DE102005038326A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Planung medizinischer Eingriffsprozeduren und zur Lokalisierung und Navigation eines Eingriffswerkzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Planung medizinischer Eingriffsprozeduren und zur Lokalisierung und Navigation eines Eingriffswerkzeugs Download PDF

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Abstract

Es ist ein System und ein Verfahren für eine medizinische Eingriffsprozedur innerhalb einer Herzkammer offenbart, mit einem Bildgebungssystem zur Gewinnung von Bilddaten der Herzkammer und zur Erzeugung eines 3-D-Modells aus diesen Bilddaten, einem Eingriffssystem zur Registrierung des 3-D-Modells mit einem Echtzeitbild der Herzkammer und zur Anzeige des 3-D-Modells und einem Eingriffswerkzeug, das in der Herzkammer positioniert wird, um in dem Eingriffssystem angezeigt (470, 510) und in Echtzeit über dem registrierten 3-D-Modell navigiert zu werden. Vorzugsweise beinhalten das Verfahren und das System auch ein Speichermedium, um das 3-D-Modell zu speichern, wobei das Eingriffssystem das gespeicherte 3-D-Modell für die Registrierung mit dem Echtzeitbild der Herzkammer erhält.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft allgemein ein Bildgebungssystem und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung des Bildgebungssystems in der Planung medizinischer Eingriffe und der Lokalisierung und der Navigation eines Eingriffswerkzeugs.
  • Medizinische Diagnostik- und Bildgebungssysteme sind in modernen Einrichtungen des Gesundheitswesens vorhanden. Solche Systeme stellen wertvolle Werkzeuge zur Identifikation, Diagnose und Behandlung des Gesundheitszustands bereit. In vielen Fällen, wird die endgültige Diagnose erst dann gestellt und die Behandlung erst dann fortgesetzt, nachdem der behandelnde Arzt oder Radiologe konventionelle Untersuchungen mit detaillierten Bildern relevanter Bereiche und Gewebe durch eine oder mehrere Bildgebungsmodalitäten abgeschlossen hat.
  • Medizinische Diagnose und Behandlung kann ebenso durch Verwendung einer Eingriffsprozedur, wie bspw. einen Eingriff bei Herzinsuffizienz, durchgeführt werden. Es wird geschätzt, dass ungefähr 6-7 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten von Amerika und in Europa an Herzinsuffizienz leiden. Einige Patienten mit Herzinsuffizienz leiden auch am Linksschenkelblock (engl. left bundle branch block, LBBB), der negativ das elektrische Leitsystem des Herzens beeinflusst. Bei Patienten mit Herzinsuffizienz und Linksschenkelblock resultiert die verzögerte linke Ventrikelinjektion aus verzögerter Ventrikeldepolarisierung, und wenn der Linksschenkelblock vorhanden ist, ist die Ventrikelkontraktion asymmetrisch, was eine ineffektive Kontraktion der linken Kammer verursacht. Die Herzresynchronisationstherapie, bei der beide Herzkammern, nämlich das linke Ventrikel (LV) und das rechte Ventrikel (RV), simultan stimuliert werden, hat sich als effektiv bei der Verbesserung von Symptomen bei Patienten mit Herzinsuffizienz und Linksschenkelblock erwiesen. Eine gebräuchliche klinische Behandlung dieses Gesundheitszustands ist die interventionelle biventikuläre Stimulation (mit einem Pacemaker), die folgendes beinhaltet: Positionierung der Elektrode für den rechten Ventrikel und der Elektrode für den rechten Herzvorhof, Positionierung einer Scheide in den Koronarvenensinus (KS), Durchführen eines KS-Angiogramms, um eine passende Verzweigung für die Legung der linksventrikulären Elektrode abzugrenzen, Platzierung der Elektrode für die LV-Stimulierung in die hintere oder seitliche Verzweigung des KS und Anwendung des Stimulationssignals auf die RV- und LV-Elektroden, um die RV und LV simultan zur Erreichung der Synchronisation zu stimulieren.
  • Die interventionelle biventikuläre Stimulation kann eine lange Prozedur nach sich ziehen, kann zu einem nicht erfolgreichen Platzieren der Elektrode in dem KS aufgrund der KS-Anatomie führen, oder die Elektrode selbst kann sich von dem KS lösen. In den meisten Fällen werden diese Situationen erst während der Eingriffsprozedur identifiziert, was zum Abbruch der Prozedur oder zum Ansetzen ei ner zweiten Prozedur führt, während derer die LV-Elektrode durch einen chirurgischen Schnitt epikardial platziert wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In einer Ausführungsform beinhaltet ein Bildgebungssystem zum Einsatz in der Planung einer medizinischen Eingriffsprozedur ein medizinisches Scanner-System zur Erzeugung einer Herzbilddatenmenge, ein Datenakquisitionssystem zur Akquisition der Herzbilddatenmenge, ein Bilderzeugungssystem zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes aus der Herzbilddatenmenge, eine Datenbank, um Informationen aus der Datenakquisition und von den Bilderzeugungssystemen zu speichern, ein Bedienerschnittstellensystem für die Bedienung des medizinischen Scannersystems, des Datenakquisitionssystems, des Bilderzeugungssystems und der Datenbank und ein Nachbearbeitungssystem, um die Herzbilddatenmenge analysieren, das sichtbaren Bild anzeigen und auf das Bedienerschnittstellensystem ansprechen zu können. Das Bedienerschnittstellensystem enthält Instruktionen zur Verwendung der Herzbilddatenmenge und das anzeigbare Bild zur Planung einer biventikulären Stimulation, zur Planung einer Vorhof-Fibrillations-(Flimmern)-Prozedur oder zur Planung einer Vorhofflatter-Prozedur.
  • In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Computersystem für den Einsatz in der medizinischen Eingriffsprozedur ein Datenport, um Sondeninformationen aus der medizinischen Eingriffsprozedur zu empfangen, eine Datenbank, um die Informationen, die aus der Planungssitzung der Eingriffsprozedur erhalten werden, zu speichern, einen Speicher, der die Befehle für die Handhabung der Sondeninformationen, die an dem Datenport empfangen werden, und der in der Datenbank gespeicherten Informationen enthält, einen Prozessor zur Analyse der Informationen an dem Datenport in Kombination mit der in der Datenbank gespeicherten Information, ein Bedienerschnittstellensystem für die Handhabung des Speichers und des Prozessors und eine Anzeige, die auf das Bedienerschnittstellensystem reagiert und zur Visualisierung der Information in der Datenbank in Kombination mit der Information an dem Datenport dient.
  • In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes für den Einsatz in der Planung einer medizinischen Eingriffsprozedur eine Akquisition einer Herzbilddatenmenge mit Hilfe eines medizinischen Scanners, Handhabung der Herzbilddatenmenge durch Segmentierung, Verarbeitung der Herzbilddaten für die Betrachtung, Betrachtung der Herzbilddaten in Form eines sichtbaren Bildes, Einfügung geometrischer Markierungen in die Herzbilddatenmenge an einer anatomischen Orientierungsstelle für eine anschließende Visualisierung, Analyse und Registrierung, Auswahl von sichtbaren Parametern als Reaktion auf die geometrischen Markierungen an anatomischen Orientierungsstellen und Abspeicherung eines sichtbaren Bildes, einer anatomischen Orientierungsstelle oder eines gemessenen sichtbaren Parameters in einer Bilddatenbank.
  • In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Verwendung einer Herzbilddatenmenge während einer medizinischen Eingriffsprozedur ein Abrufen eines Prozedurplanungsbildes aus einer Bilddatenbank, eine Be trachtung des Prozedurplanungsbildes, Einführung einer Sonde in ein Gefäß eines Patienten während der Eingriffsprozedur, Identifikation einer Orientierungsstelle des gesondeten Gefäßes aus der Eingriffsprozedur heraus, Registrierung des Koordinatensystems der Eingriffsprozedur mit dem Koordinatensystem des Prozedurplanungsbildes und Anzeige des Prozedurplanungsbildes in Abhängigkeit von der Position der angewandten Sonde, um eine in Echtzeit stattfindende Gefäßtrackingprozedur am gesondeten Gefäß durchzuführen.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Verwendung einer Herzbilddatenmenge während einer medizinischen Eingriffsprozedur einen Abruf von wenigstens drei unterschiedlichen Koordinaten der Herzkammer und eine Ausrichtung der drei unterschiedlichen Koordinaten mit den gleichen Koordinaten, die in einem Eingriffssystem benutzt werden, so dass die Orientierung der Herzkammer in dem Eingriffssystem ähnlich zu ihrer ursprünglichen Orientierung zur Zeit der Bildaufnahme ist. Auf diese Weise verwendet das Eingriffssystem die vorgespeicherten 3D-Bilder, um ein Eingriffswerkzeug, bspw. einen Katheder, z.B. in Echtzeit zu leiten.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform ist ein Fluoroskopie- oder anderes Eingriffssystem derart konfiguriert, dass ein Eingriffswerkzeug, wie z.B. ein Mapping-Ablationskatheter, in Echtzeit platziert und verfolgt wird, während es in dem dreidimensionalen Raum der Herzkammer navigiert wird.
    •
  • KURZE BECHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, die beispielhafte Ausführungsformen zeigen und in denen gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen tragen:
  • 1 zeigt ein generalisierte schematische Darstellung eines Bildgebungssystems für den Einsatz in der Planung von Eingriffsprozeduren;
  • 2 zeigt ein generalisiertes Ablaufdiagramm eines Prozesses zur Implementierung einer Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung des Bildgebungssystems aus 1;
  • 3 zeigt entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zur automatischen Bestimmung des dynamischen Segmentierungsschwellenwertes für das Gefäßtracking des Koronarvenensinus für sowohl arterien- als auch venösphasige kontrastangereicherte Studien;
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zur Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung während einer Eingriffsprozedur;
  • 5 zeigt ein Innenbild eines Ursprungs des Koronavenensinus aus dem Inneren des rechten Vorhofs, generiert entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 6 zeigt ein Innenbild innerhalb eines Koronavenensinus in der Nähe der Kreuzung des Koronavenensinus und des Ramus circumflexes, erzeugt entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung; und
  • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zur Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung während der Lokalisierung und Navigation eines Mapping-Ablationskatheters in einer Herzkammer.
  • DETAILIERTE BESCHREIBUNG
  • Eine detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung wird hierin entsprechend den 1-3 präsentiert, um die Erfindung lediglich zu veranschaulichen und nicht zu beschränken.
  • 1 zeigt eine generalisierte schematisierte Darstellung eines Bildgebungssystems 100 zur Verwendung in der Planung einer Eingriffsprozedur, wie z.B. der Planung einer biventrikulären Prozedur, einer Vorhof-Fibrillations-Prozedur, oder einer Vorhofflatter-Prozedur. Das Bildgebungssystem 100 beinhaltet: ein medizinisches Scanner-System 110 zur Erzeugung von Herzbilddaten, wie z.B. Bilddaten des rechten Vorhofs und des Koronavenensinus, ein Datenakquisitionssystem 120 zur Akquisition der Herzbilddaten von dem medizinischen Scanner 110, eine Akquisitionsdatenbank 130 zur Speicherung der Herzbilddaten aus dem Datenakquisitionssystem 120, ein Bilderzeugungssystem 140 zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes aus den Herzbilddaten, die in der Akquisitionsdatenbank 130 gespeichert sind, eine Bilddatenbank 150 zur Speicherung des sichtbaren Bildes aus dem Bilderzeugungssystem 140, ein Bedienerschnittstellensystem 160 zur Handhabung des medizinischen Scannersystems 110 und der Herzbilddaten und des sichtbaren Bildes in den Datenbanken 130, 150, die zu einer einzelnen Datenbank zusammengeführt werden können, und ein Nachbearbeitungssystem 180 zur Analyse und Anzeige des sichtbaren Bildes aus der Datenbank 150, wobei das Nachbearbeitungssystem auf das Bedienerschnittstellensystem anspricht. Eine Nachbearbeitungssoftware des Nachbearbeitungssystems 180 beinhaltet Befehle und ist deshalb angepasst, um Daten zu analysieren und Bilder anzuzeigen, wodurch das Nachbearbeitungssystem 180 von einem allgemeinen Nachbearbeitungsprozessor zu einem spezialisierten Nachbearbeitungsprozessor umgestellt wird. Gescannte Daten, die in ein sichtbares Bild umgewandelt werden können, werden hierin als Bilddaten bezeichnet.
  • Systemkommunikationsverbindungen 210, 212, 216, 218 und Datenbankkommunikationsverbindungen 220, 222 stellen einen Weg zur Signalkommunikation unter und zwischen den Systemen 110, 120, 140, 160, 180 und den Datenbanken 130, 150 zur Verfügung. Die Kommunikationsverbindungen 210-220 können fest verdrahtet oder drahtlos sein. Die Bedienungsschnittstelle 160 kann durch ein eigenständiges Eingangs-/Ausgangs-Terminal oder einen Computer gebildet sein, der Befehle in einer Vielzahl von Computersprachen zum Einsatz auf einer Vielzahl von Computerplattformen, wie z.B. DOSTM-basierten Computersystemen, AppleTM-basierten Computersystemen, WindowsTM-basierten Computersystemen, HTML-basierten Computersystemen oder dgl. beinhaltet.
  • Das Bedienerschnittstellensystem 160 enthält einen Prozessor 170, z.B. einen Mikroprozessor, zur Steuerung des medizinischen Scannersystems 110, zur Steuerung des Datenakquisitions- und des Bilderzeugungssystems 120, 140, zur Verarbeitung und zum Management der Informationen in der Akquisitions- und der Bilddatenbank 130, 150 und zur Steuerung der Nachbearbeitung in dem Nachbearbeitungssystem 180. Das Bedienerschnittstellensystem 160 beinhaltet ferner: einen Speicher 200, der besondere Befehle enthält, die eine Planung einer biventrikulären Stimulierungsprozedur betreffen, Benutzereingabemittel, z.B. eine Tastatur 162, und Benutzerausgabemittel, z.B. Dis plays 164, 166. Das Display 164 kann für die Untersuchungsverordnung angepasst sein, während das Display 166 zur Visualisierung angepasst sein kann. Alternativ können die Displays 164 und 166 in einem einzelnen Display integriert sein. Die Untersuchungsverordnung beinhaltet solche Eingabeparameter, wie: Definition des Scannens oder der Scann-Region, Datenakquisitionssteuerung, Scannerbildsteuerung und dgl.. Das Bedienerschnittstellensystem 160 kann auch während einer tatsächlichen Eingriffsprozedur verwendet werden, um sowohl die Bilder aus der Planung der Eingriffsprozedur als auch die Echtzeitbilder der Eingriffsprozedur anzuzeigen, wie dies nachstehend beschrieben ist. Während einer tatsächlichen Eingriffsprozedur akzeptiert der Datenport 205 Informationen von einer medizinischen Sonde, z.B. einem Katheder, und erlaubt dadurch, dass die Daten aus der Planung der Eingriffsprozedur während der tatsächlichen Eingriffsprozedur in Echtzeit analysiert werden.
  • Das medizinische Scannersystem 110 beinhaltet einen Elektrokardiogramm(EKG)-Monitor 112, der R-Spitzen-Ereignisse, die allgemein den Beginn eines Herzzyklus darstellen, durch eine Schnittstellenplatine 116 in den Scanner 118 ausgibt. Die Schnittstellenplatine 116 ermöglicht eine Synchronisation zwischen den Scanner-Daten und den Daten des EKG-Monitors. Alternativ kann die Schnittstellenplatine dafür verwendet werden, den EKG-Monitor 112 mit dem Scanner 118 zu koppeln. Ein Beispiel für eine Schnittstellenplatine 116 bildet eine Gantry- Schnittstellenplatine. Der beispielhafte Scanner 118 ist durch ein Herz-Computertomographie(CT)-System mit der Unterstützung für Herzbilder gebildet, wobei der illustrierte Scanner 118 jedoch nur für Beispielzwecke gedacht ist; andere aus dem Stand der Technik bekannte Bildgebungssysteme können ebenfalls verwendet werden. Beispiele anderer Bildgebungssysteme beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein: Röntgensysteme (einschließlich beider konventioneller und digitaler oder digitalisierter Bildgebungssysteme), Magnetresonanz (MR)-Systeme, Positron-Emissions-Tomographie(PET)-Systeme, Ultraschallsysteme, nuklearmedizinische Systeme und dreidimensionale Fluoroscopie-Systeme. Das medizinische Scannersystem 110 beinhaltet auch Einrichtungen zur EKG-synchronisierten Akquisition oder Bildrekonstruktion 135, um ein Herz frei von Bewegungen, gewöhnlich in seiner diastolischen Phase abzubilden. Das medizinische Scannersystem 110 beinhaltet weiterhin Schaltungen zur Akquisition von Bilddaten und zur Umwandlung der Daten in eine brauchbare Form, die dann verarbeitet wird, um ein rekonstruiertes Bild von interessierten Merkmalen in einem Patienten zu erzeugen. Die Bilddatenakquisitions- und Verarbeitungsschaltkreise werden unabhängig von der Art des Bildgebungssystems häufig als „Scanner" bezeichnet, weil eine Art physikalisches oder elektronisches Scannen oft während eines bildgebenden Prozesses stattfindet. Die besonderen Komponenten des Systems und der verwandten Schaltungen unterscheiden sich stark zwischen den bildgebenden Systemen, was auf die unterschiedliche Physik und unterschiedliche Datenverarbeitungsanforderungen der verschiedenen Systeme zurückzuführen ist. Man wird jedoch zu würdigen wissen, dass die vorliegende Erfindung ohne Rücksicht auf die Auswahl eines bestimmten Bildgebungssystems eingesetzt werden kann. Z.B., obwohl die EKG-synchronisierten Datensätze oben beschrieben sind, ist die Erfindung nicht auf EKG- synchronisierte Datensätze beschränkt, da sie bspw. in einer anderen Bildgebungsmodalität auch auf atemsynchronisierte Datensätze angewendet werden kann.
  • Daten sind Ausgaben des Scanners 118 in das Subsystem 230, die Software zur Durchführung der Datenakquisition in dem Datenakquisitionssystem 120 und der Bilderzeugung in dem Bilderzeugungssystem 140 beinhalten. Eine Datensteuerung wird entweder durch das Bedienerschnittstellensystem 160 oder innerhalb des Subsystems 230 über die Kommunikationsverbindung 212 bereitgestellt. Daten als Ausgabe des Scanners 118, einschließlich der R-Spitzen-Ereignisse 114, werden in der Akquisitionsdatenbank 130 gespeichert. Die Datenakquisition in dem System 120 wird nach einem oder mehreren Akquisitionsprotokollen durchgeführt, die für Herzbildgebung und besonders für die Bildgebung des rechten Vorhofs und/oder des Koronavenensinus optimiert sind. Die Bilderzeugung in dem System 140 wird unter Einsatz eines oder mehrerer optimierter 3D-Protokolle für die automatische Bildsegmentierung eines CT-Bilddatensatzes durchgeführt und liefert so ein Bild der inneren Oberfläche des rechten Vorhofs und/oder des Koronarvenensinus.
  • Bilddaten aus dem Bilderzeugungssystem 140 werden über die Verbindung 212 zu dem Bedienerschnittstellensystem 160 übertragen. Die Bilddaten, die von der Software in dem Bedienerschnittstellensystem 160 für die Untersuchungsverordnung und die Visualisierung benötigt werden, werden in der Bilddatenbank 150 gespeichert. Bilddaten können archiviert 167, auf einen Film 168 aufgenommen oder über ein Netzwerk 169 zu dem Nachbearbeitungssystem 180 zur Analyse und Überprüfung, einschließlich einer 3D- Nachbearbeitung, gesendet werden. Das Nachbearbeitungssystem 180 muss nicht ein Einzelsystem sein, da die Nachbearbeitung optional z.B. in dem Bedienerschnittstellensystem 160 durchgeführt werden kann. Die Nachbearbeitungssoftware, die in dem Nachbearbeitungssystem (180) benutzt wird, führt die Segmentierung der Herzbilddatenmenge durch, um relevante Substrukturen, wie den rechten Vorhof und das Koronavenensinusgefäß, zu extrahieren und definiert so eine Submenge oder ein 3D-Modell der Substruktur. Die Nachbearbeitungssoftware liefert auch 3D-Wiedergaben (engl. 3D-Renderings) einschließlich der Innen- (oder Navigator-) Ansichten, d.h. die Visualisierung on des rechten Vorhofs und des Koronarvenensinus von der Innenseite. Diese Spezialansichten können in einer 3D-Rendering-Datei 182 abgespeichert werden, und ein geometrisches Modell dieser Strukturen und Substrukturen kann in einer 3D-Modell-Datei 184 gespeichert werden, die in der Bilddatenbank 150 gespeichert werden und von dem Bedienungspersonal des Bedienerschnittstellensystems entweder während der medizinischen Planung der Eingriffsprozedur oder während der Eingriffsprozedur selbst betrachtet werden können, wie z.B. in Kombination mit einem Projektionsbild während einer 3D-Fluoroskopieprozedur, das alternativ als Eingriffsbild bezeichnet wird. Im Falle von Koronavenensinus, wird die Oberfläche des inneren Gefäßes klar in dem 3D-Rendering 182 und dem 3D-Modell 184 definiert. Das 3D-Modell 184 kann anatomische oder geometrische Merkmale oder Kennzeichnungen, wie z.B. den rechten Vorhof, den Koronavenensinus oder die Thebesius-Klappe, beinhalten, die für die 3D-Registrierung des 3D-Modells 184 mit dem Koordinatensystem der jeweiligen am Bedienerschnittstellensystem 160 während der Eingriffsprozedur betrachteten anatomischen Strukturen benutzt werden kann, wodurch die simultane Benutzung des 3D-Modells 184 während der folgenden Eingriffsprozedur, wie z.B. mit einem Projektionsbild während einer 3D-Fluoroskopieprozedur, ermöglicht wird. Das Koordinatensystem, das sich auf die anatomischen Strukturen bezieht, wie sie während der Eingriffsprozedur betrachtet werden, wird als Eingiffskoordinatensystem bezeichnet. Das 3D-Modell 184 kann in ein von unterschiedlichen Formaten exportiert werden: ein geometrisches Modell in Form eines Drahtgeflechts (engl. wire mesh geometric model); ein festes geometrisches Modell; ein Satz von mit jeder Bildschicht assoziierten Konturen; eine segmentierte Menge von binären Bildern; eine laufzeitlängenkodierte binäre Segmentierungsmaske (engl. run-length encoded binary segmentation mask) (worin eine Segmentierungsmaske repräsentativ für die Lage des interessierten Volumenelements ist); oder ein medizinisches digitales Bildobjekt, das Strahlungstherapie(ST)-Objektstandards oder ähnliche Objekte verwendet. Andere in dem Stand der Technik bekannte Formate können ebenfalls verwendet werden, um die 3D-Modelle 184 zu speichern und zu exportieren. Zusätzlich kann die Bedienungsperson das 3D-Rendering und das Modell 182, 184 auf einer Anzeige 186 betrachten. Die 3D-Renderings können 3D-Kamerainformationen enthalten (z.B. die 3D-Position, Blickwinkel und den von unten nach oben gerichteten Sichtvektor (engl. view-up vector)), die spezifizieren, wie das Eingriffssystem das 3D-Modell mit gleicher Orientierung rendern kann. In einer anderen Ausführungsform, könnte das Bedienerschnittstellensystem 160 die Funktionen des Nachbearbeitungsprozessorsystems 180 enthalten. In einer noch anderen Ausführungsform kann die Anzeige 186 mit den Anzeigen 164 und 166 integriert werden.
  • Die Software des Nachbearbeitungssystems 180 beinhaltet analytische Verfahren zur Durchführung des Gefäßtracking, die den Benutzer des Bedienerschnittstellensystem 160 mit der Fähigkeit ausstattet, verschiedene Parameter des Koronavenensinus oder eines anderen Gefäßes von Interesse zu analysieren und zu betrachten. Die Parameter beinhalten: Durchmesser, Pfadlänge des Gefäßes oder des Gefäßsegments, die signifikanten Verzweigungen des Gefäßes; den Krümmungsgrad (den Grad der Biegung) des Gefäßes und den Grad der Verstopfung in dem Gefäß. Die Fähigkeit, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das Gefäßtracking durchzuführen, versetzt die Bedienungsperson in die Lage, analytische Untersuchungen während der Planung der biventikuläre Stimulationsprozedur durchzuführen, ohne physisch eine analytische Sonde in den Körper des Patienten einzuführen. Die Nachbearbeitungssoftware liefert auch bekannte 3D-Modell-Manipulationstechniken, wie z.B. Rotation und isometrisches Betrachten, die es der Bedienungsperson ermöglichen, das 3D-Modell z.B. von dem KS oder seinen Verzweigungen in verschiedenen Ebenen zu visualisieren, z.B. in Kreuzsektionssichten (in denen die Ebene normal zu einem Richtungsvektor liegt, der auf der Mittellinie des Gefäßes positioniert ist) und Sektionssichten in Längsrichtung (in denen die Ebene parallel ist und ein Gefäßsegment beinhaltet). Die Nachbearbeitungssoftware liefert auch „verzerrte" Ansichten des KS, die eine gekrümmte Reformatierungsansicht beinhalten (in der die Gefäßtrackinginformation auf eine einzelne Ansicht projiziert wird) und eine „Lumen-Sicht" (in der das Gefäß gestreckt und in einer einzelnen Ebene für Mess- und Analysezwecke dargestellt wird). Die Gefäßtrackingnachbearbeitungssoftware beinhaltet auch die Fähigkeit, eine geometrische Kennzeichnung auf der Mittellinie des KS anzubringen und ein vektorielles Tracking durch das Gefäß entlang der Gefäßmittellinie durchzuführen.
  • Die Nachbearbeitungssoftware beinhaltet auch einen Algorithmus zur automatischen Anpassung des dynamischen Segmentierungsschwellenwertes, der in der Gefäßtrackingsegmentierung verwendet wird, so dass der Koronarvenensinus für beide, arterien- und venösphasige kontrastangereicherte Studien verfolgt werden kann. Da die Intensität der Volumenelemente innerhalb des Koronavenensinus für Bilder aus der arterienphasigen Datenakquisition aufgrund des Einflusses, den das Blut auf Bildintensität hat, geringer ist, muss der Segmentierungsschwellenwert angemessen angepasst werden, um eine korrekte Segmentierungsbildgebung zu erhalten. Die Bildhelligkeit wird vor der Segmentierung entsprechend dem Vorhandensein arterien- und venösphasiger Studien festgelegt. Die Fähigkeit der Nachbearbeitungssoftware, automatisch zwischen den verschiedenen Bildkontrasten der arterien- und venösphasigen Studie zu unterscheiden, wird, wie nachstehend mit Bezug auf 3 erläutert, als kontrastangereicherte oder kontrastverstärkte Segmentationsanalyse bezeichnet.
  • Indem nun auf 2 Bezug genommen wird, zeigt ein Ablaufdiagramm einen Beispielprozess 300, wonach die auf einem Herz-CT erzeugten Bilddaten für die Planung der medizinischen Eingriffsprozedur und insbesondere für die Planung der biventrikulären Stimulation verwendet werden. Der Beispielprozess 300 kann in Verbindung mit dem Einsatz des Bildgebungssystems 100 eingesetzt werden.
  • Der Prozess 300 beginnt in Schritt 305, wo ein Datenvolumen am Herz-CT-Scanner 118 aufgenommen wird, indem ein für den rechten Vorhof und/oder den Koronavenensinus optimiertes Protokoll verwendet wird. Ein Beispiel für ein Protokoll, das verwendet werden kann, ist ein Gefäßabbildungsprokoll, das eine Spiral-Scanntechnik mit synchronisierter Rekonstruktion benutzt. In einer beispielhaften Ausführungsform können die von dem gefäßabbildenden Protokoll verwendeten Parameter unter Benutzung der Einsektoriellen- oder Multisektoriellen Cardiorekostruktion, Gantry-Perioden von 0,5 Sekunden mit Spiralsteigungsfaktoren (Pitch-Faktoren) von 0,275 enthalten. Parameter könnten ebenfalls 120 Kilovolt, 250 Milliampere und eine Bilddicke von 1,25 Millimetern an einem Multischicht-CT-Scanner beinhalten. Die Erzeugung des Datenvolumens wird durch die Kombination von vielen sequentiellen zeitlichen Schnitten (Slices) der gescannten Daten erzielt.
  • Im Schritt 310 wird die Handhabung des Bilddatensatzes durch Segmentierung der Daten bewerkstelligt, indem eine Nachbearbeitungssoftware benutzt wird, die ein 3D-Protokoll enthält, das zur Extraktion der Daten eingerichtet ist, die im Zusammenhang mit der inneren Oberfläche des rechten Vorhofs und/oder des Sinus stehen. Die Segmentierung der Daten aus dem Datensatz bezieht sich auf die Extraktion eines speziellen Teils des Datensatzes, der in Bezug steht zu einem anatomischen Merkmal, das von Interesse ist, wie z.B. dem rechten Vorhof, dem Koronavenensinus oder einer externen anatomischen Merkie rung (z.B. einer in Bezug auf den Patienten externen Markierung). Eine Eingabe der Bedienungsperson über das Bedienerschnittstellensystem 160, wie unter Bezug auf 1 beschrieben, liefert die notwendige Information in Hinblick auf die Frage, ob der Datensatz entsprechend dem Algorithmus für den rechten Vorhof oder für den Koronavenensinus gehandhabt werden soll. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Funktionen der Nachbearbeitungssoftware die Gefäßtrackinganalyse und die Auswahl des Bildhelligkeitsschwellenwertes enthalten. Der Datenmanagementprozess im Schritt 310 könnte eine oder mehrere Warteschlangen oder -puffer von der Bedienungsperson erfordern, während derer Dauer die Bedienungsperson durch den Prozess schrittweise geleitet werden kann. Diese Wartepuffer beinhalten gewöhnlich z.B. die Hinterlegung eines Punktes an dem Ursprung des KS und an dem distalen Ende jeder Verzweigung des KS, um das Gefäßtracking zu erleichtern. Das 3D-Protokoll beinhaltet Standardansichten für das gescannte Subjekt und Standardverarbeitungsschritte, die an den Bilddaten durchgeführt werden können, wodurch eine automatische Prozedur zur 3D-Segmentierung, Visualisierung, Analyse und Exportierung bereitgestellt wird. Die Benutzung des automatischen Prozesses wird an dem Bedienerschnittstellensystem 160 verwaltet, an dem eine Bedienungsperson die geeignete automatische Prozedur auswählt, deren Folge geleistet werden soll, z.B. ob der rechte Vorhof oder der Koronavenensinus analysiert werden soll.
  • Im Schritt 315 werden die Bilddaten für die Betrachtung verarbeitet und ein 3D-Modell erzeugt.
  • Im Schritt 320, wird der rechte Vorhof und/oder der Koronavenensinus betrachtet oder visualisiert indem die multiplanare Volumenreformatierung (engl. Multiplanar Volume Reformat, MPVR), die Maximum-Intensitäts-Projektion (engl. Maximum Intensity Projection, MIP), das 3D-Oberflächen-Rendering oder das Volumenrendering (VR) benutzt wird, wozu eine Innenansicht (d.h. eine Ansicht von Innen heraus) gehören kann. Eine Vielzahl von 3D-Software-Paketen steht für die Herzvolumenanalyse und die Analyse der Herzbildqualität zur Verfügung.
  • Im Schritt 325 fügt die Bedienungsperson in das Volumen an einem anatomischen Merkmal eine geometrische Markierung, z.B. eine Kugel, für die nachfolgende Visualisierung oder Analyse ein. Es können mehrere geometrische Markierungen und geometrische Merkmale gleichzeitig eingefügt und visualisiert werden. Geometrische Merkmale können in zur Innenoberfläche eines anatomischen Merkmals, z.B. des Koronavenensinus, verschiedenen Farbenschemata visualisiert werden. Alternativ können die geometrischen Markierungen an geometrischen Merkmalen in das Volumen eingefügt werden, und der Koronavenensinus kann in einer lichtdurchlässigen Weise visualisiert werden, während die geometrischen Merkmale in einer undurchsichtigen Weise angezeigt werden. Darüber hinaus können verschiedene geometrische Markierungen zur Identifizierung verschiedener anatomischer Merkmale benutzt werden, wodurch es möglich ist, mehrere Volumina mit unterschiedlichen Graden der Lichtdurchlässigkeit zu erzeugen (rendern). Z.B. kann ein Modell des Herzens in einer lichtdurchlässigen Weise und das Modell des KS in einer undurchsichtigen Weise erzeugt werden, wodurch es möglich ist, den KS im Kontext des gesamten Herzens zu betrachten. Ein Volumenrenderingwerkzeug, wie z.B. das eine, das Bezug nehmend auf den Schritt 315 beschrieben wurde, kann für die Durchführung dieses Schrittes eingesetzt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Bedienungsperson durch die Visualisierungs- und Merkmalidentifikationsprozedur schrittweise geleitet.
  • Im Schritt 330 wählt die Bedienungsperson durch die Auswahl einer im Schritt 325 eingefügten geometrischen Markierung, die mit einem anatomischen Merkmal in Verbindung steht, einen anzeigbaren Parameter aus, der gemessen oder betrachtet werden soll, wie z.B. den Durchmesser des Koronavenensinus, die Pfadlänge des Koronavenensinus, das Aussehen signifikanter Verzweigungen des Koronavenensinus, die Quantifizierung der Krümmung (den Grand der Biegung) des Koronavenensinus und die Quantifizierung des Verstopfungsgrades, die Stenose, innerhalb des Koronavenensinus, wobei die Nachbearbeitungssoftware dann den ausgesuchten Parameter berechnet und eine Anzeige der Messung oder eine Ansicht liefert. Zu geeigneten 3D-Renderings (3D-Ansichten) für diese Analyse zählen gekrümmte Reformatierungsansicht und eine Lumen-Ansicht.
  • Im Schritt 335 werden spezifische 3D-Modelle oder Renderings gesichert, die während der Planung der medizinischen Eingriffsprozedur als sichtbare Referenzquellen nachgefragt werden. Solche 3D-Ansichten können ein sichtbares Herzbild, ein anatomisches Merkmal oder einen gemessenen sichtbaren Parameter beinhalten. Die 3D-Ansichten können auf unterschiedliche Art gespeichert werden, einschließlich medizinischer digitaler industriestandardisierter Aufzeichnungsbilder, auf Film oder in einem Multimediaformat. Diese 3D-Sichten können auch mit dem Projektionsbild in einem Fluoroskopiesystem vermischt werden. Ein Fluoroskopiesystem kann die Positionierung einer Röntgenröhre in einer präzisen Ausrichtung bezüglich des Patienten und einen Detektor auf der anderen Seite des Patienten beinhalten, um Echtzeit-Röntgenbilder zu erhalten. Die richtige Ausrichtung basiert auf den 3D-Sichtwinkeln, die während der Nachbearbeitungsanalyse bestimmt werden, wobei die Sichtwinkelorientierungsinformation in den 3D-Renderings oder in dem 3D-Modell selbst spezifiziert wird. Ein Fluoroskopiesystem bildet ein Beispiel für ein Mittel, um einen Katheder während einer Prozedur zu leiten.
  • Im Schritt 340 wird ein 3D-Modell des rechten Vorhofs und/oder des Koronavenensinus in eine Bilddatenbank exportiert, wobei ein Format der Wahl benutzt wird. Mögliche Formate beinhalten: ein geometrisches Modell in Form eines Drahtgeflechts (engl. wire mesh geometric model); ein festes geometrisches Modell; einen Satz von Konturen, die mit jeder Bildschicht assoziiert sind; eine segmentierte Menge von binären Bildern; eine laufzeitlängenkodierte binäre Segmentierungsmaske (engl. run-length encoded binary segmentation mask) und ein medizinisches digitales bildgebendes Objekt, wie z.B. ein medizinisches digitales bildgebendes Objekt der Strahlungstherapie, so wie es in den Industriestandards der medizinischen digitalen bildgebenden Strahlungstherapie verwendet wird. In einer beispielhaften Ausführungsform werden alle nichtrelevanten Daten der binären Bilder auf Null gesetzt, und das segmentierte Volumen der binären Bilder enthält nur nicht-nullwertige Informationen. Der Wert der Volumenein heiten entspricht der CT-Abschwächung, und die Dichte des Gewebes, ausgedrückt in Hounsfield Einheiten, stellt das segmentierte Volumen der binären Bilder dar. In einer anderen Ausführungsform spezifiziert eine binäre Segmentierungsmaske die Lage der relevanten Volumeneinheiten innerhalb des ursprünglichen Volumens selbst.
  • Im Schritt 345 wird das 3D-Modell, das exportiert wurde, in das Bedienerschnittstellensystem eingegeben.
  • Im Schritt 350 wird das 3D-Modell 184 mit den entsprechenden Merkmalen registriert, die im Schritt 325 identifiziert wurden. Das 3D-Modell 184 kann im Koordinatensystem des Bedienerschnittstellensystems unter Verwendung einer strikten oder nicht strikten Registrierungstechnik registriert werden. Eine strikte Registrierungstechnik erfordert gewöhnlich die Identifizierung zumindest dreier anatomischer Merkmale, wohingegen eine nicht strikte Registrierungstechnik die Identifizierung von mehr als drei anatomischen Merkmalen erfordern kann. Mit der strikten Registrierung kann das 3D-Modell 184 derart übersetzt oder konvertiert oder während der Eingriffsprozedur rotiert werden, um mit den lokalisierten Merkmalen übereinzustimmen, die abgebildet oder durch das Eingriffssystem identifiziert werden. Zusätzliche Merkmale können ebenfalls benutzt werden, so dass eine am besten geeignete Transformation (im Sinne des mittleren quadratischen Fehlers) berechnet wird. Die Mittellinie für das Gefäßtracking, z.B. in der Nähe des Vorhofs des KS, kann ebenso benutzt werden, um die Registrierung des 3D-Modells des Eingriffssystem-Koordinatensystems zu erleichtern. Mit der nicht strikten Registrierung kann das 3D-Modell 184 auch gedehnt und verzerrt werden.
  • Im Schritt 355 wird das Modell ferner über das Bedienerschnittstellensystem visualisiert, und ausgesuchte sichtbare Parameter werden auf das Modell abgebildet (gemappt). Die oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform bezieht sich auf ein einzelnes 3D-Modell. Dies kann jedoch auf eine beliebige Anzahl von 3D-Modellen ausgedehnt werden, die von dem herzabbildenden System exportiert und in das Bedienerschnittstellensystem importiert werden.
  • Indem nun Bezug auf 3 genommen wird, ist dort ein Ablaufdiagramm eines Prozesses 370 zur automatischen Festlegung des dynamischen Segmentierungsschwellenwertes für das Gefäßtracking des Koronavenensinus für sowohl arterien- als auch venösphasige kontrastangereicherte Studien entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Algorithmus gemäß der 3 ist in der Nachbearbeitungssoftware des Nachbearbeitungssystems 180 enthalten.
  • Der Prozess 370 beginnt mit dem Schritt 375, in dem das aus der Prozedurplanung stammende ursprüngliche CT-Datenvolumen (Herzbilddatenvolumen) aus der Bilddatenbank 150 empfangen wird. Im Schritt 380 wird entweder durch vergleichende Messungen, Bildkopfinformationen oder Benutzereingabe bestimmt, ob eine arterien- oder eine venösphasige Kontraststudie gesichtet wird.
  • Wenn eine venösphasige Kontraststudie gesichtet wird, geht die Prozesslogik zum Schritt 385 über, in dem das Datenvolumen zuerst gefiltert wird, um die Blutbecken der Herzkammer zu entfernen. Im Schritt 390 wird der Benutzer zur Eingabe von Punkten für das Gefäßtracking auf gefordert, wie z.B. eines Punktes an der Quelle des KS und eines oder mehrer Distalpunkte. Im Schritt 395 führt die Nachbearbeitungssoftware eine Gefäßtrackingprozedur an dem KS durch, indem hier beschribeee Gefäßtracking-Verfahren eingesetzt werden. Im Schritt 400 wird der verfolgte KS unter Verwendung z.B. einer gekrümmten Reformatierungssicht (engl. curved reformat) und einer Lumen-Sicht oder einer Navigator-Sicht visualisiert. Im Schritt 405 wird der ursprünglich im Schritt 385 entfernte Vorhof optional für eine weitere Visualisierung und Analyse wiederhergestellt. Im Schritt 410 werden Messungen an dem Gefäß oder Gefäßsegment durchgeführt und Modelldaten, wie gewünscht, exportiert.
  • Wenn im Schritt 380 eine arterienphasige Kontraststudie betrachtet wird, geht die Prozesslogik zum Schritt 415 über, in dem z.B. durch Benutzereingabe bestimmt wird, ob ein Tracking mit hoher Qualität durchzuführen ist. Wenn kein hochqualitatives Tracking durchzuführen ist, geht die Prozesslogik zum Schritt 420 über, in dem ein Niedrigintensitätsschwellenwert für das KS-Tracking ausgewählt wird. Nach dem Schritt 420 geht die Prozesslogik zu dem Block des Schrittes 385 über und wird, wie oben beschrieben, fortgesetzt.
  • Wenn im Schritt 415 bestimmt wird, dass ein hochqualitatives Tracking durchzuführen ist, geht die Prozesslogik zum Schritt 425 über, in dem das Datenvolumen zuerst gefiltert wird, um die Blutbecken der Herzkammer zu entfernen. Im Schritt 430 wird der Benutzer zur Eingabe von Gefäßtrackingpunkten für die Herzarterien aufgefordert, wie bspw. eines Punktes an der Quelle der linken Hauptarterie und optional eine oder mehrere Distalpunkte für LAD und LCx. Im Schritt 435 führt die Nachbearbeitungssoftware eine Gefäßtrackingprozedur an den Herzarterien durch, indem Gefäßtracking-Verfahren benutzt werden, die hierin beschrieben sind. Im Schritt 440 werden die Herzarterien hoher Intensität aus dem Volumen entfernt. Nach dem Schritt 440 geht die Prozesslogik zu dem Block des Schrittes 390 über und wird, wie oben beschrieben, fortgesetzt.
  • Wie oben erläutert und allgemein in dem Ablaufdiagramm 450 nach 4 veranschaulicht, kann das während der Planung einer Eingriffsprozedur gewonnene Herzbilddatenvolumen eines Patienten, abgerufen, angezeigt und während der Eingriffsprozedur an dem Patienten benutzt werden. Während der Eingriffsprozedur wird eine Sonde, wie z.B. ein Katheder, in den Koronavenensinus des Patienten eingeführt und zur Steuerung das Gefäßtracking des Koronavenensinusmodells benutzt. Um dieses Echtzeitgefäßtracking zu erzielen, wird zuerst ein Herzbilddatenvolumen aus der Planung der Eingriffsprozedur aus der Bilddatenbank abgerufen 460 und dann segmentiert (um z.B. den Koronavenensinus anzuzeigen) und angezeigt 470. Als Nächstes wird ein Katheder in den Koronavenensinus eines Patienten eingeführt 480 und dann ein Merkmal, wie z.B. der Ursprung des Koronavenensinus aus der Eingriffsprozedur identifiziert 490, wodurch eine Registrierung 500 der beiden Koordinatensysteme (d.h. des Eingriffsprozedurplanungssystems und des Eingriffsprozedurkoordinatensystems) ermöglicht wird. Die Registrierung 500 beinhaltet eine Registrierung der Mittellinie, bei der die Mittellinie eines Gefäßes, wie z.B. des KS, als geometrische Markierung benutzt werden kann. Nach der Registrierung kann das Prozedurplanungsbild (z.B. die Innensicht des Koronavenensinus) in Abhängigkeit von der Position der eingesetzten Sonde angezeigt werden 510, wodurch ein Echtzeitgefäßtracking des Koronavenensinus ermöglicht wird. Während der Echtzeitgefäßtrackingeingriffsprozedur kann ferner die Lage des Punktes des Katheders zusammen mit dem Prozedurplanungsbild angezeigt werden, wobei die Innensicht, die Navigationssicht, die Volumenrenderingsicht oder irgendeine andere Sicht benutzt wird, die hierin beschrieben ist, wodurch eine Navigation durch das Gefäß (z.B. den Koronavenensinus) in Echtzeit erleichtert wird. Die Projektion des 3D-Bildes, einschließlich der gegenwärtigen Kathederposition, kann unter dem gleichen Sichtwinkel auf das 3D-Fluoroskopie-Bild projiziert und mit diesem kombiniert werden.
  • Bild 7 zeigt ein Ablaufdiagramm 600 eines Verfahrens und Systems zur Lokalisierung und Navigation eines Mapping-Ablationskatheters in einem 3D-Raum einer Herzkammen. Angefangen im Schritt 610 wird während der Bildaufzeichnung ein bedeutendes Datenvolumen aus dem Herz-CT-System akquiriert, indem ein Protokoll, das für Herzkammern optimiert ist, eingesetzt wird. Im nächsten Schritt 620 wird der Bilddatensatz mit einer Nachbearbeitungssoftware segmentiert, die ein 3D-Protokoll benutzt, das für die Extrahierung des Bereichs und der interessierten Kammer entwickelt wurde. Die erhaltenen Daten und Bilder werden auf einem Speichermedium gespeichert, so dass die Daten in der Zukunft zu entfernten Orten transferiert und verwendet werden können. Während der Aufzeichnung des Bildes werden mehrere Referenzpunkte auf dem gespeicherten Bild aufgezeichnet, so dass die Koordinaten dieser Referenzpunkte, wie oben beschrieben, für die Registrierung des gespeicherten Bildes benutzt werden können. Gewöhnlich beinhaltet das Verfahren eine Speicherung von zumindest drei Referenzpunkten, obwohl andere Mengen ebenfalls beabsichtigt sind. Die endokardialen Ansichten des Herzens (Sichten von der Innenseite) werden ebenfalls gewonnen.
  • Im nächsten Schritt 630 wird das gespeicherte 3D-Modell der Herzkammer zu dem Fluoroskopiesystem oder zu einer Computerworkstation eines anderen Eingriffssystems transferiert. Der Transfermodus beinhaltet das Wireframe-Modell, das Dicom-Objekt oder beides. Das Eingriffssystem richtet das gespeicherte Koordinatensystem des 3D-Bildes mit dem untersuchten Patienten so aus, dass die Orientierung des transferierten Bildes gleich ist mit der während der Echtzeitbildgebung.
  • Wie in dem nächsten Schritt 640 gezeigt, wird das Eingriffssystem dann konfiguriert, um den Mapping-Ablationskatheter zu platzieren und zu navigieren. Wie in diesem Schritt angedeutet, kann die Lage des Katheters auch mit Hilfe der Navigatorsichten der Herzkammer betrachtet werden. Es ist zu beachten, dass, obwohl veranschaulicht ist, dass ein Ablationskatheter platziert und navigiert wird, irgendein beliebiges Eingriffswerkzeug, einschließlich z.B. einer bi-ventrikulären Leitung.
  • Indem nun Bezug auf 5 und 6 genommen wird, ist dort eine Navigatorsicht des Ursprungs des KS 240 vom Inneren des RA beziehungsweise eine Navigatorsicht des Ursprungs innerhalb des KS 240 in der Nähe des Schnittpunktes des KS mit dem Ramus circumflexus gezeigt. Die 5 und 6 repräsentieren nur zwei Beispiele einer 5 und 6 repräsentieren nur zwei Beispiele einer Vielzahl von Bildern, die während der Gefäßtrackinganalyse erzeugt und entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung in folgender Weise gewonnen wurden: Unter Verwendung des Bildgebungssystems 100 nach 1 wurde ein Herzbilddatenvolumen mit Hilfe des medizinischen Scannersystems 110 akquiriert 305, indem das nachstehend erläuterte Akquisitionsprotokoll verwendet wurde. Die Bilddaten wurden dann segmentiert 310, um den KS zu extrahieren 240, und anschließend für eine 3D-Modellerzeugung und -Betrachtung verarbeitet 315. Das Gefäßtracking des KS 240 wurde entsprechend dem Prozess nach 3 durchgeführt, der die Schritte umreißt, die für ein angemessenes Gefäßtracking notwendig sind, abhängig davon, ob eine venen- oder eine arterienphasige kontrastangereicherte Studie analysiert wird. Die resultierenden Gefäßtrackingbilder, von denen zwei in den 5 und 6 dargestellt sind, stellen dem Bediener oder dem Arzt ein medizinisches Werkzeug zur Verfügung, das ihm die Betrachtung der tatsächlichen Anatomie des Herzens des Patienten zur Verwendung während der Planung der Herzprozedur ermöglicht.
  • Akquisitionsprotokoll
  • Bezug nehmend auf 5 and 6 wurde eine Herz-Spiralakquisition mit einer retrospektiven EKG-synchronisierten Rekonstruktion mit einem 4/8/16/32+ Detektorzeilen aufweisenden Mehrschicht-Scanner benutzt. Beispielhafte Scanner-Parameter wurden auf 120kV, 350mA, 0,5s Rotationsperiode, Spiralvorschub-(Pitch-)Faktor von 0,3, Schichtdicke von 1,25 oder 0,625 mm mit segmentierter Rekonstruktion bei 75% Herzphasenlage (engl. cardiac phase location) gesetzt. Die Scannorientierung war primär vom unteren Teil des Herzens in Richtung des oberen Teils, um kritischere Daten früh während der Akquisition zu erhalten (z.B. hinsichtlich der Patientenbewegung, des Atems). Vor dem Spiralscannen des Herzens wurde eine Akquisition beim Bolus-Timing durchgeführt, um den optimalen Vorbereitungsverzug (die Zeitspanne zwischen dem Beginn der Kontrastinjektion und dem Start des Spiralscannens des Herzens) zu bestimmen. Nach dem Scannen und der Rekonstruktion der Herzbilder und dort, wo Bewegungsartefakte in den Bildern sichtbar waren, wurde eine mehrphasige Rekonstruktion über den gesamten Herzzyklus vorgeschrieben. Die Phasenlage wurde ungefähr bei 45% gewählt, wenn der Patient während des Scannens einen unregelmäßigen Herzschlag (Arrhythmie) verspürte. Multisektorielle Rekonstruktion kann dort angewandt werden, wo Bewegungsartefakte immer noch gesehen werden. Die Wahl einer multisektoriellen Rekonstruktionsprozedur kann unter Benutzung eines mehrphasigen 3D-Nachbearbeitungsbetrachters erleichtert werden. Der optimale Bildersatz (z.B. beste Phase, bester Rekonstruktionstyp) wurde ausgewählt und dann die Nachbearbeitungssegmentierung durchgeführt, wie durch das spezifische 3D-Protokoll für die untersuchten anatomischen Merkmale (z.B. rechter Vorhof, Koronavenensinus) definiert.
  • Alternativ gibt es zwei andere Optionen für die Akquisition. Erstens können prospektiv getriggerte (engl. prospectively gated) Filmakquisitionen oder zweitens eine mit relaxiertem Herzen synchronisierte Rekonstruktionstechnik (z.B. mit einer Phasenlagentoleranz von +/–10%) gemeinsam mit herzsynchronem Spiralscannen eingesetzt werden, so dass ein Spiralvorschub (engl. helical pitch) größer ist als derjenige einer standardgemäßen Herzakquisition. Beide alternativen Methoden setzen den Patienten einer geringeren Strahlungsdosis aus, können jedoch die Bildqualität, z.B. wegen eines unregelmäßigem Herzschlags (Arrythmie), beeinflussen.
  • Durch die biventikuläre Stimulationsplanung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann die biventikuläre Stimulationstherapie gegenüber der tatsächlichen Eingriffsprozedur vorausgeplant werden, und die Bilder, die während der Planungsprozedur aufgenommen werden, können während der tatsächlichen Eingriffsprozedur verwendet werden. Indem der einen Eingriff Vornehmende vor dem Eingriff mit dem Wissen über die KS-Anatomie versorgt wird, kann eine geeignete Eingriffsprozedur, die zu dem bestimmten Patienten passt, identifiziert und dadurch die Wirksamkeit der Eingriffsprozedur erhöht werden.
  • Das 3D-Modell kann auch während der Eingriffsprozedur zum Einsetzen der linksventrikulären (LV) Elektrode benutzt werden. Wenn einmal ein 3D-Modell des KS innerhalb des Koordinatensystems des Eingriffssystems registriert wurde, kann das System eine Echtzeit-Navigation der LV-Elektrode zu der geeigneten Verzweigung des KS bereitstellen, indem 3D- und Innenbilder (navigationsähnliche Bilder) des Modells und die Echtzeit-Lage der LV-Elektrode während der Einsatzprozedur benutzt werden. In einer Echtzeit-Navigationsprozedur werden die Gefäßtrackingbilder, von denen zwei Beispiele in den 5 und 6 veranschaulicht sind, in Abhängigkeit von der während der Eingriffsprozedur manövrierten Sonde, oder dem Katheder, betrachtet. Es ist verständlich, dass die vor liegende Erfindung nicht auf die Analyse des KS begrenzt ist, sondern auch auf andere Herzbilddatenvolumina angewandt werden kann. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf Herzkammern beschränkt, da auch andere Nicht-Herz-Datensätze anderer Anatomien einbezogen werden können.
  • Während die Erfindung mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es für Fachkundige verständlich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente für Elemente ersetzt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ferner können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine besondere Situation oder Materie an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne den Kernbereich der Erfindung zu verlassen. Deshalb soll die Erfindung nicht auf eine besondere Ausführungsform beschränkt sein, die als beste Ausführungsform der Erfindung offenbart ist, sondern alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
  • Es ist ein System und ein Verfahren für eine medizinische Eingriffsprozedur innerhalb einer Herzkammer offenbart, mit einem Bildgebungssystem zur Gewinnung von Bilddaten der Herzkammer und zur Erzeugung eines 3D-Modells aus diesen Bilddaten, einem Eingriffssystem zur Registrierung des 3D-Modells mit einem Echtzeitbild der Herzkammer und zur Anzeige des 3D-Modells und einem Eingriffswerkzeug, das in der Herzkammer positioniert wird, um in dem Eingriffssystem angezeigt (470, 510) und in Echtzeit über dem registrierten 3D-Modell navigiert zu werden. Vorzugsweise beinhaltet das verfahren und das System auch ein Speichermedium, um das 3D-Modell zu spei chern, wobei das Eingriffssystem das gespeicherte 3D-Modell für die Registrierung mit dem Echtzeitbild der Herzkammer erhält.
    • 100
    Bildgebungssystem
    110
    medizinisches Scanner-System
    112
    Elektrokardiogramm (EKG) – Monitor
    114
    R-Spitzen-Ereignisse
    116
    Schnittstellenplatine, -board
    118
    Scanner
    120
    Datenakquisitionssystem
    130
    Akquisitionsdatenbank
    135
    EKG-synchronisierte Akquisition oder Bildrekonstruk
    tion
    140
    Bilderzeugungssystem
    150
    Bilddatenbank
    160
    Bedienerschnittstellensystem
    162
    Tastatur, Keyboard
    164
    Display
    166
    Display
    167
    archiviert
    168
    Film
    169
    Netzwerk
    170
    Prozessor
    180
    Nachverabeitungssystem
    182
    3D-Rendering-Datei
    184
    3D-Modell-Datei
    186
    Display
    200
    Speicher
    205
    Datenport, -anschluss
    210
    Systemkommunikationsverbindung
    212
    Systemkommunikationsverbindung
    216
    Systemkommunikationsverbindung
    218
    Systemkommunikationsverbindung
    220
    Datenbankkommunikationsverbindung
    222
    Datenbankkommunikationsverbindung
    230
    Subsystem, Teilsystem
    300
    Prozess
    305
    Schritt
    310
    Schritt
    315
    Schritt
    320
    Schritt
    325
    Schritt
    330
    Schritt
    335
    Schritt
    340
    Schritt
    345
    Schritt
    350
    Schritt
    355
    Schritt
    370
    Prozess
    375
    Schritt
    380
    Schritt
    385
    Schritt
    390
    Schritt
    395
    Schritt
    400
    Schritt
    405
    Schritt
    410
    Schritt
    415
    Schritt
    420
    Schritt
    425
    Schritt
    430
    Schritt
    435
    Schritt
    440
    Schritt
    450
    Ablaufdiagramm, Flussdiagramm
    460
    abgerufen
    470
    angezeigt
    480
    eingefügt
    490
    identifiziert
    500
    Registrierung
    510
    angezeigt
    600
    Ablaufdiagramm, Flussdiagramm
    620
    Schritt
    630
    Schritt
    640
    Schritt

Claims (11)

  1. Bildgebungssystem (100) zur Verwendung in der Planung einer medizinischen Eingriffsprozedur, das aufweist: ein medizinisches Scannersystem (110) zur Erzeugung eines Herzbilddatenvolumens; ein Datenakquisitionssystem (120) zur Akquisition des Herzbilddatenvolumens; ein Bilderzeugungssystem (140) zur Erzeugung wenigstens eines anzeigbaren Bildes aus dem Herzbilddatenvolumen; eine Datenbank zur Speicherung von Informationen aus dem Datenakquisitions- und dem Bilderzeugungssystem (140); ein Bedienerschnittstellensystem (160) zur Handhabung wenigstens entweder des medizinischen Scannersystems (110) und/oder des Datenakquisitionssystems (120) und/oder des Bilderzeugungssystems (140) und/oder der Datenbank; ein Nachbearbeitungssystem (180) zur Analyse des Herzbilddatenvolumens und zur Anzeige des wenigstens einen anzeigbaren Bildes, wobei das Nachbearbeitungssystem auf das Bedienerschnittstellensystem (160) anspricht; und wobei das Bedienerschnittstellensystem (160) Instruktionen zur Verwendung des Herzbilddatenvolumens und des wenigstens einen anzeigbaren Bildes bei wenigstens entweder einer Planung einer biventikulären Stimulation und/oder einer Planung einer Vorhof-Fibrillation und/oder einer Planung der Vorhofflattern-Prozedur und/oder einer Lokalisierung und Navigation eines Eingriffswerkzeugs aufweist.
  2. Bildgebungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei das medizinische Scannersystem (110) wenigstens eins aus einem CT-System, einem MR-System, einem Ultraschallsystem, einem 3D-Fluoroskopie-System und/oder einem PET-System aufweist.
  3. Bildgebungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Datenbank einen Speicher zur Speicherung von Bilddaten von wenigstens entweder einem rechten Vorhof, einem linken Vorhof, einem linken Ventrikel und/oder einem Koronavenensinus aufweist.
  4. Bildgebungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Datenbank einen Speicher zur Speicherung des wenigstens einen sichtbaren Bildes von wenigstens entweder dem rechten Vorhof und/oder dem Koronavenensinus aufweist.
  5. Bildgebungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Bedienerschnittstellensystem (160) Anweisungen zur Segmentierung des Herzbilddatenvolumens für die Betrachtung wenigstens entweder eines rechten Vorhofs, eines linken Vorhofs, eines linken Ventrikels und/oder eines Koronavenensinus aufweist.
  6. System zur medizinischen Eingriffsprozedur innerhalb einer Herzkammer, das aufweist: ein Bildgebungssystem (100), das dazu dient, Bilddaten einer Herzkammer zu erhalten und ein 3D-Modell der Herzkammer aus den Bilddaten zu erzeugen (610); und ein Eingriffssystem zur Registrierung (620) des 3D-Modells mit einem Echtzeit-Bild der Herzkammer und zur Anzeige (470) des 3D-Modells.
  7. System nach Anspruch 6, ferner beinhaltend: ein Eingriffswerkzeug für die medizinische Eingriffsprozedur, wobei das Werkzeug auf dem Eingriffssystem angezeigt (510) und in Echtzeit über dem 3D-Modell navigiert (640) wird.
  8. System nach Anspruch 6, das ferner ein Speichermedium zur Abspeicherung des 3D-Modells beinhaltet, und wobei das Eingriffssystem das gespeicherte 3D-Modell für die Registrierung des 3D-Modells empfängt.
  9. System nach Anspruch 6, wobei das Bildgebungssystem (100) ein CT-System ist.
  10. System nach Anspruch 7, wobei das Eingriffswerkzeug ein Mapping-Ablationskatheter ist.
  11. System nach Anspruch 7, wobei das Eingriffssystem ein Fluoroskopiesystem ist.
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