DE102005050286A1 - Verfahren und Vorrichtung, um dreidimensionale Modelle anatomischer Regionen eines Herzens und ein Positionsverfolgungssystem mit Projektionsbildern eines interventionellen Durchleuchtungssystems zur Deckung zu bringen - Google Patents
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Abstract
Ein Bildgebungssystem (100) in einem medizinischen interventionellen Verfahren ist offenbart. Ein erstes Bildakquisitionssystem (115) ist dazu eingerichtet, ein Leuchtschirmbild (182) einer anatomischen Region (255) hervorzubringen. Ein zweites Bildakquisitionssystem (118) ist dazu eingerichtet, ein dreidimensionales Modell (184) der anatomischen Region (255) zu erzeugen. Ein interventionelles Positionsverfolgungssystem (405), das eine Positionsanzeige (410) aufweist, ist dazu eingerichtet, innerhalb der anatomischen Region (255) zu manövrieren. Ein erstes anatomisches Referenzsystem (117) ist sowohl dem ersten als auch dem zweiten Bildakquisitionssystem (115, 118) gemein, und ein zweites anatomisches Referenzsystem (420) ist sowohl dem ersten Bildakquisitionssystem (115) als auch dem interventionellen Positionsverfolgungssystem (405) gemein. Ein Verarbeitungsschaltkreis (170), der dazu eingerichtet ist, ausführbare Befehle zu verarbeiten, die dazu dienen, das zweite Bildakquisitionssystem (118) mit dem ersten Bildakquisitionssystem (115) zur Deckung zu bringen, um eine erste Überdeckung zu definieren, das interventionelle Positionsverfolgungssystem (405) mit dem ersten Bildakquisitionssystem (115) zur Deckung zu bringen, um eine zweite Überdeckung zu definieren, und das interventionelle Positionsverfolgungssystem (405) in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Überdeckung mit dem zweiten Bildakquisitionssystem (118) zur Deckung zu bringen.
Description
- HINTERGRUND
- Diese Erfindung betrifft ganz allgemein ein medizinisches Bildgebungssystem und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die dazu dienen, dreidimensionale Modelle anatomischer Regionen mit einem interventionellen Positionsverfolgungssystem durch mit einem Röntgendurchleuchtungssystem gewonnene Projektionsbilder derselben anatomischen Regionen zur Deckung zu bringen.
- Während einer Reihe interventioneller Verfahren zur Verbesserung der Elektrotherapie am Herzen muss der Arzt Katheter und/oder Elektroden innerhalb der Herzkammern führen. Zu den beiden kompliziertesten und am meisten verbreiteten Verfahren zählen beispielsweise Vorhofflimmern-(AF = atrial fibrillation)-Ablation und biventrikuläre Stimulation.
- Das häufigste Herzrhythmusproblem ist das Vorhofflimmern, eine Herzrhythmusstörung, bei der die Vorhöfe (oberen Herzkammern) die Kontraktion einstellen, während sie flimmern. Es wird geschätzt, dass allein in den USA bei über 2 Million Menschen Vorhofflimmern auftritt. Aktuelle Daten lassen annehmen, dass dies die am meisten verbreitete Ursache für Klinikeinweisungen im Zusammenhang mit Herzrhyth musstörungen ist. Für von AF betroffene Patienten ist die Wahrscheinlichkeit für ein Auftreten von Komplikationen wie Schlaganfall und kongestiver Herzinsuffizienz hoch. Vorzeitige Herzvorhofkontraktionen können als Auslöser wirken und Anfälle von AF einleiten. Es wurde nachgewiesen, dass diese vorzeitigen Herzvorhofkontraktionen überwiegend in den Pulmonalvenen von dem linken Vorhof her ausgehen. Da seltene und nicht reproduzierbare vorzeitige Herzvorhofkontraktionen die Nützlichkeit einer Ablation von Auslöserorten begrenzen können, wurden vielfältige Chirurgie und Katheter einsetzende Techniken verwendet, um die Pulmonalvenen von dem linken Vorhof zu isolieren.
- Eine der chirurgischen Techniken, die verwendet werden, um AF zu behandeln (abladieren), verwendet Anwendungen von Hochfrequenzwellen, um auf der Oberfläche des Herzens nahe der Verbindung zwischen den Pulmonalvenen und dem linken Vorhof kleine Narben zu erzeugen. Die durch die Hochfrequenzwellen erzeugten kleinen Narben neigen dazu, die ungleichmäßigen Impulse von AF anzuhalten, indem diese bewogen werden einen regulären Strompfad durch das Herz zu folgen. Typischerweise wird ein derartiges chirurgisches Verfahren mittels einer Brustkorbinzision durchgeführt. Gewöhnlich während einer Chirurgie, die aus anderen Gründen am offenen Herzen ausgeführt wird, z.B. während einer Herzklappenchirurgie oder Bypass-Chirurgie, benutzen Chirurgen speziell konstruierte Instrumente, um Hochfrequenzwellen in das abnormale Gewebe abzustrahlen. Diese Art einer chirurgischen Technik ist zwar effizient, wenn der Patient aus einem anderen Grund am offenen Herzen operiert wird, jedoch sind Katheter verwendende Behandlungsmethoden praktischer, solange für den Patienten keine sonstigen, eine invasive Chirurgie am offenen Herzen rechtfertigende Gründe vorliegen.
- Einer der Kathetertechniken verwendet, nachdem ein Katheter durch ein Blutgefäß eingeführt wurde, ein mittels Fluoroskopie geführtes Positionieren desselben im linken Vorhof und die Applikation von Hochfrequenzenergie auf Bereiche, die doppelte Potentiale zeigen, die annehmen lassen, das dies Stellen sind, die in der Lage sind, zwischen dem linken Vorhof und den Pulmonalvenen elektrisch zu leiten. Es wurde ferner nachgewiesen, dass eine Ablation an anderen Stellen, beispielsweise zwischen der Mitralklappe und den linken Pulmonalvenen und zwischen den Pulmonalvenen, wie sie während des chirurgischen Eingriffs durchgeführt wird, die Erfolgsrate einer AF-Ablation steigern kann. Die dreidimensionale Rekonstruktion des linken Vorhofs mittels einiger gegenwärtig verfügbarer Technologien, wobei es dem Arzt nicht möglich ist, die Pulmonalvenen-Ostia (Öffnung dieser Venen in den linken Vorhof hinein) von innen her sichtbar zu machen, die unterschiedlichen Abmessungen der Pulmonalvenen, und dementsprechend der Ostia der Pulmonalvenen, und die Schwierigkeit, die Abbildungs- und Ablationskatheter aufgrund der komplizierten dreidimensionalen Geometrie der Orte der Pulmonalvenen-Ostia in diesen Bereichen stabil zu halten, machen sämtliche gegenwärtige Ansätze für eine Abbildung und Ablation mittels gegenwärtiger fluoroskopisch geführter Techniken ziemlich umständlich und zeitraubend. Wegen dieser Beschränkungen wurde bisher insbesondere bei Patienten mit dauerhaften Vorhofflimmern ein chirurgische Eingriff gegenüber einer Hochfrequenzkatheterablation bevorzugt, und es wird geschätzt, dass weniger als 20 Prozent der Patienten mit dau erhafter AF, die aufgrund der AF einer Hochfrequenzablation unterworfen werden, Vorteile aus diesem Ansatz ziehen.
- Ein Faktor, der möglicherweise mit der oben erwähnten Beschränkung in Zusammenhang steht, basiert darauf, dass der Anwender ein interventionelles Instrument gewöhnlich hauptsächlich mit Hilfe der Leuchtschirmbilder führt. Eine typische Aufgabe in einem derartigen Verfahren ist das Setzen eines Katheters an einer speziellen Position, z.B. an einer der Pulmonalvenen. Diese anatomischen Strukturen werden von dem Röntgensystem nur vage abgebildet, da sie gegenüber den umgebenden anatomischen Strukturen keinen Kontrast aufweisen.
- Dieses medizinische Ziel wäre erheblich einfach zu bewältigen, wenn diese anvisierten anatomischen Strukturen in der exakten anatomische Weise unabhängig von den umgebenden anatomischen Strukturen auf dem Leuchtschirmbild sichtbar wären.
- Eine weiteres wichtiges Verfahren, wie es oben erwähnt ist, verwendet in der Therapie von Herzinsuffizienz biventrikuläre Stimulation. Obwohl die Fortschritte in der Behandlung kongestiver Herzinsuffizienz (CHF = Congestive Heart Failure) beachtlich sind, stellt diese Krankheit weltweit immer noch ein großes Problem auf dem Gesundheitssektor dar. Es wird geschätzt, dass in den USA und Europa 6–7 Million Menschen an CHF leiden, und bei etwa 1 Million Patienten wird jährlich CHF diagnostiziert.
- Trotz wesentlicher Fortschritte in der Behandlung von CHF unter Verwendung vielfältiger pharmakologischer Therapien, ist die Lebensqualität von Patienten mit CHF einge schränkt, da häufige Klinikeinweisungen erforderlich sind, und die Herzinsuffizienz eine verbreitete Todesursache ist. Darüber hinaus ist diese Problematik mit erheblichen Kosten verbunden.
- Die normale elektrische Stimulierung im Herzen verwendet ein Stimulation der als Vorhöfe bezeichneten oberen Kammern, gefolgt von einer durch den linken und rechten Schenkel bewirkten simultanen Stimulation sowohl der rechten als auch der linken unteren Kammer, die als Ventrikeln bezeichnet werden. Da Patienten mit fortgeschrittener CHF möglicherweise an einer Reizleitungssystemerkrankung leiden, die möglicherweise an der Verschlechterung der Herzfunktion beteiligt ist, wurden Stimulierungstherapien mit dem Ziel eingeführt, die Herzfunktion zu verbessern. Ein häufig festgestellte Reizleitungsanomalie ist der Linksschenkelblock (LBBB = Left Bundle Branch Block). In einer Untersuchung (Xiao HB, et al. mit dem Titel "Differing effects of right ventricular pacing and LBBB on left ventricular function", Br Heart J 1993; 69: 166–73) waren 29 % der Patienten mit CHF von LBBB betroffen. Linksschenkelblock verzögert den linksventrikulären Ausstoß aufgrund einer verzögerten linksventrikulären Erregung, da der elektrische Impuls von rechts nach links wandern muss, was, wie zuvor erwähnt, anstelle einer simultanen Erregung einer sequentielle hervorruft. Darüber hinaus kontrahieren unterschiedliche Regionen der linken Herzkammer (LV) möglicherweise unkoordiniert.
- Eine auch als biventrikuläre (Bi-V) Stimulation bekannte kardiale Resynchronisation zeigte günstige Ergebnisse bei Patienten mit CHF und LBBB. Während einer biventrikulären Stimulierung werden sowohl die rechte als auch die linke Herzkammer (RV, LV) des Herzens gleichzeitig stimuliert, um die Herzpumpeffizienz zu steigern. Weiter wurde kürzlich nachgewiesen, dass auch Patienten, die keine Reizleitungsanomalien wie LBBB aufweisen, Vorteile aus einer biventrikulären Stimulierung ziehen können. Während einer biventrikulären Stimulierung wird zusätzlich zu der Standard-Elektrode für den rechten Herzvorhof und das rechte Ventrikel, die gegenwärtig in verfügbaren Defibrillatoren oder Schrittmachern verwendet wird, eine zusätzliche Elektrode in dem Koronarsinus positioniert. Die zusätzliche Elektrode wird anschließend in einen der Zweige des Koronarsinus vorgeschoben, der auf der epikardialen (äußeren) linksventrikulären Oberfläche aufliegt. Wenn sich sämtliche Elektroden an Ort und Stelle befinden, werden die rechts- und linksventrikulären Elektroden gleichzeitig stimuliert und auf diese Weise eine Synchronisation mit der Vorhofkontraktion erzielt.
- Es bestehen jedoch einige Probleme im Zusammenhang mit diesem Ansatz. Erstens ist diese Vorgehensweise zeitraubend. Zweitens ist ein Platzieren der LV-Elektrode auf verfügbare Orte beschränkt, die geeignete Stimulations- und Erfassungsparameter aufweisen. Und drittens ist eine Kanülierung des Koronarsinus aufgrund eines vergrößerten rechten Vorhofs, einer Drehbewegung des Herzens oder der Anwesenheit der Thebesius-Klappe (eines Ventils in der Nähe der Öffnung des Koronarsinus) möglicherweise schwierig. Es wurde auch über Koronarsinusstenose (Okklusion) bei Patienten berichtet, an denen früher eine Koronararterien-Bypass-Chirurgie durchgeführt wurde, was das Problem weiter erschwert.
- In den meisten Fällen kommt es im Zusammenhang mit dem Platzieren der Koronarsinuselektrode im Laufe des interventionellen Eingriffs zu Problemen. Falls das Verfahren des Platzierens der Koronarsinuselektrode verworfen wird, wird der Patient in den Operationssaal zurück gebracht, und die LV-Elektrode wird epikardial positioniert. Während dieses Verfahrens wird an der seitlichen Thoraxwand eine Inzision durchgeführt, und die Elektrode wird an der Außenseite der linken Herzkammer platziert.
- Leider ist auch die epikardiale Platzierung der Elektrode mit vielen Problemen verbunden, zu denen, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, zählen:
eingeschränkte Sicht auf den posterolateralen Bereich der linken Herzkammer bei Verwendung der auch als minimalinvasive Thorakotomie bezeichneten Inzision der Thoraxwand;
die beschränkte Anzahl von Platzierungsstellen, die geeignete Stimulations- und Erfassungsparameter bereitstellen;
das Unvermögen, die am besten geeignete Position und Platzierung der Elektrode an dem am besten geeigneten Ort zu identifizieren;
die potentielle Gefahr einer Beschädigung der Koronararterien und des venösen Systems; und
die auf ein oder mehrere der oben erwähnten Beschränkungen zurückzuführende Schwierigkeit einer Identifizierung der idealen Stimulationstelle. - Es wurde ferner nachgewiesen, dass LV-Stimulierung für sich genommen ebenso wirkungsvoll wie eine biventrikuläre Stimulierung kann sein. Allerdings wird in gegenwärtig verwendeten Techniken aufgrund der instabilen Natur der Koronarsinuselektrode eine Stimulations- und Messelektrode gewöhnlich in der rechten Herzkammer angeordnet.
- Kardiale CT kann eingesetzt werden, um eine Blutwegekarte der Anatomie des Koronarsinus und des linken Ventrikels zu erzeugen, so dass sich für eine Bi-V/LV-Stimulierung entweder an dem am besten geeigneten Zweig des Koronarsinus, oder epikardial (von außen her) an der linksventrikulären Wand geeignete Stellen für das Platzieren einer LV-Stimulationselektrode identifizieren lassen. Mittels CT- oder MR-Bildgebung lassen sich auch Bereiche ohne Blutgefäße und Nerven, sowie Narbengewebe identifizieren. Diese Verfahren können außerdem verwendet werden, um die asymmetrische Kontraktion der Herzkammern zu ermitteln und unterschiedliche Regionen der Herzkammern zu identifizieren, die sich nicht in einer koordinierten Weise zusammenziehen. Die Anwesenheit einer auf frühere Herzanfälle zurückzuführenden Vernarbung kann diese unkoordinierte Kontraktion sogar noch verschlimmern.
- Während eines interventionellen Verfahrens kann der Anwender ein interventionelles Instrument hauptsächlich mit Hilfe der Leuchtschirmbilder führen. Allerdings werden strategisch wichtige anatomische Strukturen, z.B. im Falle einer Planung eines interventionellen Vorgehens für AF der linke Vorhof und die Pulmonalvenen, und beispielsweise im Falle des Planens einer biventrikulären Stimulation der Koronarsinus und seine Zweige von dem Röntgensystem nicht ab gebildet, da sie gegenüber den umgebenden anatomischen Strukturen keinen Kontrast aufweisen. Dementsprechend wäre die medizinische interventionelle Aufgabe erheblich leichter zu bewältigen, falls diese anvisierte anatomische Struktur auf dem Leuchtschirmbild sichtbar wäre.
- In manchen Fällen kann der Anwender außerdem ein interventionelles Positionsverfolgungssystem benutzen, bei dem ein auf einem Katheter basierendes Positionsverfolgungssystem mit Navigationsfunktionen ausgestattet ist, die in der Lage sind, die Position des Katheters in einem vorgegebenen Referenzgebiet vorzusehen. Allerdings werden die durch die Sonde bereitgestellten Navigationsdaten in dem echten dreidimensionalen Modell nicht wiedergegeben.
- Während vorhandene medizinische Verfahren unter bestimmten medizinischen Umständen angemessen und geeignet sein können, bestehen dennoch wesentliche verfahrensbedingte Beschränkungen. Um diese Nachteile zu beseitigen besteht daher nach dem Stand der Technik ein Bedarf nach einem verbesserten Verfahren und einer verbesserten Vorrichtung, um dreidimensionale Modelle anatomischer Regionen mit deren Projektionsbildern zur Deckung zu bringen, und die dreidimensionalen Modelle mit einem interventionellen Positionsverfolgungssystem zur Deckung zu bringen.
- KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Ausführungsbeispiele der Erfindung beinhalten ein Bildgebungssystem für den Einsatz in einem medizinischen interventionellen Verfahren. Ein erstes Bildakquisitionssystem ist dazu eingerichtet, ein Leuchtschirmbild von ei ner anatomischen Region zu erzeugen. Ein zweites Bildakquisitionssystem ist dazu eingerichtet, ein dreidimensionales Modell der anatomischen Region zu erzeugen; Eine interventionelles Positionsverfolgungssystem, das eine Positionsanzeige enthält, ist dazu eingerichtet, um innerhalb der anatomischen Region zu manövrieren. Ein erstes anatomisches Referenzsystem ist sowohl dem ersten als auch dem zweiten Bildakquisitionssystem gemein, und ein zweites anatomisches Referenzsystem ist sowohl dem ersten Bildakquisitionssystem als auch dem interventionellen Positionsverfolgungssystem gemein. Ein Verarbeitungsschaltkreis ist dazu eingerichtet, ausführbare Befehle zu verarbeiten, die dazu dienen, das zweite Bildakquisitionssystem mit dem ersten Bildakquisitionssystem zur Deckung zu bringen, um eine erste Überdeckung zu definieren, das interventionelle Positionsverfolgungssystem mit dem ersten Bildakquisitionssystem zur Deckung zu bringen, um eine zweite Überdeckung zu definieren, und das interventionelle Positionsverfolgungssystem in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Überdeckung mit dem zweiten Bildakquisitionssystem zur Deckung zu bringen.
- Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung beinhalten ein Verfahren, das dazu dient, ein dreidimensionales Modell einer anatomischen Region eines Patienten mit einem auf einem Katheter basierenden Positionsverfolgungssystem zur Deckung zu bringen, wobei das auf einem Katheter basierende Positionsverfolgungssystem einen Katheter mit einer Positionsanzeige aufweist. Der die Positionsanzeige aufweisende Katheter wird innerhalb der anatomischen Region angeordnet, und es wird ein Leuchtschirmbild von der anatomischen Region erzeugt. Ferner wird ein dreidimensionales Modell der anatomischen Region erzeugt. Mittels eines ersten gemeinsamen anatomischen Referenzsystems und eines dem Katheter zu geordneten unterscheidbaren Parameters wird das dreidimensionale Modell mit dem Leuchtschirmbild zur Deckung gebracht, wodurch eine erste Überdeckung definiert wird. Mittels eines zweiten gemeinsamen anatomischen Referenzsystem und von der Positionsanzeige ausgegebenen Signalen, die die Position des Katheters in dem Leuchtschirmbild kennzeichnen, wird das auf einem Katheter basierende Positionsverfolgungssystem mit dem Leuchtschirmbild zur Deckung gebracht, wodurch eine zweite Überdeckung definiert wird. Mittels der ersten Überdeckung und der zweiten Überdeckung wird das dreidimensionale Modell mit dem auf einem Katheter basierenden Positionsverfolgungssystem zur Deckung gebracht.
- Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung beinhalten ein Softwareprodukt, das dazu dient, ein dreidimensionales Modell einer anatomischen Region eines Patienten mit einem auf einem Katheter basierenden Positionsverfolgungssystem zur Deckung zu bringen, wobei das auf einem Katheter basierende Positionsverfolgungssystem einen Katheter mit einer Positionsanzeige aufweist. Das Produkt enthält ein durch einen Verarbeitungsschaltkreis auslesbares Speichermedium, das Befehle für eine Ausführung durch den Verarbeitungsschaltkreis speichert, um einige oder sämtliche Abschnitte des oben erwähnten Verfahrens auszuführen.
- Noch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung beinhalten ein Softwareprodukt, das dazu dient, ein dreidimensionales Modell einer anatomischen Region eines Patienten mit dessen anhand eines interventionellen Röntgendurchleuchtungssystems gewonnenen Projektionsbildern zur Deckung zu bringen. Das Produkt enthält ein durch einen Verarbeitungsschaltkreis auslesbares Speichermedium, das Befehle für eine Ausführung durch den Verarbeitungsschaltkreis speichert, um einige oder sämtliche Abschnitte des oben erwähnten Verfahrens auszuführen, und um die Einführung einer Katheterlieferungsvorrichtung in den interessierenden anatomischen Bereich zu überwachen, wobei die Katheterlieferungsvorrichtung über das zur Deckung gebrachte Modell zu einem interessierenden anatomischen Ort navigiert wird, und die Katheterlieferungsvorrichtung verwendet wird, um eine Therapie zu liefern.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Es wird nun auf die Figuren eingegangen, die Ausführungsbeispiele zeigen, und in denen gleichartige Elemente mit denselben Bezugsnummern versehen sind:
-
1 veranschaulicht ein verallgemeinertes Schema eines Bildgebungssystems für den Einsatz in einem medizinischen interventionellen Verfahren; -
2 veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Systems nach1 ; -
3 veranschaulicht ein verallgemeinertes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mittels des Bildgebungssystems nach1 ; -
4A , B und C veranschaulichen ein exemplarisches Zurdeckungbringen, d.h. Ausrichten eines dreidimensionalen Modells mit einem Leuchtschirmbild, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
5A , B, C, D, E und F veranschaulichen eine Gültigkeitsprüfung des Ausrichtvorgangs, ausgeführt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
6 veranschaulicht ein verallgemeinertes Flussdiagramm eines Ausrichtvorgangs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
7 veranschaulicht einen exemplarischen Katheter für eine Verwendung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
8 veranschaulicht eine Wahrscheinlichkeitsregion für eine Verwendung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Durch Nutzen der Fähigkeit der CT zu einer dreidimensionalen Bildgebung, und indem diese Bilder mit Projektionsbildern des Röntgendurchleuchtungssystems zur Deckung gebracht werden, lassen sich Pulmonalvenen und andere im Zusammenhang mit dem Auslösen und Aufrechterhalten von AF stehende Bereiche exakt und bequem identifizieren, was die mit einem Katheterverfahren zu erzielende Erfolgsrate verbessert.
- Hier offenbarte Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ferner ein System und Verfahren, durch die sich dreidimensionale Modelle anatomischer Strukturen, z.B. der Koronarsinus und die linke Herzkammer, mit Projektionsbil bern des Röntgendurchleuchtungssystems zur Deckung bringen lassen, wodurch ermöglicht wird, die Stimulationselektroden zu navigieren und an der am besten geeigneten Stelle zu platzieren.
- Durch ein Zurdeckungbringen des Positionsverfolgungssystems in dem Referenzgebiet des interventionellen Röntgendurchleuchtungssystems sollte sich die Erfolgsrate einer Kathetertechnik verwendenden AF-Ablation verbessern lassen, und ein Navigieren der LV-Elektrode zu der am besten geeigneten Stelle sollte eine Verbesserung der Effizienz einer biventrikulären oder LV-Stimulierung begünstigen.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung benutzen das Referenzgebiet der Projektionsbilder des interventionellen Röntgendurchleuchtungssystems, um das Positionsverfolgungssystem in dem Referenzgebiet des interventionellen Systems zur Deckung zu bringen. Dies wird erreicht, nachdem das dreidimensionale Modell des interessierenden anatomischen Bereichs mit dem interventionellen Röntgendurchleuchtungssystem zur Deckung gebracht wurde. Ein Zurdeckungbringen des dreidimensionalen interessierenden anatomischen Bereichs, der anhand einer Bildgebungsvorrichtung, beispielsweise eines CT-Scanners gewonnen wurde, wird mit dem Röntgendurchleuchtungssystem unter Verwendung eines Instruments, beispielsweise eines Katheters oder einer Elektrode durchgeführt, die durch einen Arzt in einem Bereich der anatomischen Region, z.B. dem Koronarsinus oder der rechten Herzkammer platziert wird. Eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung wird hier mit Bezug auf die unterschiedlichen Figuren anhand von Beispielen und ohne Beschränkung vorgelegt.
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1 veranschaulicht ein verallgemeinertes Schema eines Bildgebungssystems100 , beispielsweise für den Einsatz in einem medizinischen interventionellen Verfahren, z.B. in einem AF-Ablationsverfahren oder in einem biventrikulären Verfahren. In einem Ausführungsbeispiel gehören zu dem Bildgebungssystem100 : eine Bildgebungsvorrichtung110 , um kardiale Bilddaten, beispielsweise Bilddaten des linken Vorhofs und des Koronarsinus zu erzeugen, ein Datenakquisitionssystem120 , um die kardialen Bilddaten von der Bildgebungsvorrichtung110 zu akquirieren, eine Akquisitionsdatenbank130 zum Speichern der von dem Datenakquisitionssystem120 ausgegebenen kardialen Bilddaten, ein Bilderzeugungssystem140 , um anhand der in der Akquisitionsdatenbank130 gespeicherten kardialen Bilddaten ein betrachtbares Bild zu erzeugen, eine Bilddatenbank150 , um das von dem Bilderzeugungssystem140 erzeugte, betrachtbare Bild zu speichern, ein Anwenderschnittstellensystem160 , um die Bildgebungsvorrichtung110 und die kardialen Bilddaten und das betrachtbare Bild in den Datenbanken130 ,150 , die in einer Datenbank zusammengeführt sein können, zu verwalten, und ein Verarbeitungssystem180 , das dazu dient, das in der Datenbank150 gespeicherte betrachtbare Bild zu analysieren und wiederzugeben, und das auf das Anwenderschnittstellensystem160 anspricht. Die Verarbeitungssoftware in dem Verarbeitungssystem180 enthält Befehle und ist daher dazu eingerichtet, um Daten und Displaybilder zu analysieren, wodurch das Verarbeitungssystem180 von einem allgemeinen Prozessor zu einem spezialisierten Prozessor umgewandelt wird. Gescannte Daten, die sich in ein betrachtbares Bild konvertieren lassen, werden hier als Bilddaten bezeichnet. - Systemkommunikationsverbindungen
210 ,212 ,216 ,218 und Datenbankkommunikationsverbindungen220 ,222 stellen ein Mittel für die Signalübertragung zwischen den Systemen110 ,120 ,140 ,160 ,180 und den Datenbanken130 ,150 bereit. Die Kommunikationsverbindungen210 –222 können festverdrahtet oder drahtlos sein. Das Anwenderschnittstellensystem160 kann ein eigenständiger Eingabe/Ausgabe-Terminal oder ein Rechner sein, der Befehle in vielfältigen Maschinensprachen für die Verwendung auf vielfältigen Rechnerplattformen enthält; beispielsweise sind dies, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, auf DOSTM basierende Rechnersysteme, auf AppleTM basierende Rechnersysteme, auf WindowsTM basierende Rechnersysteme, auf HTML basierende Rechnersysteme, auf spezialisierte Programmiersprachen basierende Rechnersysteme, oder dergleichen. - Das Anwenderschnittstellensystem
160 enthält einen Prozessor170 , beispielsweise einen Mikroprozessor (MP) oder einen beliebigen sonstigen für die hier offenbarten Zwecke geeigneten Verarbeitungsschaltkreis, der dazu dient: die Bildgebungsvorrichtung110 zu steuern, die Datenakquisitions- und Bilderzeugungssysteme120 ,140 zu steuern, die Daten in den Akquisitions- und Bilddatenbanken130 ,150 zu verarbeiten und zu verwalten, und die Verarbeitung in dem Verarbeitungssystem180 zu steuern. Zu dem Anwenderschnittstellensystem160 gehören ferner: ein Arbeitsspeicher200 , der spezielle Befehle enthält, die sich auf medizinische Scanvorgänge beziehen, Anwendereingabemittel, beispielsweise eine Tastatur162 , und Anwenderausgabemittel, beispielsweise Displays164 ,166 . In einem Ausführungsbeispiel kann das Schnittstellensystem160 und das Verarbeitungssystem180 integral eingerichtet sein. Das Display164 kann für Untersuchungsanleitungen eingerichtet sein und das Display166 kann für eine Visualisierung eingerichtet sein. Alternativ können die Displays164 und166 in einem Display in tegriert sein. Die Untersuchungsanleitungen beinhalten derartige Eingabeparameter wie: CT-Scan- oder Scanbereichssteuerung, Röntgensystemsteuerung, Datenakquisitionssteuerung und dergleichen. Das Anwenderschnittstellensystem160 kann auch während einer aktuellen interventionellen Prozedur verwendet werden, um auf dem Display, wie weiter unten erläutert, sowohl Leuchtschirmbilder als auch dreidimensionale CT-Bilder wiederzugeben. Während einer aktuellen interventionellen Prozedur nimmt der Datenzugangspunkt205 von einer medizinischen Sonde, beispielsweise einem Katheter260 , Daten entgegen, was eine Analyse der Daten während der aktuellen interventionellen Prozedur in Echtzeit ermöglicht. - Die Bildgebungsvorrichtung
110 enthält einen Elektrokaridogramm-(EKG)-Monitor112 der R-Scheitelpunktereignisse114 , die im Allgemeinen den Beginn eines Herzzyklus beschreiben, über eine Schnittstellenplatine116 an einen Scanner118 , beispielsweise einen CT-Scanner, ausgibt, ein Röntgendurchleuchtungssystem115 und eine Patientenliege117 . Der Scanner118 und das Röntgendurchleuchtungssystem115 sind alternativ hier als Bildakquisitionssysteme bezeichnet. Die Schnittstellenplatine116 ermöglicht eine Synchronisation zwischen den Scannerdaten und den EKG-Monitordaten. Alternativ kann die Schnittstellenplatine116 dafür eingesetzt werden, um den EKG-Monitor112 mit dem Scanner118 zu verbinden. Ein Beispiel einer Schnittstellenplatine116 ist eine Gantryschnittstellenplatine. Ein exemplarischer Scanner118 ist ein kardiales Computertomographie-(CT)-System das kardiale Bildgebung unterstützt, EKG-zeitgefilterte Rekonstruktion gefolgt von einer Segmentationsrekonstruktion dreidimensionaler Modelle (in der diastolischen Phase) ermöglicht ein Bildgebung des Herzens, die frei von Bewegung ist. Während des Sinusrhythmus wird bei 75 % des Herzzyklus (in der Diastole) eine Segmentationsrekonstruktion durchgeführt. Eine Phasenposition wird bei etwa 45 % des Herzzyklus ausgewählte, wo sich der Patient im Zustand des Vorhofflimmerns befindet. Diese Phase wird gewählt, da die R-R-Intervalle kürzer sind. Allerdings dient der dargestellte Scanner118 lediglich als Beispiel zur Veranschaulichung; es können auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Bildgebungssysteme verwendet werden. Zu Beispiele anderer Bildgebungssysteme gehören, ohne darauf beschränkten zu wollen, Röntgensysteme (einschließlich sowohl herkömmliche als auch digitale oder digitalisierte Bildgebungssysteme), Magnetresonanz-(MR)-Systeme, Positronenemissionstomographie-(PET)-Systeme, Ultraschallsysteme, nuklearmedizinische Systeme und dreidimensionale Röntgendurchleuchtungssysteme. Die Bildgebungsvorrichtung110 kann für die Verwendung, wie sie hier offenbart ist, sowohl einen Scanner118 als auch ein Röntgendurchleuchtungssystem115 aufweisen, oder das Bildgebungssystem100 kann zwei Bildgebungsvorrichtungen110 ,110' enthalten, wobei die Bildgebungsvorrichtung110 einen CT-Scanner118 enthält, und die Bildgebungsvorrichtung110' ein Röntgendurchleuchtungssystem115 aufweist. Das Röntgendurchleuchtungssystem115 wird im Vorliegenden auch als ein interventionelles System oder ein erstes Bildakquisitionssystem bezeichnet, und der CT-Scanner118 wird hier auch als ein 3D-Modellsystem oder ein zweites Bildakquisitionssystem bezeichnet. -
2 veranschaulicht ein interventionelles System115 , in dem an einem auf einer Liege117 angeordneten Patienten250 ein Katheter260 innerhalb einer anatomischen Region255 , beispielsweise dem Koronarsinus im Herzen des Pa tienten, platziert wird. In einem Ausführungsbeispiel wird der Katheter260 bei einer bekannten anatomischen Struktur in der anatomischen Region (beispielsweise dem Koronarsinus bei dem Herzen) an einer Stelle positioniert, die durch den Schnittpunkt einer horizontalen Ebene265 und der Geraden270 definiert ist, die den Brennpunkt275 der Röntgenstrahlenquelle280 des Röntgendurchleuchtungssystems115 mit der Projektion des Katheters260 verbindet. Andere anatomische Regionen können eine Herzkammer, z.B. die rechte Herzkammer im Falle einer Stimulations/Defibrillationselektrode in einer biventrikulären Stimulation, oder beispielsweise eine Pulmonalvene einschließen, und weitere anatomische Strukturen können beispielsweise eine Mitralklappe, Pulmonalvenen-Ostia, einen Verbindungsknoten in einen der Vorhöfe oder einen Verbindungsknoten in einer Herzkammer umfassen. Es ist allerdings nicht beabsichtigt, Ausführungsbeispiele der Erfindung lediglich auf jene anatomischen Regionen und Strukturen zu beschränken, die hier offenbart sind. In einem Ausführungsbeispiel ist die Position der horizontalen Ebene265 durch eine Höhe h definiert, in der die bekannte anatomische Struktur (Koronarsinus) in der anatomischen Region (Herz)255 über dem anatomischen Referenzsystem (Liege)117 angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine bekannte Position des Katheters260 in dem Röntgendurchleuchtungssystem115 und in dem 3D-Modellsystem118 festgestellt werden. - Mit nochmaligem Bezug auf
1 verfügt die Bildgebungsvorrichtung110 ferner über Fähigkeiten einer EKG-zeitgefilterten Akquisition oder Bildrekonstruktion135 , um das Herz gewöhnlich in seiner diastolischen Phase frei von Bewegung abzubilden. Die Schnittstelle mit dem EKG-Monitor112 ermöglicht eine Akquisition der kardialen elektrischen Impulse in Echtzeit und erlaubt eine zeitgefilterte Akquisition oder retrospektive Rekonstruktion der akquirierten Daten. Wie zuvor erwähnt, könnte diese während des Sinusrhythmus beispielsweise bei 75 % und aufgrund kürzerer R-R-Intervalle während des Vorhofflimmerns bei etwa 45 % erfolgen. Dies ermöglicht eine Eliminierung der kardialen Bewegung, dadurch, dass das Herz in derselben Phase der Diastole abgebildet wird. Die akquirierten Daten können in einer Datenbank gespeichert werden oder eingesetzt werden, um das gewünschte Bild mittels eines oder mehrerer für die Bildgebung optimierter Protokolle zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel wird der von dem Bilderzeugungssystem140 stammende Bilddatenstrom für eine Wiedergabe und Visualisierung über ein Verbindungselement212 an das Anwenderschnittstellensystem160 , und über eine Kommunikationsverbindung216 an das Verarbeitungssystem180 übermittelt. Die von der Software in dem Anwenderschnittstellensystem160 verwendeten Bilddaten für die Untersuchungsanleitungen und für die Visualisierung können in der Bilddatenbank150 gespeichert werden. Die Bildgebungsdaten können in einem Archiv167 gespeichert, auf einem Film168 festgehalten, und/oder für eine Analyse und Durchsicht, die eine dreidimensionale Nachverarbeitung einschließt, über ein Netzwerk169 an das Verarbeitungssystem180 übermittelt werden. Das 3D-Modellbild184 und das Leuchtschirmbild182 können jedes für sich oder kombiniert auf einem Display186 betrachtet werden. Im Falle einer AF-Planung ermöglicht eine Nachverarbeitungssoftware in dem Verarbeitungssystem180 detaillierte dreidimensionale und endokardiale Ansichten des linken Vorhofs und der Pulmonalvenen. Diese und sonstige Bilder können gespeichert und während des interventionellen Eingriffs betrachtet werden. - Die Bildgebungsvorrichtung
110 enthält ferner Schaltungen zum Akquirieren von Bilddaten und zum Transformieren der Daten in ein brauchbares Format, das anschließend verarbeitet wird, um ein rekonstruiertes Bild interessierender Merkmale zu erzeugen, die im Innern des Patienten vorliegen. Der Bilddatenakquisitions- und verarbeitungsschaltkreis wird häufig unabhängig vom Typ des Bildgebungssystem als ein "Scanner" bezeichnet, da häufig gewisse Formen eines physikalischen oder elektronischen Scannens in dem Bildgebungsvorgang vorkommen. Die speziellen Systemkomponenten und zugehörigen Schaltungen unterscheiden sich von Bildgebungssystem zu Bildgebungsystem aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die Physik und die Datenverarbeitung der verschiedenen Systeme erheblich. Allerdings wird es als Vorteil angesehen werden, dass die vorliegende Erfindung unabhängig von der Wahl eines speziellen Bildgebungssystem verwendet werden kann. - Die Daten werden von der Bildgebungsvorrichtung
110 an das Subsystem230 ausgegeben, das Software enthält, um in dem Datenakquisitionssystem120 eine Datenakquisition und in dem Bilderzeugungssystem140 eine Bilderzeugung durchzuführen. Die Steuerung der Daten erfolgt entweder durch das Anwenderschnittstellensystem160 oder innerhalb des Subsystems230 über eine Kommunikationsverbindung212 . Die von der Bildgebungsvorrichtung110 ausgegebenen Daten, zu denen R-Scheitelpunktereignisse114 gehören, werden in der Akquisitionsdatenbank130 gespeichert. Die Datenakquisition in dem System120 wird gemäß einem oder mehreren Akquisitionsprotokollen durchgeführt, die für eine Bildgebung am Herzen und insbesondere am rechten Vorhof und/oder Koronarsinus optimiert sind. - In einem Ausführungsbeispiel werden die dreidimensionalen Bilddaten des Vorhofs unter Verwendung eines für den linken Vorhof optimierten Protokolls erzeugt, beispielsweise eines Koronararterienbildgebungsprotokolls oder CardEP-Protokolls. Zu in diesen Protokollen verwendeten exemplarischen Parametern gehören Gantryperioden von 0,5 Sekunden mit Spiralganghöhenfaktoren von 0,375, 120 kV, 250 Milliampere und 0,625 oder 1,25 mm (Millimeter) Schichtbilddicke. Diese Funktionen können mit im Handel erhältlichen, serienmäßig erstellten Softwaretools ausgeführt werden, beispielsweise mittels hochentwickelter Gefäßanalyse (AVP = Advanced Vessel Analysis) oder CardEP. Nachdem die oben erwähnten Tools auf die Bilddaten angewandt wurden, kann an diesen eine weitere Verarbeitung vorgenommen werden, beispielsweise Schwellwertoperation, Floater-Filterung und Grobsieben. Diese Prozesse werden verwendet, um die Bilder aufzubessern, und können automatisiert werden. Automatisierte Prozesse können von dem Anwender Warteschlangen abverlangen, da der Anwender durch die Bedienungssoftware schrittweise durch das Verfahren geführt wird. Anschließend an den Bildsäuberungsvorgang werden die übrigen kardialen Kammern eliminiert und lediglich der linke Vorhof wird sichtbar gemacht. Danach lässt sich ein detailliertes 3D-Bild des linken Vorhofs und der Pulmonalvenen erzeugen. Die dreidimensionale und endokardiale (d.h. von innen genommenen) Ansichten werden durch Volumenrenderingtechniken mittels einer Vielfalt von im Handel erhältlichen Softwarepakete zum Volumenrendern, beispielsweise VR und Cardiac Image Quality (CARDIQ) visualisiert. Sobald die 3D-Bilder erzeugt sind, ist die Geometrie des dreidimensionalen Modells mit jener des Röntgendurchleuchtungssystems zur Deckung zu bringen.
- Zurdeckungbringen bezeichnet das Verfahren eines fluchtenden Ausrichtens von Bildern. "Intra-subject Multimodality Registration" bezeichnet ein Zurdeckungbringen zweier unterschiedlicher Verfahren in demselben Patienten. Die Anzahl von Parametern, die erforderlich sind, um eine Transformation (Überdeckung/Zurdeckungbringen) zu beschreiben wird im vorliegenden als Anzahl der "Freiheitsgrade" bezeichnet. Voraussetzend wird angenommen, dass sich das dreidimensionale Modell wie ein starrer Körper verhält, da die Anatomie der anatomischen Struktur, die zur Deckung gebracht wird, sich nicht erheblich verändert hat. In diesem Fall werden 3 Translations- und 3 Rotationsfreiheitsgrade, d.h. zusammen 6 Freiheitsgrade, eine erfolgreiche Überdeckung ermöglichen. Jede für das Zurdeckungbringen verwendete Vorrichtung muss im Sinne einer Annäherung an die Abmessung des anatomischen dreidimensionalen Modells kalibriert werden. Dies erfordert 3 zusätzliche Freiheitsgrade, was einem "maßstäblichen Anpassen" in jeder Richtung gleichkommt. Falls sich ein Satz von entsprechenden anatomischen Orientierungspunkten (Bezugsmarken) x und y identifizieren lässt, ist es möglich, das Zurdeckungbringen zu beeinflussen, indem eine Transformation gewählt wird, die diese Bereiche fluchtend anordnet. Jede in der Vorrichtung verwendete Ansicht wird als das Koordinatensystem bezeichnet, das einen Raum in der Ansicht definieren wird. Ein erfolgreiches Zurdeckungbringen wird beispielsweise die Bestimmung einer Transformation zwischen den Bezugspunkten in einem Raum (X) der einen Ansicht beispielsweise mit jenen eines weiteren Raums (Y) einbeziehen. Ein erfolgreiches Zurdeckungbringen wird ein Bestimmen einer Transformation T zwischen Bezugspunkten in dem "X"-Raum mit jenen in dem "Y"-Raum einbeziehen, der den Fehler T (x) – y minimiert, wobei T (x) = Ry + t ist, R die Rotation ist, und t die Translation ist.
- Eine Transformationsmatrix definiert, wie Punkte eines räumlichen Koordinatensystems in ein anderes räumliches Koordinatensystem abzubilden sind. Durch Identifizieren der Inhalte der Transformationsmatrix lassen sich einige Standardoperationen, beispielsweise Rotation, Translation und Skalierung ausführen.
- Ein Identifizieren und fluchtendes Ausrichten anatomischer Orientierungspunkte in zwei räumlichen Koordinatensystemen, um ein erfolgreiches Zurdeckungbringen zu erreichen, kann mit nicht unerheblichen Problemen verbunden sein. Anstelle eines fluchtenden Ausrichtens anatomischer Strukturen, verwendet ein einzigartiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Zurdeckungbringen, das ausgeführt wird, indem die anatomischen Strukturen fluchtend mit einem Instrument ausgerichtet werden, das durch den Arzt in der anatomischen Struktur platziert wurde. Während auch andere Instrumente, beispielsweise eine Elektrode, in einer anatomischen Struktur, z.B. im Falle einer biventrikulären Stimulation in der rechten Herzkammer, platziert werden können, verwendet das hier offenbarte Ausführungsbeispiel einen in dem Koronarsinus gesetzten Katheter.
- Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet ein Zurdeckungbringen des Leuchtschirmbilds mit dem dreidimensionalen Modell der anatomischen Struktur. Wie in den im Einzelnen weiter unten erörterten
4A , B und C abgebildet, ist der in dem Koronarsinus positionierte Koronarsinuskatheter deutlich auf dem röntgenologischen Projektionsbild zu erkennen. Das Leuchtschirmbild kann auch als ein interventionelles System verwendet werden, um den Abbildungs- und Ablationskatheter und/oder die Stimulationselektrode zu orten, während diese zu der geeigneten Stelle navigiert werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht die Verwendung der Bewegung des Koronarsinuskatheters ein, um die Phase der Herzbewegung zu ermitteln. Neben einem Bewerten der kontinuierlichen Bewegung der Kammer, z.B. des linken Vorhofs, kann die Bewegung des Katheters ferner genutzt werden, um ein Zurdeckungbringen derselben Phase der Diastole (beispielsweise bei 75 % des Herzzyklus) durchzuführen, wo das CT-Bild rekonstruiert wird. -
5A , B, C, D, E und F wurden für eine Gültigkeitsprüfung des Ausrichtvorgangs verwendet, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels der Injektion von Kontrastmittel in eine der Pulmonalvenen ausgeführt wurde. Wie zu sehen, veranschaulichen5A , B, C, D, E und F die Injektion eines Kontrastmittels in die rechte obere Pulmonalvene (RSPV = Right Superior Pulmonary Vein) durch eine in die RSPV gesetzte Hülse. Das Kontrastmittel wird injiziert, nachdem das Zurdeckungbringen vollendet ist, um die Genauigkeit der Überdeckung zu bewerten. In5A ist kein Kontrastmittel vorhanden, während5B die Injektion des Kontrastmittels zeigt, gefolgt von einem allmählichen Auswaschen, wie in den nachfolgenden5C , D und E gezeigt. In5F ist kein Kontrastmittel mehr zu sehen, was annehmen lässt, dass dieses vollständig ausgewaschen ist. Ohne eine spezielle Erläuterung ist nachgewiesen, dass die mit Kontrastmittel gefüllte RSPV die auf dem zur Deckung gebrachten CT-Bild gezeigte RSPV ausgezeichnet überdeckt, was eine genaue Überdeckung annehmen lässt. - Das Bilderzeugungsmodell des Röntgendurchleuchtungssystems ist eine konische Projektion. Die Position der Mitte der Projektion und die Position der Bildgebungsebene sind in Bezug auf ein anatomisches Referenzsystems, beispielsweise die Patientenliege
117 , grundsätzlich gut beschrieben. Dieses anatomische Referenzsystem117 ist kohärent mit jenem, das zum Positionieren des dreidimensionalen Modells verwendet wurde, das anhand des CT-Systems118 erhalten wurde. - Unter der Annahme, dass eine bedienenden Fachkraft während des Positionierens des Patienten in den beiden Akquisitionssystemen, d. h. in dem Röntgendurchleuchtungssystem
115 und in dem CT-System118 , nach einem bestehenden Protokoll vorgeht, kann davon ausgegangen werden, dass das anatomische Referenzsystem117 den beiden Akquisitionssystemen insbesondere mit Blick auf eine Orientierung gemein ist, d. h. eine Rotation zwischen den beiden Referenzsystemen kann als vernachlässigbar angesehen werden. - Während des interventionellen AF-Verfahrens wird routinemäßig ein von der oberen Hohlvene (SVC) ausgehender Koronarsinuskatheter gesetzt. Wie zuvor erwähnt, und um die Überdeckung des 3D-Modellbild
184 mit dem Leuchtschirmbild182 zu erreichen, wird ein (in4 vor Ort dargestellter) Katheter260 während des Betriebs eines Röntgendurchleuchtungssystems115 verwendet, das nun mit Bezug auf3 in Verbindung mit1 und2 beschrieben wird. Als ein wichtiger Nebenaspekt sollte jedoch beachtet werden, dass die geometrische Struktur des Katheters260 möglicherweise nicht ausreichend kontrastreich ist, um ein vollständiges Zurdeckungbringen der beiden Modalitäten zu ermöglichen, ohne hier offenbarte Ausführungsbeispiele der Erfindung zu verwenden. Beispielsweise, und im Falle einer koronaren Bildgebung, ist ein Skalierungsfaktor, der lediglich anhand der bestehenden Beziehung zwischen der oberen oder unteren Hohlvene (SVC, IVC) und dem Koronarsinus (CS) in Verbindung mit dem innerhalb des CS befindlichen Katheters260 berechnet wurde, möglicherweise für ein exaktes Zurdeckungbringen nicht ausreichend genau. -
4A zeigt das mittels einer CT-Bildgebung und Segmentation in einer anteroposterioren (AP) Ansicht erlangte dreidimensionale Modell des linken Vorhofs. In4B ist ein mittels eines Röntgendurchleuchtungssystems gewonnenes Projektionsbild des Herzens abgebildet, wobei durch den Arzt an unterschiedlichen Orten mehrere Katheter, einschließlich des Koronarsinuskatheters gesetzt sind. Wie zu erkennen ist, sind wenig oder überhaupt keine Kontrastunterschiede zwischen den unterschiedlichen Strukturen in dem Leuchtschirmbild vorhanden. In4C ist ein Bild dargestellt, das mittels des dreidimensionalen Modells des linken Vorhofs und des durch die Röntgendurchleuchtung erlangten Projektionsbilds zur Deckung gebracht ist. Zusammenfassend bezugnehmend auf4A , B und C, die sämtliche in einer anteroposterioren Ansicht abgebildet sind, ist der Katheter260 in dem Koronarsinus gesetzt (CS-Katheter), der Appendix des linken Herzvorhofs mit LAA (Left Atrial Appendage) bezeichnet, die rechte obere Pulmonalvene mit RSPV (Right Superior Pulmonary Vein) bezeichnet, die linke obere Pulmonalvene mit LSPV (LSPV) bezeichnet, und der Mitralklappenringspalt mit MV (Mitral Valve) bezeichnet. -
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens300 , das dazu dient, ein 3D- Modellbild184 mit einem Leuchtschirmbild182 zur Deckung zu bringen, wobei ein Röntgendurchleuchtungssystem115 verwendet wird, um 2D-Leuchtschirmbilder (beispielsweise Röntgenprojektionsbilder)182 zu erzeugen und ein CT-System118 verwendet wird, um 3D-Modellbilder184 zu erzeugen. Vor einer Bildakquirierung wird der Katheter260 mittels bekannter Techniken in einer anatomischen Struktur (beispielsweise den Koronarsinus) einer anatomischen Region (beispielsweise des Herzens)255 des Patienten250 angeordnet. Während der Akquisition der Bilder182 ,184 wird ein gemeinsames anatomisches Referenzsystem (beispielsweise die Patientenliege)117 verwendet, wodurch zwischen den beiden Bildgebungssystemen115 ,118 ein Bezugsglied errichtet wird. Nach der Bildakquirierung verarbeitet305 ein Verarbeitungsschaltkreis170 die Bilddaten182 ,184 in einer weiter unten detaillierter beschriebenen Weise so, dass das dreidimensionale Modell184 im Ergebnis mit dem Leuchtschirmbild182 zur Deckung gebracht wird310 . Im Allgemeinen nutzt der Verarbeitungsschaltkreis170 das gemeinsame Referenzsystem117 , um bekannte, jedes der Bildakquisitionssysteme115 ,118 betreffende geometrische Daten zu verknüpfen, und verwendet dem Katheter260 zugeordnete unterscheidbare Parameter, die sich sowohl dem ersten als auch dem zweiten Bildakquisitionssystem115 ,118 entnehmen lassen, um die beiden Bilder182 ,184 zur Deckung zu bringen. - Während der Verarbeitungsphase
305 wird vor dem tatsächlichen Vorgang des Zurdeckungbringens310 eine Vorverarbeitung315 und320 an den Bildern182 bzw.184 durchgeführt. Während der Vorverarbeitung315 werden die Röntgenprojektionsbilder182 analysiert325 ,330 , um die Wahrscheinlichkeit zu ermitteln, mit der das aufscheinende Katheterbild tatsächlich den Katheter260 darstellt, und um anhand der bekannten Ist-Abmessung des Katheter, wie sie vor dem Einführen in den Patient250 gemessen wurde, und der aufscheinenden Katheterabmessung, wie sie anhand des Leuchtschirmbilds182 gemessen wird oder aus diesem entnommen wird, einen Vergrößerungsfaktor λ für das Leuchtschirmbild182 zu ermitteln. - Eine Vorverarbeitung
320 verfolgt beide Pfade335 ,340 , wobei sich Pfad335 auf die Verarbeitung der anatomischen Strukturen in dem für die Überdeckung verwendeten CT-Modell bezieht, und Pfad340 sich auf die Verarbeitung der klinischen Struktur bezieht, die nach dem Zurdeckungbringen angezeigt werden soll. In Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen der Erfindung ist wenigstens ein Katheter in der oberen Hohlvene SCV (Superior Vena Cava) und/oder in dem Koronarsinus CS (Coronary Sinus) angeordnet. Auf beiden Pfaden335 ,340 führt die Vorverarbeitung320 mit Blick auf die anhand des Leuchtschirmbilds182 unterscheidbare Geometrie an dem dreidimensionalen Modell184 eine Parallelprojektionsoperation355 durch, wodurch das dreidimensionale Modell184 bezüglich des Leuchtschirmbilds182 genau ausgerichtet wird. In Block360 wird das Bild184 verarbeitet, um den Pfad des Katheters260 in dem einen oder den mehreren interessierenden Blutgefäßen, z.B. der SVC oder dem Koronarsinus festzulegen. In Block365 wird das Ergebnis der in Schritt325 und330 durchgeführten Verarbeitung verwendet, um die Bilder182 mit dem Pfad360 zur Deckung zu bringen. Als Ergebnis dieser Überdeckung wird eine Transformation identifiziert, die die Bilder184 und die Bilder182 verknüpft. - In Block
310 verwendet der Ausrichtvorgang ein Erzeugen sowohl eines Translationsfaktors (x, y), der dazu dient, das dreidimensionale Modell184 relativ zu dem Leuchtschirmbild182 parallel zu verschieben, als auch einen Skalierungsfaktor λ, um den Maßstab des 3D-Modells184 bezüglich des Leuchtschirmbilds182 einzustellen. Der Translationsfaktor ist einfach zu erhalten und verwendet bekannte Techniken und Verarbeitungen, beispielsweise ein fluchtendes Ausrichten der Mittelpunkte gemeinsamer anatomischer Strukturen. Grundsätzlich lässt sich mittels dem Verfahren einer fluchtenden Ausrichtung auch eine Rotation entlang einer Achse senkrecht zu der Projektionsebene kompensieren. Allerdings ist der Skalierungsfaktor komplizierter und wird im Folgenden anhand alternativer Beispiele beschrieben. Im Allgemein hängt der Skalierungsfaktor jedoch von bekannten Daten ab, die von dem gemeinsamen anatomischen Referenzsystem117 und unterscheidbaren Merkmalen des Katheters260 stammen. - In einem ersten Ausführungsbeispiel wird der aufscheinende Durchmesser des Katheters
260 in dem Leuchtschirmbild182 bestimmt und anschließend mit dem bekannten Ist-Durchmesser des Katheters260 verglichen. Anhand dieser Daten lässt sich die Ist-Abmessung einer anatomischen Struktur in der anatomischen Region255 in dem Leuchtschirmbild182 ermitteln. Die anatomische Struktur in dem Leuchtschirmbild182 wird anschließend mit derselben anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell184 zur Deckung gebracht, wobei nun die Ist-Abmessungen mit den aufscheinenden Abmessungen derselben anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell184 verglichen werden können. Anhand dieses Vergleichs kann ein Skalierungsfaktor zwischen dem ersten und dem zweiten Bildakquisitionssystem115 ,118 berechnet werden. - In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Katheter
260 bei einer bekannten anatomischen Struktur in der anatomischen Region255 an einer Stelle angeordnet, die durch den Schnittpunkt einer horizontalen Ebene265 und der Geraden270 definiert ist, die den Brennpunkt275 des Röntgendurchleuchtungssystems115 mit der Projektion des Katheters260 in dem Leuchtschirmbild182 verbindet. Im vorliegenden Fall ist die horizontale Ebene265 durch eine Höhe h oberhalb des anatomischen Referenzsystems117 gegenüber der bekannten anatomischen Struktur in dem Röntgendurchleuchtungssystem115 definiert, durch die eine bekannte Position des Katheters260 in dem Röntgendurchleuchtungssystem115 und in dem CT-System118 bezüglich des anatomischen Referenzsystems117 festgelegt wird. Mit Kenntnis des Ortes des Katheters260 in dem dreidimensionalen Modell184 und der Ist- und der aufscheinenden Abmessungen für die Höhe h in dem dreidimensionalen Modell184 lässt sich die Ist-Abmessung derselben anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell184 wie derjenigen in dem Leuchtschirmbild182 ermitteln. Durch Vergleichen der Ist- mit den aufscheinenden Abmessungen der anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell184 kann ein Skalierungsfaktor zwischen dem ersten und zweiten Bildakquisitionssystem115 ,118 berechnet werden. - In einem dritten Ausführungsbeispiel wird das Röntgendurchleuchtungssystem
115 verwendet, um einen ersten und einen zweiten Satz von Röntgenprojektionsbildern hervorzubringen, die mittels mindestens zwei unterschiedlichen Röntgenprojektionen erzeugt sind, die um einen Winkel getrennt sind, der ausreicht, um deutlich unterschiedliche Projektionsbilder der anatomischen Region255 zu erzielen. Im vorliegenden Fall, wie in weiteren Ausführungsbeispie len, wird der Katheter260 bei einer bekannten anatomischen Struktur in der anatomischen Region255 angeordnet. Durch eine Analyse der beiden Sätze von Projektionsbildern unter Verwendung eines bekannten Triangulationsansatzes lässt sich die Position des Katheters260 in dem dreidimensionalen Modell184 bezüglich des Brennpunkts275 der Röntgenstrahlenquelle280 des Röntgendurchleuchtungssystems115 ermitteln, wodurch eine Abmessung b definiert ist, die eine bekannte Position des Katheters260 in dem Röntgendurchleuchtungssystem115 und in dem CT-System118 bezüglich des Brennpunkts275 festlegt. Mit Kenntnis des Ortes des Katheters260 in dem dreidimensionalen Modell184 und der Ist- und der aufscheinenden Abmessungen für die Abmessung b in dem dreidimensionalen Modell184 lässt sich die Ist-Abmessung derselben anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell184 wie derjenigen in dem Leuchtschirmbild182 ermitteln. Durch Vergleichen der Ist- und der aufscheinenden Abmessungen der anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell184 kann ein Skalierungsfaktor zwischen dem ersten und zweiten Bildakquisitionssystem115 ,118 berechnet werden. - Während hier offenbarte Ausführungsbeispiele sich auf die Abmessung des Katheters
260 für Skalierungszwecke beziehen, wird es als Vorteil angesehen werden, dass auch andere erfassbare Merkmale für eine Skalierung verwendet werden können, beispielsweise der zwischen den Elektroden vorhandene Abstand an dem Katheter260 . Dementsprechend sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung für Skalierungszwecke nicht allein auf einen Bezug auf die Abmessung des Katheters260 beschränkt sein. - Um ein auf die zyklische Bewegung des Herzens oder einer sonstigen interessierenden anatomischen Region
255 zurückzuführendes mögliches Verwackeln des zur Deckung gebrachten Bildes des dreidimensionalen Modells184 zu vermeiden, kann der Verarbeitungsschaltkreis170 auf zusätzliche ausführbare Befehle reagieren, die dazu dienen, das dreidimensionale Modell184 mit dem Leuchtschirmbild182 in Synchronisation mit der zyklischen Bewegung der anatomischen Region255 , d. h. in Synchronisation mit der zyklischen Bewegung eines Herzschlags, zur Deckung zu bringen. - Nachdem die Überdeckung des dreidimensionalen Modells
184 mit dem Leuchtschirmbild182 errichtet ist, wird nun auf6 eingegangen, die ein verallgemeinertes Flussdiagramm eines Überdeckungsverfahrens400 veranschaulicht, das dazu dient, das dreidimensionale Modell184 der anatomischen Region255 des Patienten250 mit einem auf einem Katheter basierenden Positionsverfolgungssystem405 , wie es am besten in7 zu sehen ist, zur Deckung zu bringen. In6 wird die Überdeckung des dreidimensionalen Modells184 mit dem Leuchtschirmbild182 als eine erste Überdeckung R1 bezeichnet, und die Überdeckung des auf einem Katheter basierenden Positionsverfolgungssystems405 mit dem Leuchtschirmbild182 als eine zweite Überdeckung R2 bezeichnet. Das auf einem Katheter basierende Positionsverfolgungssystem405 wird im Allgemeinen als ein interventionelles Positionsverfolgungssystem bezeichnet, da es einen Katheter aufweisen kann oder auch nicht. Beispielsweise kann das Positionsverfolgungssystem405 eine Stimulations- und/oder Defibrillationselektrode enthalten. In einem Ausführungsbeispiel enthält das auf einem Katheter basierende Positionsverfolgungssystem (Positionsverfolgungssystem)405 einen Katheter260 , der eine Positionsanzeige410 und eine Ablationselektrode415 aufweist. Die Positionsanzeige410 kann auf einer Miniaturspule, drei miniaturisierten Orthogonalspulen oder einer beliebigen sonstigen Positionsanzeigevorrichtung basieren, die geeignet ist, um Signale zu erzeugen, die ihre Koordinaten bezüglich eines definierten zweiten anatomischen Referenzsystems420 kennzeichnen (wobei ein anatomisches Referenzsystem (Liege)117 als eine erstes anatomisches Referenzsystem bezeichnet wird). In einem Ausführungsbeispiel ist das zweite anatomische Referenzsystem420 ein Koordinatensystem, das sowohl dem Positionsverfolgungssystem405 als auch dem Leuchtschirmbild182 des Röntgendurchleuchtungssystems115 gemein ist. Von der Positionsanzeige410 ausgegebene Signale werden über eine Katheterelektrode262 , eine Kommunikationsverbindung218 oder die Kommunikationsverbindungen210 und212 an den Verarbeitungsschaltkreis170 übermittelt. Durch Verwenden des (zweiten) gemeinsamen anatomischen Referenzsystems420 und der von der Positionsanzeige410 stammenden Signale ist der Verarbeitungsschaltkreis170 , der geeignet konfiguriert ist, um passend codierte Befehle auszuführen, in der Lage, das auf einem Katheter basierende Positionsverfolgungssystem405 mit dem Leuchtschirmbild182 und dem Röntgendurchleuchtungssystem115 zur Deckung zu bringen. - Zusätzlich zu den zuvor erörterten Techniken, die dazu dienen, das dreidimensionale Modell
184 mit dem Leuchtschirmbild182 zur Deckung zu bringen, ist der Verarbeitungsschaltkreis170 außerdem konfiguriert, um ausführbare Befehle zum Aufzeichnen der Position einer ersten Position des Katheters260 in dem Leuchtschirmbild182 zu verarbeiten und in Antwort auf von der Positionsanzeige410 ausgegebene Signale die entsprechenden Koordinaten des Katheters260 an der ersten Position aufzuzeichnen. Indem anschlie ßend die Positionsdaten mit den Koordinatendaten zur Deckung gebracht werden, lässt sich die Positionsanzeige410 mit dem Leuchtschirmbild182 zur Deckung bringen. Ganz allgemein verlangt eine genaue Überdeckung des auf einem Katheter basierenden Positionsverfolgungssystems405 mit dem Röntgendurchleuchtungssystem115 wenigstens drei der Positionsanzeige410 zugeordnete Datenpunkte, wobei jede Bildposition und entsprechende Koordinatenposition aufgezeichnet wird. Allerdings ist ein Ausführungsbeispiel eines Verarbeitungsschaltkreises170 mit Blick auf eine verbesserte Genauigkeit dazu eingerichtet, mehrere der Positionsanzeige410 zugeordnete Datenpunkte zur Deckung zu bringen. - Aufgrund von Systemvariablen sind die von der Positionsanzeige
410 ausgegebenen Positionssignale möglicherweise nicht in der Lage, genaue Koordinaten für die Position der Positionsanzeige410 , sondern statt dessen lediglich einen Näherungswert für die Koordinaten zur Verfügung zu stellen. Zwar ist der Näherungswert möglicherweise sehr gut, stellt jedoch nichtsdestoweniger nur eine Näherung dar. In einem solchen Fall kann ein Ausführungsbeispiel des Verarbeitungsschaltkreises170 dazu eingerichtet sein, eine Wahrscheinlichkeitsfunktion zu berechnen, die die Wahrscheinlichkeit des Katheters260 oder insbesondere der Positionsanzeige410 kennzeichnet, die sich bei den Koordinaten befindet, die durch die von der Positionsanzeige410 ausgegebenen Signale angezeigt wird. Eine exemplarische Wahrscheinlichkeitsfunktion ist in8 als ein Kugeloberflächenausschnitt425 veranschaulicht, der eine Wahrscheinlichkeitsregion definiert, die eine Region in dem Leuchtschirmbild182 und dem zur Deckung zu bringenden dreidimensionalen Modell184 repräsentiert, in der mit hoher Wahrscheinlichkeit die Spitze des Katheters260 angeordnt ist. Während8 die während8 die x-, y- und z-Positionsverteilungsfunktionen430 ,435 und440 als glockenförmige Normalverteilungsfunktionen veranschaulicht, ist es klar, dass diese Form lediglich als Beispiel dient, und dass diese daher durch eine beliebige andere Verteilungsfunktion ersetzt werden kann. Im vorliegenden Fall kann der Verarbeitungsschaltkreis170 programmiert sein, eine Wahrscheinlichkeitsfunktion zu berechnen, die die Wahrscheinlichkeit kennzeichnet, mit der sich die Stimulations- und/oder Defibrillationselektrode bei den Koordinaten befindet, die durch die von der Positionsanzeige ausgegebenen Signale angezeigt wird, und die Wahrscheinlichkeitsfunktion auf das dreidimensionale Modell anzuwenden, um eine Wahrscheinlichkeitsregion zu definieren, die eine Region in dem dreidimensionalen Modell repräsentiert, in der die Elektrode wahrscheinlich angeordnet ist. - Während Ausführungsbeispiele der Erfindung ein Herz als eine exemplarische anatomische Region offenbaren, ist es klar, dass die Erfindung nicht in dieser weise beschränkt ist, und dass der Schutzumfang der Erfindung auch andere interessierende anatomische Regionen innerhalb des Patienten einschließt. Während Ausführungsbeispiele der Erfindung einen Koronarsinus als eine exemplarische anatomische Struktur innerhalb einer anatomischen Region offenbaren, ist es klar, dass die Erfindung nicht in dieser Weise beschränkt ist, und dass der Schutzumfang der Erfindung andere anatomische Strukturen innerhalb einer anatomischen Region einschließt. Während Ausführungsbeispiele der Erfindung einen innerhalb des Patienten angeordneten Katheter offenbaren, ist es klar, dass die Erfindung nicht in dieser Weise beschränkt ist, und dass der Schutzumfang der Erfindung andere Vorrichtungen einschließt, die sich mittels Röntgenstrahlung und CT unterscheiden lassen, beispielsweise eine Stimulations- und/oder Defibrillationselektrode.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in Form von rechnergestützten Verfahren und Vorrichtungen zum Verwirklichen jener Verfahren durchgeführt sein. Die vorliegende Erfindung kann ferner in Form eines Softwareprodukts verwirklicht sein, das Computerprogammcode aufweist, der Befehle enthält, die in einem materiellen Medien, z.B. Disketten, CD-ROMs, Festplatten, USB-(universelle serielle Bus)-Laufwerken oder in einem beliebiges sonstigen von einem Rechner auslesbaren Speichermedium verkörpert sind, wobei der Rechner, wenn der Computerprogammcode in einen Rechner geladen und durch diesen ausgeführt wird, zu einer Vorrichtung zur praktischen Verwirklichung der Erfindung wird. Die vorliegende Erfindung kann ferner in Form eines Computerprogammcodes verwirklicht sein, der beispielsweise auf einem Speichermedium gespeichert, in einen Rechner geladen und/oder durch diesen ausgeführt, oder über irgendein Übertragungsmedium, z.B. eine elektrische Verdrahtung oder Verkabelung, durch Glasfaseroptik oder mittels elektromagnetischer Strahlung übermittelt wird, wobei der Rechner, wenn der Computerprogammcode in einen Rechner geladen und durch diesen ausgeführt wird, eine Vorrichtung zur praktischen Verwirklichung der Erfindung wird. Wenn die Computerprogammcodesegmente auf einem für allgemeine Aufgaben ausgelegten Mikroprozessor durchgeführt werden, konfigurieren sie den Mikroprozessor dazu, spezielle Logikschaltungen hervorzubringen. Der technische Effekt der ausführbaren Befehle basiert darauf, dass ein dreidimensionales Modell mit einem Leuchtschirmbild zur Deckung gebracht wird, um mindestens den Zweck zu erfüllen, in einem medizinischen interventionellen Verfahren von Vorteil zu sein.
- Wie offenbart, können einige Ausführungsbeispiele der Erfindung einige der folgenden Vorteile aufweisen: die Verfügbarkeit einer CT-Fluoro-Überdeckungstechnik, die es ermöglicht, Stimulationselektroden zu navigieren und an der am besten geeigneten Stelle anzuordnen, um dadurch die Effizienz einer biventrikulären Stimulation oder einer Stimulation der linken Herzkammer zu verbessern; die Verfügbarkeit einer CT-Fluoro-Überdeckungstechnik, die die Position des Koronarsinus auf dem dreidimensionalen Modell zeigen wird, wodurch die Notwendigkeit eliminiert wird im Falle einer biventrikulären Stimulation, vor einer Implantation der Koronarsinuselektrode eine Koronarsinus-Angiographie durchzuführen; die Fähigkeit, den Koronarsinuskatheter bei einer AF-Ablation für eine kontinuierliche Überdeckung zu verwenden; die Fähigkeit, für eine vorgegebene Orientierung des interventionellen Systems automatisch eine Projektion des dreidimensionalen Modells zu erzeugen, das dem durch das interventionelle System erzeugten Bild geometrisch nahe kommt; die Fähigkeit die Daten, die anhand eines dreidimensionalen Modells erhalten wurden, das mittels eines Scanners erzeugt wurde, mit den live in Echtzeit durch Leuchtschirmbildgebung erzeugten Daten zusammenzuführen; die Verfügbarkeit einer Technik, die eine Visualisierung der wahren dreidimensionalen Geometrie der unterschiedlichen Pulmonalvenen- linken Herzvorhof-Verbindungs- und anderer strategischer Bereiche in den Vorhöfen ermöglichen wird, indem die Bildgebungsfähigkeiten der CT genutzt werden, und, was noch wichtiger ist, diese Bilder mit Röntgendurchleuchtung zur Deckung gebracht werden, um es zu erleichtern, die Pulmonalvenen und diese Bereiche, die AF auslösen und aufrechterhalten, gezielter und einfacher zu isolieren; und die Fähigkeit, die Bewegung eines Katheters während ei nes interventionellen Vorgehens in Echtzeit genau und fortlaufend zu verfolgen.
- Außerdem können Ausführungsbeispiele der Erfindung dafür eingesetzt werden, ein Lieferungssystem zu navigieren, beispielsweise einen Katheter oder eine (im Allgemeinen als der Katheter
260 dargestellte) Hülsenvorrichtung für andere Formen von Therapien, z.B. Setzen eines Stents bei einer Koronararterienerkrankung, bedarfsgemäßes Liefern von Zellen, Genen oder anderen Formen von Therapien zu den geeigneten Stellen. Im vorliegenden Fall kann der Verarbeitungsschaltkreis170 programmiert sein, um anhand des Röntgendurchleuchtungssystems ein Leuchtschirmbild der anatomischen Region zu erzeugen, wobei in die anatomische Region ein Katheter gesetzt ist, Erzeugen eines dreidimensionalen Modells der anatomischen Region, die von dem zweiten Bildakquisitionssystem mit einer unterschiedlichen Modalität erhalten wurde, Analysieren des Leuchtschirmbilds und des dreidimensionalen Modells bezüglich eines gemeinsamen anatomischen Referenzsystems, Überwachen der Einführung einer Katheterlieferungsvorrichtung in den interessierenden anatomischen Bereich, Navigieren der Katheterlieferungsvorrichtung über das zur Deckung gebrachte Modell zu einer interessierenden anatomischen Stelle und Verwenden der Katheterlieferungsvorrichtung, um eine Therapie zu liefern. Während die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar, dass an deren Elementen vielfältige Änderungen vorgenommen werden können und die Beispiele durch äquivalente Ausführungen substituiert werden können, ohne dass der Schutzumfang der Erfindung berührt ist. Darüber hinaus können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein spezielles Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von dem hauptsächlichen Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Es ist dementsprechend nicht beabsichtigt, die Erfindung auf das offenbarte spezielle Ausführungsbeispiel als die beste oder einzige Weise zu beschränken, die in Erwägung gezogen wird, um die vorliegende Erfindung auszuführen, vielmehr soll die Erfindung sämtliche Ausführungsbeispiele einbeziehen, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Darüber hinaus ist mit der Verwendung der Begriffe erste, zweite, usw. nicht eine Reihenfolge oder ein Vorrang festgelegt, vielmehr werden die Begriffe erste, zweite, usw. verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Außerdem bedeutet die Verwendung der Begriffe ein, eine, usw. keine Beschränkung der Menge, sondern bezeichnet vielmehr die Anwesenheit von mindestens einem der betreffenden Elemente. TEILELISTE
Claims (10)
- Bildgebungssystem (
100 ) für den Einsatz in einem medizinischen interventionellen Verfahren, umfassend: ein erstes Bildakquisitionssystem (115 ), das dazu eingerichtet ist, ein Leuchtschirmbild (182 ) von einer anatomischen Region (255 ) zu erzeugen; ein zweites Bildakquisitionssystem (118 ), das dazu eingerichtet ist, ein dreidimensionales Modell (184 ) der anatomischen Region (255 ) zu erzeugen; ein interventionelles Positionsverfolgungssystem (405 ), das dazu eingerichtet ist, um innerhalb der anatomischen Region (255 ) zu manövrieren, wobei das interventionelle Positionsverfolgungssystem (405 ) eine Positionsanzeige (410 ) aufweist; ein erstes anatomisches Referenzsystem (117 ), das sowohl dem ersten als auch dem zweiten Bildakquisitionssystem (115 ,118 ) gemein ist; ein zweites anatomisches Referenzsystem (420 ), das sowohl dem ersten Bildakquisitionssystem (115 ) als auch dem interventionellen Positionsverfolgungssystem (405 ) gemein ist; und ein Verarbeitungsschaltkreis (170 ), der konfiguriert ist, um ausführbare Befehle zu verarbeiten, um: das zweite Bildakquisitionssystem (118 ) mit dem ersten Bildakquisitionssystem (115 ) zur Deckung zu bringen, um eine erste Überdeckung; zu definieren das interventionelle Positionsverfolgungssystem (405 ) mit dem ersten Bildakquisitionssystem (115 ) zur Deckung zu bringen, um eine zweite Überdeckung zu definieren; und anhand der ersten und zweiten Überdeckung das interventionelle Positionsverfolgungssystem (405 ) mit dem zweiten Bildakquisitionssystem (118 ) zur Deckung zu bringen. - Bildgebungssystem (
100 ) nach Anspruch 1, bei dem: das interventionelle Positionsverfolgungssystem (405 ) ferner einen Katheter (260 ) umfasst; das Zurdeckungbringen des zweiten Bildakquisitionssystems (118 ) mit dem ersten Bildakquisitionssystem (115 ) beinhaltet, das dreidimensionale Modell (184 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) zur Deckung zu bringen; das Zurdeckungbringen des Katheterpositionsverfolgungssystems (405 ) mit dem ersten Bildakquisitionssystem (115 ) ein Zurdeckungbringen der Positionsanzeige (410 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) beinhaltet; das Zurdeckungbringen des dreidimensionalen Modells (184 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) ein Zurdeckungbringen des dreidimensionalen Modells (184 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) in Abhängigkeit von dem ersten gemeinsamen Referenzsystem (117 ) und von unterscheidbaren Parametern umfasst, die sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Bildakquisitionssystem (115 ,118 ) dem Katheter (260 ) zugeordnet sind; und das Zurdeckungbringen der Positionsanzeige (410 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) ein Zurdeckungbringen der Positionsanzeige (410 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) in Abhängigkeit von dem zweiten gemeinsamen Referenzsystem (420 ) und von Signalen umfasst, die die Position der Positionsanzeige (410 ) kennzeichnen; wobei der Katheter (260 ) in dem ersten Bildakquisitionssystem (115 ) bei einer innerhalb der anatomischen Region (255 ) befindlichen anatomischen Struktur angeordnet wird; und wobei der Verarbeitungsschaltkreis (170 ) ferner konfiguriert ist, um ausführbare Befehle zu verarbeiten, um: einen Translationsfaktor zu erzeugen, der dazu dient, das dreidimensionale Modell (184 ) bezüglich des Leuchtschirmbilds (182 ) parallel zu verschieben; und einen Skalierungsfaktor zu erzeugen, der dazu dient, den Maßstab des 3D-Modells (184 ) bezüglich des Leuchtschirmbilds (182 ) einzustellen, wobei der Skalierungsfaktor von einem unterscheidbaren Merkmal des Katheters (260 ) abhängt. - Bildgebungssystem (
100 ) nach Anspruch 2, bei dem der Katheter (260 ) einen bekannten Ist-Durchmesser aufweist, und bei dem der Verarbeitungsschaltkreis (170 ) ferner dazu eingerichtet ist, ausführbare Befehle zu verarbeiten, um: den in dem Leuchtschirmbild (182 ) aufscheinenden Durchmesser des Katheters (260 ) zu ermitteln, den aufscheinenden Durchmesser des Katheters (260 ) mit dem bekannten Ist-Durchmesser des Katheters (260 ) zu vergleichen, in Reaktion darauf eine Ist-Abmessung einer in dem Leuchtschirmbild (182 ) abgebildeten anatomischen Struktur in der anatomischen Region (255 ) zu ermitteln, die anatomische Struktur in dem Leuchtschirmbild (182 ) mit derselben anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell (184 ) abzugleichen, die Ist- und die aufscheinende Abmessung derselben anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell (184 ) zu vergleichen und daraus einen Skalierungsfaktor zwischen dem ersten und zweiten Bildakquisitionssystem (115 ,118 ) zu erzeugen. - Bildgebungssystem (
100 ) nach Anspruch 2, bei dem: der Katheter (260 ) bei einer bekannten anatomischen Struktur in der anatomischen Region (255 ) an einer Stelle angeordnet wird, die definiert ist durch den Schnittpunkt einer horizontalen Ebene und der Geraden, die den Brennpunkt des Röntgendurchleuchtungssystems (115 ) mit der Projektion des Katheters (260 ) verbindet, wobei die horizontale Ebene durch eine Höhe h oberhalb des anatomischen Referenzsystems (117 ) bezüglich der bekannten anatomischen Struktur in dem Röntgendurchleuchtungssystem (115 ) definiert ist, und dadurch eine bekannte Position des Katheters (260 ) in dem ersten und zweiten Bildakquisitionssystem (115 ,118 ) festgesetzt wird; und der Verarbeitungsschaltkreis (117 ) ferner dazu eingerichtet ist, ausführbare Befehle zu verarbeiten, um: die Ist-Abmessung derselben anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell (184 ) in Abhängigkeit von der bekannten Position des Katheters in dem dreidimensionalen Modell (184 ) und von der Höhe h zu ermitteln, die Ist- und die aufscheinende Abmessung der anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell (184 ) zu vergleichen und daraus einen Skalierungsfaktor zwischen dem ersten und dem zweiten Bildakquisitionssystem (115 ,118 ) zu erzeugen. - Bildgebungssystem (
100 ) nach Anspruch 2, wobei: das erste Bildakquisitionssystem (115 ) ferner dazu eingerichtet ist, einen zweiten Satz von Röntgenprojektionsbildern (182 ) zu erzeugen, wobei der erste und zweite Satz von Projektionsbildern durch mindestens zwei unterschiedliche Röntgenprojektionen erzeugt wird, die um einen ausreichenden Winkel getrennt sind, um deutlich unterschiedliche Projektionsbilder der anatomische Region (255 ) hervorzubringen, wobei der Katheter (260 ) bei einer bekannten anatomische Struktur in der anatomischen Region (255 ) angeordnet wird; und der Verarbeitungsschaltkreis (170 ) ferner dazu eingerichtet ist, ausführbare Befehle zu verarbeiten, um: die Position des Katheters (260 ) in dem dreidimensionalen Modell (184 ) bezüglich des Brennpunkts des Röntgendurchleuchtungssystems (115 ) zu ermitteln, um eine Abmessung b zu definieren, indem die beiden Sätze von Projektionsbildern unter Verwendung eines Triangulationsansatzes analysiert werden; und die Ist-Abmessung derselben anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell (184 ) in Abhängigkeit von der bekannten Position des Katheters in dem dreidimensionalen Modell (184 ) und von der Abmessung b zu ermitteln, die Ist- und die aufscheinende Abmessung der anatomischen Struktur in dem dreidimensionalen Modell (184 ) zu vergleichen und daraus einen Skalierungsfaktor zwischen dem ersten und zweiten Bildakquisitionssystem (115 ,118 ) zu erzeugen. - Bildgebungssystem (
100 ) nach Anspruch 2, bei dem der Verarbeitungsschaltkreis (170 ) ferner dazu eingerichtet ist, ausführbare Befehle zu verarbeiten, um: die Position einer ersten Position des Katheters (260 ) in dem Leuchtschirmbild (182 ) aufzuzeichnen; in Abhängigkeit der von der Positionsanzeige (410 ) ausgegebenen Signale die Koordinaten des Katheters (260 ) an der ersten Position aufzuzeichnen; und die Positionsdaten mit den Koordinatendaten zur Deckung zu bringen, um dadurch die Positionsanzeige (410 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) zur Deckung zu bringen; wenigstens drei Orte wenigstens einer ersten, einer zweiten und einer dritten Position des Katheters (260 ) in dem Leuchtschirmbild (182 ) aufzuzeichnen; in Abhängigkeit von den von der Positionsanzeige (410 ) stammenden Signalen, die Koordinaten des Katheters (260 ) mindestens an einer ersten, einer zweiten und einer dritten Position aufzuzeichnen; und die Positionsdaten mit den Koordinatendaten zur Deckung zu bringen, um dadurch die Positionsanzeige (410 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) zur Deckung zu bringen. - Bildgebungssystem (
100 ) nach Anspruch 6, bei dem der Verarbeitungsschaltkreis (170 ) ferner dazu eingerichtet ist, ausführbare Befehle zu verarbeiten, um: eine Wahrscheinlichkeitsfunktion zu berechnen, die die Wahrscheinlichkeit des Katheter (260 ) kennzeichnet, sich an den Koordinaten zu befinden, die durch die von der Positionsanzeige (410 ) stammenden Signale angezeigt wird; und die Wahrscheinlichkeitsfunktion auf das dreidimensionale Modell (184 ) anzuwenden, um eine Wahrscheinlichkeitsregion zu definieren, die eine Region in dem dreidimensionalen Modell (184 ) repräsentiert, in der sich der Katheter (260 ) wahrscheinlich befindet. - Verfahren, das dazu dient, ein dreidimensionales Modell (
184 ) einer anatomischen Region (255 ) eines Patienten mit einem auf einem Katheter basierenden Positionsverfolgungssystem (405 ) zur Deckung zu bringen, wobei das auf einem Katheter basierende Positionsverfolgungssystem (405 ) einen Katheter (260 ) mit einer Positionsanzeige (410 ) aufweist, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: Erzeugen eines Leuchtschirmbildes (182 ) der anatomischen Region (255 ), wobei der die Positionsanzeige (410 ) aufweisende Katheter (260 ) innerhalb der anatomischen Region (255 ) angeordnet wird; Erzeugen eines dreidimensionalen Modells (184 ) der anatomischen Region (255 ); Zurdeckungbringen des dreidimensionalen Modells (184 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) mittels eines ersten gemeinsamen anatomischen Referenzsystems (420 ) und eines dem Katheter (260 ) zugeordneten unterscheidbaren Parameters, wodurch eine erste Überdeckung definiert wird; Zurdeckungbringen des auf einem Katheter basierende Positionsverfolgungssystems (405 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) mittels eines zweiten gemeinsamen anatomischen Referenzsystems (420 ) und von der Positionsanzeige (410 ) stammenden Signalen, die die Position des Katheters (260 ) in dem Leuchtschirmbild (182 ) repräsentieren, und dadurch eine zweite Überdeckung zu definieren; Zurdeckungbringen des dreidimensionalen Modells (184 ) mit dem auf einem Katheter basierenden Positionsverfolgungssystem (405 ) mittels der ersten Überdeckung und der zweiten Überdeckung. - Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Zurdeckungbringen des dreidimensionalen Modells (
184 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) folgende Schritte beinhaltet: Erzeugen eines Translationsfaktors, der dazu dient, das dreidimensionale Modell (184 ) relativ zu dem Leuchtschirmbild (182 ) parallel zu verschieben; und Erzeugen eines Skalierungsfaktors, der dazu dient, den Maßstab des 3D-Modells (184 ) relativ zu dem Leuchtschirm bild (182 ) einzustellen, wobei der Skalierungsfaktor auf einem unterscheidbaren Merkmal des Katheters (260 ) basiert. - Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Zurdeckungbringen den Schritt beinhaltet: Zurdeckungbringen des dreidimensionalen Modells (
260 ) mit dem Leuchtschirmbild (182 ) in Synchronisation mit der zyklische Bewegung eines Herzens.
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