DE19640463A1 - Magnetic resonance catheter - Google Patents
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Abstract
Description
Bei minimal-invasiven Eingriffen oder Operationen in Blutge fäßen eines Patienten mittels eines Katheters ist die konti nuierliche Bestimmung des Ortes der Spitze oder des distalen Endes des Katheters grundlegend. Ein typisches Verfahren zur Verfolgung von Kathetern ist die Röntgen-Angiographie, wobei ein zweidimensionales Schattenbild des Katheters ausgewertet wird. Die Strahlenbelastung für den Patienten ist jedoch sehr hoch. Auch der Operateur und das Assistenzpersonal werden strahlenbelastet.For minimally invasive procedures or operations in blood A patient's grip using a catheter is the continuous Nuclear determination of the location of the tip or the distal End of the catheter basic. A typical procedure for Tracking catheters is where X-ray angiography is evaluated a two-dimensional silhouette of the catheter becomes. However, the radiation exposure for the patient is very high high. The surgeon and the assistant staff also become exposed to radiation.
Die Magnetresonanz-Angiographie vermag in vielen Fällen die Röntgen-Angiographie zu ersetzen und kommt ohne gesundheit lich bedenkliche Strahlenbelastung aus. Die Verfolgung von Kathetern in Magnetresonanz-Schnittbildern (MR-Schnittbil dern) ist jedoch nicht praktikabel, weil der Katheter in fast allen Schnittbildlagen beim Bewegen aus der Schnittbildebene herausläuft. Daher ist eine MR-Bildkontrolle des Fortschritts des Eingriffs oder der Therapie im Bereich der Katheterspitze nicht möglich.Magnetic resonance angiography can in many cases X-ray angiography to replace and comes without health harmful radiation exposure. The pursuit of Catheters in magnetic resonance slices (MR slice dern) is however not practical because the catheter in almost all layplan positions when moving from the layplan plane runs out. Hence, an MR image control of progress of the intervention or therapy in the area of the catheter tip not possible.
Zu Versuchszwecken sind zwar schon miniaturisierte, an der Spitze eines Katheters angeordnete Empfangsspulen eingesetzt worden. In dem Katheter ist eine elektrische Leitung verlegt, die die von der Spule empfangenen elektrischen Signale nach außen führt. Die Leitung kann jedoch die mit dem hochfrequen ten Magnetfeld immer auftretenden elektrischen Felderlinien kurzschließen. Das wiederum kann zu lokalen Felderhöhungen in einem Patienten und damit zu unkalkulierbaren Risiken führen. Daher sind derartige Empfangsspulen noch nie am Menschen an gewendet worden. For experimental purposes there are already miniaturized ones on the Receiving coils arranged at the tip of a catheter are used been. An electrical line is laid in the catheter, following the electrical signals received by the coil leads outside. However, the line can be the one with the high frequency electric field lines that always occur short circuit. This in turn can lead to local field increases in a patient and thus lead to incalculable risks. Therefore, such receiving coils have never been on humans been turned.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Magnet resonanzkatheter bereitzustellen, der ohne Patientengefähr dung lokalisierbar ist.The invention is based on the object of a magnet to provide a resonance catheter without risk to the patient is localizable.
Die Aufgabe wird durch einen Magnetresonanzkatheter gelöst, der gekennzeichnet ist durch eine Empfangsspule, einer in einem Innenraum der Empfangsspule angeordneten magnetreso nanztechnisch nachweisbaren Substanz, einen mit der Empfangs spule verbundenen Verstärker, einen mit dem Verstärker ver bundenen elektro-optischen Wandler, einer mit dem elektro optischen Wandler verbundenen faseroptischen Leitung und einer mit dem Verstärker und dem elektro-optischen Wandler verbundenen Energieversorgung.The task is solved by a magnetic resonance catheter, which is characterized by a receiving coil, one in an interior of the receiving coil arranged magnetic resonance technically verifiable substance, one with the reception coil connected amplifier, a ver with the amplifier tied electro-optical converter, one with the electro fiber optic line and optical converter connected one with the amplifier and the electro-optical converter connected energy supply.
Die magnetresonanztechnisch nachweisbare Substanz wird im Untersuchungsvolumen eines herkömmlichen diagnostischen Ma gnetresonanzgeräts angeregt. Die Empfangsspule empfängt nach der Anregung überwiegend Magnetresonanzsignale aus der in ihrem Innenraum angeordneten Probensubstanz, wobei die Ma gnetresonanzsignale der Probensubstanz in herkömmlicher Weise mit einem magnetischen Gradientenfeld ortskodiert werden. Die Übertragung der von der Empfangsspule empfangenen Magnetreso nanzsignale erfolgt optisch über eine faseroptische Leitung, wodurch eine Patientengefährdung ausgeschlossen ist. Eine Auswerteelektronik bestimmt nach einer Fouriertransformation aus der Frequenz die Koordinaten der Empfangsspule und damit die Lage des Katheters. Die Lokalisierung des Katheters kann im Verlauf des Eingriffs ohne Gefährdung des Patienten belie big oft wiederholt werden. Der Ort kann auch die Lage einer Meßschicht für ein zu erstellendes Magnetresonanztomogramm definieren. Dabei könnte in Real-time die Schnittbildebene automatisch nachgeführt werden, so daß die Lage der Kathe terspitze kontinuierlich sichtbar wäre. The substance, which can be detected by magnetic resonance technology, is used in Exam volume of a conventional diagnostic measure gnetresonanzger excited. The receiving coil receives after the excitation predominantly magnetic resonance signals from the in their interior arranged sample substance, the Ma gnetresonance signals of the sample substance in a conventional manner be coded with a magnetic gradient field. The Transmission of the magnetic resonance signal received by the receiving coil nance signals occur optically over a fiber optic line, whereby there is no risk to the patient. A Evaluation electronics determined after a Fourier transformation from the frequency the coordinates of the receiving coil and thus the location of the catheter. The location of the catheter can in the course of the procedure without endangering the patient big be repeated often. The location can also be the location of one Measuring layer for a magnetic resonance tomogram to be created define. In doing so, the layplan level could be created in real time are automatically updated so that the location of the Kathe top would be continuously visible.
Als Stromversorgung für die elektrischen Bauteile im Katheter kommen mehrere technische Realisierungen in Betracht. Eine erste Möglichkeit besteht darin, über eine weitere im Kathe ter angeordnete faseroptische Leitung Lichtenergie einer So larzelle zuzuführen, wobei die Solarzelle in unmittelbarer Nähe der Bauteile angeordnet ist. Die Solarzelle wandelt die Lichtenergie in elektrische Energie um zur Stromversorgung der elektrischen Bauteile. Wegen ihres schlechten Wirkungs grades kann die Solarzelle mit einem Kondensator zur sicheren Versorgung bei benötigten Leistungsspitzen gepuffert werden. Die elektrischen Bauteile entnehmen nur dann, wenn Magnetre sonanzsignale empfangen werden, die Energie dem Kondensator. Als weitere Möglichkeit kommt in Betracht, einen Pufferkon densator über eine hochohmige elektrische Leitung, die durch den Katheter verlegt ist, zu laden. Wegen des großen ohmschen Widerstandes der Leitung sind die Verkopplungen mit den hoch frequenten Anregungssignalen nur sehr gering. Als dritte Mög lichkeit umfaßt die Energieversorgung in einer besonders vor teilhaften Ausgestaltung eine Batterie.As a power supply for the electrical components in the catheter several technical realizations come into consideration. A The first possibility is to go through another in the Kathe arranged fiber optic cable light energy of a sun supply lar cell, with the solar cell in immediate Is arranged near the components. The solar cell converts the Light energy into electrical energy for power supply of the electrical components. Because of their bad effects degrees, the solar cell can be secured with a capacitor Supply can be buffered when required peak power. The electrical components are only removed when Magnetre resonance signals are received, the energy to the capacitor. Another option is a buffer con capacitor through a high-resistance electrical line that passes through the catheter is misplaced. Because of the big ohmic The resistance of the line is high with the couplings frequency excitation signals only very low. As a third poss the energy supply in a particular way partial configuration of a battery.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekenn zeichnet, daß die Empfangsspule, die Substanz, der Verstär ker, der elektro-optische Wandler und die Stromversorgung von einem Gehäuse umgeben sind, das an einem distalen Ende der faseroptischen Leitung angeordnet ist. Mit Hilfe der faserop tischen Leitung kann das Gehäuse und damit auch die Empfangs spule zum Untersuchungs- oder Therapieort geführt werden.A further advantageous embodiment is characterized records that the receiving coil, the substance, the amplifier ker, the electro-optical converter and the power supply from are surrounded by a housing that at a distal end of the fiber optic line is arranged. With the help of fiberop table can lead the housing and thus also the reception coil to the examination or therapy site.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Substanz eine Kupfersulfatlösung umfaßt. Die von einer Kupfersulfatlösung abgestrahlten Ma gnetresonanzsignale besitzen eine lange Relaxationszeit, so daß ohne weiteres die drei räumlichen Koordinatenwerte nach einer einzigen Anregung ermittelt werden können. Another particularly advantageous embodiment is distinguished is characterized in that the substance is a copper sulfate solution includes. The dimensions emitted by a copper sulfate solution gnetresonance signals have a long relaxation time, so that without further ado the three spatial coordinate values can be determined with a single suggestion.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand einer Figur erläutert.An embodiment of the invention will follow hand explained a figure.
Die Figur zeigt in einer Schnittdarstellung schematisch den Aufbau eines Magnetresonanzkatheters in einer Seitenansicht. Innerhalb eines länglichen und abgerundeten Gehäuses 2 aus einem medizinischen Kunststoff, wie z. B. einem Kunststoff auf Silikon-Basis, ist an einem Ende 4 (das distale Ende) eine Empfangsspule 6 angeordnet. Die Empfangsspule 6 ist als Antenne zum Empfang von Magnetresonanzsignalen im Megahertz-Bereich dimensioniert. Sie besteht aus mehreren Windungen, z. B. fünf Windungen, die in axialer Richtung nebeneinander gewickelt sind. Die Achse der Empfangsspule 6 deckt sich mit einer Längsachse 8 des Gehäuses 2. Im Innenraum 8 der Emp fangsspule 2 befindet sich ein Glaskügelchen 10, worin als magnetresonanztechnisch nachweisbare Substanz 12 eine Kupfer sulfatlösung eingeschlossen ist. Das Glaskügelchen 10 besitzt z. B. einen Außendurchmesser von 2 mm.The figure schematically shows a sectional view of the structure of a magnetic resonance catheter in a side view. Within an elongated and rounded housing 2 made of a medical plastic, such as. B. a silicone-based plastic, a receiving coil 6 is arranged at one end 4 (the distal end). The receiving coil 6 is dimensioned as an antenna for receiving magnetic resonance signals in the megahertz range. It consists of several turns, e.g. B. five turns, which are wound side by side in the axial direction. The axis of the receiving coil 6 coincides with a longitudinal axis 8 of the housing 2 . In the interior 8 of the receiving coil 2 there is a glass bead 10 , in which a copper sulfate solution is included as a substance 12 which can be detected by magnetic resonance technology. The glass bead 10 has e.g. B. an outer diameter of 2 mm.
Die Empfangsspule 6 ist - gegebenenfalls über eine Abstimm- und Anpaßschaltung - mit einem Eingang eines Verstärkers 14 verbunden, der die empfangenen schwachen Magnetresonanzsi gnale so weit verstärkt, daß sie von einem nachfolgenden elektro-optischen Wandler 16 in analoge optische Signale um gewandelt werden können. Der elektro-optische Wandler 16 um faßt eine Sende-Leuchtdiode, die direkt mit einem Ende einer faseroptischen Übertragungsleitung 18 optisch gekoppelt ist. Hier wird wegen der größeren Übertragungsbandbreite als Über tragungsleitung 18 eine Glasfaserleitung verwendet. Während die Empfangsspule 6 am distalen Ende 4 des Gehäuses 2 ange ordnet ist, ist die Übertragungsleitung 18 an einem gegen überliegenden proximalen Ende 20 des Gehäuses 2 aus dem Ge häuse 2 herausgeführt. Das Gehäuse 2 und damit die Katheter spitze kann ohne weitere Hilfsmittel von einem Operateur aus schließlich mit Hilfe der Übertragungsleitung 18 geführt und positioniert werden.The receiving coil 6 is - optionally via a tuning and matching circuit - connected to an input of an amplifier 14 , which amplifies the received weak magnetic resonance signals to such an extent that they can be converted into analog optical signals by a subsequent electro-optical converter 16 . The electro-optical converter 16 comprises a transmit light-emitting diode which is optically coupled directly to one end of a fiber-optic transmission line 18 . Here, because of the larger transmission bandwidth, a fiber optic line is used as the transmission line 18 . While the receive coil 6 at the distal end 4 of the housing 2 is being arranged, the transmission line 18 is at a proximal end opposite 20 of the housing 2 from the Ge housing 2 led out. The housing 2 and thus the catheter tip can finally be guided and positioned by an operator using the transmission line 18 without further aids.
Als Energieversorgung der elektrischen und elektronischen Bauteile in dem Gehäuse 2 ist eine Lithium-Batterie 21 vorge sehen. Diese Batterieart hat in dem Einsatzfall hier den Vor teil, daß keine Wechselwirkungen mit den in Magnetresonanzge räten auftretenden hohen statischen und dynamischen Magnet feldern sowie mit den hochfrequenten Wechselfeldern im Mega hertz-Bereich auftreten. Zum anderen weisen Lithium-Batterien einen hohen Energieinhalt bei minimalen Außenabmessungen auf.As a power supply to the electrical and electronic components in the housing 2 , a lithium battery 21 is seen easily. This type of battery has the advantage in this case that there are no interactions with the high static and dynamic magnetic fields occurring in magnetic resonance devices and with the high-frequency alternating fields in the mega hertz range. On the other hand, lithium batteries have a high energy content with minimal external dimensions.
Das proximale Ende der Übertragungsleitung 18 ist mit einem opto-elektrischen Wandler 22 gekoppelt, der das optische Si gnal wieder in ein elektrisches Signal zurückwandelt. Der Ausgang des opto-elektrischen Wandlers 22 ist dann mit einer Registrier- und Auswerteelektronik 24 verbunden, die nach einer Fouriertransformation des empfangenen Magnetresonanz signals aus der Frequenz die Koordinaten der Empfangsspule 6 bestimmt.The proximal end of the transmission line 18 is coupled to an opto-electrical converter 22 , which converts the optical signal back into an electrical signal. The output of the opto-electrical converter 22 is then connected to a registration and evaluation electronics 24 , which determines the coordinates of the receiving coil 6 from the frequency after a Fourier transformation of the received magnetic resonance signal.
Da die Außenabmessungen des Gehäuses 2 an der Spitze des Ma gnetresonanzkatheters im Millimeterbereich liegen, sind die elektronischen Bauteile innerhalb in einer "Chip-on-Board-Technologie" ausgeführt. Dabei werden verschiedenartigste elektrische und elektronische Bauteile, anstatt jeweils ein zeln mit einem Gehäuse zu versehen, zusammen in einem einzi gen Gehäuse montiert und z. B. mittels einer Bondtechnik di rekt miteinander kontaktiert. Diese Fertigungstechnik ist Prinzip aus der Halbleitertechnologie bekannt, und erlaubt den Aufbau von miniaturisierten kundenspezifischen Bauteilen mit hoher Komplexität. Hier sind der Verstärker 14 mit dem elektro-optischen Wandler 18 in einer Chip-on-Board-Techno logie aufgebaut, wie sie z. B. von der Firma Pritzel in Prutting beherrscht wird.Since the outer dimensions of the housing 2 at the tip of the magnetic resonance catheter are in the millimeter range, the electronic components are implemented in a "chip-on-board technology". A wide variety of electrical and electronic components are installed instead of one each with a housing, assembled together in a single housing and z. B. directly contacted with each other by means of a bonding technique. This manufacturing technique is known from the principle of semiconductor technology and allows the construction of miniaturized customer-specific components with high complexity. Here, the amplifier 14 with the electro-optical converter 18 in a chip-on-board technology, such as z. B. is mastered by the company Pritzel in Prutting.
BezugszeichenlisteReference list
2 Gehäuse
4 distales Ende
6 Empfangsspule
8 Längsachse
10 Glaskügelchen
12 Substanz
14 Verstärker
16 elektro-optischer Wandler
18 Übertragungsleitung
20 proximales Ende
21 Lithium-Batterie
22 opto-elektrischer Wandler
24 Auswerteelektronik 2 housings
4 distal end
6 receiving coil
8 longitudinal axis
10 glass beads
12 substance
14 amplifiers
16 electro-optical converters
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8130 | Withdrawal |