EP0359697B1

Method and apparatus for catheter location determination.

Abstract

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EP0359697B1, drawing sheet 1
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Expired 13 September 2009, 17 years ago.

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14 claims: 14 independent, 0 dependent

  1. 1
    An apparatus (10) for use with a catheter (16), said catheter (16) having a tip (14) and a lumen, and the apparatus (10) being suitable for determining the location of the tip (14) of the catheter (16) inside biological tissue, comprising:energy source means (18) for generation of an alternating current magnetic field, the current having a first phase, which means is adapted to be positionable outside the biological tissue according to external anatomical landmarks consistent with the approximate location of the tip (14) of the catheter (16) and is adapted to cause the flux lines of the field to be essentially perpendicular to the plane of the tissue surface,    detecting means (12) for development of an alternating output voltage having a second phase in reaction to the alternating current magnetic field, and    electronic means for connection with the energy source means (18), and the detecting means (12), characterised in    the detecting means (12) being adapted to be removably positioned within the catheter lumen at the catheter tip (14),    comparing means being provided for comparing the first phase and the second phase,    the electronic means being also adapted for connection with the comparing means and for indication of the region of the alternating current magnetic field which develops zero net alternating output voltage in the detecting means (12) and for indication of a predetermined phase transition sequence in the output voltage compared to the first phase when the energy source means (18) is moved in close proximity and in a relative perpendicular arrangement past the detecting means (12), said indication providing a single coordinate of the location of the catheter tip (14). Appareil (10), utilisable avec un cathéter (16) comprenant une pointe (14) et un canal, pour déterminer la position de la pointe (14) du cathéter (16) à l'intérieur d'un tissu biologique, comprenant :    des moyens à source d'énergie (18) pour générer un champ magnétique de courant alternatif, le courant ayant une première phase, lesdits moyens étant prévus pour être placés à l'extérieur du tissu biologique en fonction de points de repères anatomiques externes compatibles avec la position approximative de la pointe (14) du cathéter (16) et pour forcer les lignes de flux du champ magnétique à prendre une direction essentiellement perpendiculaire au plan de la surface du tissu biologique,    des moyens de détection (12) délivrant une tension de sortie alternative ayant une seconde phase en réaction au champ magnétique du courant alternatif, et    des moyens électroniques de connexion des moyens à source d'énergie (18) aux moyens de détection (12), caractérisé par le fait que les moyens de détection (12) sont prévus pour permettre un positionnement de manière amovible à l'intérieur du canal du cathéter, et à la pointe du cathéter (14), des moyens de comparasion étant prévus pour comparer la première phase à la seconde phase, les moyens électroniques étant également prévus pour être connectés aux moyens de comparaison, pour indiquer la région du champ magnétique du courant alternatif présentant des tensions de sortie alternatives nettes égales à zéro dans lesdits moyens de détection (12) et pour indiquer une séquence de transition de phase prédéterminée dans la tension de sortie par rapport à la première phase lorsque les moyens à source d'énergie (18) sont amenés à proximité immédiate des moyens de détection (12) et dans une direction relative perpendiculaire à et au-delà des moyens de détection (12), cette indication fournissant une coordonnée unique de position de la pointe du cathéter (14). Vorrichtung (10) zur Anwendung mit einem Katheter (16), wobei der Katheter (16) eine Spitze (14) und eine lichte Weite aufweist und die Vorrichtung (10) zum Bestimmen des Ortes der Spitze (14) des Katheters (16) in biologischem Gewebe geeignet ist, aufweisend: eine Einrichtung (18) zur Energieversorgung zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, wobei der Strom eine erste Phase aufweist, wobei die Einrichtung so geartet ist, daß sie außerhalb des biologischen Gewebes nach Maßgabe äußerer anatomischer Landmarken positionierbar ist, die mit der ungefähren Lage der Spitze (14) des Katheters (16) übereinstimmen, und so geartet ist, daß sie die Flußlinien des Feldes im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Gewebeoberfläche ausrichtet, eine Detektionseinrichtung (12) zum Erzeugen einer abgegebenen Wechselspannung als Antwort auf das magnetische Wechselfeld, die eine zweite Phase aufweist, und eine mit der Einrichtung (18) zur Energieversorgung und der Detektionseinrichtung (12) verbundene elektronische Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung (12) so geartet ist, daß sie innerhalb der lichten Weite des Katheters an der Katheterspitze (14) entfernbar positioniert ist, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der ersten Phase mit der zweiten Phase vorgesehen ist, die elektronische Einrichtung auch eingerichtet ist zur Verbindung mit der Vergleichseinrichtung und zum Anzeigen des Bereichs des magnetischen Wechselfeldes, welcher in der Detektionseinrichtung (12) zur Abgabe einer Gesamt-Wechselspannung von Null führt, und zum Anzeigen einer vorbestimmten Phasenübergangssequenz bezüglich der abgegebenen Spannung im Vergleich zur ersten Phase, wenn die Einrichtung (18) zur Energieversorgung in die unmittelbare Nähe der Detektionseinrichtung (12) und in senkrechter Anordnung dazu über sie hinweg bewegt wird, wobei die Anzeige eine einfache Koordinate der Lage der Katheterspitze (14) ist.
  2. 2
    An apparatus according to claim 1 wherein the electronic means is adapted for determination of a phase transition sequence of in-phase and out-of-phase as well as an opposite phase transition sequence between the alternating current of the energy source means (18) and the alternating output voltage when the energy source means (18) is moved in close proximity and in a relative perpendicular arrangement past the detecting means (12). Appareil selon la revendication 1, dans lequel les moyens électroniques sont prévus pour détecter une séquence de transition de phase de phasage et de déphasage, ninsi qu'une séquence de transition d'opposition de phases entre le courant alternatif des moyens à source d'énergie (18) et la tension de sortie alternative lorsque les moyens à source d'énergie (18) sont placés à proximité immédiate des moyens de détection (12) et dans une direction relative perpendiculaire à et au-delà des moyens de détection (12). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektronische Einrichtung eingerichtet ist zur Bestimmung einer Phasenübergangssequenz von gleichphasig zu phasenverschoben wie auch einer entgegengesetzten Phasenübergangssequenz zwischen dem Wechselstrom der Einrichtung (18) zur Energieversorgung und der abgegebenen Wechselspannung, wenn die Einrichtung (18) zur Energieversorgung in die unmittelbare Nähe der Detektionseinrichtung (12) und in senkrechter Anordnung dazu über sie hinweg geführt wird.
  3. 3
    Appareil (10) de détermination de la position d'un cathéter selon la revendication 1, dans lequel les moyens électroniques comprennent au moins un premier indicateur visuel (42) pouvant être positionné par les moyens à source d'énergie (18). The catheter location determining apparatus (10) of claim 1 wherein the electronic means includes at least a first visual indicator (42) positionable with the energy source means (18). Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 1, wobei die elektronische Einrichtung mindestens eine erste visuelle Anzeige (42) umfaßt, die mit der Einrichtung (18) zur Energieversorgung positionierbar ist.
  4. 4
    Appareil (10) de détermination de la position d'un cathéter selon la revendication 2, dans lequel les moyens électroniques comprennent un second indicateur visuel (44) pouvant être positionné par les moyens à source d'énergie (18), le premier indicateur visuel (42) fournissant une indication visuelle lorsque la tension alternative de sortie est en phase avec le courant alternatif et la second indicateur visuel (44) fournissant une indication visuelle lorsque la tension alternative de sortie est déphasée par rapport au courant alternatif. The catheter location determining apparatus (10) of claim 2 wherein the electronic means includes a second visual indicator (44) positionable with the energy source means (18), with the first visual indicator (42) providing a visual indication when the alternating output voltage is in phase with the alternating current and the second visual indicator (44) providing a visual indication when the alternating output voltage is out of phase with the alternating current. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 2, wobei die elektronische Einrichtung eine zweite visuelle Anzeige (44) umfaßt, die mit der Einrichtung (18) zur Energieversorgung positionierbar ist, wobei die erste visuelle Anzeige (42) ein visuelles Signal abgibt, wenn die abgegebene Wechselspannung mit dem Wechselstrom gleichphasig ist, und die zweite visuelle Anzeige (44) ein visuelles Signal abgibt, wenn die abgegebene Wechselspannung zum Wechselstrom phasenverschoben ist.
  5. 5
    Appareil (10) de détermination de la position d'un cathéter selon la revendication 2, dans lequel les moyens électroniques comprennent des moyens de génération d'un signal audible (48) indiquant que la séquence de transition de phase est en cours. The catheter location determining apparatus (10) of claim 2 wherein the electronic means includes means for producing an audible signal (48) when the phase transition sequence occurs. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 2, wobei die elektronische Einrichtung eine Einrichtung (48) zum Erzeugen eines akustischen Signals beim Eintreten der Phasenübergangssequenz umfaßt.
  6. 6
    Appareil (10) de détermination de la position d'un cathéter selon la revendication 1, dans lequel les moyens à source d'énergie (18) comprennent un noyau (36) en matériau magnétiquement perméable et un enroulement (38) qui l'encerele, et dans lequel les moyens de détection (12) comprennent un noyau (24) de matériau magnétiquement perméable et un enroulement qui l'encercle (36), le noyau (36) des moyens à source d'énergie (18) pouvant être positionné dans une direction essentiellement perpendiculaire au noyau (24) des moyens de détection (12) placés de manière amovible au voisinage de la pointe (14) du cathéter (16). The catheter location determining apparatus (10) of claim 1 wherein the energy source means (18) comprises a core (36) of magnetically permeable material and encircling coil (38) and wherein the detecting means (12) comprises a core (24) of magnetically permeable material and an encircling coil (28), with the core (36) of the energy source means (18) being positionable generally perpendicular to the core (24) of the detecting means (12) removably positionable adjacent the tip (14) of the catheter (16). Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (18) zur Energieversorgung einen Kern (36) aus einem magnetisch permeablen Material und eine umgebende Spule (38) umfaßt, und wobei die Detektionseinrichtung (12) einen Kern (24) aus einem magnetisch permeablen Material und einer umgebenden Spule (28) umfaßt, wobei der Kern (36) der Einrichtung (18) zur Energieversorgung im wesentlichen senkrecht zum Kern (24) der Detektionseinrichtung (12) positionierbar ist, die neben der Spitze (14) des Katheters (16) entfernbar positionierbar ist.
  7. 7
    Appareil (10) de détermination de la position d'un cathéter selon la revendication 6, dans lequel les moyens électroniques comprennent un premier amplificateur (U1) et un second amplificateur (U2) pour amplifier un signal électrique détecté par l'enroulement (28) et des moyens de commutation (U3) pour contourner un desdits amplificateurs de façon à fournir un mode opératoire différent lorsque ledit amplificateur est contourné à l'aide desdits moyens de commutation (U3). The catheter location determining apparatus (10) of claim 6 wherein the electronic means includes first (U1) and second amplifiers (U2) for amplifying any electrical signal detected by the coil (28), and switch means (U3) for by-passing one of said amplifiers to provide a different operational mode when said one amplifier is by-passed by said switch means (U3). Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 6, wobei die elektronische Einrichtung einen ersten Verstärker (U1) und einen zweiten Verstärker (U2) zum Verstärken der von der Spule (28) erfaßten elektrischen Signale und eine Schalteinrichtung (U3) zum Umgehen eines der Verstärker aufweist, um eine gesonderte Betriebsart zu erzeugen, wenn der eine Verstärker durch die Schalteinrichtung (U3) umgangen wird.
  8. 8
    Appareil (10) de détermination de la position d'un cathéter selon la revendication 1, comprenant en outre un guide-câble (22) pouvant être inséré de manière amovible dans le canal de cathéter, les moyens de détection (12) étant fixés au guide-câble (22) et pouvant être placés au voisinage de la pointe (14) du cathéter (16). The catheter location determining apparatus (10) of claim 1 further including a guidewire (22) removably insertable in the catheter lumen, with the detecting means (12) secured to the guidewire (22) and positionable adjacent the tip (14) of the catheter (16). Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 1, weiter aufweisend einen in die lichte Weite des Katheters entfernbar einschiebbaren Führungsdraht (22), wobei die Detektionseinrichtung (12) am Führungsdraht (22) befestigt und neben der Spitze (14) des Katheters (16) positionierbar ist.
  9. 9
    Appareil (10) de détermination de la position d'un cathéter selon la revendication 1 comprenant des moyens à accumulateur (66) pour convertir le courant continu fourni par cet accumulateur (66) en courant alternatif pour exciter les moyens à source d'énergie (18) et des moyens pour empêcher l'alimentation de ces moyens de conversion par le courant continu lorsque l'accumulateur (66) est en cours de charge, de façon à éviter de mettre hors d'usage l'appareil (10). The catheter location determining apparatus (10) of claim 1 including a battery (66), means for converting direct current supplied by said battery (66) to alternating current for energizing the energy source means (18), and means for preventing the supply of direct current to said converting means when said battery (66) is being charged so as to render the apparatus (10) inoperable. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Lage eines Katheters nach Anspruch 1, aufweisend eine Batterieeinrichtung (66) zum Umwandeln des von der Batterie (66) abgegebenen Gleichstroms in Wechsel strom zur Versorgung der Einrichtung (18) mit Energie und eine Einrichtung zum Verhindern der Abgabe von Gleichstrom an die Umwandlungseinrichtung beim Laden der Batterie (66), so daß die Vorrichtung (10) außer Betrieb gesetzt ist.
  10. 10
    A method for use with a catheter (16) having a tip (14) and a lumen, the method determining the location of the tip (14) of the catheter (16) inside biological tissue, comprising:providing within the tip portion (14) of the catheter (16) lumen a detecting means (12) for development of an alternating output voltage in reaction to an alternating current magnetic field in close proximity to the detecting means (12),    passing an energy source means (18) over the outside of the biological tissue according to anatomical landmarks consistent with the approximate location of the catheter (16) tip (14), the energy source means (18) generating the alternating current magnetic field, the current having a first phase and with flux lines essentially perpendicular to the plane of the tissue surface and developing the alternating output voltage having a second phase in the detecting means (12) when the energy source means (18) and the detecting means (12) are in close proximity and in perpendicular relation,    characterised by providing a comparing means connected to the energy source means (18) and the detecting means (12) for comparing the second phase of the alternating output voltage with the first phase of the alternating current magnetic field, and    determining a single coordinate of the location of the catheter (16) tip (14) by measuring a planar region within which the alternating current magnetic field develops zero net output voltage in the detecting means (12) and within which the comparing means produces a predetermined phase transition sequence in the output voltage compared to the first phase as the energy source means (18) is moved in close proximity and in a relative perpendicular arrangement past the detecting means (12). Procédé, utilisable avec un cathéter (16) ayant une pointe (14) et un canal, de détermination de la position de la pointe (14) du cathéter (16) à l'intérieur d'un tissu biologique, comprenant les étapes suivantes:    placement des moyens de détection (12) à l'intérieur de la partie pointe (14) du canal du cathéter (16) pour développer une tension de sortie alternative en réaction au champ magnétique créé par le courant alternatif à proximité immédiate des moyens de détection (12),    faire passer des moyens à source d'énergie (18) au-dessus et à l'extérieur du tissu biologique selon des repères anatomiques compatibles avec la position approximative de la pointe (14) du cathéter (16), lesdits moyens à source d'énergie (18) créant le champ magnétique de courant alternatif, le courant ayant une première phase et les lignes de flux du champ magnétique étant dirigées essentiellement perpendiculairement par rapport au plan de la surface du tissu biologique et développant une tension de sortie alternative ayant une seconde phase dans les moyens de détection (12) lorsque les moyens à source d'énergie (18) et les moyens de détection (12) sont à proximité immédiate et perpendiculaire, caractérisé en ce qu'on prévoit des moyens de comparaison connectés aux moyens à source d'énergie (18) et de détection (12) pour comparer la seconde phase de la tension de sortie alternative et la première phase du champ magnétique créé par le courant alternatif, et en ce qu'on détermine une coordonnée unique de position de la pointe (14) de cathéter en mesurant une région planaire à l'intérieur de laquelle le champ magnétique créé par le courant alternatif développe une tension nette de sortie égale à zéro dans les moyens de détection (12) et à l'intérieur de laquelle les moyens de comparaison produisent une séquence de transition de phase prédéterminée dans la tension de sortie par rapport à la première phase, lorsque les moyens à source d'énergie (18) sont placés à proximité immédiate des moyens de détection (12) et dans une direction relative perpendiculaire à et au-delà des moyens de détection (12). Verfahren zur Anwendung mit einem Katheter (16), der eine Spitze (14) und eine lichte Weite aufweist, wobei das Verfahren den Ort der Spitze (14) des Katheters (16) in biologischem Gewebe bestimmt und die Schritte aufweist: Bereitstellen einer Detektionseinrichtung (12) im Bereich der Spitze (14) der lichten Weite des Katheters (16) zum Erzeugen einer abgegebenen Wechselspannung als Antwort auf ein magnetisches Wechselfeld in unmittelbarer Nähe zur Detektionseinrichtung (12), Führen einer Einrichtung (18) zur Energieversorgung über die Außenseite des biologischen Gewebes nach Maßgabe von anatomischen Landmarken in Übereinstimmung mit der ungefähren Lage der Spitze (14) des Katheters (16), wobei die Einrichtung (18) zur Energieversorgung das magnetische Wechselfeld erzeugt, wobei der Strom eine erste Phase aufweist, bei der die Flußlinien im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Gewebeoberfläche verlaufen, und in der Detektionseinrichtung (12) die eine zweite Phase aufweisende abgegebene Wechselspannung erzeugt, wenn die Einrichtung (18) zur Energieversorgung und die Detektionseinrichtung (12) sich zueinander in unmittelbarer Nähe und in senkrechter Anordnung befinden, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Einrichtung (18) zur Energieversorgung und der Detektionseinrichtung (12) verbundene Vergleichseinrichtung vorgesehen wird zum Vergleichen der zweiten Phase der abgegebenen Wechselspannung mit der ersten Phase des magnetischen Wechselfeldes und eine einfache Koordinate der Lage der Spitze (14) des Katheters (16) bestimmt wird durch Messen eines ebenen Bereiches, innerhalb dessen das magnetische Wechselfeld in der Detektionseinrichtung (12) eine Gesamt-Wechselspannung von Null erzeugt, und innerhalb dessen die Vergleichseinrichtung bezüglich der abgegebenen Spannung bei Vergleich mit der ersten Phase eine vorbestimmte Phasenübergangssequenz erzeugt, wenn die Einrichtung (18) zur Energieversorgung in die unmittelbare Nähe der Detektionseinrichtung (12) und in senkrechter Anordnung dazu über sie hinweg bewegt wird.
  11. 11
    A method according to claim 10 which further comprises determining the location of the catheter (16) tip (14) by combining the single coordinate of the determining step with the anatomical landmarks indicating the biological tissue in which the catheter (16) is located. Procédé selon la revendication 10, comprenant en outre une étape de détermination de la position de la pointe (14) du cathéter (16) par combinaison de la coordonnée unique de l'étape de détermination avec les points de repères anatomiques repérant le tissu biologique dans lequel le cathéter (16) est placé. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem weiterhin der Ort der Spitze (14) des Katheters (16) bestimmt wird durch Kombinieren der einfachen Koordinate des Bestimmungsschritts mit den anatomischen Landmarken, die das biologische Gewebe anzeigen, in dem sich der Katheter (16) befindet.
  12. 12
    Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'étape de détermination comprend la génération d'un premier indicateur visuel (42) lorsque la sortie alternative est en phase avec le courant alternatif;et la génération d'un second indicateur visuel (44) lorsque la sortie alternative est déphasée par rapport au courant alternatif. The method according to claim 10 wherein the determining step includes providing a first visual indication (42) when the alternating output voltage is in phase with the alternating current;and providing a second visual indication (44) when the alternating output voltage is out of phase with the alternating current. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Bestimmungsschritt eine erste visuelle Anzeige (42) umfaßt, wenn die abgegebene Wechselspannung gleichphasig mit dem Wechselstrom ist, und ein zweites visuelles Signal (44) umfaßt, wenn die abgegebene Wechselspannung zum Wechselstrom phasenverschoben ist.
  13. 13
    Procédé selon la revendication 12, dans lequel l'étape de détermination génère en outre un signal audible (48) lorsque la séquence de transition de phase est en cours. The method of claim 12 wherein the determining step further includes providing an audible signal (48) upon the occurrence of the phase transition sequence. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Bestimmungsschritt weiter ein akustisches Signal (48) beim Eintreten der Phasenübergangssequenz umfaßt.
  14. 14
    Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'étape de préparation comprend les étapes suivantes:(a) fourniture d'un guide-câble, lesdits moyens de détection (12) étant assujettis au guide-câble (22);et(b) positionnement du guide-câble (22) à l'intérieur du cathéter (16) pour l'introduction dudit cathéter à l'intérieur du tissu biologique. The method of claim 10 wherein the providing step includes: (a) providing a guidewire (22), with the detecting means being secured to the guidewire (22);and(b) positioning the guidewire (22) within the catheter (16) for entry into the biological tissue with the catheter (16). Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bereitstellens umfaßt: (a) Bereitstellen eines Führungsdrahtes (22), wobei die Detektionseinrichtung an dem Führungsdraht (22) befestigt ist;und(b) Positionieren des Führungsdrahtes (22) innerhalb des Katheters (16) zum Eintritt in das biologische Gewebe mit dem Katheter (16).
Independent claims14