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Die
Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Ermittlung der
Position eines Instruments. Das System weist ein elektromagnetisches
Positionserfassungssystem, ein Instrument, dessen Position in wenigstens
einem mit dem elektromagnetischen Positionserfassungssystem erzeugten
elektromagnetischen Feld ermittelbar ist, und eine wenigstens teilweise
in das elektromagnetische Feld einbringbare Vorrichtung auf.
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Ein
derartiges System kommt als Kombinationssystem beispielsweise in
der Medizintechnik zum Einsatz und kann neben einem elektromagnetischen Positionserfassungs-
und Mappingsystem ein Angiographiesystem mit einem C-Bogen-Röntgengerät aufweisen.
Mit dem System werden medizinische Eingriffe an einem Patienten
unterstützt,
wobei beispielsweise basierend auf mit dem C-Bogen-Röntgengerät gewonnenen
Bildern von dem Patienten und auf mit dem elektromagnetischen Positionserfassungs-
und Mappingsystems gewonnenen Positionsdaten des Instruments das
Instrument in dem Patienten navigiert bzw. geführt wird, indem ein Abbild
des Instruments in die mit dem C-Bogen-Röntgengerät gewonnenen
Bilder eingeblendet wird. Das elektromagnetische Positionserfassungs-
und Mappingsystem und das C-Bogen-Röntgengerät bzw. das elektromagnetische
Positionserfassungs- und Mappingsystem und die mit dem C-Bogen-Röntgengerät gewonnenen Bilder sind hierzu
in der Regel miteinander registriert, damit ein Abbild des Instruments
in die Bilder eingeblendet werden kann.
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Auf
diese Weise können
z. B. Punktionen, allgemein Katheteranwendung oder Katheteranwendungen
am Herzen eines Patienten unterstützt werden, bei denen das Instrument,
sei es eine Punktionsnadel oder ein Katheter, nach dem Eindringen
in den Patienten zumindest teilweise nicht mehr visuell mit dem
Auge verfolgt werden kann, sondern anhand der Bilder im Patienten
navigiert bzw. geführt
werden muss.
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So
wird bei der Behandlung von Herzrhythmusstörungen eines Patienten durch
eine so genannte Ablation ein Ablationskatheter mit Hilfe von mit
dem C-Bogen-Röntgengerät des Angiographiesystems
gewonnenen Röntgenbildern,
seien es 2D- oder 3D-Bilder, über
Venen oder Arterien in eine der Herzkammern des Patienten eingeführt und
durch Hochfrequenzstrom das die Herzrhythmusstörungen hervorrufende Gewebe
verödet.
Voraussetzung für eine
erfolgreiche Durchführung
einer Katheterablation ist einerseits die genaue Ortung der Ursache
der Herzrhythmusstörungen
in der Herzkammer und andererseits die zielgenaue Verödung des
die Herzrhythmusstörungen
hervorrufenden Gewebes. Die Ortung des Gewebes erfolgt in einer
elektrophysiologische Untersuchung, bei der elektrische Potentiale mit
einem in die Herzkammer eingeführten
Mappingkatheter ortsaufgelöst
erfasst werden. Aus dieser elektrophysiologischen Untersuchung,
dem so genannten elektroanatomischen Mapping, werden beispielsweise
3D-Mappingdaten von der Herzkammer erhalten, die an einem Sichtgerät visualisiert
werden können.
Die Mappingfunktion und die Ablationsfunktion sind im Übrigen häufig in
einem Katheter vereint, so dass der Mappingkatheter gleichzeitig
auch ein Ablationskatheter ist.
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Ein
bekanntes elektroanatomisches 3-D-Mappingverfahren, wie es z. B.
mit dem CARTO-System der Fa. Biosense Webster Inc., USA, durchführbar ist,
basiert auf elektromagnetischem Prinzip. Mit unter einer Patientenlagerungsvorrichtung
angeordneten Transmittern werden in der Regel drei, bei sich derzeit
hauptsächlich
im Einsatz befindlichen Systemen sogar neun verschiedene elektromagnetische
Felder geringer Intensität
aufgebaut. Mittels in die Katheterspitze des Mappingkatheters integrierter
elektromagnetischer Sensoren ist es dann möglich, die durch die Katheterbewegungen
induzierten Spannungsänderungen
innerhalb der elektromagnetischen Felder zu messen und mit Hilfe
mathematischer Algorithmen zu jedem Zeitpunkt die Position des Mappingkatheters
zu errechnen. Durch punkt weises Abtasten der Kontur einer Herzkammer mit
dem Mappingkatheter bei simultaner Erfassung der elektrischen Signale
der Sensoren erhält
man 3D-Mappingdaten bzw. entsteht eine elektroanatomische dreidimensionale
Landkarte, in der die elektrischen Signale farbkodiert wiedergegeben
werden können.
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Die
möglichst
genaue Ermittlung der Positionen des Mappingkatheters oder des Ablationskatheters
ist dabei von entscheidender Bedeutung, um hochwertige Mappingdaten
zu erhalten und um den Mappingkatheter oder den Ablationskatheter
der tatsächlichen
Anatomie des Patienten entsprechend im Körper des Patienten anhand der
Mappingdaten und/oder der mit dem C-Bogen-Röntgengerät gewonnenen Bilder navigieren
zu können.
Ungenauigkeiten bei der Positionsbestimmung des Mappingkatheters
oder des Ablationskatheters führen
bei der Diagnostik oder der Therapie, beispielsweise bei der Diagnostik
und Therapie von Erregungsbildungs- und Erregungsleitungsstörungen am
Herzen, zu suboptimalen Ergebnissen. Nicht selten sind mehrere Stunden
andauernde Untersuchungen und Interventionen im elektrophysiologischen
Labor auf Ungenauigkeiten bei der Positionsermittlung eines Mapping-
oder Ablationskatheters zurückzuführen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren
der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die Ermittlung der
Position des Instruments genauer ist.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein System und ein
Verfahren für
ein System aufweisend ein elektromagnetisches Positionserfassungssystem
und ein Instrument, dessen Position in wenigstens einem mit dem
elektromagnetischen Positionserfassungssystem erzeugten elektromagnetischen
Feld ermittelbar ist, wobei sich eine das elektromagnetische Feld
verzerrende Vorrichtung wenigstens teilweise in dem elektromagnetischen
Feld befindet oder eine das elektromagnetische Feld verzerrende
Vorrichtung wenigstens teilweise in das elektromagnetische Feld
einbringbar ist, und wobei die Er mittlung der Position des Instruments
unter Berücksichtigung
der Position der Vorrichtung oder eines Teils der Vorrichtung in
dem elektromagnetischen Feld und der damit verbundenen Beeinflussung
bzw. Verzerrung des elektromagnetischen Feldes erfolgt.
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Der
Erfinder hat erkannt, dass es bei Einführung einer Vorrichtung oder
eines Teils einer Vorrichtung in ein von dem elektromagnetischen
Positionserfassungssystem erzeugtes elektromagnetisches Feld zu
einer Verzerrung bzw. zu Verzerrungen des elektromagnetischen Feldes
kommen kann, was sich negativ auf die Genauigkeit der Lokalisierung
bzw. die Genauigkeit der Ermittlung der Position des Instruments
in dem elektromagnetischen Feld mit dem elektromagnetischen Positionserfassungssystem auswirkt.
Es wird daher vorgeschlagen, bei der Ermittlung der Position eines
Instruments mit einem elektromagnetischen Positionserfassungssystem
in einem mit dem elektromagnetischen Positionserfassungssystem erzeugten
elektromagnetischen Feld die Position der Vorrichtung oder eines
Teils der Vorrichtung in dem elektromagnetischen Feld und damit die
mit der Vorrichtung bzw. dem Teil der Vorrichtung verbundenen Verzerrungen
des elektromagnetischen Feldes zu berücksichtigen. Auf diese Weise kann
die Genauigkeit bei der Ermittlung der Position des Instruments
erhöht
werden. Insbesondere im medizinischen Umfeld hat dies eine verbesserte
Diagnostik und Therapie, insbesondere bei Katheteranwendungen, zur
Folge. Das Positionserfassungssystem kann dabei auch zusätzlich als
Mappingsystem ausgebildet sein.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung weist das elektromagnetische Positionserfassungssystem
wenigstens einen Transmitter zur Erzeugung des wenigstens einen
elektromagnetischen Feldes und das Instrument wenigstens einen Sensor
auf. Vorzugsweise umfasst das elektromagnetische Positionserfassungssystem
wenigstens drei Transmitter zur Erzeugung von drei verschiedenen
elektromagnetischen Feldern und das Instrument, beispielsweise in
der Spitze des Instruments, wenigstens drei Sensoren zur Positionsbestimmung
des Instruments in den drei elektromagnetischen Feldern der Transmitter.
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Nach
einer Variante der Erfindung handelt es sich bei der Vorrichtung,
welche zumindest teilweise in das wenigstens eine elektromagnetische
Feld des elektromagnetischen Positionserfassungssystems eingebracht
wird, um ein C-Bogen-Röntgengerät. Das C-Bogen-Röntgengerät kann dabei
Teil eines Angiographiesystems sein.
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Nach
einer weiteren Variante der Erfindung ist das Instrument ein Katheter,
insbesondere ein Mapping- und/oder Ablationskatheter. Der Katheter kann
ein Katheter des elektromagnetischen Positionserfassungssystems
sein, welcher in der Katheterspitze in der Regel drei Sensoren zur
Positionsbestimmung des Katheters in den elektromagnetischen Feldern
des elektromagnetischen Positionserfassungssystems aufweist.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass an der Vorrichtung oder an dem Teil
der Vorrichtung wenigstens ein Positionssensor des elektromagnetischen
Positionserfassungssystems definiert angeordnet ist. Vorzugsweise
sind drei Positionssensoren des elektromagnetischen Positionserfassungssystems
definiert an der Vorrichtung oder dem Teil der Vorrichtung angeordnet,
so dass durch Erfassung der drei Positionssensoren das elektromagnetische
Positionserfassungssystem stets die Position der Vorrichtung oder
des Teils der Vorrichtung in den elektromagnetischen Feldern des
elektromagnetischen Positionserfassungssystems detektieren und ermitteln
kann. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen die von der Position
der Vorrichtung oder eines Teils der Vorrichtung in den elektromagnetischen Feldern
abhängigen
Verzerrungen der elektromagnetischen Felder bei der Ermittlung der
Position des Instruments zu berücksichtigen.
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Nach
einer Variante der Erfindung ist zur Ermittlung der Position der
Vorrichtung oder des Teils der Vorrichtung ein weiteres Positionserfassungssystem
vorgesehen. Dabei kann es sich um ein optisches oder auf Infrarotstrahlung
basierendes Positionserfassungssystem handeln.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung sind die Vorrichtung und das elektromagnetische Positionserfassungssystem über wenigstens
eine Schnittstelle zur Übertragung
von Positionsdaten der Vorrichtung oder von Teilen der Vorrichtung
an das elektromagnetische Positionserfassungssystem miteinander
verbunden. Sind das elektromagnetische Positionserfassungssystem
und die Vorrichtung definiert relativ zueinander angeordnet, was
bedeutet, dass in Bezug auf wenigstens eine definierte Ausgangsstellung
die Position der Vorrichtung und/oder von Teilen der Vorrichtung
zu dem elektromagnetischen Positionserfassungssystem bekannt ist,
so können
bei einer Veränderung
der Position der Vorrichtung oder eines Teils der Vorrichtung relativ
zu dem elektromagnetischen Positionserfassungssystem über die
Schnittstelle die veränderten Positionsdaten
von der Vorrichtung an das elektromagnetische Positionserfassungssystem übermittelt werden,
so dass dem elektromagnetischen Positionserfassungssystem stets
die aktuellen Positionsdaten der Vorrichtung oder eines Teils der
Vorrichtung bekannt sind. Die Positionen können dabei bezüglich eines
dem elektromagnetischen Positionserfassungssystem zugeordneten Koordinatensystems angegeben
werden.
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Gemäß einer
Variante der Erfindung erfolgt die Ermittlung der Verzerrung des
elektromagnetischen Feldes analytisch und/oder numerisch durch Feldberechnung
basierend auf der Position der Vorrichtung oder eines Teils der
Vorrichtung in dem elektromagnetischen Feld und auf dem oder den
Materialien, aus denen die Vorrichtung oder ein Teil der Vorrichtung
ausgebildet ist, und/oder auf den Abmessungen der Vorrichtung oder
eines Teils der Vorrichtung. Ausgehend von dem bekannten elektromagnetischen
Feld bzw. von den bekannten elektromagnetischen Feldern des elektromagnetischen
Positionserfassungssystems können
demnach die durch die Vorrichtung oder einen Teil der Vorrichtung
hervorgerufenen Feldverzerrungen der elektromagnetischen Felder
des elektromagnetischen Positionserfassungs systems ermittelt und
bei der Ermittlung der Position des Instruments entsprechend berücksichtigt
werden. Die Feldberechnungen können
dabei online von einer Recheneinrichtung des elektromagnetischen
Positionserfassungssystems durchgeführt werden. Hierzu können kommerziell
erhältliche
Feldberechungsprogramme, beispielsweise „ANSYS" der Firma CADFEM, verwendet werden.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung erfolgt zur Berücksichtigung
der durch die Vorrichtung oder einen Teil der Vorrichtung hervorgerufenen
Verzerrung des elektromagnetischen Feldes eine Kalibrierung des
Systems. Bei der Kalibrierung werden Kalibrierdaten aufgenommen
und abgespeichert, um diese später
bei der Ermittlung der Position des Instruments verwenden zu können.
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Die
Kalibrierung erfolgt vorzugsweise derart, dass die Vorrichtung oder
ein Teil der Vorrichtung und das Instrument verschiedene definierte
Positionen relativ zueinander im elektromagnetischen Feld einnehmen
und jeweils wenigstens ein Kalibrierdatum beispielsweise in Form
der jeweils resultierenden Verschiebung bei der Positionsermittlung
des Instruments ermittelt wird, indem die Position des Instruments
mit und ohne Anwesenheit der Vorrichtung oder des Teils der Vorrichtung
im elektromagnetischen Feld ermittelt wird. Auf diese Weise erhält man für verschiedene
definierte Konstellationen der Vorrichtung oder eines Teils der
Vorrichtung und des Instruments relativ zueinander jeweils wenigstens
ein Kalibrierdatum bzw. einen Korrekturwert für die Positionsermittlung des
Instruments, der im produktiven Einsatz des Systems für die tatsächliche
Positionsermittlung des Instruments herangezogen werden kann. Stimmt
also eine Konstellation im produktiven Einsatz des Systems mit einer
kalibrierten Konstellation überein,
kann basierend auf dem hierfür
ermittelten Korrekturwert die Position des Instruments im elektromagnetischen
Feld des elektromagnetischen Positionserfassungssystems ermittelt
werden.
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Da
nicht für
jede Konstellation ein Kalibrierdatum ermittelt werden kann, sieht
eine Variante der Erfindung vor, dass zur Ermittlung der Position
des Instruments in dem elektromagnetischen Feld bei Anwesenheit
der Vorrichtung oder eines Teils der Vorrichtung in dem elektromagnetischen
Feld eine Interpolation basierend auf ermittelten Kalibrierdaten erfolgt.
Im einfachsten Fall werden die Positionen der Vorrichtung oder eines
Teils der Vorrichtung und des Instruments in dem elektromagnetischen
Feld ermittelt und, sollte für
diese Positionen der Vorrichtung oder eines Teils der Vorrichtung
und des Instruments kein Kalibrier- bzw. Korrekturwert erfasst worden sein,
der benötigte
Korrekturwert aus zwei Korrekturwerten ermittelt, die benachbarten
Positionen der Vorrichtung oder des Teils der Vorrichtung und des Instruments
zugeordnet sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der beigefügten
schematischen Zeichnung dargestellt, welche ein erfindungsgemäßes System
zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
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Das
System umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Vorrichtung
in Form eines C-Bogen-Röntgengeräts 1,
das Teil eines nicht näher
dargestellten Angiographiesystems ist. Das C-Bogen-Röntgengerät 1 weist
einen C-Bogen 2 auf, an dem einander gegenüberliegend
eine einen Kollimator aufweisende Röntgenstrahlenquelle 3 und
ein Röntgenstrahlenempfänger 4 angeordnet
sind. Ein Zentralstrahl ZS eines von der Röntgenstrahlenquelle 3 ausgehenden
Röntgenstrahlenbündels verläuft im Falle
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wenigstens im Wesentlichen durch das Isozentrum IZ des C-Bogens 2 und
trifft wenigstens annährend
mittig auf dem Eingangsfenster des Röntgenstrahlenempfängers 4 auf.
Der C-Bogen 2 ist an einer Halterung 5 um seine
Orbitalachse O in die Richtungen des Doppelpfeils a verstellbar
gelagert. Die Halterung 5 ist im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
an einem Deckenstativ 6 angeordnet, welches die in der
Figur mit Doppelpfeilen c, d, e und f gekennzeichneten Verstellmög lichkeiten
der mit dem C-Bogen 2 versehenen Halterung 5 bietet.
Außerdem
ist die Halterung 5 mit dem C-Bogen 2 um die Angulationsachse
A in die Richtungen des Doppelpfeils b verschwenkbar. Zudem lässt sich
der Abstand zwischen der Röntgenstrahlenquelle 3 und dem
Röntgenstrahlenempfänger 4 (Fokus-Detektor-Abstand)
variieren, was durch den Doppelpfeil g angedeutet ist.
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Das
C-Bogen-Röntgengerät 1 weist
eine Vielzahl nicht dargestellter Positionsgeber auf, von denen
Positionsänderungen
von Komponenten des C-Bogen-Röntgengeräts 1 erfasst
werden, wobei eine jeweils aktuelle Position einer Komponente des C-Bogen-Röntgengeräts 1 im
Rechner 8 des C-Bogen-Röntgengeräts 1 vorliegt.
Wird beispielsweise der C-Bogen 2 um seine Orbitalachse
O in eine Richtung des Doppelpfeils a verstellt, so wird dies durch Positionsgeber
erfasst und die aktuellen Positionen des C-Bogens 2 sowie
der definiert an dem C-Bogen 2 angeordneten Röntgenstrahlenquelle 3 und
des definiert an dem C-Bogen 2 angeordneten Röntgenstrahlenempfängers 4 liegen
im Rechner 8 des C-Bogen-Röntgengeräts 1 vor. Ebenso verhält es sich
bei Verstellungen der Halterung 5 mittels des Deckenstativs 6.
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Mit
dem C-Bogen-Röntgengerät 1 können in an
sich bekannter Weise 2D-Röntgenbilder
und 3D-Bilder von einem Objekt gewonnen werden. Im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
ist das Objekt ein auf einem schematisch dargestellten Patiententisch 7 gelagerter
Patient P. In der Regel werden der mit dem Patienten P versehene
Patiententisch 7 und der C-Bogen 2 des C-Bogen-Röntgengeräts 1 derart
relativ zueinander ausgerichtet, dass ein interessierender, in einem
Röntgenbild
abzubildender Gewebebereich des Patienten P wenigstens im Wesentlichen
im Isozentrum IZ des C-Bogens 2 zu liegen kommt. Im Übrigen sind
das C-Bogen-Röntgengerät 1 und
der Patiententisch 7 definiert relativ zueinander ausgerichtet
und miteinander registriert, d. h. Positionsänderungen des Patiententisches 7 werden
ebenfalls beispielsweise über
Positionsgeber erfasst und stehen dem Rechner 8 zur Verfügung.
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Neben
dem C-Bogen-Röntgengerät 1 ist
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
als elektromagnetisches Positionserfassungssystem ein elektromagnetisches
Positionserfassungs- und
Mappingsystem 10 vorhanden. Das elektromagnetische Positionserfassungs-
und Mappingsystem 10 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
eine Transmittereinheit 11 mit drei Transmittern 12,
einen Ablations- und Mappingkatheter 13 sowie eine Recheneinheit 14 auf.
Die Transmittereinheit 11 und der Ablations- und Mappingkatheter 13 sind
an der Recheneinheit 14, die mit einem Betriebsprogramm
für das
elektromagnetische Positionserfassungs- und Mappingsystem 10 betrieben
wird, angeschlossen. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist die Transmittereinheit 11 in definierter Weise an dem Patiententisch 7 angeordnet,
welcher, wie bereits erwähnt,
mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 registriert ist.
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Die
Transmitter 12 der Transmittereinheit 11 erzeugen
jeweils ein definiertes elektromagnetisches Feld, wobei sich die
drei von den Transmittern 12 erzeugten elektromagnetischen
Felder voneinander unterscheiden. Der Ablations- und Mappingkatheter 13 ist
in in der Figur nicht näher
dargestellter Weise in seiner Katheterspitze mit drei Sensoren versehen. Wird
der Ablations- und Mappingkatheter 13 in den elektromagnetischen
Wechselfeldern der Transmitter 12 bewegt, kann die Position
des Ablations- und Mappingkatheters 13 mit der Recheneinrichtung 14 des
elektromagnetischen Positionserfassungs- und Mappingsystems 10 in
einem dem elektromagnetischen Positionserfassungs- und Mappingsystem 10 zugeordneten
Koordinatensystem CM ermittelt werden. Dabei werden mit den in die
Katheterspitze des Ablations- und Mappingkatheters 13 integrierten elektromagnetischen
Sensoren die durch Katheterbewegungen des Ablations- und Mappingkatheters 13 induzierten
Spannungsänderungen
innerhalb der elektromagnetischen Felder der Transmitter 12 gemessen
und mit Hilfe mathematischer Algorithmen zu jedem Zeitpunkt die
Position des Ablations- und Mappingkatheters 13 bestimmt.
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Dies
ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Ablations- und Mappingkatheter 13 für diagnostische
oder therapeutische Zwecke in den Körper des Patienten P eingeführt ist
und visuell mit dem Auge nicht mehr verfolgt werden kann. Durch
die Ermittlung der Position des Ablations- und Mappingkatheters 13 im
Patienten P kann ein Abbild des Ablations- und Mappingkatheters 13 beispielsweise
in ein mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 gewonnenes 3D-Bild,
welches auf einem Sichtgerät 9 darstellbar ist,
eingeblendet werden. Dies ist dann möglich, wenn das C-Bogen-Röntgengerät 1 und
das elektromagnetische Positionserfassungs- und Mappingsystem 10 relativ
zueinander registriert sind, was vorliegend der Fall ist. Zur Einblendung
eines Abbildes des Ablations- und Mappingkatheters 13 in
ein mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 gewonnenes
Bild ist es aber auch schon ausreichend, wenn nur das jeweilige
Bild und das elektromagnetische Positionserfassungs- und Mappingsystem 10 relativ
zueinander registriert sind.
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Mit
dem Ablations- und Mappingkatheter 13 können des Weiteren Mappingdaten,
beispielsweise 3D-Mappingdaten während
einer Katheteranwendung am Herzen H des Patienten P, gewonnen werden.
Durch punktweises Abtasten von Bereichen einer Herzkammer mit dem
Ablations- und Mappingkatheter 13 bei simultaner Erfassung
der elektrischen Signale der Sensoren entsteht eine elektroanatomische
dreidimensionale Landkarte bzw. entstehen 3D-Mappingdaten, wobei
die elektrischen Signale z. B. farbkodiert wiedergegeben werden
können.
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Bei
der Erfassung der Positionen des Ablations- und Mappingkatheters 13,
sei es zur Navigation des Ablations- und Mappingkatheters 13 oder
zur Gewinnung von 3D-Mappingdaten, kommt es häufig vor, dass zumindest Teile
des C-Bogen-Röntgengeräts 1 wie
der C-Bogen 2, die Röntgenstrahlenquelle 3 oder
der Röntgenstrahlendetektor 4 in
die von den Transmittern 12 erzeugten elektromagnetischen
Felder des elektromagnetischen Positionserfassungs- und Mappingsystems 10 eingeführt werden
bzw. sich in den elektromagnetischen Feldern be finden, insbesondere
wenn der Ablations- und Mappingkatheter 13 u. a. anhand
von Röntgenbildern
im Körper
des Patienten P navigiert wird. Die in die elektromagnetischen Felder
des elektromagnetischen Positionserfassungs- und Mappingsystems 10 eingeführten Komponenten
des C-Bogen-Röntgengeräts 1 beeinflussen
dabei die elektromagnetischen Felder und rufen Verzerrungen hervor,
was sich negativ auf die Genauigkeit der Ermittlung der Positionen
des Ablations- und Mappingkatheters 13 und somit auch auf die
Einblendung eines Abbilds des Ablations- und Mappingkatheters 13 in
ein mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 gewonnenes
Bild oder auf die Gewinnung von Mappingdaten auswirkt. Diese Ungenauigkeiten bei
der Positionsbestimmung führen
insbesondere zu einer suboptimalen Therapie bei Katheteranwendungen
am Herzen, beispielsweise bei der Therapie von Erregungsbildungs-
und Erregungsleitungsstörungen
am Herzen. Zudem verlängert
sich hierdurch die Dauer von Untersuchungen und Interventionen.
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Es
wird daher vorgeschlagen, die Position des Ablations- und Mappingkatheters 13 unter
Berücksichtigung
der Position des C-Bogen-Röntgengeräts 1 bzw.
wenigstens einer Komponente des C-Bogen-Röntgengeräts 1, wie dem Röntgenstrahlenempfänger 4 oder
der Röntgenstrahlenquelle 3, deren
Kollimator relativ die höchste
Feldverzerrung bewirkt, in den elektromagnetischen Feldern und der damit
verbundenen Verzerrungen der elektromagnetischen Felder zu ermitteln.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung können
ausgehend von den von den Transmittern 12 erzeugten, bekannten
elektromagnetischen Feldern die Verzerrungen der elektromagnetischen
Felder analytisch und/oder numerisch durch Feldberechnungen mit
der Recheneinrichtung 14 des elektromagnetischen Positionserfassungs-
und Mappingsystems 10 ermittelt werden. Die Feldberechnungen
erfolgen auf Basis der aktuellen Position und in Kenntnis der Materialien
und der Abmessungen des C-Bogen-Röntgengeräts 1 oder
wenigstens einer Komponente des C-Bogen-Röntgengeräts 1.
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Für das vorliegende
Ausführungsbeispiel
sei angenommen, dass sich wenigstens ein Teil des C-Bogens 2 und
der Röntgenstrahlendetektor 4 in den
von den Transmittern 12 erzeugten elektromagnetischen Feldern
befinden. Damit mit der Recheneinrichtung 14 entsprechende
Feldberechnungen für die
drei elektromagnetischen Felder der Transmitter 12 durchgeführt werden
können,
sind die Positionen des C-Bogens 2 und des Röntgenstrahlenempfängers 4 in
den elektromagnetischen Feldern erforderlich.
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Das
C-Bogen-Röntgengerät 1 und
der Patiententisch 7, an dem die Transmitter 12 in
definierter Weise angeordnet sind, sind definiert relativ zueinander
angeordnet. Somit sind die Positionen des C-Bogen-Röntgengeräts 1 in
einem dem elektromagnetischen Positionserfassungs- und Mappingsystem 10 zugeordneten
Koordinatensystem CM bekannt. Eine Veränderung der Position des C-Bogen-Röntgengeräts 1 oder
einer Komponente des C-Bogen-Röntgengeräts 1 wie
dem C-Bogen 2 oder dem Röntgenstrahlenempfänger 4 wird
durch die erwähnten
Positionsgeber erfasst und an den Rechner 8 übermittelt, so
dass die aktuellen Positionen, insbesondere des C-Bogens 2 als
auch des Röntgenstrahlenempfängers 4,
im Rechner 8 vorliegen. Ebenso sind die Abmessungen des
C-Bogens 2 und des Röntgenstrahlenempfängers 4 sowie
die Materialien, aus denen der C-Bogen 2 und der Röntgenstrahlenempfänger 4 aufgebaut
sind, bekannt und stehen der Recheneinrichtung 14 zur Verfügung. Die
aktuellen Positionen des C-Bogens 2 und des Röntgenstrahlenempfängers 4 stehen
der Recheneinrichtung 14 über eine Schnittstelle 15 zur
Verfügung.
Alternativ können auch
Positionssensoren 16 des elektromagnetischen Positionserfassungs-
und Mappingsystems 10, beispielsweise am C-Bogen 2,
definiert angeordnet sein, um mit Hilfe des elektromagnetischen
Positionserfassungs- und Mappingsystems 10 selbst die Positionen
des C-Bogens 2 und des definiert an dem C-Bogen 2 angeordneten
Röntgenstrahlenempfängers 4 ermitteln
zu können.
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Des
Weiteren besteht die Möglichkeit
die Positionen des C-Bogens 2 und
der daran angeordneten Komponenten mit einem an deren Positionserfassungssystem,
beispielsweise einem optischen oder einem auf Infrarotstrahlung
basierenden Positionserfassungssystem zu ermitteln. Hierzu können optische
Marker 18 und/oder Reflektoren am C-Bogen 2 und/oder
der Röntgenstrahlenquelle 3 und/oder
dem Röntgenstrahlenempfänger 4 angeordnet
sein, die mit einem Kamerasystem 19 erfassbar sind, so
dass die Positionen mit einer Recheneinrichtung 20 des optische
Positionserfassungssystems ermittelbar und der Recheneinrichtung 14 mitteilbar
sind.
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Basierend
auf den Positions-, Material- und Abmessungsinformationen können mit
der Recheneinrichtung 14 mit einem entsprechenden Rechenprogramm
online Feldberechnungen für
die drei von den Transmittern 12 erzeugten elektromagnetischen Felder,
insbesondere hinsichtlich deren Veränderung bzw. Verzerrung durch
die Einführung
eines Teils des C-Bogens 2 und des Röntgenstrahlenempfängers 4 in
die ursprünglich
erzeugten elektromagnetischen Felder durchgeführt werden.
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Sind
die Verzerrungen der elektromagnetischen Felder durch den C-Bogen 2 und
den Röntgenstrahlenempfänger 4 bestimmt,
so können
diese von der Recheneinrichtung 14 bei der tatsächlichen Ermittlung
der Position des Ablations- und Mappingkatheters 13 mit
dem elektromagnetischen Positionserfassungs- und Mappingsystem 10 berücksichtigt werden
und die Positionen des Ablations- und Mappingkatheters 13 können mit
höherer
Genauigkeit mit dem elektromagnetischen Positionserfassungs- und Mappingsystem 10 ermittelt
werden.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Berücksichtigung
der durch einen Teil des C-Bogens 2 und/oder der Röntgenstrahlenquelle 3 und/oder
den Röntgenstrahlenempfänger 4 hervorgerufenen
Verzerrungen der elektromagnetischen Felder der Transmitter 12 durch
eine Kalibrierung des Systems. Die Kalibrierung des Systems, also
des C-Bogen-Röntgengeräts 1 und
des elektromagnetischen Positionserfassungs- und Mappingsystems 10 relativ
zueinander, erfolgt derart, dass das C-Bogen-Röntgengerät 1, insbesondere
Komponen ten des C-Bogen-Röntgengeräts 1 und
der Ablations- und Mappingkatheter 13 verschiedene definierte
Positionen relativ zueinander in den erzeugten elektromagnetischen
Feldern der Transmitter 12 einnehmen. Der Ablations- und
Mappingkatheter 13 kann hierfür beispielsweise an einem in
der Figur nicht dargestellten, in seiner Position veränderbaren Stativ
angeordnet werden, um definierte reproduzierbare Positionen einnehmen
zu können.
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Für jede eingenommene
Konstellation des C-Bogen-Röntgengeräts 1 und
des Ablations- und Mappingkatheters 13 relativ zueinander
wird die Position des Ablations- und Mappingkatheters 13 einmal
ohne Anwesenheit des C-Bogen-Röntgengeräts 1 und
einmal mit Anwesenheit des C-Bogen-Röntgengeräts 1 in den elektromagnetischen
Feldern der Transmitter 12 ermittelt und basierend auf
diesen Positionsdaten jeweils wenigstens ein Kalibrierdatum in Form
der jeweils resultierenden Verschiebung bei der Positionsermittlung
des Ablations- und Mappingkatheters 13, bei dem es sich
um einen Korrekturwert handelt, ermittelt. Der zu der jeweiligen
Konstellation ermittelte Kalibrier- bzw. Korrekturwert wird vorzugsweise
in einem Speicher 17 der Recheneinrichtung 14 abgelegt,
damit dieser für
die spätere
Positionsermittlung des Ablations- und Mappingkatheters 13 zur Verfügung steht.
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In
der Figur sind exemplarisch verschiedene Positionen des Röntgenstrahlenempfängers 4 und der
Röntgenstrahlenquelle 3 relativ
zu dem Ablations- und Mappingkatheter 13 angedeutet, die
jeweils eine Konstellation veranschaulichen und zu denen jeweils
ein Korrekturwert ermittelt wird. Vorzugsweise werden für diejenigen
Positionen des C-Bogen-Röntgengeräts 1,
insbesondere des mit der Röntgenstrahlenquelle 3 und
dem Röntgenstrahlenempfänger 4 versehenen
C-Bogens 2, Korrekturwerte bzw. Kalibrierwerte ermittelt,
die häufig
bei einer Katheteranwendung am Herzen eingenommen werden. So können beispielsweise
Korrekturwerte für
den C-Bogen 2 ermittelt werden, wenn dieser kranial, kaudal, LAO
(left anterior orientation) oder RAO (right anterior orientation)
angeordnet ist. Des Weiteren können Korrekturwerte
für verschiedene
Röntgenstrahlenquelle-Röntgenstrahlendetektor-Abstände bzw.
Detektor-Fokus-Abstände
ermittelt werden. Dabei nimmt auch vorzugsweise der Ablations- und
Mappingkatheter 13 jeweils verschiedene Positionen ein. Auf
diese Weise erhält
man eine Vielzahl von Kalibrierdaten in Form von Korrekturwerten
für die
möglichst
genaue Ermittlung der Position des Ablations- und Mappingkatheters 13 mit
dem elektromagnetischen Positionserfassungs- und Mappingsystem 10. Da
nicht für
alle Konstellationen des C-Bogen-Röntgengeräts 1 und
des Ablations- und Mappingkatheters 13 relativ zueinander
Korrekturwerte ermittelt werden können, ist die Recheneinrichtung 14 programmtechnisch
derart eingerichtet, dass zur Ermittlung einer Position des Ablations- und Mappingkatheters 13 in
den elektromagnetischen Feldern der Transmitter 12 bei
Anwesenheit des C-Bogen-Röntgengeräts 1 bzw.
einer Komponente des C-Bogen-Röntgengeräts 1 in
den elektromagnetischen Feldern eine Interpolation eines Korrekturwertes
auf Basis ermittelter und abgespeicherter Kalibrierdaten bzw. Korrekturwerte
erfolgen kann. In der einfachsten Ausführung wird dabei zwischen zwei
Korrekturwerten interpoliert, um die Position des Ablations- und
Mappingkatheters 13 möglichst
genau bestimmen zu können.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird im Einsatz des Systems basierend auf den ermittelten Positionen
des C-Bogens 2 und des Röntgenstrahlenempfängers 4 sowie
des Ablations- und Mappingkatheters 13 der jeweilige Kalibrier- bzw. Korrekturwert
dem Speicher 17 entnommen und mit dem entnommenen Kalibrier-
bzw. Korrekturwert die Position des Ablations- und Mappingkatheters 13 möglichst
genau bestimmt.
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Durch
die beschriebene Berücksichtigung der
durch das C-Bogen-Röntgengerät 1 bzw.
durch Komponenten des C-Bogen-Röntgengeräts 1 hervorgerufenen
Verzerrungen der elektromagnetischen Felder der Transmitter 12 wird
die Genauigkeit bei der Ermittlung der Position des Ablations- und
Mappingkatheters 13 erhöht,
was sich auf eine verbesserte Diagnostik und Therapie, insbesondere
bei Katheteranwendungen am Herzen ei nes Patienten auswirkt, so dass
sich mitunter mehrere Stunden andauernde Untersuchungen und Interventionen
im elektrophysiologischen Labor deutlich verkürzen lassen.
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Bei
dem Instrument muss es sich im Übrigen nicht
um einen Katheter handeln. Vielmehr kann das Instrument auch eine
Punktionsnadel, eine Sonde oder ein anderes in den Körper eines
Patienten einführbares
Gebilde sein.
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Ebenso
muss die Vorrichtung nicht notwendigerweise ein C-Bogen-Röntgengerät sein.
Beispielsweise kann die Vorrichtung ein anderes bildgebendes Gerät wie ein
Computertomographiegerät oder
ein Ultraschallgerät
sein.
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Die
Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines medizinischen Systems
erläutert.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein medizinisches System bzw.
auf den Bereich der Medizin beschränkt.