DE19852467B4

DE19852467B4 - Katheterverfolgungssystem

Info

Publication number: DE19852467B4
Application number: DE19852467A
Authority: DE
Inventors: James Alexander Romsey Rex
Original assignee: Roke Manor Research Ltd
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-11-15
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2018-11-14
Also published as: JPH11226129A; US6298261B1; GB2331365A; GB2331365B; CA2249030A1; GB9724071D0; DE19852467A1; GB2331365A9

Abstract

Katheterverfolgungssystem zum Lokalisieren und Verfolgen eines Kopfes (16) eines Katheters (10) in bezug auf einen Abschnitt eines menschlichen oder tierischen Körpers (1), mit
mehreren voneinander beabstandeten Wandlern (18, 19), wovon wenigstens einer (18) an einem Katheter (10) angebracht ist und wenigstens zwei weitere (19) an vorgegebenen Referenzpunkten angeordnet sind, und
einer Signalverarbeitungseinheit (22), die an die mehreren räumlich beabstandeten Wandler (18, 19) gekoppelt und so beschaffen ist, daß sie ausgewählte einzelne der mehreren räumlich beabstandeten Wandler (18, 19) zum Betrieb entweder als Sender (34) oder als Empfänger (36) freigibt und wenigstens einen der Sender (34) in der Weise erregt, daß wenigstens einer der Sender (34) wenigstens ein gesendetes Signal (33) erzeugt, das von wenigstens einem der Empfänger (34) empfangen wird, wobei die Laufzeit des wenigstens einen von dem wenigstens einen Sender (34) erzeugten und von dem wenig stens einen Empfänger (36) empfangenen gesendeten Signals (37) den Abstand zwischen dem...

Description

Die Erfindung betrifft Katheterverfolgungssysteme und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Lokalisieren und Verfolgen von Kathetern in einem menschlichen oder tierischen Körper.
Der Ausdruck Katheter, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf jegliches invasives chirurgisches Werkzeug, das zum Einsetzen in einen menschlichen oder tierischen Körper verwendet wird, um zum Ausführen einer Untersuchungsprozedur und/oder einer medizinischen Prozedur einen Fernzugang zu einem Abschnitt des Körpers zu erlangen.
Mit der zunehmenden Verwendung minimal invasiver chirurgischer Verfahren in der medizinischen Diagnose und Therapie besteht ein Bedarf an neuen Verfahren der Fernlokalisierung und -verfolgung von Kathetern oder anderen medizinischen Instru menten in einem menschlichen oder tierischen Körper. Gegenwärtig ist die Röntgenstrahl-Fluoroskopie das Standard-Katheter-Lokalisierungverfahren. Die Belastung durch eine unangemessen hohe Röntgenstrahlung kann jedoch sowohl für den Patienten als auch für den Kliniker schädlich sein. Somit sind alternative Katheter-Lokalisierungsverfahren wünschenswert.
Es wurden mehrere alternative Verfahren veröffentlicht einschließlich einiger Verfahren, die Magnetfeldmessungen anwenden, und anderer Verfahren, die Ultraschallmessungen verwenden. Ein solches Ultraschall-Katheter-Lokalisierungsverfahren ist als Sonomikrometrie bekannt. Die Sonomikrometrie beruht auf dem Auffinden von Abständen zwischen Miniatur-Allrichtungs-Ultraschallwandlern durch Messen der Zeit, die die Ultraschallsignale zum Durchlaufen der Strecke zwischen den Ultraschallwandlern benötigen, wobei diese dann mit der Schallgeschwindigkeit multipliziert wird. Es wird vorausgesetzt, daß die mittlere Schallgeschwindigkeit in dem Medium zwischen den Wandlern bekannt ist und daß sich der Schall geradlinig ausbreitet. Diese beiden Voraussetzungen führen zu Fehlern in den Abstandsberechnungen, die letztlich einen Grad von Unsicherheit bezüglich der Position des Katheters mit sich bringen.
Um die Spitze eines Katheters unter Verwendung der Sonomikrometrie zu lokalisieren, wird ein Ultraschallwandler in der Nähe der Katheterspitze angebracht. Die Position dieses Wandlers wird dann dadurch bestimmt, daß die Laufzeit der akustischen Signale von dem Wandler an der Spitze zu wenigstens vier weiteren, zum Erfassen der akustischen Signale angeordneten und als Referenzwandler wirkenden Wandlern gemessen wird. Die Laufzeit der akustischen Signale zwischen dem Wandler an der Spitze und den Referenzwandlern repräsentiert den Abstand von der Spitze des Katheters zu den jeweiligen Referenzwandlern. Die Kombination dieser Abstände gibt die Position des Katheters in einem durch die Positionen der Referenzwandler definierten dreidimensionalen Referenzsystem an.
Ein bekanntes Katheterverfolgungssystem, das auf diesen Sonomikrometrie-Prinzipien beruht, ist in dem US-Patent Nr. 5.515.853 (Smith u. a.) beschrieben. Dieses System mißt unter Verwendung kurzer Schallimpulse und getakteter Digitalzähler die Ultraschall-Laufzeiten zwischen Paaren von Wandlern. Die Zähler werden durch den elektrischen Impuls, der den sendenden Wandler ansteuert, gestartet und durch die Erfassung eines Impulses in dem empfangenden Wandler angehalten. Die Erfassung wird durch eine Schwellenwertanalyse des empfangenen Signals erreicht. Nachdem abgewartet wurde, bis der letzte gesendete Impuls bei allen empfangenden Wandlern eingetroffen ist und bis die von den verschiedenen Unstetigkeiten im Körper herrührenden Streureflexionen abgeklungen sind, wird jeder sendende Wandler seinerseits aktiviert.
Ein Nachteil dieses bekannten Katheterverfolgungssystems besteht darin, daß sich die Ultraschallsignale nicht geradlinig bewegen. Außerdem hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit irgendeiner Ultraschallwelle von dem Material, in dem sie sich ausbreitet, ab. Ultraschallwellen unterliegen Absorptions-, Reflexions-, Beugungs- und Streuwirkungen infolge des Materials entlang ihres Wegs, was zu einer Dämpfung der Signalstärke führt. Eine Ultraschallwelle, die sich im menschlichen Körper ausbreitet, unterliegt allen obenerwähnten Wirkungen, was dazu führt, daß jede Laufzeitmessung mit einem Fehler behaftet ist, was wiederum eine Unsicherheit bei der Bestimmung der Katheterposition mit sich bringt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zum Lokalisieren und Verfolgen von Kathetern zu schaffen, die die Genauigkeit, mit der die Katheterspitze verfolgt wird, verbessern und die somit die obenerwähnten Nachteile herkömmlicher Katheterverfolgungssysteme und -verfahren vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System zum Lokalisieren und Verfolgen von Kathetern nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zum Lokalisieren und Verfolgen von Kathetern nach Anspruch 10. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung verwendet ein anderes Verfahren der Messung der Laufzeit der Ultraschallsignale durch Aufzeichen und Verarbeiten der gesendeten und der empfangenen Signalformen.
Als ein Verfahren für den Vergleich des gesendeten Signals mit dem für das gesendete Signal repräsentativen Signal kann die Kreuzkorrelation von Paaren gesendeter und empfangener Signale verwendet werden. Ausgehend von einem Spitzenpegel, der von der Kreuzkorrelation mit einer der Laufzeit entsprechenden zeitlichen Verschiebung erzeugt wird, bewirkt die Kreuzkorrelation der gesendeten und der empfangenen Signale eine Erhöhung der Genauigkeit der Laufzeit.
Vorteilhaft sind die von jedem der mehreren Wandler erzeugten vorgegebenen Signalformen voneinander verschieden, was eine gleichzeitige Erfassung der Signale erleichtert.
Wenn die gesendeten Signale bekannt sind und verschiedene Signalformen haben, ermöglicht die Erfindung eine Trennung und separate Verarbeitung der gleichzeitig von verschiedenen Sendern empfangenen Signale. Schmalbandige Signale bei verschiedenen Frequenzen können z. B. durch Bandpaßfilter getrennt werden. Dies bedeutet, daß alle sendenden Wandler gleichzeitig anstatt nacheinander aktiviert werden können, was somit einen schnelleren Abschluß aller Laufzeitmessungen ermöglicht. Dies hat schließlich zur Folge, daß die Katheterposition mit einer höheren Rate aktualisiert werden kann.
Der Datenprozessor kann vorteilhaft in der Weise arbeiten, daß er eine Übertragungsfunktion zwischen den gesendeten und den empfangenen Schallsignalen als eine Funktion der Frequenz berechnet. Die Übertragungsfunktion hängt von den Eigenschaften des Mediums, durch das sich der Schall ausbreitet, und insbesondere von dem frequenzabhängigen Absorptionskoeffizienten ab. Die Messungen der Übertragungsfunktion können verwendet werden, um auf die von dem Schall durchlaufene Gewebeart und auf die Höhe des Anteils verschiedener Gewebearten entlang seines Wegs zu schließen. Diese Informationen könnten dann verwendet werden, um die mittlere Schallgeschwindigkeit und damit den Abstand zwischen den sendenden und den empfangenden Wandlern genauer abzuschätzen. Dies führt zu einer besseren Abschätzung der Position des Katheters im Körper.
Die Erfindung schafft mehrere Vorteile gegenüber den Katheterverfolgungssystemen des Standes der Technik. Die Erhöhung der Genauigkeit, mit der die Laufzeitmessungen bestimmt werden, ermöglicht die Durchführung von Abstandsmessungen bei niedrigeren Rauschabständen (SNR). Dies ermöglicht die Durchführung von Messungen über längere Ausbreitungsabstände und somit das Überwinden des Problems, das durch die geringe Signalstärke infolge der durch Absorption, Reflexion, Beugung und Streuung verursachten Dämpfung der Ultraschallwelle bei der Ausbreitung durch ein Medium entsteht.
Außerdem sind Ultraschallwandler allgemein sehr ineffizient und müssen zum Erzeugen einer ausreichenden Schalleistung häufig mit hohen Spannungen angesteuert werden. Ein erfindungsgemäß durchgeführter Vergleich der gesendeten und empfangenen Signale verringert wesentlich die in den Drähten in den Kathetern übertragenen Ansteuerspannungen, was effektiv sowohl die elektrische Gefährdung für den Patenten als auch den Pegel potentieller elektromagnetischer Störungen reduziert. Außerdem sind die Ausgangsleistungen kleiner Ultraschallwandler auch dadurch beschränkt, daß eine Beschädigung des Nachbargewebes vermieden werden muß.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
1 einen Stromlaufplan eines in einen menschlichen Körper eingesetzten Katheters;
2 einen typischen durch eine Arterie in ein Herz eingesetzten Katheter mit um das Herz herum angeordneten Referenzwandlern und insbesondere mit einem Wandler, der am Kopf des in das Herz eingesetzten Katheters angeordnet ist;
3 einen Stromlaufplan der Signalverarbeitungseinheit in Verbindung mit mehreren im und am Körper angeordneten Referenzwandlern sowie einen in einen Abschnitt des Körpers eingesetzten Katheter mit einem einzelnen am Katheterkopf angeordneten Wandler;
4 eine ausführliche Darstellung des Mehrkanal-Sender/Empfängers und der Signalverarbeitungseinheit, die für dieses Katheterverfolgungssystem benötigt werden; und
5 ein typisches Szenarium von Abstandsmessungen zwischen vier Referenzwandlern und einem einzelnen am Katheterkopf angeordneten Wandler.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines durch eine Arterie 14 in das Herz 5 eines menschlichen Körpers 1 eingesetzten Katheters 10, wobei es sich um eine Anwendung für das durch die Erfindung beschriebene Katheterverfolgungssystem handelt. Der in 1 gezeigte Katheter 10 verfügt allgemein über einen Kopf 16, an dem ein Wandler 18 angebracht ist. Um das Herz 5 herum sind in dem Körper 1 oder außerhalb dessen mehrere Referenzwandler 19 räumlich beabstandet angeordnet. Der Katheter 10 ist in dem Zustand gezeigt, in dem er durch eine Arterie 14 in das Herz 5 eines menschlichen Körpers 1 eingesetzt ist, um eine medizinische Prozedur, z. B. eine Endokardiographie, durchzuführen.
2 zeigt eine Nahansicht des in 1 gezeigten Katheters, wobei die Teile, die in 1 ebenfalls gezeigt sind, die gleichen Bezugszeichen tragen. Gezeigt ist ein in der Arterie 14 angeordneter und auf diese Weise in das Herz 5 geführter Katheter 10. Am Kopf des Katheters 16 ist ein Wandler 18 angeordnet. Um das Herz 5 herum und in der Nähe des Katheters 10 sind mehrere Referenzwandler 19 angeordnet.
3 zeigt im wesentlichen die gleichen Objekte wie 1, allerdings ausführlicher, wobei die Teile, die in 1 ebenfalls vorkommen, die gleichen Bezugszeichen tragen. Ein Katheter 10 ist durch eine Arterie 14 in einen Körper 1 eingesetzt. Ein Mehrkanal-Sender/Empfänger 24 dient als eine Schnittstelle zwischen einer Signalverarbeitungseinheit 22 und mehreren Wandlern 18, 19 und schaltet die Wandler zwischen einem Sendemodus, in dem die Wandler 18, 19 akustische Signale erzeugen, und einem Empfangsmodus, in dem die Wandler 18, 19 akustische Signale erfassen, um. Außerdem ist die Signalverarbeitungseinheit 22 mit einer rechnergestützten Anwenderschnittstelle 26 verbunden, die die Position des Kopfes 16 des Katheters in dem Körper 20 und weitere durch einen Signalprozessor 22 berechnete Ergebnisse angibt. Die rechnergestützte Anwenderschnittstelle 26 nimmt die Anweisungen des Anwenders zum Einstellen verschiedener Systemparameter wie etwa eines Zeitintervalls der Erzeugung der akustischen Signale zum Sicherstellen einer entsprechenden Aktualisierungsrate der Position des Katheterkopfs an.
Wie in 4 gezeigt ist, verfügt ein Signalprozessor 22 über einen Signalgenerator 31, der der Erzeugung von Signalen, mit denen die Wandler erregt werden, dient. Der Signalgenerator 31 ist über einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 32 an einen Mehrkanal-Sender/Empfänger 24 gekoppelt, der der Erzeugung eines für das durch den Signalgenerator 31 erzeugte Signal repräsentativen Analogsignals dient. Das erzeugte Signal 33 wird an den Mehrkanal-Sender/Empfänger 24 gesendet, wo es durch eine Verstärkerstufe 34 verstärkt und dann durch einen Sende/Empfangs-Schalter 45 geleitet wird, der für diese Phase des Verfahrens im Sendemodus arbeitet, bevor es an wenigstens einen der mehreren Wandler 34 (die in den 1–3 mit 18 und 19 bezeichnet sind) geschickt wird, die in dieser Phase des Verfahrens im Sendemodus arbeiten. Der Wandler 34 erzeugt eine für das erzeugte Signal 33 repräsentative Schallwelle 35. Wenigstens einer der mehreren Wandler 36 wird dann durch den Mehrkanal-Sender/Empfänger 24 in den Empfangsmodus geschaltet, wobei die sich ausbreitende Schallwelle 35 dann von dem Wandler 36 empfangen wird. Ein empfangenes Signal 37, das für die erfaßte Schallwelle 35 repräsentativ ist, wird dann an den Mehrkanal-Sender/Empfänger 24 zurückgegeben, wo es durch einen weiteren Sende/Empfangs-Schalter 46 geleitet wird, der im Empfangsmodus arbeitet. Das empfangene Signal 37 wird durch eine Verstärkerstufe 38 verstärkt und dann, bevor es an den Systemkennungsprozessor 40 gesendet wird, durch einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 39 zurück in das digitale Format umsetzt. Außerdem wird ein Teil des ursprünglich erzeugten Signals 33 an den Systemkennungsprozessor 40 gesendet.
Wie dem Fachmann auf dem Gebiet klar ist, könnte eine alternative Ausführung der Erfindung analoge Signale verwenden, die durch einen Signalgenerator 31 erzeugt und in die Wandler 18, 19 eingespeist werden. In diesem Fall kann der Systemkennungsprozessor 40 diese analogen Signale in die digitale Form umsetzen.
Sobald sich ein Signal von einem Wandler 34 zu einem weiteren Wandler 36 ausgebreitet hat, berechnet der Systemkennungsprozessor 40 aus den digitalisierten Signalformen des gesendeten Signals 33 und des empfangenen Signals 37 die direkte Ausbreitungszeit zwischen diesen Wandlern. Der geradlinige Abstand 41 zwischen dem sendenden Wandler 34 und dem empfangenden Wandler 36 wird dann abgeschätzt, indem diese Zeit mit einer Abschät zung der mittleren Schallgeschwindigkeit entlang des Ausbreitungspfads multipliziert wird. Der geradlinige Abstand 41 wird dann als Ausgangsgröße 42 von dem Systemkennungsprozessor 40 gesendet. Bei genauer Kenntnis der Anatomie zwischen den Wandlern können die Abschätzungen der Schallgeschwindigkeit verbessert werden und/oder kann ein Korrekturfaktor für die nicht-geradlinige Ausbreitung angebracht werden. Falls es sich bei den erzeugten Signalen um Ultraschallsignale handelt, kann eine solche Kenntnis mittels des Systemkennungsprozessor 40 aus dem frequenzabhängigen Ultraschall-Absorptionskoeffizienten des Gewebes gewonnen werden, wobei auf die Eigenschaften des Gewebes entlang des Ausbreitungspfads geschlossen wird.
5 zeigt ein Beispiel mehrerer geradliniger Abstandsabschätzungen D1, D2, D3, D4, D5, D6 zwischen mehreren Paaren von Referenzwandlern 19. Außerdem zeigt 5 mehrere geradlinige Abstandsmessungen C1, C2, C3, C4 zwischen den Referenzwandlern 19 und einem an dem Katheterkopf 18 angeordneten Wandler. Durch Ausführen einer auf dem Gebiet wohlbekannten Triangulationsrechnung kann eine Abschätzung der relativen Position aller an diesem Satz von Messungen beteiligten Wandler erhalten werden. Falls wenigstens vier Referenzwandler 19 verwendet werden, kann relativ zu diesen Referenzwandlern 19 ein dreidimensionales Referenzsystem definiert werden. Der an dem Katheter angebrachte Wandler 18 kann dann relativ zu diesem Referenzsystem lokalisiert werden. Unter der Voraussetzung, daß sich die Referenzwandler 19 in bezug auf die Körperanatomie an bekannten, festen Positionen befinden, kann der Katheter dann relativ zu dieser Anatomie positioniert werden.
Die Ausführung der Erfindung schafft wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Systemen des Standes der Technik. Dadurch, daß das durch den Signalgenerator 31 erzeugte Signal in den Systemkennungsprozessor 40 eingespeist wird, ist die Signalform der durch den Wandler 34 erzeugten Schallwelle a priori bekannt. Der Systemkennungsprozessor kann eine wesentliche Verbesserung der Laufzeitmessung der Schallwelle 35 zwischen dem Wandler 34 und dem Wandler 36 an sich schaffen, indem er das gesendete Signal 33 mit dem empfangenen Signal 37 kreuzkorreliert. Durch zeitliches Verschieben des empfangenen Signals und durch Bestimmen des durch einen Kreuzkorrelator in dem Systemkennungsprozessor 40 erzeugten maximalen Spitzenwerts der Energie wird aus der Zeitverschiebung, die einer mit der maximalen Kreuzkorrelationsenergie verknüpften zeitlichen Position entspricht, die Laufzeit bestimmt.
Das erzeugte Signal 33 wird in der Weise ausgewählt, daß eine Autokorrelationsfunktion des Signals einen Spitzenwert erzeugt, der im Vergleich zu den von dem Wandler 36 erzeugten und in dem empfangenen Signal 37 übergebenen Rauschsignalen leicht erfaßt werden kann. Ein Beispiel für Signale, die geeignete Autokorrelationsfunktionen erzeugen, ist ein 'Chirp', in dem die Frequenz des gesendeten Signals zeitlich in einer vorgegebenen Weise verschoben ist. Die Kreuzkorrelation mit dem empfangenen Signal 37 führt effektiv eine Chirp-Rücktransformation des gesendeten Signals aus, wobei sie eine wesentliche Verbesserung der Meßgenauigkeit der Laufzeit des Signals schafft. Ein weiteres Beispiel einer zum Erzeugen einer geeigneten Autokorrelationsfunktion gewählten Signalform ist eine M-Folge, d. h. eine digitale Datenfolge, die in der Weise ausgewählt und angeordnet wird, daß sie bei der Kreuzkorrelation mit einer Version von sich selbst ohne zeitliche Verschiebung einen deutlichen Spitzenwert der Energie erzeugt.
Es ist klar, daß die Position des Katheterkopfs im Körper aktualisiert werden sollte, um ein Überwachen des Fortschreitens der Position des Katheters im Körper zu ermöglichen. Das gleichzeitige Übertragen verschiedener Signale von mehreren Wandlern bewirkt ein Multiplexieren der Signale. Diese Signale werden dann ungefähr gleichzeitig durch einen oder durch mehrere Wandler empfangen, so daß sie sich in den Ausgangssignalen des Wandlers überschneiden. Durch eine geeignete Verarbeitung dieser Ausgangssignale können die verschiedenen gesendeten Signale (effektiv) getrennt werden. Das Multiplexieren der durch die Wandler erzeugten und erfaßten Signale schafft ein Mittel zur im wesentlichen gleichzeitigen Messung der Laufzeiten der Signale zwischen den jeweiligen Wandlern, wobei auf diese Weise eine wesentliche Verbesserung der Rate, mit der eine Position des Katheters aktualisiert wird, erreicht wird. Dementsprechend erlaubt dies ein genaueres Verfolgen der Bewegung des Katheterkopfs.
Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, daß verschiedene andere Möglichkeiten des Multiplexierens und Demultiplexierens der Signale wie etwa der Codemultiplex-Vielfachzugriff verwendet werden können.
Ebenso ist für den Fachmann auf dem Gebiet klar, daß an der hier beschriebenen Ausführung verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Katheterverfolgungssystem zum Lokalisieren und Verfolgen eines Kopfes (16) eines Katheters (10) in bezug auf einen Abschnitt eines menschlichen oder tierischen Körpers (1), mit mehreren voneinander beabstandeten Wandlern (18, 19), wovon wenigstens einer (18) an einem Katheter (10) angebracht ist und wenigstens zwei weitere (19) an vorgegebenen Referenzpunkten angeordnet sind, und einer Signalverarbeitungseinheit (22), die an die mehreren räumlich beabstandeten Wandler (18, 19) gekoppelt und so beschaffen ist, daß sie ausgewählte einzelne der mehreren räumlich beabstandeten Wandler (18, 19) zum Betrieb entweder als Sender (34) oder als Empfänger (36) freigibt und wenigstens einen der Sender (34) in der Weise erregt, daß wenigstens einer der Sender (34) wenigstens ein gesendetes Signal (33) erzeugt, das von wenigstens einem der Empfänger (34) empfangen wird, wobei die Laufzeit des wenigstens einen von dem wenigstens einen Sender (34) erzeugten und von dem wenig stens einen Empfänger (36) empfangenen gesendeten Signals (37) den Abstand zwischen dem wenigstens einen Sender (34) und dem wenigstens einen Empfänger (36) angibt, wobei die Laufzeit zwischen dem wenigstens einen an dem Katheter (10) angeordneten Wandler (18) und den wenigstens zwei weiteren an den vorgegebenen Referenzpunkten angeordneten Wandlern (19) eine Angabe der Position des Katheters (10) in bezug auf die Referenzwandler (19) liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine gesendete Signal (33) eine vorgegebene Signalform hat und die Signalverarbeitungseinheit (22) in der Weise arbeitet, daß sie das von dem wenigstens einen Wandler (18, 19) erzeugte wenigstens eine gesendete Signal (33) mit einem Signal, das für das gesendete Signal (37), das von dem wenigstens einen Empfänger (18, 19) empfangen wird, repräsentativ ist, vergleicht und anhand dieses Vergleichs die Laufzeit des wenigstens einen gesendeten Signals (33) mit einer wesentlich höheren Genauigkeit bestimmt.
Katheterverfolgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der erzeugten Signale (33) ein akustisches Signal ist.
Katheterverfolgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Signal (33) ein Ultraschallsignal ist.
Katheterverfolgungssystem nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die von jedem der mehreren Wandler (18, 19) erzeugten vorgegebenen Signalformen voneinander verschieden sind und der Unterschied die gleichzeitige Erfassung der Signale (33, 37) erleichtert, wobei auf diese Weise die Bestimmung der Position des Katheterkopfs (16) mit einer höheren Geschwindigkeit erleichtert wird.
Katheterverfolgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der vorgegebenen, von jedem der mehreren Wandler (18, 19) erzeugten Signalformen in bezug auf eine zeitliche Frequenzänderung verschieden ist.
Katheterverfolgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der vorgegebenen Signalformen, die von jedem der mehreren Wandler (18, 19) erzeugt werden, eine andere Signalform eines Satzes im wesentlichen orthogonaler digitaler Folgen ist.
Katheterverfolgungssystem nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich des wenigstens einen gesendeten Signals (33), das von dem wenigstens einen Wandler (18, 19) erzeugt wird, mit dem Signal, das das gesendete Signal (37) repräsentiert, das von wenigstens einem Empfänger empfangen wird, unter Verwendung einer Kreuzkorrelation von Paaren gesendeter Signale (33) und empfangener Signale (37) ausgeführt wird und auf diese Weise die Bestimmung der Laufzeit des wenigstens einen gesendeten Signals (33) mit einem wesentlich geringeren Rauschabstand (SNR) erleichtert wird.
Katheterverfolgungssystem nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (22) eine frequenzabhängige Übertragungsfunktion zwischen dem sendenden Wandler (34) und dem empfangenden Wandler (36) bestimmt, wodurch sie Informationen über die Medien, durch die sich das Signal ausgebreitet hat, erzeugt.
Katheterverfolgungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (22) Absorptionskoeffizientendaten bestimmt, die für das Medium, durch das sich das Signal ausgebreitet hat, repräsentativ sind, und die Signalverarbeitungseinheit (22) die Entfernungsmessungen anhand der Laufzeit des Signals in Kombination mit den Absorptionskoeffizientendaten einstellt.
Verfahren zum Lokalisieren und Verfolgen eines Katheterkopfs (10) in bezug auf einen Abschnitt eines menschlichen oder tierischen Körpers (1), mit den folgenden Schritten: Anordnen wenigstens zweier von mehreren räumlich beabstandeten Referenzwandlern (19) an vorgegebenen Positionen in dem menschlichen oder tierischen Körper (1), Einsetzen eines Katheters (10) mit wenigstens einem in der Nähe des Katheterkopfs (16) angeordneten Wandler (18) in den menschlichen oder tierischen Körper (1), Erzeugen wenigstens eines Signals (33) von den mehreren Referenzwandlern (19) und/oder von dem wenigstens einen an dem Katheter (10) angeordneten Wandler (18), und Erfassen des wenigstens einen Signals (37) mit den wenigstens zwei Referenzwandlern (19) und/oder mit dem wenigstens einen an dem Katheter (10) angeordneten Wandler (18), wobei die Laufzeit zwischen dem wenigstens einen an dem Katheter (10) angeordneten ersten Wandler (18) und den wenigstens zwei der mehreren räumlich bei vorgegebenen Positionen beabstandeten Referenzwandler (19) eine Angabe der Position des Katheters (10) in bezug auf die Referenzwandler (19) liefert, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Einrichten des wenigstens einen gesendeten Signal (33) in der Weise, daß es eine vorgegebene Signalform besitzt, und Vergleichen des wenigstens einen gesendeten Signals (33), das von dem wenigstens einen Sender (34) erzeugt wird, mit dem Signal, das das gesendete, von wenigstens einem Empfänger empfangene Signal (37) repräsentiert, wodurch die Genauigkeit verbessert wird, mit der die Laufzeit der Signale bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vergleichens der erzeugten Signale (33) mit den empfangenen Signalen (37) durch die Kreuzkorrelation von Paaren der gesendeten Signale (33) und der empfangenen Signale (37) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Erzeugen der vorgegebenen, voneinander verschiedenen Signalformen, wobei deren Unterschied die gleichzeitige Erfassung der Signale (33, 37) erleichtert, wodurch auf diese Weise die Bestimmung der Position des Katheterkopfs (16) mit einer höheren Geschwindigkeit erleichtert wird.
Katheterverfolgungssystem wie oben mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.