 4 für IVUS und Signalleitungen 3 für OCT.
  • Ebenso sind ein Signalinterface und eine Antriebseinheit 15 vorgesehen.
  • 2B zeigt einen Atherektomiekatheter 14, der ein Lumen aufweist, in das der Imaging-Katheter 17 einführbar ist. Wie der in 1 dargestellte Katheter weist der Atherektomiekatheter 14 einen Cutter 9 im Bereich der Katheterspitze 8 sowie einen dehnbaren Ballon 13 auf. Im Bereich der Katheterspitze 8 ist das Lumen für OCT und IVUS transparent. Innerhalb des Katheters 14 befindet sich ein Schlauch 18 für ein Druckmittel des Ballons 13.
  • Die beiden in den 1 und 2 gezeigten Kathetervorrichtungen 1, 17 besitzen jeweils einen OCT-Sensor und einen IVUS-Sensor. Der OCT-Sensor liefert besonders gute Bilder des Nahbereichs, der IVUS-Sensor liefert eine gute Darstellung von weiter entfernten bzw. tieferen Schichten.
  • Die Kathetervorrichtungen 1, 17 sind an eine Bildverarbeitungseinheit angeschlossen, die aus den von beiden Sensoren gelieferten Bildern ein gemeinsames Bild erzeugt. Dazu wird für den Nahbereich ein Ausschnitt des von dem OCT-Sensor gelieferten Bilds und für den Fernbereich der komplementäre Teil des IVUS-Bilds verwendet, die beiden Abschnitte werden mittels der Daten der Positionssensoren miteinander registriert und zu einem gemeinsamen Bild fusioniert. Auf diese Weise erhält man Schnittbilder des untersuchten Gefäßes, die exakt einer bestimmten Position im Körper zugeordnet werden können. Durch rechnerische Verfahren werden die Daten des Positionssensors genutzt, um die Mittellinie und die Hüllkurve des untersuchten Gefäßes zu approximieren. Anschließend werden die einzelnen Schnittbilder zu einem Volumendatensatz kombiniert, sodass sich ein exaktes und daher besonders realistisches Abbild ergibt.
  • Bei der Approximation der Mittellinie des Gefäßes und der Hüllkurve des Gefäßes wird die geometrische Information der Mittellinie genutzt und mit den während der Bildaufnahme er fassten Sensorpositionen kombiniert, wodurch die Artefakte bei der 3D-Bilddarstellung deutlich reduziert werden. Die 3D-Koodinaten der Mittellinie und die während der Bildaufnahme erfassten Sensorpositionen werden voneinander subtrahiert. Das Ergebnis der Subtraktion wird dann für jedes der erfassten 2D-Bilder zur exakten 3D-Rekonstruktion verwendet. Diese Hüllkurve des Gefäßes kann bei weiteren Verarbeitungsschritten des Bildes verwendet werden. Mit Hilfe der Hüllkurve werden die 3D-rekonstruierten OCT-IVUS-Bilder mit anderen anatomischen Bilddaten, etwa von einem 3D-Angiographiegerät desselben Gefäßabschnitts registriert und anschließend fusioniert.
  • Die bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 verwendeten Positionssensoren 10 sind elektromagnetische Positionssensoren, um aus den 2D-OCT-IVUS-Aufnahmen 3D-OCT-IVUS-Aufnahmen zu erstellen. Die Erfassung der Orientierung und Position des Katheters in einem dreidimensionalen Koordinatensystem erfolgt durch Sendespulen im Objekt und Empfängerspulen im Raum oder auch umgekehrt mit Empfängerspulen im Objekt und Sendespulen im Raum.
  • Im Katheter können die elektromagnetischen Sender oder alternativ die elektromagnetischen Empfänger sitzen. Umgekehrt können außerhalb des Körpers die entsprechenden elektromagnetischen Empfänger oder Sender angebracht werden. Normalerweise wird mindestens ein Sender mit einer Ausstrahlung in X, Y, Z-Richtung einem Empfänger oder umgekehrt ein Empfänger mit X, Y, Z-Empfangsrichtungen einem Sender zugeordnet, um eine Ortung im Raum zu ermöglichen. Die Spulen der elektromagnetischen Positionssensoren werden nicht ausschließlich orthogonal zueinander angeordnet, sondern in einem beliebigen Winkel von zum Beispiel 60°, um eine bessere Miniaturisierung zu erreichen, die es ermöglicht, dass die Positionssensoren in einen Katheter eingebaut werden können.
  • Die Bildinformation des Katheters, die mit den Sensoren aufgenommen wird, wird mit anderen medizinischen Bildern, wie 2D- oder 3D-Aufnahmen, zusammengefügt bzw, überlagert. Die OCT-IVUS-Bilder des Katheters werden gemeinsam mit den Röntgenaufnahmen dargestellt. Dadurch werden die Informationen über die Bilder der Kathetervorrichtung und die Röntgenbilder gemeinsam für den Anwender sichtbar und ermöglichen eine schnellere und bessere Diagnose. Zusätzlich sind Überlagerungen 2D-2D, 2D-3D, 3D-3D und 3D-4D und 4D-4D möglich, wobei jeweils die angiographischen Röntgenbilder mit den Bildern der Kathetervorrichtung durch Segmentierung, Registrierung und Bildfusion kombiniert werden. Für die Überlagerung können Bilder der folgenden Modalitäten und Methoden eingesetzt werden: Sonographie einschließlich IVUS, Radiographie, Durchleuchtung (Fluoroskopie), Angiographie, OCT, diskrete Tomographie, Positronemmisions-Tomographie, nuklearmedizinische Diagnostik, Computertomographie, Kernspintomographie einschließlich intrakardiales MR, optische Aufnahmen einschließlich Endoskopie, Fluoreszenz und optische Marker.
  • Die Kathetervorrichtung ist Teil einer medizinischen Behandlungsvorrichtung, die eine Funktionseinheit zur Beseitigung von Bewegungsartefakten besitzt, die durch die Atmung und die Bewegung des Herzens und der Blutgefäße entstehen. Zur Beseitigung der Atmungsartefakte kann auch ein Brustband benutzt werden, das über entsprechende Sensoren die Atemamplitude und die Frequenz ermittelt, sodass die Bildverarbeitungseinheit entsprechende Korrekturberechnungen durchführen kann, um die Bewegungsartefakte aus den Bildinformationen herauszurechnen.
  • Zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit werden die Sendespulen zyklisch, in bestimmten Zeitabschnitten mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben und ausgewertet. Zur Vermeidung von Sensorartefakten, die durch Überlagerungen von Signalen der einzelnen Sensoren hervorgerufen werden können, wird vorgeschlagen, die Sensoren zeitlich versetzt und getaktet auszulesen. Beispielsweise werden die Röntgendetektoren und das EKG nicht ausgelesen, wenn die Sender des elektromagnetischen Positionssystems aktiv sind. Die OCT-Sensoren und Positionssensoren werden nicht ausgelesen, wenn die Röntgenstrahlung aktiv ist.
  • Es werde also immer nur solche Signale ausgelesen, die keine Störungen erfahren und keine anderen aktiven Sensoren beeinflussen.
  • Die Funktionseinheiten und Signalleitungen sind mit Vorrichtungen und Maßnahmen ausgestattet, die die physiologischen Signale und Bildsignale und die Signalverarbeitung und Signalaufbereitung gegen die magnetischen Filter der Sendeantennen abschirmen. Dazu wird die Hülle des Katheters mit einer Dünnfilmschicht aus leitenden Nanopartikeln beschichtet. Ebenso können Nanopartikel verwendet werden, um eine magnetische Abschirmung zu bewirken.
  • Die Katheterhülle ist mit einer Beschichtung versehen, die den Reibungswiderstand bei der Führung durch die Gefäße verringert. Diese Beschichtung kann ebenfalls auf Nanotechnologie basieren oder alternativ aus einem Silikonmaterial hergestellt werden.
  • Um die Bildgebung durch den IVUS-Sensor durch den Einsatz von Ultraschall-Kontrastmittel zu verbessern, wird in das zu untersuchende Gefäß bzw. den Körperhohlraum durch einen Kanal im Katheter ein Kontrastmittel direkt eingeleitet.
  • In der Spitze des Katheters ist ein Temperatursensor oder ein Drucksensor angeordnet, um die Temperatur und den Druck in dem zu untersuchenden und zu behandelnden Gefäß oder Organ zu überwachen. Durch den Temperatursensor, der in der Spitze des Katheters angebracht ist, kann eine eventuelle Temperaturerhöhung erfasst werden, die durch Reibung entsteht.
  • 3 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Behandlungseinrichtung.
  • Die Behandlungseinrichtung 19 umfasst eine Kathetervorrichtung zur Durchführung von Atherektomie. Für die Behandlung wird ein in 3 nicht dargestellter Patient auf einem Patiententisch 20 gelagert, über eine Strahlenquelle 21 wird Strahlung in Richtung des Patiententisches 20 ausgesandt. Die Strahlungserzeugung erfolgt über einen Hochspannungsgenerator 22, der über eine Systemsteuerung 23 angesteuert wird. Gegenüber der Strahlenquelle 21 ist ein Röntgendetektor 24 angeordnet, der wiederum mit einer Vorverarbeitungseinheit 25 für Röntgenbilder verbunden ist. Daneben ist ein Anschluss 26 für physiologische Sensoren vorgesehen, der mit einer physiologischen Signalverarbeitung 27 gekoppelt ist, um EKG-Signale oder Pulssignale bzw. die Atmung und den Blutdruck eines Patienten zu kontrollieren.
  • Über einen Anschluss 28 für den Atherektomiekatheter erfolgt über eine Signalschnittstelle 29, die eigentliche Behandlung unter Bildüberwachung durch OCT, IVUS und das elektromagnetische Positionssensorsystem. Darüber hinaus besteht eine Verbindung zu einem Datenbus 30. Daneben sind Vorverarbeitungseinheiten 31, 32 und 33 für OCT, IVUS und die Positionssensoren vorgesehen. Zugehörige Bildverarbeitungseinheiten 34, 35 und 36 für OCT, IVUS und die Positionssensoren sind ebenfalls an den Datenbus 30 angeschlossen. Die Spannungsversorgung erfolgt über eine Spannungsversorgungseinheit 37. Des Weiteren ist eine Bildverarbeitungseinheit 38 für die Röntgenbilder an den Datenbus 30 angeschlossen, der zudem eine Verbindung zu einem Bilddatenspeicher 39 zur Ablage und Speicherung der aufgenommenen Bilder aufweist. Eine Kalibrationseinheit 40 sowie eine Bildkorrektureinheit 41 ermöglichen die Berücksichtigung von Störfeldern bzw. Artefakten der Bildgebung. Die Bildfusion und Rekonstruktion erfolgt in einer Bildfusions- und/oder Rekonstruktionseinheit 42. Daneben besteht eine Schnittstelle 43 zu einem Patientendaten- und Bilddatensystem.
  • Die gewonnenen Bilddaten aus OCT, IVUS und dem Positionssensorsystem sowie die Röntgenbilder und mögliche Fusionsbilder der verschiedenen Bildaufnahmetechniken werden an einer Displayeinheit 44 zweidimensional, dreidimensional oder vierdimensional dargestellt. Die Displayeinheit 44 ist für Eingaben durch einen Benutzer mit einer Eingabeeinheit 45 verbunden.
  • 4 ist eine schematische Darstellung der Sensorauslesung der Behandlungseinrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein typischer Verfahrensablauf ist wie folgt: Einführen des Katheters unter Röntgenkontrolle, eventuell mit Kontrastmittel, Erstellen der angiographischen Übersichtsaufnahme, Erstellen der Aufnahmen der Positionssensoren, Überlagern der Aufnahmen der Positionssensoren mit der Übersichtsangiographie durch Segmentierung, Registrierung und Bildfusion, Navigieren des Katheters, basierend auf den gewonnenen Aufnahmen bis zur Zielposition, diese Schritte werden zum Teil parallel und automatisch ohne Interaktion des Benutzers durchgeführt. Wenn die gewünschte Zielposition erreicht ist, wird die Spülflüssigkeit für OCT eingespritzt und die Stenose mit den OCT-IVUS-Bildaufnahmen zweidimensional oder dreidimensional in hoher Auflösung betrachtet. Anschließend werden die OCT-IVUS-Aufnahmen erstellt. In der Folge werden die OCT-IVUS-Aufnahmen mit der Übersichtsangiographie überlagert durch Segmentierung, Registrierung und Bildfusion. Anschließend erfolgt eine 3D-Rekonstruktion der OCT-IVUS-Aufnahmen, basierend auf den Daten der Positionssensoren. Der Atherektomiekatheter wird platziert und vorläufig fixiert zum Beispiel durch Aufblasen des an der Katheterspitze angebrachten Ballons. Kontrolle mit OCT-IVUS in 2D und 3D, ob die Position und Lage des Atherektomiekatheters korrekt ist. Durchführen der Atherektomie, das heißt Abschaben der Plaque von der Gefäßwand mit den rotierenden Messern. Wenn eine bestimmte Menge Plaque abgetragen ist, wird mit dem OCT-Sensor die Stelle in der Gefäßwand kontrolliert. Der Vorgang wird wiederholt, bis an allen Stellen die Plaque abgetragen ist. Abschließende Kontrolle der Atherektomie und Herausziehen des Katheters.
  • Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden die erforderlichen Verfahrensschritte reduziert. Der OCT-Sensor liefert gute Aufnahmen im Nahbereich, der IVUS-Sensor ausreichend gute Bilder von tiefer liegenden Gewebeschichten. Durch die elekt romagnetischen Positionssensoren lassen sich 3D-Aufnahmen aus den OCT- und IVUS-Aufnahmen erstellen. Daneben wird nach der Durchführung einer Übersichtsangiographie durch entsprechende Ausnutzung der Signale der Positionssensoren der Verlauf des Katheters allein anhand der IVUS-, OCT- und elektromagnetischen Signale abgebildet, das heißt Röntgenstrahlung kann eingespart werden. Das System liefert wichtige zusätzliche medizinische Informationen über die arteriosklerotische Plaque. Zusätzlich kann damit die richtige Lage der Spitze des Katheters besser überprüft werden. Ein weiterer Vorteil bei der Integration von Atherektomie und OCT liegt auch darin, dass in diesem Fall für OCT keine gesonderte Spülvorrichtung vorhanden sein muss, da für den Bohrkopf bereits ein Spülmittel verwendet wird.
  • Die Sensoren der medizinischen Behandlungseinrichtung, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Röntgeneinrichtung ist, werden teilweise zeitlich versetzt und getaktet ausgelesen. Zunächst wird ein Systemtakt vorgegeben, in dem einzelne Systempulse erzeugt werden, wobei sich an diese Pulserzeugung das Einschalten der Röntgenstrahlung und die Aktivierung der magnetischen Ortung anschließt. Nach dem Ausschalten der Röntgenstrahlung erfolgt das Auslesen des Röntgendetektors und zeitgleich das Auslesen der IVUS-Daten. Im Anschluss daran werden die OCT-Daten ausgelesen, wobei dies zeitgleich mit dem Auslesen des EKGs und der Daten zur Respiration erfolgt. Damit werden die einzelnen Sensoren so ausgelesen bzw. die Komponenten der Kathetervorrichtung so angesteuert, dass eine gegenseitige Störung ausgeschlossen werden kann. Das hier dargestellte zeitlich versetzte und getaktete Auslesen ist dabei beispielhaft für ein Auslesen unter Vermeidung von Störeinflüssen zu sehen.

Claims (22)

  1. Kathetervorrichtung (1) zur Durchführung von Atherektomie, umfassend einen Atherektomiekatheter, einen OCT-Sensor (7), einen IVUS-Sensor (6), Positionssensoren (10) sowie eine Bildverarbeitungseinheit (34, 35, 36, 38), die zur Erzeugung kombinierter, auf den Daten der Sensoren (10) basierender, 2D- und/oder 3D-Bildaufnahmen ausgebildet ist.
  2. Kathetervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoren (10) an der Spitze des Katheters angeordnet sind.
  3. Kathetervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mechanische Steuerung aufweist, die vorzugsweise Zugdrähte aufweist, um die Katheterspitze auszulenken.
  4. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter durch ein externes Magnetfeld steuerbar ist, wobei der Katheter wenigstens einen Permanentmagneten und/oder wenigstens einen Elektromagneten aufweist.
  5. Kathetervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoren (10) als elektromagnetische Sensoren ausgebildet sind, wobei entweder Sendespulen im Katheter und externe Empfängerspulen oder externe Sendespulen und Empfängerspulen im Katheter vorgesehen sind.
  6. Kathetervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Empfängerspulen Eisenkerne aufweisen und wahlweise als Empfangsantenne oder als Elektromagnet zur magnetischen Navigation einsetzbar sind.
  7. Kathetervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spu len in dem Katheter orthogonal oder unter einem beliebigen Winkel, insbesondere etwa 60 Grad, angeordnet sind.
  8. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der OCT-Sensor (7) und/oder der IVUS-Sensor (6), bezogen auf die Längsachse des Katheters, zur Seite ausgerichtet ist bzw. sind.
  9. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der OCT-Sensor (7) und der IVUS-Sensor (6) separat oder gemeinsam um die Längsachse des Katheters drehbar sind und/oder der Katheter durch eine Antriebseinheit mit festlegbarer Geschwindigkeit vorschiebbar oder rückziehbar ist.
  10. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungseinheit (34, 35, 36, 38) zur Approximation der Mittellinie und/oder der Hüllkurve eines zu untersuchenden Körperteils, insbesondere eines Gefäßes, ausgebildet ist.
  11. Kathetervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass 3D-Bildaufnahmen des Katheters durch die Bildverarbeitungseinheit (34, 35, 36, 38) anhand der approximierten Hüllkurve mit anderen anatomischen Bilddaten, insbesondere, 3D-Angiographiedaten, Computertomographiedaten, oder Kernspintomographiedaten, registriert und fusioniert werden.
  12. Kathetervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Bildaufnahmen des Katheters und die anatomischen Bilddaten in ein gemeinsames Koordinatensystem überführbar sind.
  13. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bewegungsartefakte, die beispielsweise durch die Atmung oder die Bewegung des Herzens oder anderer Organe entstehen, durch Erfassen der Frequenz und/oder Amplitude der Bewegung ermittelbar und im Rahmen einer rechnerischen Korrektur berücksichtigbar sind.
  14. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (10) zur Vermeidung gegenseitiger Störungen zeitlich versetzt getaktet auslesbar sind.
  15. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter eine Beschichtung, insbesondere eine Dünnfilmschicht aus leitenden Nanopartikeln, zur Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Feldern aufweist.
  16. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter und seine Sensoren galvanisch von einer Netzspannung entkoppelt sind.
  17. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter Röntgenmarker aufweist.
  18. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter zur Verringerung des Reibungswiderstands mit einer Beschichtung versehen ist, die vorzugsweise aus einem Silikonmaterial und/oder Nanomaterialien besteht.
  19. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter, insbesondere an der Spitze, wenigstens einen aufblasbaren Ballon zur Unterstützung der Positionierung aufweist.
  20. Kathetervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter einen vorzugsweise and der Spitze des Katheters angeordneten Temperatursensor und/oder einen Drucksensor aufweist.
  21. Medizinische Behandlungseinrichtung, insbesondere Röntgeneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kathetervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 aufweist.
  22. Verfahren zur Erzeugung von Untersuchungsbildern bei der Durchführung von Atherektomie, dadurch gekennzeichnet, dass ein Atherektomiekatheter benutzt wird, der einen OCT-Sensor, einen IVUS-Sensor und Positionssensoren besitzt, wobei durch eine Bildverarbeitungseinheit kombinierte, auf den Daten der Sensoren basierende, 2D- und/oder 3D-Bildaufnahmen erzeugt werden.
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