DE69734233T2

DE69734233T2 - Invasives gerät zum gebrauch in einem gerät zur bilderzeugung durch magnetische resonanz

Info

Publication number: DE69734233T2
Application number: DE69734233T
Authority: DE
Inventors: Jeroen Snelten; Hermanus Hans TUITHOF
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-09-02
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: WO1998010303A1; US5916162A; DE69734233D1; JP2000500057A; EP0864102B1; JP4053091B2; EP0864102A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Katheter, einen Führungsdraht oder eine Biopsienadel, bestimmt zum Zusammenwirken mit einem Magnetresonanzbildgebungsgerät und versehen mit einer HF-Spule, die über eine elektrische Verbindung mit einer Steuereinheit gekoppelt werden kann.
Eine invasive Einrichtung dieser Art ist aus dem US-Patent US 5.318.035 bekannt. Die bekannte invasive Einrichtung wird bei Eingriffen verwendet, wo die invasive Einrichtung über eine Öffnung in dem Körper eines Patienten zu einem Organ geführt wird. Hierzu werden HF-Felder und Magnetfelder angelegt, um in einem Teil des Körpers, wo das distale Ende der invasiven Einrichtung sich befindet, von Spins herrührende Magnetresonanzsignale zu generieren. Die HF-Spule empfängt ein von Spins herrührendes Magnetresonanzsignal in dem Körper in der Nähe der HF-Spule. Das von der HF-Spule empfangene Signal wird verwendet, um in Zusammenwirkung mit dem Magnetresonanzgerät die Position des distalen Teils der invasiven Einrichtung in dem Körper des Patienten zu ermitteln. Anschließend wird diese Position einem Bild des Körpers mittels eines Cursors überlagert, um auf einem Monitor wiedergegeben zu werden.
Ein Nachteil der bekannten invasiven Einrichtung ist, dass die erzeugten HF-Felder die Leiter der elektrischen Verbindung in dem Katheter und auch das Objekt erwärmen; dies ist für den Patienten unangenehm.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, die Wärmeentwicklung in dem Katheter zu reduzieren. Diese Aufgabe wird mit einem Katheter, einem Führungsdraht oder einer Biopsienadel gelöst, wie in Anspruch 1 definiert.
Eine weitere Ausführungsform des Katheters, eines Führungsdrahts oder einer Biopsienadel gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung gesehen die elektrische Abschirmung abwechselnd elektrisch gut leitende Abschnitte und elektrisch weniger gut leitende Abschnitte umfasst. So wird erreicht, dass die elektrische Abschirmung der elektrischen Verbindung einen Widerstand zum Reduzieren des induzierten Stroms hat, wobei der Rest der Abschirmung ein geeignet leitendes Material zur adäquaten Unterdrückung des HF-Feldes der elektrischen Verbindung enthält.
Ein weiterer Katheter, Führungsdraht oder eine Biopsienadel gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung ein Material enthält, das über die Länge der Abschirmung gleichmäßig verteilt ist und einen spezifischen Widerstand hat, der erheblich höher ist als ein spezifischer Widerstand eines die elektrische Verbindung bildenden Materials. Dieser Schritt wirkt auch dem Auftreten der stehenden EM-Wellen entgegen, wobei die elektrische Abschirmung entlang der gesamten elektrischen Verbindung geschlossen bleibt.
Eine weitere Ausführungsform des Katheters, Führungsdrahts oder der Biopsienadel gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Material der Abschirmung ein flexibles Material enthält. Wegen der Verwendung eines flexiblen Materials bleibt der Träger mechanisch gut biegbar und flexibel und somit auch die invasive Einrichtung, sodass die invasive Einrichtung in einfacher Weise in das Objekt eingebracht werden kann.
Eine weitere Ausführungsform des Katheters, Führungsdrahts oder der Biopsienadel gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Material der Abschirmung einen leitenden Kunststoff enthält. Ein leitender Kunststoff bietet den Vorteil, dass er leicht auf dem Träger angebracht werden kann.
Eine weitere Ausführungsform des Katheters, Führungsdrahts oder der Biopsienadel gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung koaxiale Leiter umfasst. Durch die Verwendung von koaxialen Leitern in der elektrischen Verbindung zwischen der HF-Spule und der Steuereinheit der invasiven Einrichtung wird die Auswirkung eines HF-Feldes auf das empfangene Signal weiter reduziert.
Die Erfindung betrifft auch ein Magnetresonanzbildgebungsgerät, das mit einem Katheter, Führungsdraht oder einer Biopsienadel gemäß der Erfindung versehen ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Weiteren näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines Magnetresonanzbildgebungsgerätes,
2 eine Ausführungsform einer invasiven Einrichtung mit einer HF-Spule und einer Abschirmung,
3 ein Beispiel für eine Unterbrechung in der Abschirmung,
4 ein Beispiel für eine Unterbrechung mit Widerstandsmaterial in der Abschirmung,
5 eine Querschnittsansicht der invasiven Einrichtung mit der elektrischen Verbindung, die einen Zweidrahtleiter aufweist und
6 eine Querschnittsansicht der invasiven Einrichtung, in der die elektrische Verbindung zwei koaxiale Leiter umfasst.
1 zeigt ein Magnetresonanzbildgebungsgerät, das ein erstes Magnetsystem 2 zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes enthält. Die Z-Richtung des dargestellten Koordinatensystems entspricht üblicherweise der Richtung des statischen Magnetfeldes im Magnetsystem 2. Das Magnetresonanzbildgebungsgerät enthält auch mehrere Gradientenspulen 3, 4, 5 zum Erzeugen zusätzlicher Magnetfelder, die in der X-, Y- und der Z-Richtung einen Gradienten aufweisen. Die Gradientenspulen 3, 4, 5 werden von einer Stromversorgungseinheit 11 gespeist. Das Magnetsystem 2 umschließt einen Untersuchungsraum, der groß genug ist, um einen Teil des zu untersuchenden Objektes aufzunehmen, beispielsweise einen Patienten 7. Eine HF-Sendespule 6 dient zum Erzeugen von HF-Feldern und ist über eine Sende/Empfangsschaltung mit einem HF-Sender und Modulator 8 verbunden. Die HF-Sendespule 6 ist um oder auf einem Teil des Patienten 7 in dem Untersuchungsraum angeordnet. Auch ist eine Empfangsspule vorgesehen, die mit einem Signalverstärker und einer Demodulationseinheit 10 über die Sende/Empfangsschaltung 9 verbunden ist. Die Empfangsspule kann die gleiche Spule sein wie die Sendespule 6. Eine Steuereinheit 12 steuert den Modulator 8 und die Stromversorgungseinheit 11, um spezielle Impulssequenzen zu generieren, die HF-Impulse und Gradienten enthalten. Nach Anregung von Spins mit Hilfe von HF-Impulsen, die in einem Teil des Körpers generiert werden sollen, der sich in dem Untersuchungsraum befindet, kann mit Hilfe der Empfangsspule 6 ein Magnetresonanzsignal empfangen werden. Die Information des Magnetresonanzsignals, das aus der Demodulationseinheit 10 abgeleitet worden ist, wird einer Verarbeitungseinheit 14 zugeführt. Die Verarbeitungseinheit 14 verarbeitet die Information durch Transformation in ein Bild. Dieses Bild kann beispielsweise auf einem Monitor 15 wiedergegeben werden. 1 zeigt auch einen Katheter 17 als Beispiel für eine invasive Einrichtung, auf den sich die Erfindung bezieht und der in den Patienten 7 hineingeschoben werden kann und auch eine Kathetersteuerungseinheit 16. Der Katheter wird in 2 detaillierter dargestellt.
2 zeigt den Katheter 17, der mit einer HF-Spule 18 versehen ist, die über eine elektrische Verbindung 19 mit der Steuereinheit 16 verbunden ist, und eine Umhüllung 20 mit einem distalen Ende 21 und einem proximalen Ende 22. Die HF-Spule 18 ist beispielsweise nahe dem distalen Ende 21 angeordnet. Nötigenfalls können auch einige andere HF-Spulen 23, 24 in dem Katheter 17 angeordnet sein. Im Übrigen hat der Katheter 17 eine herkömmliche Form und einen herkömmlichen Aufbau. Der Katheter kann über das distale Ende 21 beispielsweise in ein Blutgefäß des Patienten eingebracht werden und beispielsweise können über das proximale Ende 22 Instrumente in den Patienten eingebracht werden. Der Katheter 17 gemäß der Erfindung enthält auch einen Träger 25. Der Träger 25 enthält ein flexibles Material, beispielsweise einen Kunststoff, und ist als hohle Röhre ausgeführt. Der Durchmesser des Trägers 25 liegt zwischen beispielsweise 0,3 mm und 3 mm und seine Läge beträgt beispielsweise zwischen 110 cm und 150 cm.
Bei Verwendung geeignet gewählter HF-Impulse und Magnetgradientenfeldern erzeugt das Magnetresonanzbildgebungsgerät ein Magnetresonanzsignal in einem Teil des Körpers, in dem sich der Katheter befindet. Über die HF-Spule 18 und einen empfindlichen HF-Empfänger in der Kathetersteuerungseinheit 16 wird das von Spins herrührende Magnetresonanzsignal innerhalb eines kleinen Volumens nahe der HF-Spule 18 empfangen. Das empfangene Magnetresonanzsignal wird in der Verarbeitungseinheit 14 weiter verarbeitet, in der eine Position der HF-Spule 18 aus dem empfangenen Magnetresonanzsignal abgeleitet wird. Die Frequenz des empfangenen Magnetresonanzsignals ist die Larmor-Frequenz L_f der Spins in einem Volumen nahe der HF-Spule und wird gegeben durch 2πf_L = γB, wobei γ die gyromagnetische Konstante ist. Das Magnetfeld B ist die Summe aus dem statischen Magnetfeld B₀ und einem angelegten Gradientenfeld G, weil das angelegte Gradientenfeld G linear abhängig vom Ort und die Larmor-Frequenz eine lineare Funktion der Position des gewünschten Volumens der Spins des gemessenen MR-Signals ist. Die Position der HF-Spule und damit des distalen Endes des Katheters kann in den drei Koordinatenrichtungen ermittelt werden, indem hintereinander mit Gradientenfeldern G_x, G_y, G_z in der X-, Y- bzw. Z-Richtung MR-Signale erzeugt werden. Ein solches Verfahren ist aus dem genannten US 5.318.025 bekannt. Während des Generierens von Magnetresonanzsignalen durch die HF-Spule wird ein HF-Feld erzeugt. Dieses HF-Feld induziert in der elektrischen Verbindung 19 des Katheters 17 und des Patienten 7 einen Strom. Somit wird Wärme entwickelt, die für den Patienten unangenehm sein könnte. Um der Entwicklung von Wärme in dem Katheter und dem Patienten 7 entgegenzuwirken, ist der Träger 25 mit einer elektrischen Abschirmung 26 versehen, die erfindungsgemäß einen Widerstand aufweist, der erheblich höher ist als der Widerstand der elektrischen Verbindung 19 über einen Abstand vom distalen Ende 21 zum proximalen Ende 22. Wegen des zusätzlichen Widerstandes in der elektrischen Abschirmung wird ein von dem HF-Feld induzierter Strom reduziert, sodass weniger Wärme entwickelt wird. Ein geeigneter Wert für den gesamten elektrischen Widerstand der elektrischen Abschirmung 26 zwischen dem proximalen Ende 22 und dem distalen Ende 21 liegt zwischen beispielsweise 500 und 5000 Ohm.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die elektrische Abschirmung 26, in Längsrichtung gesehen, abwechselnd mit elektrisch gut leitenden und elektrisch weniger gut leitenden Abschnitten zu versehen. Solche elektrisch weniger gut leitenden Abschnitte können beispielsweise als Unterbrechungen ausgeführt sein. 2 zeigt solche Unterbrechungen 27, 28, 29, 30, 31, die in der elektrischen Abschirmung 26 entlang dem Träger 25 gebildet worden sind. Die Breite der Unterbrechungen 27, 28, 29, 30, 31 beträgt beispielsweise 0,5 mm oder 1 mm. Durch die Verwendung von verschiedenen Unterbrechungen, die in regelmäßigen Abständen entlang des Trägers angeordnet sind, wird die Wärmeentwicklung weiter reduziert. Die Amplitude von stehenden elektromagnetischen Wellen kann reduziert werden, indem der Zwischenraum von zwei benachbarten Unterbrechungen gleich gewählt wird, beispielsweise 1/8 oder 1/16 Wellenlänge des angelegten HF-Feldes in dem Patienten 7. In einem Magnetresonanzbildgebungsgerät, in dem die Feldlänge des statischen Magnetfeldes 1,5 Tesla beträgt, ist die Frequenz des angelegten HF-Feldes ungefähr 64 MHz und die Wellenlänge in Luft beträgt ungefähr 4,6 m.
Eine andere Möglichkeit, die elektrische Abschirmung mit einem Widerstand zu versehen, der höher ist als der elektrische Widerstand der elektrischen Verbindung, die vom distalen Ende zum proximalen Ende verläuft, besteht darin, ein Widerstandsmaterial auf dem gesamten äußeren Umfang des Trägers zu deponieren. 3 ist eine Querschnittsansicht des Katheters 17 mit einem Träger 25, dessen Außenfläche mit der elektrischen Abschirmung 26, die ein Widerstandsmaterial enthält, versehen ist. Um die Abschirmung einzubauen, ist das Widerstandsmaterial entlang dem Träger 25 in einer Schicht, deren Dicke ausreicht, um das HF-Feld in dem Träger 25 zu reduzieren, gleichmäßig verteilt. Diese Dicke δ kann aus der Formel
ermittelt werden, wobei p der spezifische Widerstand in Ωm, μ₀ die magnetische Permeabilität im Vakuum und μ_r die magnetische Permeabilität des Leiters ist. Die elektrische Abschirmung 26 kann aus einem flexiblen Material hergestellt sein, sodass der Katheter 17 in einfacher Weise in den Körper eingebracht werden kann. 3 zeigt auch eine einzelne Unterbrechung 27 in der elektrischen Abschirmung 26 im Detail. Die Unterbrechung in der Abschirmung kann auch ein Widerstandsmaterial enthalten, das gleichmäßig entlang dem äußeren Umfang der Unterbrechung angebracht ist. 4 ist eine detaillierte Ansicht einer solchen Unterbrechung 27, die mit Widerstandsmaterial gefüllt ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, leitende Polymere für das Abschirmmaterial zu verwenden, beispielsweise leitendes Polyanilin, leitendes Polythiophen oder leitendes Polypyrrol. Der Vorteil hiervon liegt darin, dass die elektrische Abschirmung 26 dann leicht auf dem Katheter 17 aufgebracht werden kann. Eine noch andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Kunststoffs für den Träger 25, der an sich nichtleitend ist, aber verteilt leitende Teilchen enthält, die vorzugsweise kein paramagnetisches Material enthalten, beispielsweise Kohlenstoffteilchen.
5 zeigt zwei Leiter 32, 33, die die elektrische Verbindung 19 mit der HF-Spule 18 bilden. Der Durchmesser der Leiter 32, 33 beträgt beispielsweise 0,1 mm. Die elektrische Verbindung 19 kann auch als zwei koaxiale Leiter ausgeführt sein. 6 zeigt die koaxialen Leiter 34, 35. Darüber hinaus ist das Innere des Trägers 25 hohl oder es enthält Teile weiterer Instrumente, die eventuell für die Ausführung eines Eingriffs erforderlich sind.
Anstelle des Katheters kann bei dieser Ausführungsform auch ein Führungsdraht oder eine Biopsienadel verwendet werden.

Claims

Katheter (17), Führungsdraht oder Biopsienadel, bestimmt zum Zusammenwirken mit einem Magnetresonanzbildgebungsgerät, mit – einer HF-Spule (18, 23, 24) mit einer elektrischen Verbindung zum Koppeln an eine Steuereinheit, – einem hohlen Träger (25), der sich von einem distalen Ende (21) bis zu einem proximalen Ende (22) erstreckt, – wobei die elektrische Verbindung (19) zur und von der HF-Spule (18, 23, 24) durch den hohlen Träger hindurch verläuft, – einer elektrischen Abschirmung (26), die auf dem hohlen Träger angebracht ist, welcher sich von dem distalen Ende bis zum proximalen Ende erstreckt, – wobei der elektrische Widerstand zwischen dem distalen und dem proximalen Ende der elektrischen Abschirmung erheblich größer ist als der elektrische Widerstand der elektrischen Verbindung zwischen dem distalen und dem proximalen Ende.
Katheter (17), Führungsdraht oder Biopsienadel nach Anspruch 1, wobei – die elektrische Abschirmung (26) elektrisch gut leitende Abschnitte (26) und elektrisch weniger gut leitende Abschnitte (25, 27) enthält und – die elektrisch gut leitenden Abschnitte und die elektrisch weniger gut leitenden Abschnitte entlang einer Längsrichtung des Trägers abwechseln.
Katheter (17), Führungsdraht oder Biopsienadel nach Anspruch 2, wobei die elektrisch weniger gut leitenden Abschnitte als Unterbrechungen (27) in der elektrischen Abschirmung gestaltet sind.
Katheter (17), Führungsdraht oder Biopsienadel nach Anspruch 1, wobei – die elektrische Abschirmung ein leitendes Material enthält, das einen spezifischen Widerstand hat, der erheblich höher ist als der spezifische Widerstand des die elektrische Verbindung bildenden Materials und – das leitende Material entlang der elektrischen Abschirmung gleichmäßig verteilt ist.
Katheter (17), Führungsdraht oder Biopsienadel nach Anspruch 4, wobei das leitende Material der elektrischen Abschirmung ein Abschirmmaterial enthält, welches ein flexibles Material enthält.
Katheter (17), Führungsdraht oder Biopsienadel nach Anspruch 4, wobei das leitende Material der elektrischen Abschirmung einen leitenden Kunststoff umfasst.
Katheter (17), Führungsdraht oder Biopsienadel Anspruch 1, wobei die elektrische Verbindung koaxiale Leiter enthält.
Magnetresonanzbildgebungsgerät, versehen mit einem Katheter (17), Führungsdraht oder einer Biopsienadel nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Magnetresonanzbildgebungsgerät nach Anspruch 8, wenn abhängig von Anspruch 2, mit einer HF-Sendespule zum Erzeugen eines HF-Feldes, wobei die jeweiligen elektrisch weniger gut leitenden Abschnitte durch einen Abstand getrennt sind, der kleiner oder gleich 1/4 der Wellenlänge des HF-Feldes ist.