DE102005022345A1 - Verfahren zur Erzeugung und Darstellung von Untersuchungsbildern und zugehöriger Ultraschallkatheter - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung und Darstellung von Untersuchungsbildern und zugehöriger Ultraschallkatheter Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Erzeugung und Darstellung von Untersuchungsbildern eines Gefäßes eines Patienten, umfassend die folgenden Schritte: DOLLAR A a) Einbringen eines Ultraschallkatheters in das zu untersuchende Gefäß, DOLLAR A b) Erfassen von Untersuchungsdaten des den Katheter enthaltenden Gefäßes mit einem bildgebenden Verfahren, DOLLAR A c) Erstellen eines 3-D-Datensatzes anhand der Untersuchungsdaten des bildgebenden Verfahrens, DOLLAR A d) Erfassen der Untersuchungsdaten und der Position des Ultraschallkatheters, DOLLAR A e) Erstellen eines 3-D-Datensatzes anhand der erfassten Untersuchungs- und Positionsdaten des Ultraschallkatheters, DOLLAR A f) Registrierung der 3-D-Datensätze des bildgebenden Verfahrens und des Ultraschallkatheters und DOLLAR A g) Darstellen der registrierten 3-D-Datensätze.

Description

  • Verfahren zur Erzeugung und Darstellung von Untersuchungsbildern und zugehöriger Ultraschallkatheter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Darstellung von Untersuchungsbildern eines Gefäßes eines Patienten und einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Ultraschallkatheter.
  • Heutzutage steht eine ganze Reihe von unterschiedlichen bildgebenden Verfahren zur Verfügung, die jeweils für eine bestimmte Untersuchung besonders geeignet sind. Zur Abbildung der Anatomie von Blutgefäßen und Gefäßbäumen wird beispielsweise die 3D-Rotationsangiographie als Röntgenaufnahmeverfahren eingesetzt. Allerdings kann mit diesem Verfahren keine quantitative Information bezüglich der Blutflussgeschwindigkeit in den Gefäßen erhalten werden.
  • Zur Messung von Eigenschaften des Blutflusses, beispielsweise der Blutflussgeschwindigkeit, wird die Ultraschall-Doppler-Methode eingesetzt, entsprechende Verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise in der US 5,957,138 und der US 5,993,390 vorgeschlagen. Nachteilig ist dabei jedoch, dass die Anatomie der untersuchten Blutgefäße dreidimensional weniger exakt und mit niedriger Auflösung im Vergleich zu der 3D-Rotationsangiographie dargestellt wird.
  • Gegebenenfalls wurde die Blutflussgeschwindigkeit daher bisher mit der Ultraschall-Doppler-Methode durch eine von der angiographischen Untersuchung unabhängige Untersuchung gemessen.
    •
  • Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung und Darstellung von Untersuchungsbildern eines Gefäßes eines Patienten zu schaffen, durch das sowohl anatomische Informationen als auch Informationen über die Blutflussgeschwindigkeit in dem Gefäß erhalten werden können.
  • Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den folgenden Schritten vorgesehen:
    • a) Einbringen eines Ultraschallkatheters in das zu untersuchende Gefäß,
    • b) Erfassen von Untersuchungsdaten des den Katheter enthaltenden Gefäßes mit einem bildgebenden Verfahren,
    • c) Erstellen eines 3D-Datensatzes anhand der Untersuchungsdaten des bildgebenden Verfahrens,
    • d) Erfassen der Untersuchungsdaten und der Position des Ultraschallkatheters,
    • e) Erstellen eines 3D-Datensatzes anhand der erfassten Untersuchungs- und Positionsdaten des Ultraschallkatheters,
    • f) Registrierung der 3D-Datensätze des bildgebenden Verfahrens und des Ultraschallkatheters; und
    • g) Darstellen der registrierten 3D-Datensätze.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die anatomischen Informationen und die Informationen bezüglich der Blutflussgeschwindigkeit durch separate Sensoren erfasst, daraus werden separate 3D-Datensätze erzeugt, die nach der Registrierung gemeinsam dargestellt werden. Auf diese Weise erhält man ein dreidimensionales Bild, das neben den anatomischen Informationen auch die Blutflussgeschwindigkeit als dynamischen Vorgang zeigt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit besonderem Vorteil beispielsweise bei einem Aneurysma in der Aorta angewendet werden. Dazu wird der Ultraschallkatheter in die Aorta eingebracht. Daneben kann das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Stenose in der Carotis eingesetzt werden. Der Ultraschallkatheter wird dazu in die Jugularvene oder in eine benachbarte Arterie eingebracht. Das Verfahren kann auch bei einem Aneurysma oder einer AVM (arteriovenous malformation) im Gehirn durchgeführt werden. Der Katheter wird dabei im Gehirn zum Beispiel in einer benachbarten Arterie eingebracht. Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Stenose in den Koronarien einzusetzen, dazu wird der Ultraschall katheter im Herz im Bereich des Vorhofs oder der Ventrikel eingesetzt.
  • Um die Genauigkeit der Untersuchungsbilder weiter zu erhöhen, kann es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass ein Elektrokardiogramm des Patienten aufgenommen wird. Durch diese Aufnahme des Herzzyklus können die Ultraschall-Untersuchungsdaten mit den Daten des Elektrokardiogramms korreliert werden. Auf diese Weise kann jedem Einzelbild die jeweilige Phasenlage während des Herzzyklus zugeordnet werden, anhand dieser Daten können solche Ultraschall-Untersuchungsdaten dargestellt werden, die dieselbe Phasenlage besitzen. Wenn die dargestellten Untersuchungsbilder während derselben Phase des Herzzyklus aufgenommen worden sind, wird die Darstellung nicht von den unterschiedlichen Blutflussgeschwindigkeiten im Laufe eines Herzzyklus beeinflusst.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass ein wenigstens einen Positionssensor aufweisender Ultraschallkatheter verwendet wird. Der Positionssensor ermöglicht die dreidimensionale Positionsbestimmung des Ultraschallkatheters, sodass die Registrierung mit dem dreidimensionalen Datensatz des bildgebenden Verfahrens erleichtert wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann wenigstens ein einen Marker aufweisender Ultraschallkatheter verwendet werden, insbesondere kann der Marker als Angiographiemarker ausgebildet sein. Derartige Angiographiemarker sind sowohl auf Röntgenprojektionen als auch im 3D-Datensatz des bildgebenden Verfahrens sichtbar. Auf diese Weise kann der 3D-Datensatz der Ultraschalluntersuchung mit dem 3D-Datensatz des bildgebenden Verfahrens registriert werden, sodass beide 3D-Datensätze zu einer Darstellung kombiniert werden.
  • Besonders geeignet als bildgebende Verfahren sind Röntgenaufnahmeverfahren wie Angiographie, insbesondere 3D-Rotationsangiographie. Daneben kann bei dem erfindungsgemäßen Verfah ren auch Computertomographie oder Magnetresonanz als bildgebendes Verfahren verwendet werden.
  • Daneben betrifft die Erfindung einen Ultraschallkatheter mit wenigstens einem Ultraschallsensor, der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
  • Erfindungsgemäß weist der Ultraschallkatheter wenigstens einen bei einer Bildaufnahme sichtbaren Röntgenmarker, insbesondere einen Angiographiemarker, oder einen Magnetresonanz-Marker und wenigstens einen Positionssensor auf. Der erfindungsgemäße Ultraschallkatheter umfasst sämtliche Komponenten, die erforderlich sind, um einerseits die Ultraschalldaten zu erfassen und andererseits den Katheter in dem durch das Bildaufnahmeverfahren erzeugten Bild darstellen zu können.
  • Mit besonderem Vorteil kann ein Röntgenmarker oder Magnetresonanz-Marker kugelförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemäße Ultraschallkatheter mehrere über den Umfang verteilte kugelförmige Röntgenmarker oder Magnetresonanz-Marker. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann ein Marker ringförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise kann der erfindungsgemäße Ultraschallkatheter mehrere, insbesondere zwei ringförmige Marker aufweisen.
    •
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren zeigen:
  • 1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallkatheters; und
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallkatheters.
  • Das in 1 dargestellte Flussdiagramm zeigt die wesentlichen Schritte des Verfahrens zur Erzeugung und Darstellung von Untersuchungsbildern eines Gefäßes eines Patienten.
  • Nach dem Einführen 1 des Ultraschallkatheters in das zu untersuchende Blutgefäß werden mittels 3D-Rotationsangiographie 2 als bildgebendes Verfahren Röntgenprojektionen aufgenommen. Bei einem Aneurysma in der Aorta wird der Ultraschallkatheter in der Aorta positioniert. Bei einer Stenose in der Carotis wird der Ultraschallkatheter in der Jugularvene oder in einer benachbarten Arterie verwendet. Bei einem Aneurysma oder einer AVM (arteriovenous malformation) im Gehirn wird der Ultraschallkatheter im Gehirn oder in einer benachbarten Arterie positioniert.
  • Über Ultraschallsensoren des Ultraschallkatheters werden Doppler-Ultraschall-Daten 3 erfasst. Die Schritte 2 und 3, also die Durchführung der 3D-Rotationsangiographie und die Erfassung der Doppler-Ultraschall-Daten 3 erfolgen gleichzeitig, bei anderen Verfahren gegebenenfalls auch nacheinander. In einem ersten Schritt werden die Projektionen aufgenommen. Anschließend wird die 3D-Rotationsangiographie durchgeführt. Der eingeführte Ultraschallkatheter ist dabei zumindest mit seiner Spitze sichtbar, wodurch die im Schritt 5 durchgeführte 3D/3D-Registrierung erleichtert wird. Zusätzlich wird ein Elektrokardiogramm (EKG) 4 aufgezeichnet, um den Herzschlag des Patienten zu überwachen und eine Zuordnung der Doppler-Ultraschall-Daten 3 zu den jeweiligen Phasen des Herzschlags zu ermöglichen, wodurch die unterschiedlichen Blutflussgeschwindigkeiten in Abhängigkeit des Herzschlags berücksichtigt werden.
  • Die in Echtzeit erfassten Doppler-Ultraschall-Daten 3 liegen zunächst als zweidimensionale Datensätze vor. Gleichzeitig werden die Positionsdaten des Ultraschallkatheters über einen in dem Katheter angeordneten Positionssensor erfasst. Anhand dieser Daten und mit den Daten des Elektrokardiogramms erfolgt eine 3D-Rekonstruktion der Doppler-Ultraschall-Daten 3.
  • Im Schritt 5 wird eine 3D/3D-Registrierung des Rotationsangiographie-Datensatzes und des Doppler-Ultraschall-Datensatzes vorgenommen. Durch die Registrierung werden die beiden Datensätze so angepasst, dass beide gemeinsam dargestellt werden können.
  • Anschließend erfolgt eine 3D-Visualisierung 6, das heißt es wird eine kombinierte 3D-Darstellung der zeitlich aufgelösten Doppler-Ultraschall-Daten im Rotationsangiographie-Datensatz vorgenommen.
  • Bei dem Verfahren dienen die Röntgenprojektionen, in diesem Fall die 3D-Rotationsangiographie-Daten zur Darstellung der Anatomie des zu untersuchenden Gefäßes. Gleichzeitig wird der Ultraschallkatheter in Echtzeit visualisiert, dessen Position durch den Positionssensor erfasst worden ist. Aus diesen Daten wird ein 3D-Rotationsangiographie-Datensatz rekonstruiert.
  • Die EKG-Daten dienen dazu, die 2D-Doppler-Ultraschall-Daten zeitlich zu einer Herzphase zuzuordnen und um den zugehörigen 3D-Doppler-Ultraschall-Datensatz zeitlich aufgelöst zu konstruieren. Dabei werden solche Daten für die Visualisierung ausgewählt, die die gleiche Phase des Herzschlags aufweisen.
  • Anhand der in Echtzeit erfassten 2D-Doppler-Ultraschall-Daten kann die Blutflussgeschwindigkeit in dem zu untersuchenden Gefäß in Echtzeit visualisiert werden, daneben wird anhand dieser Daten der 3D-Doppler-Ultraschall-Datensatz rekonstruiert.
  • 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Katheters.
  • Der Katheter 7, von dem in 2 lediglich die Spitze gezeigt ist, umfasst eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Ultraschallsensoren 8, mit denen in herkömmlicher Weise die Ultraschallsignale erfasst werden. Der Katheter 7 weist vier Marker 9 auf, die in der angiographischen Darstellung sichtbar sind. Jeweils zwei dieser Marker 9 befinden sich vor und hinter den Ultraschallsensoren 8 und sind einander gegenüberliegend angeordnet. Im Bereich der Spitze des Katheters 7 ist ein schematisch dargestellter Positionssensor 10 angeordnet, der eine dreidimensionale Erfassung der momentanen Position des Katheters 7 in Bezug auf ein Koordinatensystem ermöglicht. Die Positionserfassung erfolgt in bekannter Weise über nicht dargestellte Magnete, die entsprechend den Achsen des Koordinatensystems ausgerichtet sind. Bei anderen Ausführungen des Katheters können auch mehrere Positionssensoren vorhanden sein. Der Positionssensor 10 ermöglicht eine dreidimensionale Rekonstruktion des Doppler-Ultraschall-Datensatzes, wodurch die zu derselben Herzphase gehörenden zweidimensionalen Doppler-Ultraschall-Daten räumlich geordnet werden.
  • Die als Angiographie-Marker ausgebildeten Marker 9 sind sowohl auf den Röntgenprojektionen als auch im 3D-Rotationsangiographie-Datensatz sichtbar. Da diese Marker 9 im 3D-Rotationsangiographie-Datensatz sichtbar sind und die Position der Marker 9 relativ zur Spitze des Ultraschallkatheters 7 bekannt ist, kann der 3D-Doppler-Ultraschall-Datensatz zeitlich aufgelöst im 3D-Rotationsangiographie-Datensatz eingeblendet werden.
  • 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ultraschallkatheters. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Ultraschallkatheter 11 nebeneinander angeordnete Ultraschallsensoren 8 und einen Positionssensor 10. Abweichend zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind ringförmige Marker 12, 13 vorgesehen, die vor und hinter den Ultraschallsensoren 8 angeordnet sind. Diese ringförmigen Marker 12, 13 sind sowohl auf den Röntgenprojektionen als auch im 3D-Rotationsangiographie-Datensatz sichtbar.
  • Im Anschluss an die rechnerische Erzeugung der beiden 3D-Datensätze erfolgt die 3D-Visualisierung. In der kombinierten 3D-Darstellung zeigt der 3D-Rotationsangiographie-Datensatz Informationen über die Anatomie des Blutgefäßes und wird mit transparenten Farben dargestellt. Der 3D-Doppler-Ultraschall-Datensatz zeigt Informationen über die Blutflussgeschwindigkeit in dem Gefäß. Diese Information ist zeitlich aufgelöst, das heißt es wird eine bestimmte Phase des Herzzyklus dargestellt. Die Blutflussgeschwindigkeit wird in dem 3D-Rotationsangiographie-Datensatz farbig, zum Beispiel dunkelrot bis hellrot bzw. dunkelblau bis hellblau, je nach Blutflussrichtung, dargestellt.
  • Bei anderen Varianten des Verfahrens kann der 3D-Rotationsangiographie-Datensatz durch einen 3D-Computertomographie-Datensatz oder einen 3D-Magnetresonanz-Datensatz ersetzt werden.
  • Das Verfahren und der vorgeschlagene Ultraschallkatheter ermöglichen die Kombination von Röntgenaufnahmen und Doppler-Ultraschall-Daten während einer Intervention um gleichzeitig Informationen bezüglich der Anatomie und dynamischer Prozesse zu erfassen und darzustellen. Durch das vorgeschlagene Verfahren wird die Registrierung der beiden Datensätze vereinfacht, da beide Datensätze gleichzeitig aufgenommen werden und Abweichungen, die durch eine unterschiedliche Patientenlage verursacht werden, vermieden werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Erzeugung und Darstellung von Untersuchungsbildern eines Gefäßes eines Patienten, umfassend die folgenden Schritte: a) Einbringen eines Ultraschallkatheters in das zu untersuchende Gefäß, b) Erfassen von Untersuchungsdaten des den Katheter enthaltenden Gefäßes mit einem bildgebenden Verfahren, c) Erstellen eines 3D-Datensatzes anhand der Untersuchungsdaten des bildgebenden Verfahrens, d) Erfassen der Untersuchungsdaten und der Position des Ultraschallkatheters, e) Erstellen eines 3D-Datensatzes anhand der erfassten Untersuchungs- und Positionsdaten des Ultraschallkatheters, f) Registrierung der 3D-Datensätze des bildgebenden Verfahrens und des Ultraschallkatheters; und g) Darstellen der registrierten 3D-Datensätze.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektrokardiogramm des Patienten aufgenommen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Untersuchungsdaten mit den Daten des Elektrokardiogramms korreliert werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschall-Untersuchungsdaten dargestellt werden, die dieselbe durch das Elektrokardiogramm erfasste Phasenlage des Herzzyklus besitzen.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Untersuchungsdaten durch die Ultraschall-Doppler-Methode gewonnen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur dreidimensionalen Positionsbestimmung ein wenigstens einen Positionssensor aufweisender Ultraschallkatheter verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens einen Röntgenmarker, insbesondere einen Angiographiemarker, oder ein einen Magnetresonanz-Marker aufweisender Ultraschallkatheter verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Angiographie, insbesondere 3D-Rotationsangiographie als bildgebendes Verfahren verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Computertomographie oder Magnetresonanz als bildgebendes Verfahren verwendet wird.
  10. Ultraschallkatheter mit wenigstens einem Ultraschallsensor, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallkatheter wenigstens einen bei einer Bildaufnahme sichtbaren Röntgenmarker (9, 12, 13), insbesondere einen Angiographiemarker, oder einen Magnetresonanz-Marker und wenigstens einen Positionssensor (10) aufweist.
  11. Ultraschallkatheter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Röntgenmarker (9) oder Magnetresonanz-Marker kugelförmig ausgebildet ist.
  12. Ultraschallkatheter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere über den Umfang verteilte kugelförmige Röntgenmarker (9) oder Magnetresonanz-Marker aufweist.
  13. Ultraschallkatheter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Röntgenmarker (12, 13) oder Magnetresonanz-Marker ringförmig ausgebildet ist.
  14. Ultraschallkatheter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere, insbesondere zwei ringförmige Röntgenmarker (12, 13) oder Magnetresonanz-Marker aufweist.
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