DE102006014882A1

DE102006014882A1 - Verfahren zum Abbilden des Myokards eines Infarktpatienten und Verfahren zum Unterstützen eines therapeutischen Eingriffs am Herzen

Info

Publication number: DE102006014882A1
Application number: DE102006014882A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Boese; Stefan LAUTENSCHLÄGER; Norbert Rahn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-11-15
Also published as: US20070232889A1

Abstract

Bei einer Erfindung werden unabhängig voneinander zwei 3-D-Bilddatensätze gewonnen, wobei einmal gesundes und minderdurchblutetes Myokard (Herzmuskelgewebe) abgebildet wird und ein andermal das nekrotische Myokard (krankes Herzmuskelgewebe) abgebildet wird. Nach Durchführung eines Registrierungsschritts, bei dem die 3-D-Bilddaten der beiden Bilddatensätze einander lage- und dimensionsrichtig zugeordnet werden, können die Bilddatensätze zu einem Gasamtbilddatensatz zusammengesetzt werden, und es können 2-D-Bilddarstellungen erzeugt werden, in denen die nekrotischen Teile (18) des Myokards hervorgehoben dargestellt sind, während gleichzeitig das Endokard (16) oder die gesunden und minderdurchbluteten Teile des Myokards (22, 28) zu sehen sind. Der Gesamtbilddatensatz kann nachfolgend weiter verwendet werden. Zum Beispiel können weitere Registrierungsschritte mit während eines interventionellen Eingriffs an dem Myokard gewonnenen Bildern erfolgen. Durch den zweiten Registrierungsschritt ist eine Zuordnung der nekrotischen Teile (18) des Myokards zur Patientensituation ermöglicht. Dies kann so weit gehen, dass Katheter automatisch zu einer Grenze (20) des nekrotischen Myokards (18) verfahren werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbilden des Myokards eines Infarktpatienten. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Unterstützen eines therapeutischen Eingriffs am Herzen.
Das Myokard (Herzgewebe) kann bei einem Myokard-Infarkt geschädigt werden. Nach einem Myokard-Infarkt unterscheidet man zwischen normal durchblutetem, gesundem Myokard, minderdurchblutetem (aber noch nicht nekrotischem) Myokard und nekrotischem Myokard, das abgestorben ist.
Nach akutem Myokard-Infarkt werden häufig kardiologische Interventionen oder später auch elektrophysiologische Prozeduren durchgeführt, um den Patienten zu therapieren. Die Therapie von nekrotischem Myokard-Gewebe ist nicht möglich. Ansatzpunkt ist in der Regel das minderdurchblutete Myokard-Gewebe. Minderdurchblutete Myokard-Gewebe-Areale können durch Erweiterung verengter Koronararterien therapiert werden. Zwar ist es bekannt, derartige Eingriffe durch Abbildung der Koronararterien vorzubereiten. Zur Abbildung wird ein Kontrastmittel vermittels eines in das Herz eingeschobenen Katheters zielgenau in die Koronararterien gegeben. Anhand von diesen Abbildungen ist es jedoch nicht möglich, die Frage zu beantworten, welcher Teil einer Koronararterie gezielt zu therapieren ist, um minder durchblutetes Myokard-Gewebe wieder besser zu versorgen. Während einer Intervention kann keine Information gewonnen werden, ob weitere Koronararterien oder weitere Teiläste der Arterie zu therapieren sind. Da die genannte Abbildung nur die Koronararterie selbst zeigt, ist auch keine Erfolgskontrolle nach dem Eingriff möglich, mit der überprüft werden könnte, ob tatsächlich vorher minderdurchblutetes Gewebe dann besser durchblutet ist.
Zur Therapie von Herzrhythmus-Störungen kann auch ein elektrophysiologisches Ablatieren (Veröden von Gewebe) erfolgen. Beim Ablatieren ist es sinnvoll, wenn die nekrotischen Bereiche bekannt sind, weil die Ablation besonders wirkungsvoll ist, wenn Reizleitungsstörungen verursachendes Gewebe in der Nähe von nekrotischem Gewebe verödet wird.
Bisher sind die behandelnden Ärzte auf Erfahrungswerte angewiesen. Es gibt kein unterstützendes Bildgebungsverfahren, das eine Darstellung bereitstellt, in der nekrotisches Gewebe und minderdurchblutetes Gewebe gleichzeitig ausreichend gut abgebildet sind.
Nekrotisches Myokard-Gewebe kann allein visualisiert werden, und zwar durch Kernresonanzabbildung oder Computertomographie (siehe Andreas H. Mahnken et al., "Assessment of myocardial viability in reperfused acute myocardial infarction using 16-slice computed tomography in camparison to magnetic resonance imaging", Journal of the American College of Cardiology, Vol. 45, No. 12, 21. Juni 2005, Seiten 2042 bis 2047).
Es kann auch SPECT (single photon emission computer tomography) eingesetzt werden, siehe J-F. Paul, M. Wartski, C. Caussin, et al.: Late Defect on Delayed Contrast-enhanced Multi-Detector Row CT Scans in the Prediction of SPECT Infarct Size after Reperfused Acute Myocardial Infarction: Initial Experience", Radiology, 236, Seiten 485 bis 489, 21.06.2005. Auch PET (positron emission tomography) kann zur Abbildung von nekrotischem Myokard-Gewebe eingesetzt werden (siehe C. Klein, et al., "Assessment of myocardial viability with contrast enhanced magnetic resonance imaging: comparison with positron emission tomography", Circulation, 105(2), Seiten 162 bis 167, 15.01.2002).
Bei all diesen Abbildungsmethoden ist jedoch nicht minderdurchblutetes Gewebe neben dem nekrotischen Myokard-Gewebe ausreichend gut visualisiert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen behandelnden Arzt durch Bereitstellen einer geeigneten Abbildung, z. B. des gesamten Myokards, zu unterstützen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Weitergebildet wird dieses Verfahren durch Verfahren zum Unterstützen eines therapeutischen Eingriffs am Herzen gemäß den Patentansprüchen 4 und 10 die von den wesentlichen Schritten des Verfahrens nach Patentanspruch 1 Gebrauch machen.
Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit dem Schritt a1):
Aufnehmen eines ersten 3D-Bilddatensatzes (des Herzens) unmittelbar nach Verabreichung eines Kontrastmittels an den Patienten. Unter „unmittelbar nach Verabreichung" ist zu verstehen, dass die übliche Wirkzeit eingehalten wird, die für eine Gewinnung vor einer Bildinformation über das Endokard sowie über gesunde und minderdurchblutete Teile des Myokards erforderlich ist. Hierbei kann im Grunde ein beliebiges Bildgebungsverfahren unter Verwendung des passenden Kontrastmittels eingesetzt werden. Typischerweise wird man Computertomographie-Angiographie, Kernresonanz-Angiographie oder Röntgen-Rotationsbildgebung einsetzen.
Das Verfahren wird fortgesetzt mit Schritt a2): Segmentieren des Bilddatensatzes. Das Segmentieren eines Bilddatensatzes ist als solches Stand der Technik. Ergebnis eines Segmentierungsschritts soll sein, dass man den Bilddatensatz in zwei Bilddatensätze auftrennt, indem man verschiedene dort abgebildete Objekte unterscheidet. Eine Segmentierung erfolgt typischerweise durch Verwendung von Schwellwertkriterien zusammen mit dem so genannten „Region growing", bei dem das Schwellwertkriterium punktweise ausgehend vom einem Anfangspunkt angewendet wird, wobei einem wachsendem Bereich jeweils geprüfte Punkte zugeordnet werden oder nicht.
Vorliegend hat das Segmentieren des Bilddatensatzes das Ergebnis der Gewinnung zumindest eines von zwei getrennten Bilddatensätzen, nämlich:

– eines Endokard-Bilddatensatzes mit Bildinformation über das Endokard und/oder
– eines Myokard-Bilddatensatzes mit Bildinformation über das Myokard.

Das Endokard stellt die Grenzfläche des Myokards mit dem Blut in der Herzkammer dar. Die Segmentierung ist dadurch erleichtert, dass im Endokard ausschließlich Blut (mit dem Kontrastmittel) anwesend ist, während im Myokard zwar Blut anwesend ist, aber nicht vollständig den Raum ausfüllt, denn dieser wird ja von dem Gewebe eingenommen, das lediglich in Teilvolumina durchblutet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt fortgesetzt: Es wird ein zweiter 3D-Bilddatensatz aufgenommen nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer nach Verabreichung eines Kontrastmittels an den Patienten, wobei hierbei eine Bildinformation über nekrotische Teile des Myokards gewonnen wird. Die oben zitierten Verfahren zum Gewinnen von Bildinformationen über nekrotische Teile des Myokards haben nämlich gemeinsam, dass ein Kontrastmittel die wesentlichen Teile des Herzens schon wieder verlassen haben muss, damit nicht Blutmasse und gesunde Myokardteile abgebildet werden. In den nekrotischen Teilen des Myokards sammelt sich das Kontrastmittel üblicherweise an, sodass nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer, die üblicherweise zehn Minuten beträgt (5 bis 15 Minuten), ausschließlich die nekrotischen Teile des Myokards abgebildet werden.
Bisher stehen getrennt Informationen über das Endokard oder über das gesunde und minderdurchblutete Myokard einerseits und die nekrotischen Teile des Myokards andererseits zur Verfügung.
Eine Kombination erfolgt wie folgt:
Es wird im Schritt c) eine so genannte Registrierung durchgeführt. Der Begriff der Registrierung, der als solcher im Stand der Technik bekannt ist, beinhaltet, dass 3D-Bilddaten des einen Bilddatensatzes den 3D-Bilddaten eines anderen Bilddatensatzes lage- und dimensionsrichtig zugeordnet werden. Dies ist deswegen notwendig, weil die verschiedenen 3D-Bilddatensätze gewissermaßen verschiedene „Koordinatensysteme" aufweisen, da sie voneinander unabhängig aufgenommen sind. Die Registrierung bedeutet nichts anderes, als dass eine Abbildung des einen Koordinatensystems auf das andere aufgefunden wird. Zur Registrierung, die Gegenstand von zahlreichen Veröffentlichungen des Standes der Technik ist, gehört eine Bilderkennung: um die einzelnen 3D-Bilddatensätze einander zuordnen zu können, ist erforderlich, dass in ihnen abgebildete gemeinsame Strukturen erkannt werden. Dies ist vorliegend dadurch ermöglicht, dass in dem in Schritt b) aufgenommenen Bild zwar die nekrotischen Teile des Myokards hauptsächlich abgebildet sind, dass aber schwach noch eine Restabbildung des gesunden und minderdurchbluteten Myokards sowie gegebenenfalls des Endokards erfolgt. Dem Durchführen einer Registrierung stehen daher keine großen Hindernisse entgegen.
Nachfolgend werden im Schritt d) die einander zugeordneten (registrierten) Bilddatensätze zu einem 3D-Gesamtbilddatensatz überlagert.
Abschließender Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Schritt e), es werden 2-D-Gesamtbilddarstellungen (z. B. zum Zwecke einer 3D-Bild-Visualisierung) erzeugt, in denen einerseits das Endokard oder die gesunden und minderdurchbluteten Teile des Myokards und andererseits die nekrotischen Teile des Myokards abgebildet sind. Die zweidimensionalen Darstellungen von 3D-Datensätzen können grundsätzlich 2D-Schichtbilder sein oder 2D-Außenansichten, bei denen z. B. durch Mausbewegung ein 3D-Raum durchfahren werden kann.
Damit erreicht das erfindungsgemäße Verfahren das Ziel einer Abbildung, in der die nekrotischen Teile des Myokards erkennbar sind, wobei gleichzeitig andere Strukturen (Endokard bzw. gesunde und minderdurchblutete Teile des Myokards) abgebildet sind, anhand derer sich der behandelnde Arzt ein räumliches Bild machen kann. Erst durch die gemeinsame Abbildung weiß der behandelnde Arzt, wo sich die nekrotischen Teile des Myokards genau im Herzen befinden.
Bevorzugt ist die Darstellung dergestalt, dass der Arzt gesundes, minderdurchblutetes und nekrotisches Myokard voneinander unterscheiden kann.
Im Schritt a₂) kann hierzu auf Grund eines Schwellwertkriteriums zwischen gesunden und minderdurchbluteten Teilen des Myokard-Bilddatensatzes unterschieden werden. Den verschiedenen Teilen werden dann jeweils unterschiedliche Attribute zugeordnet. Ein Attribut kann ein einfacher Zahlenwert zwischen 0 und 1 sein. Vereinfachend ist sogar die Verwendung von Binärwerten möglich. Im Schritt b) wird den nekrotischen Teilen des Myokards ebenfalls jeweils ein Attribut zugeordnet, das sich von denen der anderen Teile des Myokards unterscheidet. Bspw. kann ein Zahlenwert von zwischen 0 und 0,33 für gesundes Myokard sprechen, ein Zahlenwert von zwischen 0,33 und 0,67 für minderdurchblutetes Myokard und ein Zahlenwert von zwischen 0,67 und 1 für ein gesundes Myokard. Im Schritt e) werden dann Bilddaten mit unterschiedlichen Attributen verschiedenartig dargestellt. Beispielsweise kann ein Grauwert proportional zu dem Zahlenwert in dem Attribut sein. Die Unterscheidung kann jedoch auch dergestalt sein, dass eine scharfe Grenze zwischen minderdurchbluteten Teilen des Myokards und nekrotischen Teilen vorhanden ist, beispielsweise indem gesundes, minderdurchblutetes und nekrotisches Myokard jeweils verschiedenfarbig dargestellt wird. Dem behandelnden Arzt ist daher in der Darstellung das Erkennen des nekrotischen Myokards im Vergleich zu den minderdurchbluteten Teilen des Myokards erleichtert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Durchführung des Registrierungsschritts c) dadurch erleichtert, dass beim Aufnehmen des ersten und zweiten 3D-Bilddatensatzes die Herzphase und bevorzugt zeitgleich die Atmungsphase berücksichtigt wird. Dies erfolgt standardgemäß durch Aufnahme eines Elektrokardiogramms (EKGs), wobei die mit Hilfe des EKGs gewonnenen Signale zeitlich den aufgenommenen 3D-Bilddaten zugeordnet werden, und wobei in den Aufnahmeschritten a₁) und b) jeweils nur diejenigen 3D-Bilddaten in den 3D-Bilddatensatz aufgenommen werden, die einer vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörig sind. Wenn in Schritt a₁) und b) jeweils dieselbe vorbestimmte Herz- bzw. Atmungsphase verwendet wird, sind die Bildstrukturen in den Bilddaten besonders deutlich, und der Registrierungsschritt c) lässt sich daher besonders unkompliziert vornehmen.
Das bisherige Verfahren bezog sich auf die Aufnahmen eines präoperativen Gesamtbilddatensatzes. Ein Fortschritt besteht hierbei gerade darin, dass der Arzt durch die Visualisierung während eines therapeutischen Eingriffs unterstützt wird. Üblicherweise werden während therapeutischen Eingriffen am Herzen ergänzend Bilder aufgenommen. Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird ein Verfahren zum Unterstützen eines therapeutischen Eingriffs am Herzen gemäß Patentanspruch 4 bereitgestellt. In diesem Verfahren wird zunächst (k)) das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bis zum Schritt d) durchgeführt, d. h. der präoperative Gesamtbilddatensatz gewonnen, und zwar durch Abbildungen vor dem therapeutischen Eingriff.
Im Schritt 1) wird nun während des therapeutischen Eingriffs Bildinformation gewonnen. Die Bildinformation, die im Schritt 1) gewonnen wird, kann vielgestaltig sein. Es können einzelne zweidimensionale Röntgenbilder gewonnen werden oder auch wenige zusammengehörige zweidimensionale Röntgenbilder, die zu einem dreidimensionalen Gesamtbild zusammengesetzt werden. Schließlich kann auch das neuartige Verfahren der 3D-Herz- Rotationsangiographie durchgeführt werden, das in der DE 10 2005 016472.2 (nachveröffentlicht) beschrieben ist.
Der Schritt 1) ist jedoch nicht auf die Erzeugung von Röntgenbildern beschränkt. Vielmehr können auch dreidimensionale elekroanatomische Mapping-Daten gewonnen und als zweidimensionale Bilder (Mapping-Karten) visualisiert werden. Diesbezüglich sei bspw. auf das Carto-System der Firma Biosense Webster verwiesen. Eine elektroanatomische Map entsteht aus Messwerten, die ein Katheter mit einer signalaufnehmenden Einheit an verschiedenen Orten gewinnt, wobei die Signalstärke oder ein zeitlicher Signalverlauf dem jeweiligen Ort zugeordnet wird. Durch eine Abbildung der Signalstärken oder der zeitlichen Signalverläufe können für den Arzt wertvolle Informationen gewonnen werden. Die Gewinnung von elektroanatomischen Maps wird bspw. auch in der DE 103 40 544 A1 beschrieben.
Das Verfahren im Patentanspruch 4 wird durch den Schritt m) fortgesetzt: Es wird abermals eine Registrierung durchgeführt. Diesmal werden die Operations-Bilddaten, die im Schritt 1) gewonnen wurden, mit dem gesamten Bilddatensatz registriert. Auch hier ist unter Registrierung wieder zu verstehen, dass die 2D- oder 3D-Bilddaten der Operationsbilder bzw. des Operationsbilddatensatzes den 3D-Bilddaten des Gesamtbilddatensatzes lage- und dimensionsrichtig zugeordnet werden. Da bei der Registrierung gemeinsame Bildstrukturen aufgefunden werden müssen, bietet sich an, im Schritt k) das Verfahren so durchzuführen, dass der Endokard-Bilddatensatz verwendet wird, weil in Röntgenbildern, die während des therapeutischen Eingriffs aufgenommen sind, das Endokard besonders gut zu sehen ist. Die Registrierung von 2D- mit 3D-Bilddaten ist als solche durchaus möglich, seihe bspw. J. Weese, T. M. Buzug, G. P. Penney, P. Desmedt, "2D/3D Registration and Motion Tracking for Surgical Interventions". Philips Journal of Research 51 (1998), Seiten 299 bis 316.
Nachfolgend wird im Schritt n) zumindest ein Teil der Bilddaten des Gesamtbilddatensatzes mit Operationsbildern überla gert. Es bietet sich an, als Teil der Bilddaten des Gesamtbilddatensatzes das nekrotische Myokard auszuwählen, das bevorzugt durch Attributierung von den anderen Bilddaten in Teilen zu unterscheiden ist. In den Bilddaten des Gesamtbilddatensatzes kann auch noch erkennbar sein, welche Bilddaten auf den zweiten 3D-Bilddatensatz (Schritt b) oben) zurückgehen.
Im abschließenden Schritt o) werden dann 2D-Bilddarstellungen erzeugt, in denen zumindest das präoperativ aufgenommene nekrotische Myokard einer auf Schritt 1) zurückgehenden Operationsbilddarstellung überlagert dargestellt ist. Mit anderen Worten wird das präoperativ aufgenommene Myokard einer Abbildung der Situation während des therapeutischen Eingriffs überlagert dargestellt. Auch eine solche Darstellung ist völlig neuartig. Gegenüber dem Verfahren nach Patentanspruch 1 mit dem Bilderzeugungsschritt e) stellt das Verfahren nach Patentanspruch 3 nochmals eine Verbesserung dar, weil hier für den Arzt der Zusammenhang des nekrotischen Myokards zur tatsächlichen Operationssituation hergestellt ist.
Die detaillierten Bilddaten erlauben auch noch folgende zusätzliche Erfindung: Anhand der in Schritt o) erzeugten Bilddarstellungen (oder bei Wegfall von o): anhand der in Schritt n) gewonnenen überlagerten Bilddaten), werden die Koordinaten einer Grenze zwischen dem nekrotischen Myokard und anderen Gewebebereichen ermittelt. Da ja im Schritt m) eine Registrierung stattgefunden hat, erfolgt dies im Patientensystem, das während des Eingriffs gilt, auch wenn das nekrotische Myokard präoperativ aufgenommen worden ist. Dadurch wird es möglich, dass ein Behandlungsinstrument (bspw. ein Ablationskatheter) automatisch gesteuert an zumindest einen Punkt der Grenze verfahren wird (durch einen geeigneten Steuermotor). Bevorzugt kann der Ablationskatheter sogar entlang der gesamten Grenze bewegt werden. Wie eingangs erwähnt, ist die Grenze zwischen dem nekrotischen Myokard und den minderdurchbluteten Teilen des Myokards von Interesse insbesondere bei Ablationen, denn einerseits sind Ablationen wenig sinnvoll, die auf einer Durchblutung des nekrotischen Myokards gerichtet sind, weil dieses bereits definitionsgemäß tot ist. Andererseits ist gerade an der Grenze zwischen nekrotischem Myokard und minderdurchblutetem Myokard eine Ablation besonders sinnvoll. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit soweit gesteigert werden, dass der Arzt das System selbsttätig arbeiten lassen kann und nur noch unterstützend eingreifen muss.
Für die Durchführung der automatischen Führung eines Behandlungsinstruments ist es nicht notwendig, dass im Schritt 1) direkt elektroanatomische Maps gewonnen wurden. Vielmehr können im Schritt 1) herkömmliche Röntgenbilder gewonnen werden, wobei auf Grund einer festen Koordinatenbeziehung zu dem Kathetersystem keine weiteren Registrierungen mehr erforderlich sind, um elektroanatomische Maps dann nach dem Registrierungsschritt m) direkt dem nekrotischen Myokard zuzuordnen.
Mit anderen Worten kann in Schritt n) ein Überlagern eines Teils der Bilddaten des Gesamtbilddatensatzes alternativ auch mit anderen Bildern erfolgen, solange diese in fester räumlicher Beziehung zu den Operationsbildern stehen.
Der im Patentanspruch 4 genannte therapeutische Eingriff muss nicht notwendigerweise eine Ablation sein. Das Verfahren kann auch zur Unterstützung kardiologischer Interventionen wie z. B. des Stentings von stenotisierten Koronararterien verwendet werden. Hierzu ist es notwendig, im Schritt 1) Bilder zu gewinnen, in denen die Koronararterien dargestellt sind. Dies erfolgt bevorzugt dadurch, dass im Schritt 1) nach Kontrastmittelgabe mithilfe eines Katheters in die Koronararterien mithilfe eines C-Bogen-Röntgensystems 2D-Angiogramme oder 3D-Rotationsangiogramme erzeugt werden, wobei nachfolgend die Schritte m) bis o) durchzuführen sind.
Während der Registrierungsschritt c) im Patentanspruch 1 notwendig ist, weil die Registrierung besonders exakt sein muss, damit die unterschiedlichen Areale des Myokards in der End darstellung unterschieden werden können, ist der Registrierungsschritt m) im Verfahren gemäß Patentanspruch 4 nicht unbedingt vonnöten. Die Erfindung stellt somit als Alternative ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 bereit. Auch hier wird gemäß Schritt k) wieder der Gesamtbilddatensatz (Schritte a) bis d) des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1) erzeugt, wobei nunmehr das Aufnehmen des ersten und zweiten 3D-Bilddatensatzes mithilfe eines C-Bogen-Röntgensystems erfolgt. Die Registrierung wird dadurch überflüssig, dass der Patient nachfolgend zur Durchführung von Schritt 1) in feststehender Lage in dem C-Bogen-Röntgensystem belassen wird, und dass während des therapeutischen Eingriffs dasselbe C-Bogen-Röntgensystem verwendet wird. Entsprechend lautet Schritt 1) in Patentanspruch 10 wie folgt: Aufnehmen von Daten für eines oder mehrere 2D-Angiogramme oder 3D-Rotationangiogramme mithilfe desselben C-Bogen-Röntgensystems nach einer Kontrastmittelgabe mithilfe eines Katheters in die Koronararterien zur Gewinnung einer Bildinformation über die Koronararterien. Die Schritte n) und o) schließen sich an Schritt 1) an, ohne dass ein Registrierungsschritt nach Art des Schritts m) aus Patentanspruch 4 erfolgen müsste. Eine Registrierung wäre höchstens erforderlich, wenn sich der Patient stark bewegt hätte.
Ergebnis ist auch hier, dass man 2D-Bilder erzeugt, in denen die gesunden, minderdurchbluteten und nekrotischen Teile des Myokards und gleichzeitig die Koronararterien dargestellt sind. Eine solche Darstellung ermöglicht es dem Arzt, diejenigen Koronararterien zu behandeln, die minderdurchblutetes Myokard versorgen, um dieses wiederzubeleben.
Durch die Verwendung desselben C-Bogen-Röntgensystems bietet es sich nahezu an, die Schritte k) und 1) wiederholt durchzuführen, beispielsweise zum Zwecke einer Erfolgskontrolle. Der behandelnde Arzt kann dann direkt an dem Bild erkennen, ob die Behandlung der Koronararterie dazu geführt hat, dass ein minderdurchblutetes Areal des Myokards nunmehr besser durchblutet ist.
Bei dem Verfahren gemäß Patentanspruch 4 bzw. Patentanspruch 10 ist auch hier bevorzugt vorgesehen, dass eine Auswahl der Bilddaten anhand des EKGs erfolgt (EKG-Gating). So sollen in Schritt a₁) und b) (von Schritt k)) sowie im Schritt 1) nur jeweils Bilddaten verwendet werden, die zu der selben vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörig sind. Dadurch wird eine besonders scharfe Bilddarstellung erzielt. Im Falle von Patentanspruch 4 wird der Registrierungsschritt m) vereinfacht. Im Falle von Patentanspruch 10 sind die Bilder leichter zu überlagern.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungen unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei
1 ein Bild zeigt, das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,
2 eine Alternative zur Bilddarstellung gemäß 1 auf zeigt,
3 eine Weiterentwicklung der Bilddarstellung gemäß 2 aufzeigt, und
4 eine Weiterentwicklung der Bilddarstellung gemäß 1 auf zeigt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein 3D-Bilddatensatz aufgenommen, in dem Endokard, gesunde und minderdurchblutete Teile des Myokards zu sehen sind.
Hierbei wird in herkömmlicher Weise ein Kontrastmittel eingesetzt. Eine solche Bilddarstellung ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Ferner ist aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt, einen zweiten 3D-Bilddatensatz zu erzeugen, in denen die nekrotischen Myokardbereiche besonders gut abgebildet sind. Hierzu wird zwar ein Kontrastmittel eingesetzt, es wird aber abgewartet, bis das Kontrastmittel sich verteilt hat. Dann sammelt sich das Kontrastmittel hauptsächlich in den nekrotischen Teilen des Myokards an, sodass diese besonders gut abgebildet werden.
Es stehen somit zwei 3D-Bilddatensätze zur Verfügung. Diese sollen nun zur Erzeugung einer überlagerten Darstellung genutzt werden. Hierfür wird der erste aufgenommene 3D-Bilddatensatz segmentiert. Das Verfahren des Segmentierens ist als solches im Stand der Technik bekannt. Man erhält durch Segmentieren einen Endokard-Bilddatensatz mit Bildinformationen über das Endokard. Eine zweidimensionale Darstellung dieses Endokard-Bilddatensatzes findet sich bspw. als Bild 10 in 2 wieder. Zusätzlich oder alternativ erhält man einen Myokard-Bilddatensatz mit Bildinformationen des Myokards (nämlich das gesunde und minderdurchblutete Gewebe). Es kann gleichzeitig zu diesem Zeitpunkt durch Schwellwertkriterien ein Unterschied zwischen den verschiedenen Myokard-Arten im Myokard-Bilddatensatz ermittelt werden, sodass zwischen dem gesunden und dem minderdurchbluteten Gewebe nachfolgend unterschieden werden kann. Eine Unterscheidung geschieht durch die Definition eines Attributs zu den Bilddatenpunkten.
Es steht somit der Bilddatensatz mit den nekrotischen Teilen des Myokards einerseits zur Verfügung (zweidimensionale Darstellung als Bild 12 in 2) sowie entweder der Endokard-Bilddatensatz (mit Bild 10) oder der Myokard-Bilddatensatz (siehe später zur 1). Nachfolgend wird ein Registrierungsschritt durchgeführt. Das Verfahren der Registrierung ist als solches im Stand der Technik bekannt. Durch Erkennung gemeinsamer Strukturen der miteinander zu registrierenden Bilddatensätze wird ermittelt, wie (also nach welcher Rechenvorschrift) die beiden Bilddatensätze aufeinander abgebildet werden können. Die diesbezüglichen Koordinatensysteme sind a priori weder von ihrem Ursprung her, noch von ihrer Orientierung her miteinander übereinstimmend, weil völlig verschiedene Bilddatensätze gewonnen wurden, sodass die 3D- Bilddaten lage- und dimensionsrichtig einander zugeordnet werden müssen.
Als Ergebnis der Registrierung ist es möglich, mit Hilfe der gewonnenen Rechenvorschrift die Teilbilder einander zu überlagern. 2 veranschaulicht eine Überlagerung des Teilbilds 10 (auf Grund des Endokard-Bilddatensatzes) mit dem Teilbild 12 (auf Grund des zweiten 3D-Bilddatensatzes). Man erhält das Gesamtbild 14, ein Bild, in dem einerseits das Endokard 16 dargestellt ist und andererseits als geschlossener Bereich das nekrotische Myokard 18 dargestellt ist.
Das Bild 14 veranschaulicht sehr deutlich, wie stark das erfindungsgemäße Verfahren einen behandelnden Arzt unterstützen kann: Im Verhältnis zum Endokard 16 ist die Lage des nekrotischen Myokards 18 sehr genau bekannt. Der Arzt weiß insbesondere, wo eine Grenze 20 des nekrotischen Myokards liegt. Der Arzt kann bereits auf Grund von Bild 14 während einer elektrophysiologischen Prozedur beispielsweise mittels eines Ablationskatheters zielgenau die Grenze 20 anfahren.
Bei einer alternativen Darstellung wird nicht das Endokard mit dem nekrotischen Myokard überlagert dargestellt, sondern es wird der Myokard-Bilddatensatz, der Ergebnis der Segmentierung des ersten 3D-Bilddatensatzes ist, verwendet. Zu sehen ist in 1 das symbolisch dargestellte gesunde Myokard 22 mit äußerem Myokard 24 und innerem Myokard 26, wobei das innere Myokard 26 das Endokard definiert. Der Teil 22 des Myokards ist weiß dargestellt, was symbolisieren soll, dass es sich hierbei um gesundes Myokard handelt. Der Bereich, in dem ein Myokard-Infarkt stattgefunden hat, ist hervorgehoben dargestellt. Auf Grund der überlagerten Darstellung von den Daten des ersten 3D-Bilddatensatzes mit dem zweiten 3D-Bilddatensatzes ist sowohl das minderdurchblutete Myokard 28 als auch das nekrotische Myokard 30 dargestellt. Beide seien farblich unterschiedlich dargestellt – was in 1 durch unterschiedliche Grauwerte gekennzeichnet ist –, wobei die unterschiedliche farbliche Darstellung durch die Verwendung von Attributen ermöglicht ist. Auf Grund des bei der Segmentierung vorgenommenen Schwellwert-Untersuchungsschritts ist auch die Unterscheidung zwischen gesundem Myokard (weiß) und minderdurchblutetem Myokard 28 ermöglicht.
1 stellt somit ein zusammengesetztes Bild 32 dar, das eine Alternative zu dem Bild 14 gemäß 2 veranschaulicht. Entweder wird also das nekrotische Myokard dem Endokard überlagert (Bild 14) oder es wird eine Abbildung der anderen Teile des Myokards überlagert (Bild 32).
In beiden Fällen ist die Bilddarstellung alleine bereits für den Arzt von Nutzen.
3 veranschaulicht einen weiteren Schritt: Ausgegangen wird hierbei vom Bild 14. Das Bild 14 ist durch Fusion zweier präoperativ aufgenommener 3D-Bilddatensätze hervorgegangen.
Während eines Eingriffs, bspw. mit Hilfe eines Ablationskatheters, orientiere sich der behandelnde Arzt beispielsweise mit Hilfe einer elektroanatomischen Map, die in 3 mit 34 bezeichnet ist. Eine elektroanatomische Map 34 entsteht dadurch, dass mit Hilfe einer Sonde (Katheter) verschiedene Punkte im Endokard abgefahren werden und jeweils bestimmte Signale aufgenommen werden, die im Zusammenhang mit den elektrophysiologischen Reaktionen des Herzens stehen. Die Skala 36 im Bild rechts symbolisiert verschiedene Stärken der Signale, und der Kernbereich der Map 34 veranschaulicht eine zweidimensionale Darstellung der jeweiligen Stärke.
A priori ist es nun wieder bereits nicht möglich, das Bild 14 im Zusammenhang zum Bild 34 zu bringen. Es ist aber möglich, abermals einen Registrierungsschritt durchzuführen. Auch in elektroanatomischen Maps sind Bildstrukturen enthalten, die durch eine automatische Bilderkennung in Bezug zu Bildstrukturen des Bildes 14 gesetzt werden können. Damit ist eine Zuordnung der Koordinatensysteme zueinander ermöglicht, und man erhält wieder eine Abbildungsvorschrift bzw. in anderen Wor ten eine Rechenvorschrift, wie die Koordinaten des einen Bildsystems, durch das das Bild 14 erzeugt wird, in die Koordinaten des anderen Bildsystems, durch das das Bild 34 erzeugt wird, übersetzt werden können.
Alternativ ist es auch möglich, während der Operation Röntgenbilder aufzunehmen, bspw. eine 3D-Herz-Röntgenangiographie durchzuführen (siehe DE 10 2005 016472.2 , nachveröffentlicht). Dann ist es möglich, die überlagerten Bilddaten, aus denen Bild 14 erzeugt wurde, mit den Röntgenbildern zu registrieren. Da das Kathetersystem, mithilfe dessen eine elektroanatomische Map 34 erzeugt wird, ortsfest zu dem Röntgensystem befindlich ist, kann diese Registrierung, die eine Zuordnung der Koordinaten des präoperativ aufgenommenen Bilddatensatzes zu den Koordinaten des bei der Intervention aufgenommenen Röntgenbilddatensatzes bewirkt, gleichzeitig eine Zuordnung der Koordinaten des präoperativ offenen Bilddatensatzes zu denen des elektroanatomischen Systems ermöglichen.
Unabhängig davon, wie der zweite Registrierungsschritt erfolgt, ist es möglich, den Bereich 18 nekrotischen Myokards in die elektroanatomischen 34 einzutragen. Dies ist in 3 veranschaulicht.
Auch wenn es ein weiter Weg bis zu dieser Überlagerung von Abbildungen war, der zwei Registrierungsschritte und die Aufnahme mehrerer Bilddatensätze umfasste, sind die durchzuführenden Verfahren so zuverlässig, dass sie der behandelnde Arzt bei seiner Operation als nützlich empfinden und verwenden kann.
Durch die Darstellung gemäß 3 sind die Grenzen 20 des nekrotischen Myokards in direktem Zusammenhang zu Konturen in der elektroanatomischen Map 34 zu bringen. Da ohnehin ein Katheter bewegt wird und elektrophysiologische Systeme bereits automatische Katheterbewegungen vorsehen, ist es durchaus möglich, als weiteren Schritt vorzusehen, dass ein Katheter entlang der Grenzlinie 20 bewegt wird, und zwar mehr oder we niger automatisch, wobei der behandelnde Arzt dann jeweils nur für eine Führung des Systems sorgen muss.
Aus der reinen Visualisierung ist somit ein automatisches Behandlungssystem geworden.
Die Erfindung stellt in jeder ihrer Stufen (Erzeugen von Bild 14 oder Bild 32, Erzeugen von Bild 34 mit dem Bereich 18, automatische Ansteuerung des Katheters) jeweils einen bedeutenden Schritt dar, die Behandlung von Myokard-Infarkten zu optimieren.
Die Behandlung von Myokard-Infarkten kann auch durch gezielte Behandlung der Koronararterien erfolgen. Auch hier ist es bereits von Vorteil, wenn dem behandelnden Arzt Bild 32 zur Verfügung steht, das präoperativ aufgenommen ist, weil sich der Arzt auf Grund seiner Erfahrung dann ein ungefähres Bild davon machen kann, wo die in Bild 32 zu sehenden verschiedenen Bereiche von Myokard (22, 28, 30) im Verhältnis zu einer Koronararterie liegen, über die er sich in aller Regel mithilfe eines C-Bogen-Röntgensystems ein Bild macht. Eine Abbildung einer Koronararterie erfolgt dadurch, dass ein Katheter in das Herz zum Ansatz der Arterie geführt wird und ein Kontrastmittel gezielt in die Arterie gegeben wird. Anschließend werden Röntgenbilder aufgenommen. In diesen Angiogrammen sind nahezu ausschließlich dann die jeweilige Koronararterie und ihre Verzweigungen zu erkennen. Die vorliegende Erfindung kann nun auch hier noch einen Schritt weiter gehen: Es kann das Bild 32 (1) mit einer Abbildung einer Koronararterie überlagert werden. Ein solches Bild ist in 4 gezeigt und im Ganzen mit 38 bezeichnet.
Zu sehen ist wie in Bild 32 das gesunde Myokard 22, das minderdurchblutete Myokard 28 und das nekrotische Myokard 30. Zusätzlich ist überlagert dargestellt eine Koronararterie 40 mit Verzweigungen 42 und 42', wobei ein Ast 44 der Koronararterie 40 einen Abschnitt 46 des minderdurchbluteten Myokards 28 mit Blut versorgt. Eine Darstellung gemäß Bild 38 ist da durch ermöglicht, dass das Bild 32 mit einem entsprechenden Röntgenbild (Angiogramm) der Koronararterie 40 überlagert wird. Hierzu wird in aller Regel ein zusätzlicher Registrierungsschritt durchgeführt, wobei die Registrierung dadurch ermöglicht ist, dass in dem Angiogramm teilweise das minderdurchblutete Myokard 28 gezeigt ist (insbesondere der Bereich 46) oder auch Teile des gesunden Myokards 22 schwach sichtbar sind, wobei die Konturen eine lage- und dimensionsrichtige Zuordnung der Koordinaten der beiden Bilder dann ermöglichen. Eine Registrierung kann entfallen für den Fall, dass das Bild 32 seinerseits mithilfe desselben C-Bogen-Röntgensystems erzeugt wurde, wobei sich der Patient dann während der Zeit der Erzeugung des Bilds 32 und bis zum Abbilden der Koronararterie 40 nicht bewegt haben darf.
Das Bild 38 stellt eine weitere Stufe bei der Unterstützung des Arztes bei Eingriffen an den Koronararterien dar. Er kann den Ast 44 als dem minderdurchbluteten Myokard 46 naheliegend identifizieren und gezielt im Ast 44 eine Behandlung ansetzen, um die Minderdurchblutung des Bereichs 46 zu verringern.
Das Bild der Koronararterie 40 kann aus einer 2D-Abbildung (2D-Angiogramm) stammen oder eine Darstellung eines 3D-Bilddatensatzes sein.

Claims

Verfahren zum Abbilden des Myokards eines Infarkt-Patienten mit den Schritten: a1) Aufnehmen eines ersten 3D-Bilddatensatzes unmittelbar nach Verabreichung eines Kontrastmittels an den Patienten und Gewinnung einer Bildinformation über das Endokard (16) sowie über gesunde (22) und minderdurchblutete Teile (28) des Myokards, a2) Segmentieren des ersten 3D-Bilddatensatzes mit dem Ergebnis der Gewinnung zumindest eines von zwei getrennten Bilddatensätzen: – eines Endokard-Bilddatensatzes mit Bildinformation über das Endokard (16), – eines Myokard-Bilddatensatzes mit Bildinformation über das Myokard (22, 26, 28), b) Aufnehmen eines zweiten 3D-Bilddatensatzes nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer nach Verabreichung eines Kontrastmittels an den Patienten und Gewinnung einer Bildinformation über nekrotische Teile (12) des Myokards, c) Durchführen einer Registrierung des zweiten 3D-Bilddatensatzes und entweder des Endokard- oder des Myokard-Bilddatensatzes, bei der die 3D-Bilddaten des Endokard- bzw. Myokard-Bilddatensatzes den 3D-Bilddaten des zweiten Bilddatensatzes lage- und dimensionsrichtig zugeordnet werden, d) Überlagern der registrierten Bilddatensätze zu einem 3D-Gesamtbilddatensatz und e) Erzeugen von 2D-Gesamtbilddarstellungen, in denen einerseits das Endokard (16) oder die gesunden (22) und minderdurchbluteten (28) Teile des Myokards und andererseits die nekrotischen Teile (18, 30) des Myokards abgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a2) auf Grund eines Schwellwertkriteriums zwischen gesunden (22) und min derdurchbluteten (28) Teilen des Myokards im Myokard-Bilddatensatz unterschieden wird, denen jeweils unterschiedliche Attribute zugeordnet werden, im Schritt b) den nekrotischen Teilen (30) des Myokards ihrerseits unterschiedliche Attribute zugeordnet werden, wobei im Schritt e) Bilddaten mit unterschiedlichen Attributen verschiedenartig, insbesondere verschiedenfarbig dargestellt werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a1) nur zu einer vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörige Bilddaten verwendet werden, und dass in Schritt b) nur Bilddaten verwendet werden, die zu der selben vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörig sind.
Verfahren zum Unterstützen eines therapeutischen Eingriffs am Herzen, mit den Schritten: k) Durchführen der Schritte a) bis d) des Verfahrens zum Abbilden des Myokards gemäß Patentanspruch 1 vor dem therapeutischen Eingriff zur Gewinnung eines präoperativen Gesamtbilddatensatzes, l) Erzeugen einer oder mehrerer 2D-Operationsbilder oder eines 3D-Operationsbilddatensatzes während des therapeutischen Eingriffs, m) Durchführen einer Registrierung der Operationsbilder oder des Operationsbilddatensatzes mit dem präoperativen Gesamtbilddatensatz, bei der die 2D- oder 3D-Bilddaten der Operationsbilder bzw. des Operationsbilddatensatzes den 3D-Bilddaten des 3D-Gesamtbilddatensatzes lage- und dimensionsrichtig zugeordnet werden, n) Überlagern zumindest eines Teiles der Bilddaten des Gesamtbilddatensatzes mit den Operationsbilddaten, o) Erzeugen von 2D-Bilddarstellungen, in denen zumindest das präoperativ aufgenommene nekrotische Myokard einer auf Schritt 1) zurückgehenden Operationsbilddarstellung überlagert dargestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der in Schritt o) erzeugten Bilddarstellungen die Koordinaten einer Grenze (20) zwischen dem nekrotischen Myokard (18) und anderen Gewebebereichen (16) ermittelt werden, und dass ein Behandlungsinstrument, insbesondere ein Ablationskatheter, automatisch gesteuert an zumindest einen Punkt der Grenze (20) verfahren wird und. vorzugsweise entlang der Grenze (20) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt 1) elektroanatomische Mapping-Daten gewonnen und als zweidimensionales Bild visualisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt 1) eine 3D-Herz-Rotationsangiographie durchgeführt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt 1) nach Kontrastmittelgabe mithilfe eines Katheters in die Koronararterien mithilfe eines C-Bogen-Röntgensystems 2D-Angiogramme oder 3D-Rotationsangiogramme erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a1) nur zu einer vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörige Bilddaten verwendet werden, und dass in Schritt b) nur Bilddaten verwendet werden, die zu der selben vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörig sind, und dass in Schritt 1) nur Bilddaten verwendet werden, die zu der selben vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörig sind.
Verfahren zum Unterstützen eines therapeutischen Eingriffs am Herzen, mit den Schritten: k) Durchführen der Schritte a) bis d) des Verfahrens zum Abbilden des Myokards gemäß Patentanspruch 1, wobei das Auf nehmen des ersten und des zweiten 3D-Bilddatensatzes mithilfe eines C-Bogen-Röntgensystems erfolgt und der Patient nachfolgend zur Durchführung von Schritt 1) in feststehender Lage in dem C-Bogen-Röntgensystem belassen wird, l) Aufnehmen von Daten für eines oder mehrere 2D-Angiogramme oder 3D-Rotationsangiogramme mithilfe desselben C-Bogen-Röntensystems nach einer Kontrastmittelgabe mithilfe eines Katheters in die Koronararterien zur Gewinnung einer Bildinformation über die Koronararterien, n) Überlagern zumindest eines Teils der Bilddaten des Gesamtbilddatensatzes mit den in Schritt 1) aufgenommenen Daten, o) Erzeugen von 2D-Bilddarstellungen, in denen die gesunden (22), minderdurchbluteten (28) und nekrotischen Teile (30) des Myokards und gleichzeitig die Koronararterien (40) dargestellt sind.
Verfahren nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a1) nur zu einer vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörige Bilddaten verwendet werden, und dass in Schritt b) nur Bilddaten verwendet werden, die zu der selben vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörig sind, und dass in Schritt 1) nur Bilddaten verwendet werden, die zu der selben vorbestimmten Herz- und/oder Atmungsphase zugehörig sind.