DE102005037427A1 - Verfahren zur Erfassung und Auswertung von vaskulären Untersuchungsdaten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Auswertung von vaskulären Untersuchungsdaten, umfassend die folgenden Schritte: DOLLAR A a) Einbringen eines IVUS-Katheters in ein zu untersuchendes Gefäß; DOLLAR A b) Akquisition von IVUS-Bildern und den IVUS-Katheter zeigenden Angiographie-Daten; DOLLAR A c) Einbringen eines OCT-Katheters an dieselbe Stelle des zu untersuchenden Gefäßes; DOLLAR A d) Akquisition von OCT-Bildern und den OCT-Katheter zeigenden Angiographie-Daten; DOLLAR A e) Registrierung der IVUS- und OCT-Bilder; DOLLAR A f) manuelle und/oder automatische Bestimmung von Konturen der Strukturen des untersuchten Gefäßes anhand der OCT-Bilder; DOLLAR A g) rechnerische histologische Analyse der miteinander registrierten IVUS- und OCT-Bilder unter Nutzung der im Schritt f) erfassten Information über die Konturen; und DOLLAR A h) Visualisierung der Ergebnisse.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Auswertung von vaskulären Untersuchungsdaten.
  • Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen mit Sensoren versehene Katheter verwendet werden, mit denen eine Abbildung des Gefäßes erstellt werden kann. Dazu zählen Ultraschallkatheter, zum Beispiel IVUS-Katheter (intravaskulärer Ultraschall), mit denen zum Beispiel atherosklerotische Plaque erfasst werden kann. In der Praxis hat sich jedoch die automatische Auswertung von IVUS-Bildern als problematisch herausgestellt. Auf diesen Bildern sind zwar die einzelnen Gewebe- oder Gefäßstrukturen wie Intima, Media und Plaqueschichten zu sehen, die genaue Bestimmung und Erfassung der Konturen ist jedoch schwierig und ungenau, da die zu erkennenden Strukturen klein sind und die örtliche Auflösung der IVUS-Bilder dazu nicht ausreicht.
  • In der Praxis werden die Konturen daher zum Teil manuell eingegeben, dies ist jedoch sehr zeitaufwändig, da der Anwender auf jedem Bild die Konturen per Hand abzeichnen muss, außerdem sind die Ergebnisse von dem jeweiligen Anwender abhängig, sodass eine im Anschluss daran durchgeführte quantitative Analyse der Gewebestrukturen zu unterschiedlichen Ergebnissen führt.
  • In der WO 01/01864 A1 wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem IVUS-Bilder einer Nachbearbeitung unterzogen werden, um Konturen zu bestimmen, anschließend wird eine Bildanalyse durchgeführt. Nachteilig ist dabei jedoch, dass die örtliche Auflösung der IVUS-Bilder systembedingt eingeschränkt ist, sodass in vielen Fällen falsche oder ungenaue Ergebnisse erhalten werden.
    •
  • Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Erfassung und Auswertung von vaskulären Untersuchungsdaten zu schaffen, das eine zuverlässige und automatische Analyse von Bilddaten ermöglicht.
  • Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren zur Erfassung und Auswertung von vaskulären Untersuchungsdaten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß wird zunächst ein IVUS-Katheter in ein zu untersuchendes Gefäß eingebracht. Gleichzeitig zu der Akquisition von IVUS-Bildern werden Angiographiedaten aufgenommen, die den IVUS-Katheter zeigen. Anhand dieser Röntgenprojektionen kann später die Position des Katheters in dem Gefäß bestimmt werden. Anschließend wird ein OCT-Katheter in dasselbe Gefäß eingeführt und an dieselbe Position wie zuvor der IVUS-Katheter gebracht. Mit dem OCT-Katheter werden OCT-Bilder aufgenommen, zusätzlich werden den OCT-Katheter zeigende Angiographiedaten aufgenommen. Die IVUS- und OCT-Bilder werden registriert, das heißt aus der Vielzahl der aufgenommenen Bilder werden solche Bilderpaare ausgewählt, die an derselben Position im Gefäß aufgenommen wurden. Im nächsten Schritt erfolgt eine manuelle und/oder automatische Bestimmung von Konturen der Strukturen des untersuchten Gefäßes anhand der OCT-Bilder. Danach wird eine rechnerische histologische Analyse der miteinander registrierten IVUS- und OCT-Bilder vorgenommen, basierend auf den zuvor erfassten Informationen über die Konturen. Die auf diese Weise analysierten Bilder werden anschließend dargestellt.
  • Die Erfindung ermöglicht es, die für eine rechnerische histologische Analyse benötigten Daten auf eine einfache Art zu erhalten. Da sowohl IVUS-Bilder als auch OCT-Bilder berücksichtigt werden, können die anatomischen Strukturen und die gegebenenfalls vorhandene atherosklerotische Plaque mit hoher Genauigkeit erfasst und automatisch verarbeitet werden. Da diese Informationen für jeden Punkt des untersuchten Gefäßes erhalten werden, ist die diagnostische Wertigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders hoch.
  • Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn bei der Akquisition der IVUS- und/oder OCT-Bilder ein EKG-Signal aufgenommen wird. Anhand der EKG-Daten können solche IVUSund OCT-Bilder erfasst bzw. ausgewählt werden, die in derselben Herzphase aufgenommen wurden. Dasselbe gilt für die Angiographiebilder, denen ebenfalls ein EKG-Signal zugeordnet wird. Bei der im Schritt e) vorgesehenen Registrierung der IVUS- und OCT-Bilder werden jeweils solche Bilder ausgewählt, die während der gleichen Herzphase aufgenommen wurden.
  • Um die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu vereinfachen und dessen Zuverlässigkeit zu verbessern, kann es vorgesehen sein, dass bei der Akquisition der IVUS- und/oder OCT-Bilder die Position des bzw. der Katheter mittels eines Positionssensors aufgenommen wird. Ein derartiger Positionssensor kann in den jeweiligen Katheter integriert sein, sodass automatisch die aktuelle Position des OCT- oder IVUS-Sensors erfasst wird. Während der Untersuchung kann die aktuelle Position des Katheters angezeigt werden, sodass beide Katheter nacheinander exakt an dieselbe Position gebracht werden können.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die im Verfahrensschritt f) erfassten Konturen in das bzw. die IVUS-Bilder übertragen werden. Somit werden von den IVUS- und OCT-Bildern jeweils die relevanten Bildinformationen übernommen und für die anschließende Auswertung zusammengeführt. Im einfachsten Fall werden die beiden Bilder überlagert. Das entstehende Gesamtbild enthält die charakteristischen Merkmale des IVUS- und des OCT-Bilds.
  • Alternativ zu dem beschriebenen Positionssensor können der IVUS-Katheter und der OCT-Katheter jeweils wenigstens einen auf einer Röntgenprojektion sichtbaren Angiographiemarker aufweisen. Da die Angiographiemarker auf den Röntgenprojekti onen sichtbar sind, eignen sie sich zur Bestimmung der Position der Katheter.
  • Es liegt auch noch im Rahmen der Erfindung, dass das aus dem OCT-Bild und dem IVUS-Bild bestehende Bildpaar nach der Registrierung manuell oder semi-automatisch oder automatisch angepasst wird. Im Rahmen dieser Anpassung werden Parameter wie Orientierung, Vergrößerung oder Pixel-Shift festgelegt. Die manuelle Anpassung wird vom Anwender für jedes Bildpaar durchgeführt. Bei der semi-automatischen Anpassung führt der Anwender die Anpassung für das erste Bildpaar durch, die dabei verwendeten Parameter werden anschließend für alle weiteren Bildpaare benutzt. Bei der automatischen Anpassung werden durch Segmentierung die Konturen von groben Gefäßstrukturen für alle Bilder automatisch erfasst, anschließend werden Bildpaare so verarbeitet, zum Beispiel gedreht, gedehnt und verschoben, dass sie optimal überlagert werden.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass die Konturen der Gefäßstrukturen im Schritt f) entweder manuell auf den Bildern eingetragen oder durch ein automatisches Bildverarbeitungsverfahren erfasst werden. Daneben ist auch eine Kombination der beiden Methoden möglich, indem die Konturen auf dem ersten Bild vom Anwender von Hand eingezeichnet und für alle weiteren Bilder automatisch mit einem Rechenverfahren bestimmt werden.
  • Eine weitere Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dadurch erzielt werden, dass ein kombinierter IVUS-OCT-Katheter verwendet wird, sodass die Verfahrensschritte a) und c) sowie b) und d) gleichzeitig durchgeführt werden. Dabei kann es sich um einen integrierten Katheter handeln, der einen IVUS-Sensor und einen OCT-Sensor aufweist, alternativ kann der kombinierte IVUS-OCT-Katheter einen Überkatheter für separate IVUS- und OCT-Katheter aufweisen.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur erläutert.
    •
  • Die Figur zeigt ein Flussdiagramm der wichtigsten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Im Schritt 1 wird der IVUS-Katheter in das zu untersuchende Gefäß eingebracht. Anschließend werden gleichzeitig IVUS-Bilder und Röntgenprojektionen (Angiographiedaten) aufgenommen. Diese beiden Aufnahmen erfolgen EKG-getriggert, sodass sowohl die Angiographiedaten als auch die IVUS-Bilder zum gleichen Zeitpunkt des Herzzyklus aufgenommen werden. Bei diesen Aufnahmen wird darauf geachtet, dass der IVUS-Katheter auf den Röntgenprojektionen gut sichtbar ist. Wenn das pullback-Verfahren eingesetzt wird, können komplette Abschnitte von Gefäßen aufgenommen werden.
  • Das Verfahren kann auch so ausgestaltet werden, dass Katheter mit einem oder mehreren Positionssensoren verwendet werden, sodass eine Zuordnung der aufgenommenen Bilder anhand der gleichzeitig aufgenommenen Katheterpositionen möglich ist.
  • Nach dem Entfernen des IVUS-Katheters wird im Schritt 2 ein OCT-Katheter in dasselbe Gefäß eingeführt und an die gleiche Stelle wie zuvor der IVUS-Katheter gebracht. Analog werden unter EKG-Triggerung Angiographiedaten gleichzeitig mit den OCT-Bildern aufgenommen. Im Schritt 2 wird darauf geachtet, dass die Einstellung der Röntgenanlage mit derjenigen im Schritt 1 übereinstimmt.
  • Anschließend erfolgt eine Registrierung 3 der IVUS- und OCT-Bilder. Durch die Registrierung werden solche OCT- und IVUS-Bilder ausgewählt, die dieselbe Schicht in dem untersuchten Gefäß zeigen. Dazu werden die gleichzeitig erfassten Daten der Positionssensoren herangezogen, miteinander verglichen um die Bilder paarweise, ein OCT-Bild und ein IVUS-Bild, einander zuzuordnen. Voraussetzung dafür ist, dass die Positionen der beiden Katheter bzw. die Position der jeweiligen Sensoren gleich ist oder innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegt. Diese Toleranz ist von den Eigenschaften der Messverfahren OCT und IVUS abhängig und kann vom Anwender festgelegt werden.
  • Bei einer Variante des Verfahrens weisen die beiden Katheter einen oder mehrere Angiographiemarker auf, die auf den Röntgenprojektionen sichtbar sind. Der Benutzer betrachtet dann jeweils die Position des IVUS- bzw. des OCT-Katheters relativ zu den Angiographiemarkern auf den Röntgenprojektionen und kann dadurch die zueinander passenden IVUS- und OCT-Bilder paarweise zuordnen. Dieser Verfahrensschritt des Zuordnens sowie die Erfassung der Position der IVUS- und OCT-Katheter relativ zu den Angiographiemarkern auf den Röntgenprojektionen wird rechnerisch durch ein Bildverarbeitungsprogramm mit einem entsprechenden Algorithmus durchgeführt. Durch die Anwendung dieses Algorithmus können jeweils ein OCT-Bild und ein IVUS-Bild einander paarweise zugeordnet werden.
  • Im Anschluss an die Registrierung werden die Bildpaare bei Bedarf hinsichtlich Orientierung, Vergrößerung und gegebenenfalls Pixelshift angepasst, damit sie später überlagert werden können. Im einfachsten Fall erfolgt diese Anpassung manuell, wobei der Anwender jedes Bildpaar „von Hand" anpasst, zum Beispiel unter Zuhilfenahme eines Grafikprogramms.
  • Bei der semi-automatischen Anpassung wird für das erste Bildpaar eine Anpassung von Hand durchgeführt, wobei die Parameter wie Orientierung, Vergrößerung und Pixelshift festgelegt werden, diese Parameter werden anschließend für alle weiteren Bildpaare benutzt.
  • Bei der automatischen Anpassung werden durch Segmentierung die Konturen der groben Gefäßstrukturen, zum Beispiel der Verlauf der Gefäßinnenwand und das Lumen, für alle Bilder automatisch erfasst, danach werden die Bildpaare jeweils so verarbeitet, dass sie optimal überlagert werden können. Die Verarbeitung umfasst dabei Bildmanipulationen wie Drehen, Dehnen und Verschieben. Die Parameter für die Anpassung, nämlich Orientierung, Vergrößerung und Pixelshift werden entweder für jedes Bildpaar neu berechnet oder nur einmal festgelegt und anschließend für alle anderen Bildpaare verwendet.
  • Im Schritt 4 werden die Konturen und Strukturen des untersuchten Gefäßes erfasst und bestimmt. Auf den OCT-Bildern sind die Konturen der Strukturen, etwa die einzelnen Gefäßschichten wie Intima, Media oder Strukturveränderungen wie eine Läsion aufgrund der hohen örtlichen Auflösung des OCT-Verfahrens gut sichtbar. Die Konturen können entweder vom Anwender per Hand auf jedes Bild gezeichnet werden oder automatisch mit einem Bildverarbeitungsprogramm und einem entsprechenden Algorithmus erfasst werden. Diese Methoden können auch kombiniert werden, indem die Konturen auf das erste Bild einer Bildserie vom Anwender per Hand gezeichnet und auf den restlichen Bildern automatisch mittels eines Bildverarbeitungsprogramms erfasst werden, basierend auf den auf dem ersten Bild von Hand eingegebenen Konturen.
  • An die Bestimmung der Konturen schließt sich eine histologische Analyse 5 an, ein solches Verfahren ist unter der Bezeichnung „virtual histology" bekannt geworden und beispielsweise in der US 6,200,268 B1 beschrieben. Mit diesem Verfahren kann eine automatische Auswertung von IVUS-Bildern erfolgen, wobei IVUS-Bilder mit entsprechenden Werten aus einer Datenbank verglichen werden.
  • Im Anschluss daran erfolgt eine Visualisierung 6 der Ergebnisse, die durch das zuvor durchgeführte Virtual Histology Verfahren gewonnen wurden. Diese Ergebnisse werden mit den aufgenommenen IVUS-Bildern oder mit den aufgenommenen OCT-Bildern überlagert. Die Überlagerung mit den OCT-Bildern ist möglich, da diese zuvor mit den IVUS-Bildern registriert wurden. Um verschiedene Daten kontinuierlich ein- oder auszublenden, werden transparente Farben verwendet.
  • Einzelne Verfahrensschritte dieses Verfahrens können abgewandelt werden. Anstelle der EKG-Daten können auch Blutdruckmessungen durchgeführt werden, diese Messwerte können die EKG-Werte ersetzen, sodass die OCT- und IVUS-Bilder durch das Blutdrucksignal getriggert werden.
  • Zusätzlich zu der Virtual Histology Analyse der IVUS-Bilder kann ein ähnliches rechnerisches Analyseverfahren mit den OCT-Daten durchgeführt werden, zum Beispiel ein Elastographieverfahren.
  • Anstelle der Verwendung von zwei separaten Kathetern kann ein integrierter IVUS-OCT-Katheter eingesetzt werden, sodass die Registrierung der Position des Katheters im Gefäß und die anschließende Registrierung von separaten IVUS- und OCT-Bildern entfällt. Es ist dann lediglich eine einmalige Kalibrierung des integrierten Katheters erforderlich. Bei einer anderen Variante kann ein gemeinsamer Überkatheter verwendet werden, in den separate IVUS- und OCT-Katheter eingesetzt werden. Dadurch werden ebenfalls die Registrierung der Position in dem untersuchten Gefäß und die im Anschluss erfolgende Anpassung der Bilder vereinfacht.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Erfassung und Auswertung von vaskulären Untersuchungsdaten, umfassend die folgenden Schritte: a) Einbringen eines IVUS-Katheters in ein zu untersuchendes Gefäß; b) Akquisition von IVUS-Bildern und den IVUS-Katheter zeigenden Angiographie-Daten; c) Einbringen eines OCT-Katheter an dieselbe Stelle des zu untersuchenden Gefäßes; d) Akquisition von OCT-Bildern und den OCT-Katheter zeigenden Angiographie-Daten; e) Registrierung der IVUS- und OCT-Bilder; f) manuelle und/oder automatische Bestimmung von Konturen der Strukturen des untersuchten Gefäßes anhand der OCT-Bilder; g) rechnerische histologische Analyse der miteinander registrierten IVUS- und OCT-Bilder unter Nutzung der im Schritt f) erfassten Information über die Konturen; und h) Visualisierung der Ergebnisse.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Akquisition der IVUS- und/oder OCT-Bilder ein EKG-Signal aufgenommen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Akquisition der IVUS- und/oder OCT-Bilder die Position des bzw. der Katheter mittels eines Positionssensors aufgenommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der IVUS-Katheter und der OCT-Katheter jeweils wenigstens einen auf einer Röntgenprojektion sichtbaren Angiographiemarker aufweisen.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt f) erfassten Konturen in die IVUS-Bilder übertragen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem OCT-Bild und dem IVUS-Bild bestehende Bildpaar nach der Registrierung manuell oder semi-automatisch oder automatisch angepasst wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Gefäßstrukturen im Schritt f) entweder manuell auf den Bildern eingetragen oder durch ein automatisches Bildverarbeitungsverfahren erfasst werden.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein kombinierter IVUS-OCT-Katheter verwendet wird und die Verfahrensschritte a) und c) sowie b) und d) gleichzeitig durchgeführt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den kombinierten IVUS-OCT-Katheter ein Überkatheter für den IVUS- und den OCT-Katheter verwendet wird.
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