DE10219594A1

DE10219594A1 - Verfahren zur transkutanen Katheterführung

Info

Publication number: DE10219594A1
Application number: DE10219594A
Authority: DE
Inventors: Volker Rasche
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-11-13
Also published as: AU2003223021A1; JP4564840B2; ATE497360T1; WO2003092488A1; US7603159B2; JP2005524435A; EP1503657A1; US20050171426A1; EP1503657B1; DE60335945D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Katheters, der entlang eines in einen Körper eingeschobenen Führungsdrahtes eingeführt ist, bei dem eine Abbildung des Führungsdrahtes und der Körperregion im Bereich des Führungsdrahtes mit einem bildgebenden Verfahren erfasst wird, die Streckenlänge der Verschiebung des Katheters auf dem Führungsdraht erfasst wird und die Lage des Katheters in dem Körper anhand der erfassten Streckenlänge bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines entlang eines in einen Körper eingeschobenen Führungsdrahtes eingeführten Katheters mit Sensormitteln zur Erfassung der Streckenlänge der Verschiebung des Katheters auf dem Führungsdraht und Mitteln zur Bestimmung der Lage des Katheters anhand der erfassten Streckenlänge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Katheters, der entlang eines in einen Körper eingeschobenen Führungsdrahtes eingeführt ist, bei dem eine Abbildung des Führungsdrahts und der Körperregion im Bereich des Führungsdrahtes mit einem bildgebenden Verfahren erfasst wird.

Bei bekannten Verfahren der vorgenannten Art werden regelmäßig zur Bestimmung der Lage des Katheters mittels eines Bildgebungsverfahrens Aufnahmen der entsprechenden Körperregionen mit dem eingeschobenen Führungsdraht und dem entlang dieses Führungsdrahtes eingeführten Katheter erstellt, um somit die Lage des Katheters bestimmen zu können. Dabei sind, je nach den Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung des Katheters bzw. der Spitze des Katheters, mehrere Bilderfassungs- Vorgänge erforderlich, um eine mehrmalige Kontrolle der Lage des Katheters zu ermöglichen. Diese mehrmalige Bilderfassung ist aufwendig. Weiterhin stellt die mehrmalige Bilderfassung, insbesondere wenn ein Röntgenbildgebungsverfahren (Fluoroskopieverfahren) verwendet wird, eine erhebliche Strahlenbelastung für den Patienten und das Behandlungspersonal dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereit zu stellen, welches eine vereinfachte Bestimmung der Katheterlage ermöglicht und die Strahlenbelastung verringert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Streckenlänge der Verschiebung des Katheters auf dem Führungsdraht erfasst wird und die Lage des Katheters in dem Körper anhand der erfassten Streckenlänge bestimmt wird.

Da der Katheter auf dem Führungsdraht vorgeschoben wird, kann der Katheter bzw. die Katheterspitze nur entlang des Führungsdrahts angeordnet sein. Wenn die Lage des Führungsdrahtes in Relation zur Läsion bekannt ist, so kann folglich die Lage des Katheters als Funktion der Streckenlänge, um welche der Katheter bzw. die Katheterspitze auf dem Führungsdraht verschoben ist, bestimmt werden. Auf diese Weise kann, nach einer einmaligen Erfassung der Lage des Führungsdrahtes in Relation zur Läsion in dem Körper und der Erfassung der Körperregion um den Führungsdraht herum, die Lage des Katheters bzw. der Katheterspitze in der Körperregion zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden, indem erfasst wird, wie weit der Katheter auf dem Führungsdraht vorgeschoben ist. Somit ist zur Bestimmung der Lage des Katheters nur eine einzige Bilderfassung der Körperregion und des Führungsdrahtes erforderlich, wodurch die Strahlenbelastung durch mehrmalige Bilderfassungen vermieden wird.

Weiterhin kann die Lage des Katheters bzw. der Katheterspitze permanent und in Echtzeit bestimmt werden, wohingegen beim bekannten Verfahren die Lage des Katheters bzw. der Katheterspitze nur zu bestimmten Zeitpunkten, nämlich den Zeitpunkten der Bildaufnahme, bestimmt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit eine Reduktion der Strahlenbelastung, eine vereinfachte Lagebestimmung des Katheters/- der Katheterspitze und eine permanente und in Echtzeit durchgeführte Bestimmung und Darstellung der Lage des Katheters.

Eine erste vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Abbildung der Körperregion erfasst wird und in dieser Abbildung die Lage des Katheters dargestellt wird. Diese Abbildung kann vor, während oder nach der Bestimmung der Lage des Katheters erfasst werden.

Dabei kann die Körperregion und ggf. der in diese Körperregion eingeschobene Führungsdraht aus den zuvor mit dem bildgebenden Verfahren erfassten Bilddaten erstellt werden, die Lage des Katheters, wie zuvor beschrieben, anhand der erfassten Streckenlänge bestimmt werden und in die Darstellung der Körperregion eingeblendet werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform kann sowohl in zeitlichen Abständen, zum Beispiel durch vom Benutzer vorgegebene Zeitpunkte, eine Darstellung erfolgen oder es können eine Vielzahl von Darstellungen in zeitlich kurz aufeinanderfolgenden Schritten erfolgen, sodass eine permanente Echtzeitbeobachtung des Katheters/der Katheterspitze erfolgt und so das Vorschieben des Katheters beobachtet werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Verfahrensform sieht vor, dass die Erfassung der Körperregion und des Führungsdrahtes durch ein zwei- oder dreidimensionales Bildgebungsverfahren erfolgt. Dabei können alle medizinischen Bildgebungsverfahren verwendet werden. Vorzugsweise können Röntgenbildgebungsverfahren, das heißt zweidimensionale Röntgenprojektionen oder computertomographische Röntgenbildgebungsverfahren verwendet werden. Vorzugsweise kann dabei, zwecks Visualisierung von Gefäßsystemen, ein Kontrastmittel verabreicht werden, welches durch das Bildgebungsverfahren abgebildet wird. Gebräuchliche Verfahren hierfür sind die Angiographie, insbesondere die fluoroskopische Angiographie.

Vorteilhafterweise kann bei der vorgenanten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Körperregion und der Führungsdraht durch zwei im wesentlichen orthogonale Projektionen erfasst werden und aus diesen Projektionen mittels Modellierung eine dreidimensionale Darstellung der Körperregion erzeugt werden. Die Modellierung erfolgt dabei durch eine numerische Berechnung aus den durch die Projektionen gewonnenen Bilddaten. Bei der Modellierung kann insbesondere auch eine Gefäßverlaufskarte (coronary roadmap) erstellt werden. Für die Modellierung können übliche Verfahren verwendet werden. Die Projektionen können entweder gleichzeitig mit einem Zwei-Ebenen System oder nacheinander folgend mit einem Mono-Ebenen-System aufgenommen werden. Im Falle der zeitlich aufeinander folgenden Projektionen ist es, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Darstellung im Bereich des Gefäßsystem, insbesondere im Bereich des Herzens verwendet wird, vorteilhaft, wenn die Projektionen in der gleichen Herzphase aufgenommen werden.

Insbesondere kann vorteilhafterweise vorgesehen werden, dass die Erfassung der Bilddaten mittels zeitlich versetzter und anhand der Herzfrequenz getriggerter Aufnahmen der Körperregionen erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, die nacheinander aufgenommen Bilddaten miteinander zu vergleichen und ggf. zu überlagern. Weiterhin kann, wenn die Bilddaten von Aufnahmen aus der gleichen Herzphase zur Verfügung stehen, eine Modellierung eines dreidimensionalen Bildes aus diesen Bilddaten erfolgen, ohne dass möglicherweise erforderliche, aufwendige Rekonstruktionsverfahren, Entzerrungsverfahren und/oder Bilddatenzuweisungen durchgeführt werden müssen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nach der Bestimmung der Lage des Katheters eine Erfassung und Darstellung der Körperregion mit Führungsdraht und eingeschobenem Katheter erfolgt. Diese nachträgliche Erfassung von Bilddaten dient dazu, die berechneten (virtuellen) Bilddaten bezüglich der Lage des Katheters mit der tatsächlichen Lage des Katheters zu vergleichen. Dies dient dazu, eine Kontrolle der berechneten Katheterlage vorzunehmen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen werden, in vorbestimmten Zeitabständen eine Bilddatenerfassung vorzunehmen und die aus dieser Bilderfassung ersichtliche Katheterlage mit der zu dem jeweiligen Zeitpunkt bestimmten, numerisch berechneten Katheterlage zu vergleichen und gegebenenfalls eine Korrektur der Berechnungsdaten vorzunehmen. Weiterhin kann vorgesehen werden, die Bilderfassungsmittel mit den Sensormittel zu koppeln, um so bei bestimmten Vorschubstrecken, insbesondere bei Erreichen der Zielposition oder eines Bereiches um die Zielposition, eine Bilddatenerfassung vorzunehmen.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Katheters, der entlang eines in einem Körper eingeschobenen Führungsdrahtes eingeführt ist, mit Sensormitteln zu Erfassung der Streckenlänge der Verschiebung des Katheters auf dem Führungsdraht und Mitteln zur Bestimmung der Lage des Katheters anhand der erfassten Streckenlänge.

Dabei kann in einer einfachsten Ausführungsform der Erfindung lediglich eine angestrebte Lage des Katheters vorbestimmt werden und die für diese Lage des Katheters erforderliche Streckenlänge der Verschiebung des Katheters auf dem Führungsdraht berechnet werden. Hiernach wird der Katheter auf dem Führungsdraht verschoben, bis die gewünschte Verschiebung erreicht ist, wobei mittels einfacher Messmittel, wie zum Beispiel einen Zentimetermaß, einem Messschieber oder ähnlichem, die Streckenlänge ermittelt wird.

Weiterhin können bekannte Sensoren zur Längenabtastung, wie zum Beispiel induktive oder potentiometrische Wegsensoren, zur Erfassung der Streckenlänge verwendet werden. Diese Wegsensoren können mit Anzeige- oder Signalmitteln gekoppelt sein, welche die jeweilige Streckenlänge anzeigen und/oder bei einer vorbestimmten Soll- Streckenlänge ein Signal, z. B. ein optisches oder akustisches Signal, auslösen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin Bilderfassungsmittel aufweisen, die zur Erfassung des eingeschobenen Führungsdrahtes und der Körperregion des Führungsdrahtes ausgebildet sind. Diese Bilderfassungsmittel können weiterhin so ausgebildet sein, dass sie mit den Sensormitteln zusammenwirken und auf diese Weise Bilddaten erstellen, die die Lage des Katheters beschreiben.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst Bildgebungsmittel zur Darstellung der Körperregion im Bereich des Führungsdrahts, sowie zur Darstellung des eingeschobenen Führungsdrahtes selbst und/oder des eingeführten Katheters. Die Bildgebungsmittel können dabei einerseits eine zweidimensionale oder auch eine dreidimensionale Darstellung erzeugen und in üblicher Weise, beispielsweise mittels eines Bildschirms darstellen.

Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogramm mit Programmmitteln zur Veranlassung eines Computers zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechner läuft.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der Figuren beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem in einen Körper eingeschobenen Führungsdraht,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Längenverhältnisse des Führungsdrahtes mit aufgeschobenem Katheter.

Bezugnehmend zu Fig. 1 ist ein Führungsdraht 10 in ein Gefäßsystem 21 eines Körpers 20 durch eine Körpereintrittsstelle 22 eingeschoben. Der Führungsdraht 10 ist soweit im Gefäßsystem 21 vorgeschoben, dass er sich von der Eintrittsstelle 22 bis über eine Verengung 23 des Gefäßsystems 21 hinaus erstreckt. Auf dem Führungsdraht ist ein Katheter 30 aufgefädelt. Der Katheter 30 ist entlang des Führungsdrahts 10 soweit in das Gefäßsystem 21 vorgeschoben, dass das in dem Gefäßsystem 21 befindliche Ende 31 des Katheters 30 kurz vor der Verengung 23 liegt. An dem im Gefäßsystem befindlichen Ende 33 ist ein Dilatationsballon 34 befestigt. Der Dilatationsballon 34 ist dabei beispielhaft zu verstehen und kann durch andere bekannte kathetergeführte Behandlungsvorrichtungen ersetzt werden.

Der Katheter 30 und der Führungsdraht 10 laufen durch eine Vorschubeinrichtung 40. In der Vorschubeinrichtung sind Vorschubräder 41, 42 angeordnet. Die Vorschubräder 41, 42 sind voneinander beabstandet. Der Katheter 30 läuft zwischen den Vorschubrädern 41, 42 hindurch und wird von diesen reibschlüssig erfasst.

Durch den reibschlüssigen Kontakt zwischen den Reibrädem 41, 42 und dem Katheter 30 drehen sich die Räder 41, 42 wenn der Katheter 30 manuell auf dem Führungsdraht 10 vorgeschoben wird. Weiterhin kann der Katheter 30 durch Antrieb der Vorschubräder 41, 42 auf dem Führungsdraht 10 vorgeschoben werden.

Die Vorschubräder 41, 42, zumindest eines dieser Vorschubräder, sind mit Sensormitteln (nicht dargestellt) verbunden, welche die Drehung der Vorschubräder erfassen und hierdurch die Streckenlänge erfassen, um welche der Katheter 30 verschoben wird. Diese Drehsensormittel sind mit einem Rechner 50 verbunden und übermitteln die erfassten Streckenlänge an diesen Rechner.

Weiterhin ist in Fig. 1 ein Röntgen-C-Bogen 60 abgebildet. Hierbei handelt es sich um eine bekannte Ausführungsform, wie sie für viele medizinische Abbildungszwecke verwendet wird. Der Röntgen-C-Bogen ist so ausgerichtet, dass er den Körper 20, zumindest aber die Körperregion, welche die Verengung 23 beinhaltet, abbilden kann. Der Röntgen-C-Bogen 60 ist ebenfalls mit dem Rechner 50 verbunden und übermittelt die Bilddaten an diesen Rechner.

Der Rechner 50 berechnet aus den Bilddaten des Röntgen-C-Bogens 60 und der Streckenlänge, welche durch die Drehsensoren der Vorschubeinrichtung 40 bereit gestellt wird, die Lage des Katheters 30, insbesondere die Lage des Dilatationsballons 34 an dem Ende 33 des Katheters 30.

Der Rechner 50 ist mit einem Monitor 70 verbunden, welcher der Anzeige der Körperregion um die Verengung 23, des Führungsdrahtes 10 im Bereich dieser Verengung und dem Katheter 30, insbesondere dessen Ende 33 und des daran befestigten Dilatationsballons 34 dient.

Bezugnehmend zu Fig. 2 beginnt das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Bild Erfassungsschritt S1, in welchem ein Bild R1 der entsprechenden Körperregion und des Führungsdrahtes erfasst wird.

Aus diesem Bild R1 wird in einem nachfolgenden Schritt S2 eine Gefäßverlaufskarte (coronary roadmap) erstellt. Darauffolgend wird der Führungsdraht in der Gefäßverlaufskarte registriert, S3. Als Ergebnis R2 dieser Registrierung können die 3D Koordinaten F(x, y, z) alleine in Abhängigkeit eines Parameters 1 dargestellt werden. Der Parameter 1 steht dabei für den Abstand des darzustellenden Führungsdrahtabschnitts von dem Ende des Führungsdrahtes.

In einem nachfolgenden Schritt S4 wird die Streckenlänge erfasst, um welche ein Katheter auf dem Führungsdraht vorgeschoben ist. Als Ergebnis ergibt sich eine vorgeschobene Strecke s (R3).

Um die Position zu bestimmen, an welcher die Katheterspitze innerhalb des Körpers liegt, kann, bei bekannter Gesamtlänge des Führungsdrahtes 10 und des Katheters 30, die vorgeschobene Strecke s zur Bestimmung der 3D-Koordinaten der Katheterspitze dienen.

So kann, bezugnehmend zu Fig. 3, bei bekannter Länge des Führungsdrahtes L₀ und bekannter Länge des Katheters C₀, in einfacher Weise der gesuchte Abstand D der Katheterspitze von der Führungsdrahtspitze in Abhängigkeit der vorgeschobenen Strecke s ermittelt werden, indem D aus der Formel

D = L₀ - C₀- s

berechnet wird.

Ebenso kann, insbesondere bei Verwendung eines zweidimensionalen Bildgebungsverfahrens, auf dem Führungsdraht eine im Bildgebungsverfahren Markierung vorgesehen werden, deren Entfernung vom extrakorporalen Ende des Führungsdrahtes bekannt ist. Diese Markierung wird mittels des Bildgebungsverfahrens in Relation zur Läsion platziert (beispielsweise mittig zur Läsion, exakt dahinter oder exakt davor). Der Katheter kann dann durch Bezug zum extrakorporalen Ende des Führungsdrahtes exakt positioniert werden.

Wiederum bezugnehmend zu Fig. 2 kann nach der Positions-/Lagebestimmung des Katheters bzw. der Katheterspitze in Abhängigkeit von der vorgeschobenen Strecke s aus S5 der Katheter dargestellt werden (S6) und es kann unter Verwendung des zuvor erfassten Bildes mit Körperregion und Führungsdraht R1 ein Bild R4 mit Körperregion, Führungsdraht und Katheter erstellt werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Katheters (30), der entlang eines in einen Körper (20) eingeschobenen Führungsdrahtes (10) eingeführt ist, bei dem eine Abbildung des Führungsdrahts und der Körperregion im Bereich des Führungsdrahtes mit einem bildgebenden Verfahren erfasst wird (S1, S2, S3), dadurch gekennzeichnet, dass die Streckenlänge der Verschiebung des Katheters (30) auf dem Führungsdraht (10) erfasst wird (S4) und die Lage des Katheters in dem Körper (20) anhand der erfassten Streckenlänge bestimmt wird (S5).

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Abbildung der Körperregion erfasst wird, in welcher die Lage des Katheters dargestellt wird (S6).

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung (S1) der Abbildung der Körperregion und des Führungsdrahtes durch ein zwei- oder dreidimensionales Bildgebungsverfahren, vorzugsweise Röntgenbildgebungsverfahren, erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperregion und der Führungsdraht durch zwei im Wesentlichen orthogonale Projektionen erfasst werden (S1) und aus diesen Projektionen mittels Modellierung eine dreidimensionale Darstellung der Körperregion erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung (S1) der Abbildungen mittels zeitlich versetzter und anhand der Herzfrequenz getriggerter Aufnahmen der Körperregion erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bestimmung der Lage des Katheters eine Erfassung und Darstellung der Körperregion mit Führungsdraht und eingeschobenem Katheter erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter mittels einer die Verschiebung des Katheters erfassenden Antriebsvorrichtung vorgeschoben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugt wird und/oder eine Bilderfassung vorgenommen wird, wenn der Katheter die Zielposition erreicht hat.

9. Vorrichtung zur Erfassung der Lage eines entlang eines in einen Körper (20) eingeschobenen Führungsdrahtes (10) eingeführten Katheters (30), gekennzeichnet durch Sensormittel zur Erfassung der Streckenlänge der Verschiebung des Katheters auf dem Führungsdraht und Mittel zur Bestimmung der Lage des Katheters anhand der erfassten Streckenlänge.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Bilderfassungsmittel (60) zur Erfassung einer Abbildung des eingeschobenen Führungsdrahtes und der Körperregion im Bereich des Führungsdrahtes.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Bildanzeigemittel (70) zur Anzeige der Darstellung des eingeschobenen Führungsdrahtes, des eingeführten Katheters und/oder der Körperregion im Bereich des Führungsdrahtes.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Antriebsmittel zum Bewegen des Katheters auf dem Führungsdraht, die mit den Sensormitteln gekoppelt sind.

13. Computerprogramm mit Programmmitteln zur Veranlassung eines Computers zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner läuft.