DE10157965A1

DE10157965A1 - Navigationssystem mit Atem- bzw. EKG-Triggerung zur Erhöhung der Navigationsgenauigkeiten

Info

Publication number: DE10157965A1
Application number: DE10157965A
Authority: DE
Inventors: Norbert Rahn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-26
Also published as: JP2003180680A; US20030114749A1

Abstract

Navigationssystem, insbesondere für navigationsgeführte Biopsien oder chirurgische Eingriffe an bewegten Körperteilen, insbesondere am Herzen, bei dem die Position eines im Körper verschobenen, mit Positionssensoren versehenen Gerätes (Zeiger, Tool, chirurgisches Instrument o. dgl.) in einen präoperativ erstellten Bilddatensatz, vorzugsweise einen 3-D-Datensatz, eingeblendet wird, wobei ein EKG-Device oder ein Atmungs-Device zur Erzeugung eines Triggersignals zur vorgegebenen Phase der präoperativen Erstellung des Bilddatensatzes vorgesehen, und wobei die Koordinaten der Positionssensoren nur im Triggerzeitpunkt in das präoperative Bild eingeblendet werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Navigationssystem, insbesondere für navigationsgeführte Biopsien oder chirurgische Eingriffe an bewegten Körperteilen, insbesondere am Herzen, bei dem die Position eines im Körper verschobenen, mit Positionssensoren versehenen Gerätes (Zeiger, Tool, chirurgisches Instrument od. dgl.) in einen präoperativ erstellten Bilddatensatz, vorzugsweise einen 3D-Datensatz, eingeblendet wird.
Um eine solche Einblendung korrekt vornehmen zu können, werden die Koordinaten der Zeiger, Tools oder chirurgischen Instrumente in einer sogenannten Registrierungsprozedur einmalig vor der eigentlichen Navigation auf die Koordinaten der medizinischan Bilddaten geeicht. Nach dieser Registrierungsprozedur können die Zeiger, Tools oder chirurgischen Instrumente dann fortlaufend oder intermittierend präzise in den medizinischen Bilddaten visualisiert werden, wenn davon ausgegangen werden kann, dass der für die Navigation relevante Anatomiebereich des Patienten zum Zeitpunkt der Registrierungsprozedur und während der sich anschließenden Navigationsprozedur relativ zum Ursprung des Koordinatensystems des Navigationssystems und relativ zu seiner Abbildung in den präoperativen Bilddaten fix bleibt.
Diese Annahme ist aber in der Praxis häufig nicht gerechtfertigt.
Bei navigationsgestützten intrakardialen Interventionen, bei denen ein mit Positionssensoren eines Navigationssystems bestückter Katheter in das Herz eingeführt wird, bewegt sich das Herzgewebe durch den Herzschlag des Patienten. Dies bedeutet, dass ein Katheter, der beispielsweise zum Zwecke einer HF-Ablation intrakardial an der Herzwand positioniert wird, sich zusammen mit der Kontraktion und Extraktion des Herzgewebes bewegt und somit die empfangenen Koordinaten des Navigationssystems nur in einer ganz bestimmten Herzschlagphase exakt auf die korrespondierenden - beispielsweise präoperativ erzeugten - medizinischen 3D-Bilddaten des Herzens abgebildet werden können. Durch diese, durch die Herzkontraktion bedingte, zeitlich variierende Diskrepanz zwischen Navigationspositionen und präoperativen Bilddaten ist es derzeit nicht möglich, den Katheter präzise in dreidimensionale medizinische Bilddaten einzublenden.
Diese Begrenzung hinsichtlich der Einblendbarkeit eines Katheters in die medizinischen Bilddaten gilt auch bei navigationsgestützten minimalinvasiven Eingriffen, wie beispielsweise laparoskopischen oder endoskopischen Eingriffen im Abdomen-Bereich, bei denen Atmungsaktivität des Patienten die für den Eingriff bzw. die Navigation relevanten Regionen relativ zum Ursprung des Koordinatensystems des Navigationssystems und relativ zu den präoperativen Bilddaten zeitlich variabel verschiebt und verformt.
Das Problem von verschiedenen Herzschlag- bzw. Atmungsphasen wurde zwar bisher weitgehend bereits für die Bildgenerierung, nicht aber für die Koordinaten der Navigationssysteme gelöst.
Bei navigationsgeführten Biopsie-Eingriffen ist ein Ansatz bekannt, bei dem die Biopsienadel nur in der Atmungsphase eingeführt werden darf, die der Atmungsphase der Erzeugung der für die Biopsieprozedur verwendeten präoperativen Bilddaten entspricht. Bei diesem Ansatz wird ein zusätzlicher Positionssensor eines Navigationssystems am Körper des Patienten befestigt und dem Arzt eine Mitteilung (optisch oder akustisch) gegeben, wenn die Atemphase des Patienten (während des Biopsieeingriffs) mit der Atemphase des Patienten, in der die präoperativen Bilddaten aufgenommen wurden, übereinstimmt. Dieses Vorgehen ist für relative kurze Eingriffe wie die Biopsie praktikabel, aber nicht für längere Eingriffe wie Katheter-Interventionen oder chirurgische Thorax- oder Abdomen- Eingriffe.
Bei intrakardialen Mapping-Prozeduren mit dem Ziel der Ablation, also der Zerstörung von Fehlerstellen mit Hochfrequenz, sind Ansätze bekannt, bei denen zusätzlich zu einem in einem Kardio-Katheter integrierten Positionssensor eines elektromagnetischen Navigationssystems eine Referenzspule an der Herzwand angebracht wird. So werden während des intrakardialen Mappings die Koordinaten des Katheters relativ zu dieser Referenzspule erfasst, um die durch den Herzschlag bedingten Koordinatenänderungen zu kompensieren. Allerdings funktioniert dieses Prinzip nur bei Mapping-Prozeduren ohne die Verwendung anatomischer Bilddaten des Herzens. In der Zukunft wird aber die Verwendung von anatomischer 3D-Bildgebung auch für intrakardiale Applikationen eine immer bedeutendere Rolle spielen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Navigationssystem der Eingangs genannten Art so auszugestalten, dass ohne Zutun des Patienten oder des Operateurs eine exakte Einblendung von Zeigern, Tools oder chirurgischen Instrumenten in ein präoperatives Bild möglich ist, das auch die durch die Atembewegung oder den Herzschlag sich ergebenden Verformungen berücksichtigt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein EKG-Device oder ein Atmungs-Device zur Erzeugung eines Triggersignals zur vorgegebenen Phase der präoperativen Erstellung des Bilddatensatzes vorgesehen, wobei die Koordinaten der Positionssensoren nur im Triggerzeitpunkt in das präoperative Bild eingeblendet werden.
Diese erfindungsgemäße getriggerte Einblendung der Position des Katheters oder Instruments in das präoperative Bild, die bevorzugt in der Weise realisiert sein kann, dass nur im Triggerzeitpunkt die Koordinaten der Positionssensoren an eine Navigationsworkstation weitergegeben werden, garantiert, dass der Operateur die Position beispielsweise des Katheters oder Instruments immer nur in dem Zeitpunkt eingeblendet bekommt, wenn die Phase des Herzschlags oder der Atembewegung mit der Herzschlagphase oder Atembewegungsphase der Aufnahme der präoperativen Bilder übereinstimmt, sodass keine Abweichungen durch die Bewegung der relevanten Körperregionen auftreten können. Der Operateur braucht auch nicht darauf zu achten, welche der angezeigten Positionen über ein Signal als übereinstimmend mit dem Zeitpunkt der Bilddatenaufnahme angezeigt wird. Das jeweilige Instrument, also beispielsweise die Katheterspitze, wird grundsätzlich nur dann eingeblendet, wenn die richtige Phase vorhanden ist, sodass der Operateur sich vollständig auf die eigentliche Arbeit konzentrieren kann.
Zur Erstellung des präoperativen Datensatzes kann vorgesehen sein, dass parallel zur Untersuchung zur Erstellung der präoperativen Bilder, also beispielsweise parallel zur CT- Untersuchung, ein Atemfrequenz- oder EKG-Signal aufgezeichnet wird und nur die zu bestimmten Phasenstellungen gemachten Aufnahmen zur Erstellung des Bilddatensatzes verwendet werden.
Diese Parallelaufzeichnung von Atemfrequenz- oder EKG-Signal zur Auswahl bestimmter Bilder aus denen dann der 3D-Bilddatensatz rekonstruiert wird, eignet sich ganz besonders für CT-Aufnahmen in Verbindung mit Atembewegungen. Die Dauer der Aufnahme dauert im Allgemeinen länger, als dem Patienten eine Atemunterbrechung zugemutet werden kann. In diesem Fall können die 3D-CT Daten zu einer einzigen Atemphase rekonstruiert werden, also beispielsweise nur in der Ausatemphase. Um dies durchführen zu können, wird parallel zur CT-Untersuchung ein Atemsignal aufgezeichnet, beispielsweise mit einem um den i Brustkorb gelegten Atemgürtel.
Alternativ zu dieser Parallelaufzeichnung eines Atemfrequenz- oder EKG-Signals zur Erstellung der präoperativen Bilder kann in Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Bildgebung zur Rekonstruktion des präoperativen Bilddatensatzes durch eine bestimmte Phase eines Atmungs- oder EKG- Signals getriggert wird. Eine Triggerung erfolgt also nicht nur bei der Einblendung der Koordinaten der Positionssensoren während des intrakardialen Eingriffs, sondern eine solche Triggerung erfolgt bereits bei der Erstellung des präoperativen Bilddatensatzes. Auf diese Weise können auch 2D-Aufnahmen, beispielsweise ein Röntgenbild, das während einer kardiologischen Intervention generiert wird, zu einem definierten Herzschlag- oder Atemzyklus generiert werden und folglich für nachfolgende Navigationsprozeduren verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die schematisch ein erfindungsgemäßes Navigationssystem mit einem System zur Erzielung der präoperativen Bilddaten zeigt.
Der Patient 1 wird beispielsweise in einem CT-Gerät 2 untersucht, wobei am Körper des Patienten neben Markern 3, die für die spätere Registrierung von besonderer Bedeutung sind, auch Elektroden 4 für ein EKG-Gerät oder aber auch ein Brustgürtel für ein Atemtriggerungsgerät angebracht sind.
Die Signale des EKG-Geräts werden parallel zu den CT-Aufnahmen aufgezeichnet, sodass eine Auswahl der CT-Aufnahmen, die zur Erstellung des 3D-Bilddatensatzes führen sollen, danach vorgenommen werden kann, zu welchem besonderen Zeitpunkt, also beispielsweise 200 msec nach der R-Zacke der Herzschlagsignals, erstellt worden ist. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, dass die CT-Aufnahmen durch das EKG-Gerät 5 so getriggert werden, dass Aufnahmen immer nur zu der gewünschten Phase des Herzschlags oder einer Atembewegung erstellt werden. Aus diesen CT-Aufnahmen wird ein präoperativer Bilddatensatz 7 erstellt.
Dieser präoperative Bilddatensatz 7, der genau zu einer bestimmten Phase des Herzschlags oder der Atembewegung erstellt worden ist, soll nun bei einem späteren Eingriff - in der Figur rechts dargestellt - dazu verwendet werden, dass die Position eines Katheters 8 oder eines anderen chirurgischen Instruments od. dgl., über ein Navigationssystem 9 in den präoperativen Bilddatensatz eingeblendet wird und zwar so, dass die Herzbewegungen die eingeblendete Position des Katheters nicht verfälschen.
Zu diesem Zweck wird zunächst der präoperative Bilddatensatz durch eine Registrierung mit den Koordinaten des Navigationssystems 9 und der zugehörigen Marker 3 in Übereinstimmung gebracht. Der Patient 1 trägt wiederum eine Sonde 4 für ein EKG 10, das eine Triggerung des Navigationssystems dahingehend vornimmt, dass nur zum Phasenzeitpunkt der Erstellung des präoerativen Bilddatensatzes 7 Koordinatenden der Positionssensoren des Katheters 8 vom Navigationssystem 9 an eine Navigationsworkstation 11 weitergegeben und von dieser in den registrierten präoperativen 3D-Datensatz bei 12 eingeblendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So muss die Triggerung nicht bereits vor der Weitergabe der Koordinaten der Positionssensoren an die Navigationsworkstation erfolgen, sondern kann auch in dieser durchgeführt werden. Darüber hinaus kann anstelle einer EKG- Triggerung auch eine Atemtriggerung bei einem erfindungsgemäßen Navigationssystem vorgesehen sein.

Claims

1. Navigationssystem, insbesondere für navigationsgeführte Biopsien oder chirurgische Eingriffe an bewegten Körperteilen, insbesondere am Herzen, bei dem die Position eines im Körper verschobenen, mit Positionssensoren versehenen Gerätes (Zeiger, Tool, chirurgisches Instrument od. dgl.) in einen präoperativ erstellten Bilddatensatz, vorzugsweise einen 3D- Datensatz, eingeblendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein EKG-Device oder ein Atmungs-Device zur Erzeugung eines Triggersignals zur vorgegebenen Phase der präoperativen Erstellung des Bilddatensatzes vorgesehen, und dass die Koordinaten der Positionssensoren nur im Triggerzeitpunkt in das präoperative Bild eingeblendet werden.

2. Navigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur im Triggerzeitpunkt die Koordinaten der Positionssensoren an eine Navigationsworkstation weitergegeben werden.

3. Navigationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Untersuchung zur Erstellung der präoerativen Bilder ein Atemfrequenz- oder EKG-Signal aufgezeichnet wird und nur die zu bestimmten Phasenstellungen gemachten Aufnahmen zur Erstellung des Bilddatensatzes verwendet werden.

4. Navigationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildgebung zur Rekonstruktion des Bilddatensatzes durch eine bestimmte Phase eines Atmungs- oder EKG-Signals getriggert wird.