DE19640463A1

DE19640463A1 - Magnetresonanzkatheter

Info

Publication number: DE19640463A1
Application number: DE1996140463
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Phys Kuth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1997-10-30

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.

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.

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.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Magnet resonanzkatheter bereitzustellen, der ohne Patientengefähr dung lokalisierbar ist.

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.

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.

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.

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.

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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand einer Figur erläutert.

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.

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.

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.

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.

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.

Bezugszeichenliste

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

Claims

1. Magnetresonanzkatheter mit einer Empfangsspule (6), einer in einem Innenraum (8) der Empfangsspule (6) angeordneten magnetresonanztechnisch nachweisbaren Substanz (12), einem mit der Empfangsspule (6) verbundenen Verstärker (14), einem mit dem Verstärker (14) verbundenen elektro-optischen Wandler (16), einer mit dem elektro-optischen Wandler (16) verbunde nen faseroptischen Leitung (18) und einer mit dem Verstärker (14) und dem elektro-optischen Wandler (16) verbundenen Ener gieversorgung (21).

2. Magnetresonanzkatheter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung (21) eine Batterie umfaßt.

3. Magnetresonanzkatheter nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Empfangs spule (6), die Substanz (12), der Verstärker (14), der elektro-optische Wandler (16) und die Energieversorgung (21) von einem Gehäuse (2) umgeben sind, das an einem distalen Ende der faseroptischen Leitung (18) angeordnet ist.

4. Magnetresonanzkatheter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsspule (6) im Gehäuse (2) distal angeordnet ist.

5. Magnetresonanzkatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sub stanz (12) innerhalb eines geschlossenen Glaskügelchens (10) angeordnet ist.

6. Magnetresonanzkatheter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sub stanz (12) eine Kupfersulfat-Lösung umfaßt.