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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bilddarstellung eines behandlungsbedürftigen
Abschnitts eines Gefäßes, insbesondere
eines stenosierten Gefäßabschnitts,
mit einem in dem Gefäß befindlichen, in
diesem zu führenden
medizinischen Instrument, an einem Bildschirm.
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Zur
Behandlung gering-, mittel- und hochgradiger Stenosen, beispielsweise
der Koronararterien, wird über
einen Führungsdraht üblicherweise
ein Katheter eingeschoben, über
den die Okklusion aufgeweitet werden kann. Der Führungsdraht kann durch das
verengte, jedoch offene Gefäßlumen geführt werden,
die Ausrichtung des einzuführenden
Katheters ist damit vorgegeben. Zudem ist es möglich, mittels Kontrastmittelinjektion
das noch vorhandene Restgefäßlumen angiographisch
durch Fluoroskopie zweidimensional (2-D) darzustellen. Bei Verwendung von
Zwei-Ebenen-Anlagen (Biplan-Anlagen) kann aus den beiden Projektionen
ein dreidimensionaler (3-D) Verlauf des Gefäßes berechnet und dargestellt werden,
so dass sich der Arzt hieran während
der Bewegung des Führungsdrahts
bzw. des Katheters orientieren kann. Problematisch ist die Bilddarstellung jedoch
bei vollständig
verschlossenen Gefäßabschnitten
(CTO = cronic total occlusion). Denn infolge des vollständigen Gefäßverschlusses
ist kein über Kontrastmittel
sichtbar machbares Restlumen vorhanden. Hier bliebt bis dato lediglich
die Möglichkeit, den
Verlauf des vollständig
verschlossenen Gefäßabschnitts
abzuschätzen.
Hierzu wird zunächst
der distale Gefäßabschnitt über die
Kollateralversorgung mit arteriellem Blut retrograd durch Kontrastmittelgabe
angiographisch in 2-D dargestellt und als Referenzbild festhalten.
In einem zweiten Schritt wird der proximale Anteil, der bis zum
Verschluss wie im gesunden Organismus antegrad über die Koronararterie versorgt
wird, bevorzugt ebenfalls nach Kontrastmittelgabe fluo roskopisch
dargestellt. Zum Setzen des Katheters wird dieser nun bis vor die
Stenose geschoben, wonach die Fluoroskopiebilder mit dem kontrastierten
distalen Gefäßabschnitt
aus dem Referenzbild überlagert
werden. Während
des Vorschubs des Katheters oder des Führungsdrahts muss der Anwender
abschätzen,
ob es sich noch innerhalb der Gefäßwände befindet, indem er versucht,
mit der Katheterspitze auf einer Verbindungslinie zwischen proximalem
und distalem Gefäßabschnitt
zu bleiben. Der okkludierte Gefäßabschnitt selbst,
der bekanntlich verkalkt ist und sich zugesetzt hat, ist in den
fluoroskopisch aufgenommenen, invasiven Bildern nicht zu sehen,
weshalb wie beschrieben der Anwender dieses mehr oder weniger lange Stück des Gefäßes in seinem
Verlauf aus dem Referenzbild und den überlagernden Fluoroskopiebildern abschätzen muss.
Hierbei kann es während
des Verschiebens des Katheters zu Problemen kommen, da der Anwender
relativ leicht von der realen Ideallinie, die er nicht sehen kann,
sondern abschätzen
muss, abweichen, insbesondere, nachdem er zum Durchdringen des Verschlusses
relativ kräftig
schieben muss. Eine Perforation des Gefäßes vor der Stenose oder im
stenosierten Abschnitt ist deshalb aufgrund mangelnder Information über den
realen Verlauf des Gefäßabschnitts
im Einzelfall möglich.
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Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
das eine Bilddarstellung eines behandlungsbedürftigen Gefäßes in seiner vollen Länge ermöglicht und
dem Anwender so die optische Kontrollmöglichkeit bei der Führung eines
medizinischen Instruments, also eines Führungsdrahts oder eines Katheters
unter fluoroskopischer Überwachung,
bietet.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist ein Verfahren zur Bilddarstellung eines behandlungsbedürftigen
Abschnitts eines Gefäßes, insbesondere
eines stenosierten Gefäßabschnitts,
mit einem in dem Gefäß befindlichen,
in diesem zu führenden
medizinischen Instrument, an einem Bildschirm vorgesehen, mit folgenden
Schritten:
- – Verwendung eines prä-interventionell
aufgenommenen 3-D-Volumendatensatzes des Gefäßes,
- – Markierung
des Verlaufs zumindest des Gefäßabschnitts
in einer 3-D-Darstellung des 3-D-Volumendatensatzes,
- – Registrierung
des prä-interventionellen
markierten 3-D-Volumendatensatzes mit einem mit einer Röntgeneinrichtung,
die während
der Intervention zur Aufnahme von Fluoroskopiebildern des Gefäßes samt
Gefäßabschnitt
dient, aufgenommenen 2-D-Bilddatensatz oder einem weiteren 3-D-Volumenbilddatensatz,
- – kontinuierliche
Aufnahme von interventionellen Fluoroskopiebildern mit der Röntgeneinrichtung und
kontinuierliche lage- und orientierungsgerechte Überlagerung der einzelnen,
zumindest das medizinische Instrument zeigenden Fluoroskopiebilder
mit dem markierten, mit den Fluoroskopiebildern registrierten 3-D-Volumendatensatz zumindest
im Bereich des markierten Gefäßabschnitts
derart, dass im Überlagerungsbild
der Verlauf des Gefäßabschnitts
als Bildmarkierung sichtbar ist.
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Dem
erfindungsgemäßen Verfahren
liegt die Verwendung verschiedener Bilddatensätze, die überlagert werden, zugrunde.
Ausgangspunkt ist ein prä-interventionell
aufgenommener 3-D-Volumendatensatz
des Gefäßes, bei
dem es sich beispielsweise um einen mit einem Computertomographen
oder einem Magnetresonanzgerät
aufgenommen 3-D-Datensatz, vornehmlich einen Angiographiedatensatz, handelt.
Dieser wurde zu einem Zeitpunkt vor der anstehenden Intervention
aufgenommen, wobei der Begriff "prä-interventionell" auf jeden Zeitpunkt,
der unmittelbar vor dem Setzen des medizinischen Instruments liegt,
abstellt. In diesem 3-D-Volumendatensatz ist das gesamte Gefäß sichtbar.
In Computertomographie- oder Magnetresonanzbildern sind auch stark
verkalkte Abschnitte, wie sie normalerweise bei einer chronischen
Stenose vorliegen, bei geeigneter Wahl des Grauwertemittelwerts
und der Fenstergrenzwerte etc. sehr gut sichtbar. Das heißt, dass
anhand dieses Volumendatensatzes eine dreidimensionale Rekonstruktion
des gesamten Gefä ßes, also auch
des stenosierten Gefäßabschnitts,
in seiner realen Form und seinem realen Verlauf möglich ist.
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In
einem nächsten
Schritt wird nun der Verlauf zumindest des behandlungsbedürftigen
Gefäßabschnitts,
also im Falle einer Stenose eben der Abschnitt der Stenose selbst,
in einer 3-D-Darstellung des
3-D-Volumendatensatzes markiert, was z. B. über ein geeignetes Bildschirmmarkierungsmittel
erfolgen kann, wenn dies vom Anwender selbst vorgenommen wird, wobei
der Anwender sowohl ein Arzt als auch ein Techniker oder technisches
Personal sein kann. In jedem Fall erfolgt also eine Definition des
Gefäßabschnitts
hinsichtlich seiner Lage, seiner Länge und seines Verlaufs in
dem 3-D-Volumendatensatz.
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Dieser
prä-interventionelle,
markierte und damit "modifizierte" 3-D-Volumendatensatz
wird nun mit einer Röntgeneinrichtung,
die während
der Intervention zur Aufnahme der Fluoroskopiebilder des Gefäßes samt
des Gefäßabschnitts
dient, registriert. Die Röntgeneinrichtung,
die die Bilder in einem eigenen einrichtungsspezifischen Koordinatensystem aufnimmt,
ist beispielsweise als C-Bogen-Röntgengerät ausgeführt, es
kann sich um eine monoplane oder eine biplane Anlage handeln. Da
der 3-D-Volumendatensatz in einem eigenen Koordinatensystem der
Anlage, mit der aufgenommen wurde (also beispielsweise Computertomograph
(CT) oder Magnetresonanzgerät
(MR)), erzeugt wurde, wird über die
Registrierung eine Abbildungsvorschrift erstellt, die die beiden
Koordinatensysteme miteinander verbinden, so dass jeder Punkt im
Volumen des einen Koordinatensystems exakt auf den entsprechenden Punkt
im Volumen des anderen Koordinatensystems abgebildet werden kann.
Zur Registrierung dient entweder ein 2-D-Bilddatensatz, also wenigstens
ein mit der Röntgeneinrichtung
aufgenommenes 2-D-Bild, oder
ein weiterer 3-D-Volumenbilddatensatz, der beispielsweise mit der
C-Bogen-Röntgeneinrichtung aufgenommen
werden kann, die dabei relativ schnell eine Teilrotation um wenigstens
180° vornimmt
(dynamisches CT unter Verwendung einer C-Bogen-Anlage). In jedem
Fall resultiert aus diesem Schritt eine Abbildungsvorschrift zwischen
dem markierten 3-D-Volumendatensatz und dem Koordinatensystem der
Röntgeneinrichtung,
mit der nun während
der Intervention kontinuierlich Fluoroskopiebilder aufgenommen werden.
Jedes Fluoroskopiebild kann nun infolge der vorangehenden Registrierung
kontinuierlich lage- und orientierungsgerecht mit dem markierten
3-D-Volumendatensatz überlagert
werden. Das heißt,
zu jedem Fluoroskopiebild, das ein 2-D-Bild aus einer bestimmten
Blickrichtung ist, dessen Bildebene also in Abhängigkeit der Stellung der Röntgenquelle
und des Röntgenbilddetektors
ist, wird lage- und orientierungsgerecht die entsprechende projizierte
Ansicht aus dem 3-D-Volumendatensatz verwendet bzw. damit überlagert.
Nachdem in den Fluoroskopiebildern das medizinische Instrument,
das bereits eingeführt
ist, zu sehen ist, jedoch kein Gefäß bzw. schon gleich gar nicht
der stenosierte Gefäßabschnitt,
dieses bzw. dieser aber in dem 3-D-Volumendatensatz zu sehen ist bzw. betreffend
den Gefäßabschnitt
selbst dort markiert ist, kann infolge der Überlagerung zwangsläufig ein Überlagerungsbild
ausgegeben werden, in dem der exakte Gefäßverlauf einschließlich der
markierten Stenose und in dem Gefäß liegend der Katheter in seiner
realen Position dargestellt werden. Es erfolgt also eine Überlagerung
der 3-D-Darstellung des stenosierten Gefäßabschnitts mit der Fluoroskopie.
Der Anwender kann sich nun anhand dieser 3-D-Überlagerungsbilddarstellung während des
Draht- oder Kathetervorschubs genauestens orientieren, nachdem sich
insbesondere im Bereich des Gefäßverschlusses,
der in der Fluoroskopie wie beschrieben gerade nicht sichtbar ist,
der eigentliche Gefäßverlauf
markiert und dreidimensional rekonstruiert dargestellt werden kann.
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Grundsätzlich besteht
die Möglichkeit,
aus dem prä-interventionellen
Datensatz, beispielsweise dem CT- oder MR-Datensatz, nur den Bereich
der Markierung, also den des markierten, stenosierten Gefäßabschnitts,
zu nehmen und als 3-D-Rekonstruktionsteilbild mit den Fluoroskopiebildern
zu überlagern.
Gegebenenfalls kann natürlich
auch das gesamte rekonstruierte 3-D-Bild, das also auch die Gefäßbereich
vor und hinter der Markierung zeigt, mit den Fluoroskopiebildern überlagert
werden. Die Markierung selbst muss nicht nur den Gefäßabschnitt
betreffen, vielmehr kann die Markierung auch etwas über den
Abschnitt hinaus gezogen werden, um die daran anschließenden,
gesunden Gefäßwandbereiche
zu markieren und im Rahmen die Überlagerung markiert
darzustellen. Das Überlagerungsbild
selbst wird aus der Blickrichtung wie die aufgenommenen Fluoroskopiebilder
dargestellt bzw. es wird der 3-D-Volumendatensatz
als 2-D-Bilddarstellung entsprechend der Fluoroskopie-Aufnahmerichtung
projiziert. Die Markierung selbst kennzeichnet zweckmäßigerweise
die Gefäßränder im Überlagerungsbild, dies
ist für
den Anwender zur Orientierung vollkommen ausreichend, da ihn primär die Lage
des Drahtes oder des Katheters relativ zu den Gefäßrändern interessiert.
Die Markierung selbst kann einfach und sehr exakt im Bereich der
Gefäßränder erfolgen,
da diese im Volumen erfolgt, wozu der 3-D-Datensatz am Bildschirm
dreidimensional rekonstruiert dargestellt wird und der Anwender
folglich die Konturen exakt erkennen kann.
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Wie
beschrieben ist der prä-interventionelle 3-D-Volumendatensatz
bevorzugt ein MR- oder ein CT-Angiographie-Datensatz, der in hoher
Auflösung mit
sehr gutem Kontrast die Gefäße zeigt.
Durch geeignete Wahl der Bilderzeugungs- und Darstellungsparameter
kann ein sehr guter Kontrast auch im Bereich des stenosierten Abschnitts
erreicht werden, das heißt,
dass auch die verkalkte Stenose sehr deutlich dargestellt werden
kann, so dass insgesamt die Markierung sehr exakt gesetzt werden
kann.
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Alternativ
zur Verwendung von mit anderen Bildaufnahmeeinrichtungen, hier also
MR- oder CT-Geräten,
aufgenommener 3-D-Datensätze ist
es auch denkbar, den prä-interventionellen
3-D-Volumendatensatz mittels der als C-Bogen-Röntgeneinrichtung ausgebildeten
Röntgeneinrichtung,
die der Fluoroskopie-Bildaufnahme
dient, aufzunehmen. Das heißt,
alle aufzunehmenden Bilddaten werden mit der Röntgeneinrichtung aufgenommen,
die als C-Bogen-Einrichtung ein schnelles, dynamisches CT fährt, mithin
also schnell um den Tisch rotiert und Bilder aus allen für eine 3-D-Volumenrekonstruktion
erforderlichen Blickrichtungen aufnimmt. Auch in diesem Röntgen-CT-Datensatz
sind das Gefäß sowie der
verkalkte Gefäßabschnitt
sehr gut erkennbar.
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Eine
dritte Möglichkeit,
den prä-interventionellen
3-D-Volumendatensatz zu erzeugen, besteht in einer Fusion zweier
miteinander registrierter 3-D-Teilvolumendatensätze, von denen einer das Gefäß samt Gefäßabschnitt
nach Kontrastmittelinjektion im distal zum Gefäßabschnitt liegenden Bereich und
der andere das Gefäß samt Gefäßabschnitt
nach Kontrastmittelgabe im proximal zum Gefäßabschnitt liegenden Bereich
zeigt. Auch hierzu bedient man sich vorzugsweise der der Fluoroskopie-Bildaufnahme dienenden
Röntgeneinrichtung,
die zur Erzeugung des Rekonstruktionsbilddatensatzes im Falle einer
Ausführung
als Monoplangerät
zur Aufnahme von sukzessiven Aufnahmen aus unterschiedlichen Blickrichtungen
verstellt werden muss, während
bei einem Biplangerät
von Haus aus aufgrund der doppelten vorgesehenen Röntgengerätschaften
Bildaufnahmen aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen vorliegen.
Die beiden Teilvolumendatensätze
sind, nachdem sie mit derselben Röntgeneinrichtung aufgenommen
werden, miteinander registriert und werden sodann fusioniert, so
dass sich insgesamt ein vollständiger
3-D-Rekonstruktionsbilddatensatz ergibt, der anschießend mit
den Fluoroskopiebildern nach vorhergehender Markierung wie einleitend
beschrieben überlagert
werden kann.
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Die
Markierung selbst kann wie beschrieben vom Anwender an dem Bildschirm über ein
dort bewegbares Markierungselement wie einen Cursor oder ein sonstiges
Navigationselement erfolgen. Denkbar ist auch ein automatisches
Setzen der Markierung. Hierzu verfügt die Bildverarbeitungseinrichtung über geeignete
Detektions-Algorithmen, um beispielsweise Kanten zu detektieren,
die die Gefäßwände darstellen
etc. In jedem Fall ist die Bildverarbeitungseinrichtung imstande,
selbsttätig
den Gefäßabschnitt
zu ermitteln und die Markierung zu setzen.
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Wie
bereits beschrieben, besteht grundsätzlich die Möglichkeit,
entweder nur den Gefäßabschnitt
zu markieren und im Rahmen der Überlagerung
mit den Fluoroskopiebildern nur diesen aus dem 3-D-Volumendatensatz
zu überlagern.
Denn dieser Verlauf ist wie ausgeführt in den Fluoroskopiebildern überhaupt
nicht sichtbar, kann im Überlagerungsbild vom
Anwender jedoch ohne weiteres erkannt werden. Alternativ kann zusätzlich zum
Gefäßabschnitt auch
der Verlauf zumindest eines Teils des daran anschließenden Gefäßes markiert
werden. Das heißt, dass
zumindest daran anschließende
Gefäßteile in dem Überlagerungsbild
auch noch dargestellt werden, wenn nicht das gesamte Gefäß, soweit
es im 3-D-Volumendatensatz enthalten ist, der Überlagerung zugrunde gelegt
wird.
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Die
Bildmarkierung selbst ist bevorzugt linienförmig und definiert die Gefäßabschnittsränder. Das
heißt,
der Anwender erhält
im Überlagerungsbild eine
Liniendarstellung des Gefäßabschnittrandes
bezogen auf die jeweilige Bildaufnahmerichtung, in der das Überlagerungsbild
das Gefäß zeigt,
so dass es sich exakt orientieren kann, wie die Lage der Draht- oder
Katheterspitze relativ zu den Gefäßrändern ist.
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Alternativ
kann die im Überlagerungsbild
gezeigte Bildmarkierung auch flächig
sein und das projizierte Gefäßabschnittsvolumen
darstellen. Hier erhält
der Anwender keine Markierung der Ränder selbst, sondern nur des
projizierten Gefäßvolumens. Gleichwohl
kann er sich immer noch mühelos
orientieren, nachdem die seitlichen Ränder der Bildmarkierung den
Gefäßabschnittsrändern entsprechen und
er diesbezüglich
exakt die Lage der Draht- oder Katheterspitze erkennen kann.
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Eine
weitere Verbesserung lässt
sich dadurch erzielen, indem die 3-D-Darstellung des verschlossenen
Gefäßabschnitts,
also das 3-D-Überlagerungsbild,
herzphasensynchron erfolgt. Hierzu wird erfindungsgemäß ein prä-interventioneller 3-D-Volumenbilddatensatz
verwendet, der das Gefäß zu unterschiedlichen
Herzphasen zeigt, wobei bevorzugt zu jeder Herzphase die Markierung
zumindest des Gefäßabschnitts
erfolgt, und wobei be vorzugt ferner der der Registrierung dienende
2-D-Bilddatensatz oder der weitere 3-D-Volumendatensatz zu entsprechenden
Herzphasen aufgenommen wird, und wobei während der Fluoroskopie-Aufnahme
die Herzphase erfasst und eine herzphasensynchrone Überlagerung
mit dem markierten 3-D-Volumenbilddatensatz erfolgt. Die Überlagerungsbilddarstellung zeigt
somit das Gefäß stets
in seiner realen Ist-Position, die sich herzphasenbedingt ändern kann.
Die Markierung muss nicht in allen Phasenvolumenbildern erfolgen,
sondern kann einmal in dem Datensatz zu einer Herzphase gesetzt
werden und sodann automatisch von der Bildverarbeitung weiterverfolgt werden,
mithin also in den anderen phasenbezogenen Volumenbilddatensätzen entsprechend
gesetzt werden. Werden Bilder von Herzphasen benötigt, die zwischen zwei ausgenommenen,
ausgezeichneten Herzphasen liegen, so wird der jeweilige Bilddatensatz
interpoliert, so dass ein entsprechendes Matching stattfindet.
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In
entsprechender Weise kann auch eine etwaige Atembewegung, die ebenfalls
in einer Lageänderung
des zu behandelnden, stenosierten Gefäßabschnitts resultieren kann,
erfasst werden. Das heißt, auch
hier werden entsprechende Datensätze
zu unterschiedlichen Atemphasen aufgenommen und während der
Fluoroskopie-Bildaufnahme die Atmungsphase erfasst, so dass eine
atmungssynchrone Überlagerung
mit dem markierten 3-D-Volumenbilddatensatz möglich ist. Die Berücksichtigung
der Atembewegung führt
also wie auch die Berücksichtigung
der Herzphase zu einer 4D-Darstellung.
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Weiterhin
ist es zweckmäßig, im
prä-interventionellen
3-D-Volumendatensatz sichtbare, etwaige im Gefäß oder im Gefäßabschnitt
vorhandene auffällige
Bereiche zu erfassen und im Überlagerungsbild
darzustellen oder im Rahmen der automatischen Markierung des Gefäßabschnitts
zu berücksichtigen. Bei
solchen auffälligen
Bereichen kann es sich beispielsweise um Mikrokalzifizierungen oder
kontrastmittelgefüllte
Mikrovolumina handeln, die im 3-D-Rekonstruktionsbild sichtbar sind.
Es besteht nun die Möglichkeit,
derartige Bereiche im Rahmen der Markierung zu berücksichtigen,
sie also über
den Bild schirm selbst zu markieren oder die automatische Markierung
vorzunehmen, um diese Bereiche sodann im Rahmen der Erzeugung des Überlagerungsbildes
in diesem darzustellen. Die Information über etwaige Mikrokalzifierungen,
also kleine Verkalkungsbereiche außerhalb des eigentlichen Okklusionsbereichs,
können
für den
Anwender ebenfalls eine wichtige Information darstellen. Das heißt, der Arzt
erhält
nicht nur Informationen über
den Verlauf des Gefäßes bzw.
der Gefäßwand, sondern
auch über
etwaige im Gefäßbereich
oder im unmittelbaren Gefäßumfeld
befindliche Gegebenheiten. Diese Bereiche können in jedem 3-D-Volumendatensatz,
sei es ein CT- oder MR-Datensatz, oder ein aus separaten 2-D-Röntgenaufnahmen
oder mittels sogenannter Dual-Energy-Bildaufnahmen mittels einer
Röntgeneinrichtung
mit zwei versetzt zueinander angeordneten Röntgenquellen erstellter 3-D-Volumendatensatz,
markiert werden.
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Weiterhin
kann ein medizinisches Instrument mit einem vorzugsweise an seiner
Spitze befindlichen Element, das über ein Ortungssystem in seiner räumlichen
Position geortet werden kann, verwendet werden, wobei das Koordinatensystem
des Ortungssystems mit dem der Röntgeneinrichtung
registriert ist, und wobei bei Erfassung einer vorbestimmten Relativposition
des Elements zur bekannten Position der Gefäßwand ein optisches und/oder
akustisches Warnsignal ausgegeben wird. Gemäß dieser Erfindungsausgestaltung
wird also kontinuierlich über
ein Überwachungssystem
geprüft,
ob die Draht- oder Katheterspitze gefährlich nah der Gefäßwand ist, wozu
eine entsprechende Ortungseinrichtung verwendet wird. Am Führungsdraht
oder dem Katheter ist vorzugsweise an seiner Spitze ein Magnetsensor angeordnet,
der über
entsprechende externe Ortungsspulen in seiner räumlichen Position bestimmt werden
kann. Dieses Ortungssystem ist koordinatenmäßig mit der Röntgeneinrichtung
registriert, so dass bei Annähern
an den Rand des rekonstruierten 3-D-Gefäßes oder Gefäßabschnitts
ein optisches Warnsignal, beispielsweise ein Blinken am Bildschirm
oder ein akustisches Warnsignal wie ein Warnton ausgegeben werden
kann.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnung.
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In
der Figur ist ein Schema gezeigt, anhand dessen der prinzipielle
Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
erläutert
wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein 3-D-Volumendatensatz 1 verwendet, der ein Gefäß 2 mit
einem behandlungsbedürftigen,
weil stenosiertem Gefäßabschnitt 3 zeigt. Anhand
des 3-D-Volumendatensatzes 1 ist es möglich, ein Volumenbild 4 zu
rekonstruieren, in dem das Gefäß 2 nebst
Gefäßabschnitt 3 gezeigt
ist. Der Gefäßabschnitt 3 ist
wie beschrieben stenosiert, weist also Verkalkungen auf, die das
Gefäßlumen zusetzen,
bis hin zu einem vollkommenen Gefäßverschluss (CTO = cronic total
occlusion). Diese Okklusion soll im Rahmen einer späteren Intervention
geöffnet
werden, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Bei
dem 3-D-Volumendatensatz kann es sich um einen prä-interventionell
aufgenommenen CT- oder MR-Angiographie-Datensatz handeln. Innerhalb solcher
Datensätze
kann durch Wahl geeigneter Aufnahmeparameter und/oder geeigneter
Bildverarbeitungsparameter auch der Bereich der chronischen Stenose,
also der verkalkte Gefäßabschnitt 3,
sichtbar gemacht werden, das heißt, dass in dem rekonstruierten
3-D-Bild, das in an sich bekannter Weise an einem Bildschirm ausgegeben
wird, sowohl die gesunden Abschnitte des Gefäßes 2 sichtbar sind,
wie auch der stenosierte Gefäßabschnitt 3.
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Alternativ
kann es sich bei dem 3-D-Volumendatensatz auch um einen mit einer
Röntgeneinrichtung,
mit der der Patient während
der Intervention fluoroskopisch überwacht
wird, aufgenommenen Datensatz handeln. Die Röntgeneinrichtung ist in diesem
Fall als C-Bogen-Röntgeneinrichtung
ausgebildet und kann durch eine sehr schnelle Rotation des C-Bogens
samt Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor um den Patientenlagerungstisch,
auf dem sich der Patient befindet, ähnlich wie bei einer klassischen CT-Aufnahme
entsprechende Bilddaten aus allen relevanten Blickrichtungen aufnehmen,
um den 3-D-Datensatz zu rekonstruieren bzw. einen vollständigen rekonstruktionsfähigen 3-D-Datensatz
aufzunehmen. Dieses schnelle Bildaufnahmeverfahren unter Verwendung
einer C-Bogen-Röntgeneinrichtung wird
häufig
auch als dynamisches CT bezeichnet.
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Eine
weitere Möglichkeit,
einen 3-D-Volumendatensatz 1 zu generieren, besteht darin,
ihn aus zwei miteinander registrierten 3-D-Teilvolumendatensätzen zu
bilden. Diese werden miteinander fusioniert. Jeder Teilvolumendatensatz
zeigt das Gefäß 2 nach
einer Kontrastmittelgabe, wobei im einen Teilvolumendatensatz der
distale Gefäßbereich,
also der Bereich der bezogen auf die Flussrichtung des Blutes hinter
der Gefäßverengung
liegt, nach Kontrastmittelgabe gezeigt ist, während der andere Teilvolumendatensatz
den proximalen, also vor dem Verschluss liegenden Bereich nach Kontrastmittelgabe
zeigt. Aufgrund einer Koordinatenregistrierung können so beide Volumendatensätze miteinander
verbunden werden. Der Bereich des Gefäßverschlusses ist, nachdem
die Teilvolumendatensätze
wiederum mit einer Röntgeneinrichtung
aufgenommen werden, ebenfalls sichtbar, so dass sich im insgesamt
erhaltenen 3-D-Volumendatensatz
sowohl die gesunden Gefäßbereiche
als auch der okkludierte Gefäßabschnitt
erkennen lassen. Zur Aufnahme der Teilvolumendatensätze kann
entweder eine biplane Röntgeneinrichtung
verwendet werden, also eine solche, an der zwei separate Bildaufnahmesysteme
(also jeweils Röntgenröhre und
Detektor) vorgesehen sind. Auch kann ein monoplanes C-Bogen-Röntgengerät verwendet werden, wobei hierbei
der C-Bogen zur Rekonstruktion in wenigstens zwei definierte Stellungen
bewegt werden muss.
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Grundsätzlich sind
die beschriebenen Möglichkeiten,
den 3-D-Volumendatensatz 1 zu
erhalten, hinlänglich
bekannt und müssen
nicht näher
beschrieben werden. Zentral ist jedoch, dass ein solcher 3-D-Volumendatensatz
als Ausgangspunkt für das
erfindungsgemäße Verfahren
verwendet wird.
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Wie
dargestellt ist, besteht die Möglichkeit, den
3-D-Volumendatensatz herzphasensynchronisiert aufzunehmen, wozu
im gezeigten Beispiel lediglich exemplarisch eine EKG-Kurve 5 dargestellt
ist. Das heißt,
der Volumendatensatz 1 oder mehrere separate solcher Volumendatensätze werden
zu definierten Herzphasen aufgenommen bzw. rekonstruiert. Nachdem
es sich bei dem Gefäß 2 sehr
häufig um
ein Koronargefäß handelt,
das sich mit dem Herzschlag bewegt, ist es für eine gute Bilddarstellung
besonders zweckmäßig, wenn
stets die aktuelle Gefäßlage dargestellt
werden kann, die sich je nach Herzphase ändern kann. Ausgangspunkt für das weitere Verfahren
ist im Beispiel also ein herzphasenaufgelöster oder herzphasensynchronisierter
3-D-Volumendatensatz 1 oder mehrere, entsprechenden Phasen
zugeordnete solcher Datensätze,
wobei nachfolgend je nach anliegender Herzphase dann der entsprechende
Volumendatensatz gewählt
wird.
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In
entsprechender Weise kann auch eine Atmungsbewegung erfasst werden.
In der Figur ist mit der Kurve 6 ein prinzipieller Verlauf
einer Atmungskurve gezeigt, die zu einem Heben und Senken des Brustkorbs
und damit ebenfalls zu einer möglichen Bewegung
des zu behandelnden Gefäßes führt. Die Atmung
kann beispielsweise über
einen Brustgurt oder dergleichen erfasst werden. Der 3-D-Volumendatensatz 1 kann
also alternativ oder zusätzlich
auch atmungsaufgelöst
aufgenommen werden, das heißt, zu
jeder Atmungsphase ist ein entsprechender Volumendatensatz vorhanden
bzw. ist der verwendete Volumendatensatz aufgelöst und synchronisiert. Dies ermöglicht es
also, auch solche Bewegungen bildtechnisch zu erfassen.
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Wie
beschrieben kann in dem aus dem 3-D-Volumendatensatz 1 rekonstruierbaren
Volumenbild 4, in dem das Gefäß 2 gezeigt ist, der
Gefäßabschnitt 3 gut
erkannt werden. Im nächsten
Schritt wird nun in dem an einem Bildschirm dargestellten Volumenbild 4 mittels
eines Markierungsmittels 7, beispielsweise einem Bildschirmcursor,
der Berandungsbereich des Gefäßabschnitts 3 mit
einer Markierung 8, hier einer Linie, gekennzeichnet. Diese Kennzeichnung
kann wie beschrieben vom Anwen der selbst durchgeführt werden,
indem er das Markierungsmittel 7 über den Bildschirm bewegt und über die
Steuerungsmaus oder dergleichen die Markierung im 3-D-Volumendatensatz 1 vornimmt.
Alternativ besteht die Möglichkeit,
die Markierung 8 auch automatisch zu setzen, wozu die Bildverarbeitungsmittel, über die
die Rekonstruktion und Darstellung des Volumendatensatzes bzw. Volumenbild
erfolgt, über entsprechende
Algorithmen verfügen,
um den vom Grauwert her ausgezeichneten Bereich des Gefäßabschnitts 3 zu
erfassen und beispielsweise über eine
Kantendetektion die Gefäßberandung
zu ermitteln. Die Markierung 8 wird sodann hier automatisch im
3-D-Volumendatensatz 1 gesetzt. Das Setzen der Markierung
führt dazu,
dass der Bereich der Okklusion, also der Gefäßabschnitt 3, im 3-D-Volumendatensatz 1 ausgezeichnet
ist.
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Dabei
kann das Setzen der Markierung so sein, dass lediglich der Bereich
des Gefäßabschnitts 3 markiert
wird, oder auch noch daran anschießende Abschnitte des gesunden
Gefäßes. Dies
hängt von der
Art der nachfolgenden Verarbeitung ab. Entweder kann aus dem 3-D-Volumendatensatz 1 nur
der Bereich der gesetzten Markierung, also nur dieser definierte
Gefäßbereich,
im Wege der nachfolgend noch beschriebenen Bildfusion verwendet
und dargestellt werden, oder der gesamte Gefäßbereich einschließlich der
Markierung. Im erstgenannten Fall ist es, um eine bessere Information über den
anschließenden
Gefäßverlauf
relativ zum okkludierten Gefäßabschnitt 3 zu
haben, zweckmäßig, die
Markierung 8 auch etwas in den Bereich der gesunden Gefäßebereiche
zu ziehen.
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Der
prä-interventionell
aufgenommene 3-D-Volumendatensatz, beispielsweise als CT- oder MR-Angiographie-Datensatz,
wird vor der eigentlichen Intervention aufgenommen, wobei hierunter
die eigentliche Behandlung des Gefäßverschlusses, also des Gefäßabschnitts 3,
zu verstehen ist. Wenn es sich um einen MR- oder CT-Angiographie-Datensatz handelt,
so wird dieser zwangsläufig
mit einer Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen, mit der die nachfolgende
Fluoroskopie-Überwachung
nicht durchgeführt
wird. Wird der 3-D-Volumendatensatz mit eben dieser Röntgeneinrichtung
aufgenommen, so befindet sich der Patient zwangsläufig bereits
auf dem Untersuchungstisch, auf dem nachfolgend die eigentliche
Intervention erfolgt.
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In
jedem Fall ist vor der eigentlichen Intervention eine Registrierung
dahingehend vorzunehmen, dass sichergestellt ist, dass der prä-interventionelle
3-D-Volumendatensatz nachfolgend lage- und angulationsgerecht mit
den später
aufgenommenen Fluoroskopiebildern überlagert werden kann. Zu diesem
Zweck wird im gezeigten Beispiel dann, wenn der Patient sich auf
dem Patiententisch unmittelbar vor der Intervention befindet, ein
weiterer 3-D-Volumendatensatz 9 aufgenommen, hier als schnell
aufgenommener Röntgen-CT-Datensatz,
in dem ebenfalls das Gefäß 2 gezeigt
ist, jedoch in etwas anderer Position. Das heißt, es ist eine Koordinatentransformation
zu erstellen, mit der jeder Bildpunkt des 3-D-Volumendatensatzes 1 lagerichtig
einem entsprechenden Bildpunkt des weiteren 3-D-Volumendatensatzes 9 zugeordnet
werden kann. In der Figur sind hier die unterschiedlichen Koordinaten
x, y und z bezogen auf den 3-D-Volumendatensatz 1 und die Koordinaten
x', y' und z' bezogen auf den
weiteren 3-D-Volumendatensatz 9 angegeben. Auch diese Registrierung
erfolgt über
eine geeignete Bildverarbeitungseinrichtung, der beide Datensätze vorliegen. Anhand
der hierbei ermittelten Abbildungs- oder Transformationsvorschrift
kann nun bezogen auf jedwedes mit der Röntgeneinrichtung 9 im
Rahmen der nachfolgenden Fluoroskopie-Bildaufnahme erstelltes Fluoroskopiebild,
das aus einer bestimmten Blickrichtung, mithin also einer bestimmten
Stellung der Bildaufnahmeeinrichtung relativ zum Untersuchungsbereich
aufgenommen wird, exakt die korrekte Bildebene oder Projektionsebene
aus dem nunmehr modifizierten, weil markierten und registrierten
3-D-Volumendatensatz 1 ausgewählt und für die spätere Fusion verwendet werden.
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Dies
ist im nachfolgenden Schritt gezeigt. Die Intervention hat hierbei
begonnen, es wurde im gezeigten Beispiel ein Draht oder Katheter 10 in
das Gefäß 2 eingeführt. Mit
der Röntgeneinrichtung,
bevorzugt ein C-Bogen-Röntgengerät, wer den
nun fortlaufend Fluoroskopiebilder 11 aufgenommen, es erfolgt
also eine kontinuierliche Durchleuchtung. Innerhalb dieser Fluoroskopiebilder 11 ist
jeweils nur der Führungsdraht
oder Katheter 10 zu sehen, jedoch nur sehr wenig Bildinformation
bezüglich
des Gefäßes 2.
Der Gefäßabschnitt 3 ist
in den Fluoroskopiebildern 11 nicht zu erkennen.
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Um
nun dennoch dem Anwender, der den Draht oder Katheter 10 im
Gefäß 2 bewegt,
eine exakte optische Information hinsichtlich der Position der Katheterspitze 12 relativ
zur Gefäßwand zu
geben, wird nun, ausgehend von der bekannten Position der Röntgenbildaufnahmemittel
der Fluoroskopie-Röntgeneinrichtung,
also der Position bzw. Aufnahmerichtung des Fluoroskopiebildes 11,
im 3-D-Volumendatensatz 1 exakt die Bildebene oder Projektionsrichtung
gewählt,
die gemäß der Transformations-
oder Abbildungsvorschrift aufgrund der vorangehenden Registrierung
der Fluoroskopie-Bildebene entspricht. Das heißt, der 3-D-Volumendatensatz
wird nun lage- und angulationsgerecht mit dem Fluoroskopiebild 11 überlagert.
Aus dem 3-D-Volumendatensatz 1 ist
nun die Markierung 8 sowie die daran anschließenden Bereiche
des gesunden Gefäßes 2 sichtbar,
aus dem Fluoroskopiebild 11 ist die exakte Lage des Katheters 10 zu
erkennen. Werden beide nun überlagert,
so ergibt sich ein Überlagerungsbild 13,
in dem der Anwender exakt die Position des Katheters 10 im
Gefäß und relativ
zur Stenose erkennen kann. Auch der stenosierte Gefäßabschnitt 3 ist
hier über
die Markierung 8, die eine Bildschirmmarkierung 14 darstellt, die
diesen Bereich optisch hervorgehoben zeigt (z. B. in Form einer
Linie oder einer flächigen,
eingefärbten Bildschirmmarkierung 14),
für den
Anwender sehr gut sichtbar. Er kann exakt erkennen, wie die relative Position
der Spitze 12 des Katheters zur jeweiligen Gefäßwand ist.
Damit kann er auch eine etwaige unzulässige Annäherung erkennen bzw. den Katheter 10 sofort
zurückziehen,
sofern er die Gefäßwand berührt. Etwaige
Perforationen werden hierbei verhindert. Auch kann er hierbei sehr
gut erkennen, wie er sich durch das verhärtete Okklusionsmaterial im
Bereich der Gefäßverengung
bewegt, wozu der Katheter unter Druck gegen das kalzifizierte Material
zu schieben ist. Die Information über den Verlauf der Gefäßwand im
Bereich des Gefäßabschnitts 3 erhält er hier
ausschließlich
infolge der erfindungsgemäßen Überlagerung
des 3-D-Volumendatensates 1 mit den aktuell aufgenommenen
Fluoroskopiebildern 11.
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Sofern
im Bereich der Katheterspitze 12 ein Element wie ein Magnetsensor 15 vorgesehen
ist, der in seiner räumlichen
Lage und bezogen auf das Koordinatensystem der Fluoroskopie-Röntgeneinrichtung
bestimmt werden kann, besteht die Möglichkeit, die exakte Lage
der Katheterspitze 12 relativ zur Gefäßwand zu errechnen, um sodann
ein mögliches akustisches
und/oder optisches Warnsignal zu geben, wenn eine unzulässige Annäherung gegeben ist.
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Wie
ferner gezeigt ist, kann bevorzugt auch die Aufnahme der Fluoroskopiebilder 12 herzphasensynchronisiert
und/oder atmungssynchronisiert erfolgen. Gezeigt sind wiederum eine
Herzkurve 16, also ein EKG, wie auch eine Atmungskurve 17.
Erfolgt die Fluoroskopie-Bildaufnahme herzphasen- und/oder atmungssynchronisiert,
so ist folglich zu jedem Zeitpunkt die jeweilige Herzphase oder
Atmungsphase bekannt. Dies ermöglicht
es wiederum, herzphasen- oder atmungssynchronisiert den entsprechenden 3-D-Volumenbilddatensatz 1 bzw.
den entsprechenden phasenbezogenen Datenteil auszuwählen, um diesen
dann der Bildüberlagerung
zugrunde zu legen. Das heißt,
die Erzeugung und Darstellung des Überlagerungsbilds erfolgt dann
herzphasen- und atmungssynchronisiert und zeigt die tatsächlichen
geometrischen Gegebenheiten und Relativpositionen der einzelnen
Elemente, nämlich
Katheter 10 und Gefäß 2,
zueinander. Nachdem sämtliche
Berechnungen in Echtzeit erfolgen, kann auf diese Weise höchst genau
die Bilddarstellung der realen Gegebenheiten erfolgen.