DE102006019415B4 - Apparatus and method for displaying the position of a medical device in the body of a living being - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper (K) eines Lebewesens, umfassend: – die mit zumindest einem Transponder (3) versehene medizinische Einrichtung, wobei der zumindest eine Transponder (3) ein Mittel (4) zur Modulation des Sendesignals (S) umfasst, – eine Bilderzeugungseinrichtung (12, 13, 14) zur Erzeugung eines ersten Bilds eines Abschnitts des Körperinneren aus ersten Bilddaten, wobei die ersten Bilddaten mit Koordinaten eines ersten Koordinatensystems korreliert sind, – zumindest drei außerhalb des Körpers (K) vorgesehene Sendeempfänger (1, 1a bis 1d) zum Senden elektromagnetischer Sendesignale (5) zum zumindest einen Transponder (3) und zum Empfangen von vom zumindest einen Transponder (3) infolge der Sendesignale (S) abgestrahlten Reflexionsignalen (R), wobei jeder der Sendempfänger (1, 1a bis 1d) zur Ermittlung einer Phasendifferenz zwischen dem Sende- (S) und dem Reflexionssignal (R) einen IQ-Transmissionsmischer (6, 7, 8, 9) und einen Tiefpassfilter zum Filtern des I- und Q-Signals umfasst, – eine Positionsermittlungseinrichtung...Device for displaying the position of a medical device in the body (K) of a living being, comprising: - the medical device provided with at least one transponder (3), wherein the at least one transponder (3) comprises means (4) for modulating the transmission signal (S ), an image generating device (12, 13, 14) for generating a first image of a section of the body inside from first image data, the first image data being correlated with coordinates of a first coordinate system, at least three transceivers provided outside the body (K) ( 1, 1a to 1d) for transmitting electromagnetic transmission signals (5) to the at least one transponder (3) and for receiving from the at least one transponder (3) due to the transmission signals (S) radiated reflection signals (R), each of the transceivers (1, 1a to 1d) for determining a phase difference between the transmission (S) and the reflection signal (R) an IQ transmission mixer (6, 7, 8, 9) and a low-pass filter for filtering the I and Q signal comprises, - a position detecting means ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens.The invention relates to a device and a method for displaying the position of a medical device in the body of a living being.
Aus der
Die
Die
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, mit denen mit möglichst geringem Aufwand eine störunanfällige und genaue Ermittlung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens durchführbar ist.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a device and a method are to be specified with which a trouble-free and accurate determination of the position of a medical device in the body of a living being can be carried out with the least possible outlay.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der jeweiligen Unteransprüche.This object is solved by the features of
Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung erfolgt die Ermittlung der Position mittels eines an der medizinischen Einrichtung vorgesehenen Transponders. Es kann sich dabei insbesondere um einen passiven Transponder handeln, der keine eigenständige Energieversorgung benötigt. Passive Transponder entnehmen die zum Abstrahlen des elektromagnetischen Reflexionssignals erforderliche Energie dem eingestrahlten elektromagnetischen Sendesignal. Zur Realisierung der Erfindung können aber auch aktive Transponder verwendet werden, welche mit Energie zu versorgen sind. Aktive Transponder haben den Vorteil, dass die Abstrahlung des elektromagnetischen Reflexionssignals nicht durch die aus dem eingestrahlten elektromagnetischen Sendesignal bereitgestellte Energie beschränkt ist. Mit aktiven Transpondern kann eine größere Reichweite des elektromagnetischen Reflexionssignals erreicht werden.According to an essential feature of the invention, the determination of the position takes place by means of a transponder provided on the medical device. In particular, it may be a passive transponder that does not require an independent power supply. Passive transponders remove the energy required to radiate the electromagnetic reflection signal from the radiated electromagnetic transmission signal. However, active transponders which are to be supplied with energy can also be used to implement the invention. Active transponders have the advantage that the emission of the electromagnetic reflection signal is not limited by the energy provided by the radiated electromagnetic transmission signal. With active transponders, a longer range of the electromagnetic reflection signal can be achieved.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung wird die Position des Transponders aus der Phasendifferenz zwischen dem Sende- und dem Reflexionssignal ermittelt. Aus der Phasendifferenz ergibt sich die Laufzeit, welche das Sendesignal bis zum Transponder und zurück zum Empfänger benötigt. Damit ist es möglich, den Abstand zwischen dem Transponder und dem Sender/Empfänger und damit die Position der medizinischen Einrichtung zu ermitteln. Auch bei einer Bestimmung des Abstands zu mehreren räumlich voneinander verschieden angeordneten Sendern/Empfängern ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung lediglich ein Transponder erforderlich. Das ermöglicht eine weitgehende Miniaturisierung der medizinischen Einrichtung.According to a further essential feature of the invention, the position of the transponder is determined from the phase difference between the transmission and the reflection signal. The phase difference results in the transit time, which requires the transmission signal to the transponder and back to the receiver. This makes it possible to determine the distance between the transponder and the transmitter / receiver and thus the position of the medical device. Even with a determination of the distance to a plurality of transmitters / receivers arranged differently from one another, only one transponder is required in the proposed device. This allows a substantial miniaturization of the medical device.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Korrelationseinrichtung zur Korrelation eines ersten Koordinatensystems mit einem zweiten Koordinatensystem vorgesehen. Mit dem ersten Koordinatensystem werden Bildkoordinaten eines mit einer Bilderzeugungseinrichtung erzeugten ersten Bilds beschrieben. Es kann sich dabei beispielsweise um die Koordinaten eines Röntgenbilds handeln. Das zweite Koordinatensystem dient der Beschreibung der Koordinaten des Transponders in Bezug zu dem mindestens einen Sender und Empfänger. Durch eine Korrelation der Koordinatensysteme ist es möglich, die Position des Transponders in einem, beispielsweise mittels einer Röntgeneinrichtung, zuvor hergestellten ersten Bild anzuzeigen. Es ist damit in vorteilhafter Weise möglich, auf eine kontinuierliche Durchleuchtung des Lebewesens mittels Röntgenstrahlung zu verzichten. Die Position des Transponders oder auch eine fortlaufende Änderung der Position des Transponders, beispielsweise beim Einführen eines Katheters, kann in einem am Beginn der Untersuchung aufgenommenen ersten Bild fortlaufend wiedergegeben werden. Damit kann z. B. die applizierte Röntgendosis für das Lebewesen drastisch vermindert werden. Selbstverständlich ist es zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsermittlung möglich, in bestimmten vorgegebenen zeitlichen Abständen mittels der Bilderzeugungseinrichtung ein aktuelles erstes Bild zu erzeugen und darin die Position des Transponders wiederzugeben.According to a further feature of the invention, a correlation device is provided for correlating a first coordinate system with a second coordinate system. The first coordinate system describes image coordinates of a first image generated by an image generation device. It may be, for example, the coordinates of an X-ray image. The second coordinate system is used to describe the coordinates of the transponder with respect to the at least one transmitter and receiver. By correlating the coordinate systems, it is possible to display the position of the transponder in a first image prepared beforehand, for example by means of an X-ray device. It is thus possible in an advantageous manner to dispense with a continuous fluoroscopy of the living being by means of X-rays. The position of the transponder or a continuous change of the The position of the transponder, for example when inserting a catheter, can be reproduced continuously in a first image recorded at the beginning of the examination. This can z. B. the applied X-ray dose for the living being are drastically reduced. Of course, in order to increase the accuracy of the position determination, it is possible to generate a current first image at specific predetermined time intervals by means of the image generation device and to reproduce therein the position of the transponder.
Die Korrelation des ersten und des zweiten Koordinatensystems kann beispielsweise mittels einer an der medizinischen Einrichtung vorgesehenen und mit der Bilderzeugungseinrichtung eindeutig erfassbaren Markierung erfolgen. Die Korrelation der Koordinatensysteme kann zu Beginn der Untersuchung vorgenommen werden. Die dabei gewonnenen Korrekturdaten zur Korrelation der Koordinatensysteme können, beispielsweise unter Verwendung eines Computers, gespeichert werden und es kann nachfolgend unter Verwendung der gespeicherten Daten die Korrelation erfolgen.The correlation of the first and the second coordinate system can be effected, for example, by means of a marking provided on the medical device and clearly detectable by the image generation device. The correlation of the coordinate systems can be made at the beginning of the investigation. The obtained correction data for the correlation of the coordinate systems can be stored, for example using a computer, and subsequently the correlation can take place using the stored data.
Bei dem die Position des Transponders wiedergebenden zweiten Bild kann es sich um ein Markierungssymbol, beispielsweise ein Kreuz, einen Punkt, einen Pfeil oder dgl., handeln, mit der die Position des Transponders im ersten Bild besonders klar und eindeutig darstellbar ist.The second image reproducing the position of the transponder can be a marking symbol, for example a cross, a point, an arrow or the like, with which the position of the transponder in the first image can be represented particularly clearly and unambiguously.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind drei, vorzugsweise vier, räumlich voneinander verschieden angeordnete Empfänger vorgesehen. Insbesondere beim Empfangen von Reflexionssignalen mit vier räumlich voneinander verschieden angeordneten Empfängern kann aus den relativ zu jedem der Empfänger ermittelten Laufzeitdifferenzen schnell und eindeutig die Position des Transponders festgestellt werden. Es sind in diesem Fall keine zusätzlichen Rechenoperationen, beispielsweise die Durchführung von Plausibilitätsalgorithmen oder dgl., zur Bestimmung einer eindeutigen Position erforderlich.According to an advantageous embodiment of the invention, three, preferably four, spatially differently arranged receiver are provided. In particular, when receiving reflection signals with four receivers arranged spatially different from one another, the position of the transponder can be determined quickly and unambiguously from the travel time differences determined relative to each of the receivers. In this case, no additional arithmetic operations, for example the implementation of plausibility algorithms or the like, are required to determine a unique position.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind der zumindest eine Sender und der zumindest eine Empfänger zu einem Sendeempfänger zusammengefasst. Vorteilhafterweise sind drei, vorzugsweise vier, räumlich voneinander verschieden angeordnete Sendeempfänger vorgesehen. Jeder der Sender der Sendeempfänger kann ein Sendesignal mit einer von den anderen Sendern verschiedenen Frequenz senden. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, dass das vom Sender erzeugte Sendesignal eine Frequenz von 100 bis 400 MHz aufweist. Die vorgeschlagenen Frequenzen werden nur im geringen Umfang vom Körper eines durchstrahlten Lebewesens absorbiert und eignen sich besonders gut zur Positionsermittlung.According to one embodiment of the invention, the at least one transmitter and the at least one receiver are combined to form a transceiver. Advantageously, three, preferably four, spatially differently arranged transceivers are provided. Each of the transmitters of the transceivers can transmit a transmission signal at a frequency different from the other transmitters. It has proven particularly expedient that the transmission signal generated by the transmitter has a frequency of 100 to 400 MHz. The proposed frequencies are absorbed only to a small extent by the body of an irradiated animal and are particularly well suited for position determination.
Bei dem Sendesignal kann es sich insbesondere um ein kontinuierliches Sendesignal handeln. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Transponder ein Mittel zur Modulation des Sendesignals umfasst. Damit kann das Reflexionssignal besonders einfach vom Sendesignal und/oder von Störsignalen unterschieden werden. Bei der Modulation kann es sich sowohl um eine Phasen- als auch um eine Amplitudenmodulation handeln.The transmission signal may in particular be a continuous transmission signal. According to a particularly advantageous embodiment, it is provided that the transponder comprises a means for modulating the transmission signal. Thus, the reflection signal can be distinguished in a particularly simple manner from the transmission signal and / or from interfering signals. The modulation can be both phase and amplitude modulation.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sendeempfänger die Positionsermittlungseinrichtung umfasst. Damit kann die Phasendifferenz zwischen dem Sendesignal und dem daraus erzeugten Reflexionssignal bestimmt werden. Mit der Positionsermittlungseinrichtung können vorteilhafterweise aus der Phasendifferenz der Laufzeit und daraus wiederum der Abstand zwischen dem Sendeempfänger und dem Transponder ermittelt werden. Diese Daten können dann an einen Computer übermittelt werden, der daraus nach einem vorgegebenen Algorithmus die Position des Transponders im zweiten Koordinatensystem ermittelt. Das dabei erzielte Ergebnis kann laufend – ggf. nach erfolgter Korrelation mit dem ersten Koordinatensystem – im ersten Koordinatensystem wiedergegeben, mit den Bilddaten im ersten Koordinatensystem überlagert und mit einem Markierungssymbol dargestellt werden.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the transceiver comprises the position detection device. Thus, the phase difference between the transmission signal and the reflection signal generated therefrom can be determined. With the position determining device can advantageously be determined from the phase difference of the term and, in turn, the distance between the transceiver and the transponder. These data can then be transmitted to a computer, which determines therefrom according to a predetermined algorithm, the position of the transponder in the second coordinate system. The result obtained can be reproduced continuously - possibly after correlation with the first coordinate system - in the first coordinate system, superimposed with the image data in the first coordinate system and displayed with a marker symbol.
Bei der Bilderzeugungseinrichtung handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Röntgeneinrichtung, eine sonographische Einrichtung oder eine nuklearmedizinische Einrichtung. Insbesondere eignen sich zur Bilderzeugung Einrichtungen, mit denen digitale Bilder erzeugt und auf einem Bildschirm darstellbar sind. Digitale Bilderzeugungsverfahren eignen sich besonders gut zur Überlagerung bzw. Registrierung, beispielsweise mittels eines die Position des Transponders wiedergebenden zweiten Bilds bzw. Markierungssymbols.The imaging device is expediently an X-ray device, an ultrasound device or a nuclear medicine device. In particular, imaging devices are suitable for generating digital images and displaying them on a screen. Digital image generation methods are particularly well suited for superposition or registration, for example by means of a second image or marking symbol reproducing the position of the transponder.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Bestimmung der Position von medizinischen Einrichtungen, wie beispielsweise einem Katheter, einer Nadel oder ähnlichen Instrumenten. Sie eignet sich gleichermaßen zur Bestimmung der Position von Implantaten, beispielsweise eines Stents.The inventively proposed device is particularly suitable for determining the position of medical devices, such as a catheter, a needle or similar instruments. It is equally suitable for determining the position of implants, for example a stent.
Nach einer weiteren Maßgabe der Erfindung ist zur Darstellung der Position einer medizinischen Einrichtung im Körper eines Lebewesens ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 vorgesehen.According to a further aspect of the invention, a method having the features of claim 8 is provided for the representation of the position of a medical device in the body of a living being.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist eine besonders exakte Ermittlung der Position eines Transponders im Körper eines Lebewesens möglich. Insbesondere kann eine Änderung der Position des Transponders im Körper eines Lebewesens kontinuierlich beobachtet werden. Dabei kann die Position des Transponders als zweites Bild, beispielsweise als Markierungssymbol in Form eines Kreuzes oder eines Punkts, durch Überlagerung mit einem ersten Bild wiedergegeben werden. Das erste Bild kann beispielsweise mit einem Röntgenverfahren hergestellt werden. Im ersten Bild kann durch fortwährende Überlagerung mit dem zweiten Bild eine Positionsänderung des Transponders beobachtet werden. Vorteilhafterweise ist es nach dem vorgeschlagenen Verfahren nicht erforderlich, zur fortlaufenden Beobachtung des Transponders ständig neue erste Bilder herzustellen. Es genügt vielmehr, am Anfang einer Untersuchung ein erstes Bild und ggf. in zeitlich vorgegebenen Abständen wiederholend erste Bilder herzustellen und mit dem zweiten Bild zu überlagern. Damit kann beispielsweise bei der Herstellung erster Bilder mittels Röntgenverfahren drastisch die applizierte Röntgendosis vermindert werden. With the proposed method, a particularly accurate determination of the position of a transponder in the body of a living being is possible. In particular, a change in the position of the transponder in the body of a living being can be continuously observed. In this case, the position of the transponder can be reproduced as a second image, for example as a marker symbol in the form of a cross or a dot, by superposition with a first image. The first image can be produced, for example, with an X-ray method. In the first image, a positional change of the transponder can be observed by continuous superposition with the second image. Advantageously, it is not necessary according to the proposed method to constantly produce new first images for continuous observation of the transponder. On the contrary, it is sufficient to produce a first image at the beginning of an examination and, if appropriate, to repeat the first images repeatedly at time intervals and to overlay them with the second image. Thus, for example, in the production of first images by means of X-ray methods, the applied X-ray dose can be drastically reduced.
Wegen der vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens wird auf die zur Vorrichtung beschriebenen Merkmale verwiesen, welche sinngemäß auch Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens bilden können.Because of the advantageous embodiments of the method, reference is made to the features described for the device, which can form mutatis mutandis design features of the method.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Die in
Innerhalb des Körpers befindet sich eine medizinische Einrichtung, z. B. ein Katheter, ein Stent, ein medizinisches Instrument oder dgl., welches mit einem Transponder
Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:
Mit dem Sender des Sendeempfängers
With the transmitter of the
Mit den Transmissionsmischern wird das Reflexionssignal R mit dem ursprünglich ausgesandten Sendesignal S gemischt. Durch eine geeignete Verstärkung, Filterung und Signalverarbeitung kann aus den sich aus dem Mischvorgang ergebenden I- und Q-Signalen die zur Laufzeitbestimmung erforderliche Phaseninformation ermittelt werden.With the transmission mixers, the reflection signal R is mixed with the originally transmitted transmission signal S. By means of suitable amplification, filtering and signal processing, the phase information required for determining the transit time can be determined from the I and Q signals resulting from the mixing process.
Zur Ermittlung eines Abstands d zwischen dem Sendeempfänger
- c0
- die Lichtgeschwindigkeit und
- f0
- die Sendefrequenz des Sendeempfängers
- c 0
- the speed of light and
- f 0
- the transmission frequency of the transceiver
Obwohl im vorstehenden Ausführungsbeispiel das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines passiven Transponders
Als Sendeempfänger
Zur Herstellung einer geeigneten Position des Transponders
Zur Anzeige der Position des Transponders
Solange sich die durch das digitale Röntgenbild wiedergegebene Lage des Lebewesens nicht wesentlich ändert, kann auf die Herstellung weiterer digitaler Röntgenbilder verzichtet und lediglich fortlaufend die Position des Transponders
Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle von digitalen Röntgenbildern andere Verfahren zur Erzeugung medizinischer Bildinformationen zu verwenden. Es kann sich dabei um herkömmliche nuklearmedizinische, sonographische oder ähnliche Bilderzeugungsverfahren handeln.Of course, it is also possible to use other methods for generating medical image information instead of digital X-ray images. These may be conventional nuclear medicine, sonographic or similar imaging techniques.
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