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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der
hier beschriebene Gegenstand bezieht sich allgemein auf die Nachverfolgung
und die medizinische Bildgebung, und insbesondere auf ein System
und Verfahren zur Nachverfolgung der Bewegung eines Werkzeugs, das
bei der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe verwendet wird.
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Bei
Herzklappen handelt es sich um anatomische Strukturen, durch die
verhindert wird, dass Blut von einer Kammer in die andere fließt.
Daher sind sie von wesentlicher Bedeutung für die Funktion des
Herzens. Zu den bekannten Arten von Fehlfunktionen einer Herzklappe
gehören Herzklappenstenose und der fehlerhafte Verschluss
der Herzklappe. Herzklappenstenose ist mit einer Verengung der Herzklappe
verbunden, wodurch der Blutfluss auf ungünstige Weise reduziert
wird. Der fehlerhafte Verschluss der Herzklappe kann dazu führen,
dass das hindurchfließende Blut in die falsche Richtung
fließt. Typischerweise werden die oben beschriebenen Fehlfunktionen
durch die Ersetzung der falsch funktionierenden Herzklappe durch
eine Klappenprothese korrigiert.
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Zu
den Nachteilen der konventionellen Verfahren der Klappenprothesenverwendung
gehören die Schwierigkeiten, die mit der Hinführung
der Kathetervorrichtung von seinem Eintrittspunkt in den Körper
des Patienten bis zu einem Punkt verbunden sind, an dem die Anwendung
der Klappenprothese am Herzen erfolgen soll. In einem anderen Beispiel besteht
eine bekannte Schwierigkeit darin, die Klappenprothese unter Verwendung
von konventionellen Bildgebungstechniken genau zu platzieren, so
dass Verletzungen der umgebenden anatomischen Strukturen beim Patienten
vermieden werden. Diese spezielle konventionelle Methode umfasst
auch die Positionierung der Klappenprothese, während das
Herz sich vorübergehend in einem gleichsam angehaltenen,
generell immobilisierten Zustand befindet (z. B. die zeitweilige
schnelle Schrittsteuerung des Herzens). Während das Herz
in diesen generell immobilisierten Zustand versetzt wird, ist die
Injizierung von Markern oder Kontrastmitteln nicht wünschenswert, welche
gängigerweise bei konventionellen Bildgebungstechniken
verwendet werden.
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Daher
besteht ein Bedarf an einem System und Verfahren zur Nachverfolgung
der Bewegung eines Werkzeugs durch den Körper eines Patienten
bei der Durchführung einer Ersetzung einer Herzklappe, wobei
die oben beschriebenen Nachteile behoben werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
oben genannten Bedürfnisse werden durch die in der folgenden
Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen angegangen.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird ein Verfahren zur Nachverfolgung der
Bewegung eines Werkzeugs bei der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe
eines Patienten geliefert. Das Verfahren umfasst die Schritte der
Identifizierung einer Reihe von Wegen, über die ein Werkzeug
bei der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe durch den Körper
eines Pati enten bewegt wird; die Identifizierung einer Sequenz von
Modellen, welche einen aus einer Serie von Wegen illustrieren; die
Nachverfolgung der Bewegung eines Werkzeugs durch den Körper
des Patienten; die Erkennung der Position eines Werkzeugs innerhalb
einer Schwelle des Modells; die Erkennung der Position des Werkzeugs
innerhalb einer Schwelle von einem der Modelle in der Sequenz; und
Generierung einer Anzeige, welche die Darstellung eines Werkzeugs
umfasst, dass in Relation zum Modell innerhalb einer Schwelle über
dieses Modell gelegt wird.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform wird ein System geliefert, das
so bedient werden kann, dass es die Bewegung eines Werkzeugs bei
der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe einer Person nachverfolgen
kann. Das System umfasst ein Bildgebungssystem, das so bedient werden
kann, dass es eine Serie von Bildern erfasst; ein Navigationssystem,
das so bedient werden kann, dass es die Bewegung eines Werkzeugs
durch den Körper des Patienten nachverfolgt und die Darstellung
der Position des Werkzeugs in räumlichem Verhältnis
zu jedem der Serie von Bildern illustriert; und eine Steuerung,
die in Kommunikation mit dem Bildgebungssystem und dem Navigationssystem
steht. Die Steuerung umfasst einen Prozessor, der so kommuniziert,
dass er eine Vielzahl von programmierbaren Befehlen ausführt,
die in einem Datenspeicher gespeichert sind. Die Vielzahl von programmierbaren
Befehlen umfasst die Identifizierung von einem aus einer Vielzahl von
Wegen zur Bewegung eines Werkzeugs durch den Körper des
Patienten bei der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe, die Identifizierung
einer Sequenz von Modellen, welche einen aus der Vielzahl von Wegen
illustrieren, die Nachverfolgung der Bewegung eines Werkzeugs durch
den Körper des Patienten, die Erkennung der Position des
Werkzeugs innerhalb einer Schwelle von einem der Modelle in der
Sequenz und die Generierung einer Anzeige, welche eine überlagerte
Darstellung des Werkzeugs in Relation zum Modell innerhalb der Schwelle
umfasst.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform wird ein Computerprogrammprodukt
geliefert, dass eine Serie von computerlesbaren Programmbefehlen
zur Ausführung durch einen Prozessor enthält,
um die Bewegung eines Werkzeugs durch den Körper des Patienten
bei der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe eines Patienten nachzuverfolgen.
Die Vielzahl von computerlesbaren Programmbefehlen umfasst die Identifizierung
eines aus einer Serie von Wegen, auf dem bei der perkutanen Ersetzung
einer Herzklappe das Werkzeug durch den Körper eines Patienten
bewegt werden soll; die Identifizierung einer Sequenz von graphischen
Darstellungen, welche einen aus einer Vielzahl von Wegen darstellen,
die Nachverfolgung der Bewegung eines Werkzeugs durch den Körper
des Patienten; die Erkennung der Position des Werkzeugs innerhalb
einer Schwelle von einem der Modelle in der Sequenz; und die Anzeige
einer überlagerten Darstellung des Werkzeugs in Relation
zum Modell innerhalb der Schwelle.
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Hierin
werden Ausführungsformen mit verschiedenen Reichweiten
beschrieben. Zusätzlich zu den in dieser Zusammenfassung
beschriebenen Aspekten werden im Zusammenhang mit den Zeichnungen
und der folgenden detaillierten Beschreibung weitere Aspekte deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform eines
Systems zur Nachverfolgung der Bewe gung eines Werkzeugs auf einem Weg
durch den Körper des Patienten bei der perkutanen Ersetzung
einer Herzklappe illustriert.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des Verfahrens
zur Nachverfolgung der Bewegung eines Werkzeugs auf einem Weg durch den
Körper eines Patienten bei der perkutanen Ersetzung einer
Herzklappe illustriert.
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Modells von mindestens einem Abschnitt eines Weges zur Nachverfolgung der
Bewegung eines Werkzeugs bei der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe,
wobei der Weg einem nach vorn verlaufenden Zugang entspricht.
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4 ist
eine schematische Darstellung, welche eine weitere Ausführungsform
eines Modells von einem Weg zur Nachverfolgung der Bewegung eines
Werkzeugs bei der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe illustriert,
wobei der Weg einem rückläufigen Zugang entspricht.
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5 ist
ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines
Verfahrens zur Identifizierung eines Weges, auf dem ein Werkzeug
bei der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe geführt wird.
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6 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform einer
Sequenz von Modellen illustriert, die auf den rückläufigen
Zugang abgestimmt sind.
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7 ist
ein schematisches Diagramm, das eine weitere Ausführungsform
der Sequenz von Modellen illustriert, die auf den rückläufigen
Zugang abgestimmt sind.
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8 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform einer
Sequenz von Modellen illustriert, die auf den vorwärts
verlaufenden Zugang abgestimmt sind.
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9 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform eines
Verfahrens zur Generierung einer Anzeige der Bewegung eines Werkzeugs bei
der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe bei einer Person illustriert.
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10 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform einer
Sequenz von Modellen, die auf den vorwärts verlaufenden
Zugang abgestimmt sind, bei der perkutanen Reparatur einer Mitralklappe
illustriert.
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11 ist
ein schematisches Diagramm, das eine andere Ausführungsform
einer Sequenz von Modellen, die auf den vorwärts verlaufenden
Zugang abgestimmt sind, bei der perkutanen Reparatur einer Mitralklappe
illustriert.
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12 ist
ein schematisches Diagramm, das eine weitere Ausführungsform
einer Sequenz von Modellen, die auf den vorwärts verlaufenden
Zugang abgestimmt sind, bei der perkutanen Reparatur einer Mitralklappe
illustriert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die dazugehörigen
Zeichnungen Bezug genommen, welche einen Teil dieser Beschreibung
bilden und in denen anhand der Illustrationen spezifische ausführbare
Ausführungsformen gezeigt werden. Obwohl diese Ausführungsformen
sich insbesondere auf die Ersetzung der Aortenklappe konzentrieren,
wer den sie detailliert genug beschrieben, als dass es einer auf
diesem Gebiet fachkundigen Personen ermöglicht wird, diese
Ausführungsformen umzusetzen, und es sei darauf hingewiesen,
dass andere Ausführungsformen angewendet werden können,
und dass logische, mechanische, elektrische und andere Arten von
Veränderungen vorgenommen werden können, ohne
dass dabei eine Abweichung von den Ausführungsformen vorliegt.
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung soll daher nicht im Sinne
einer Einschränkung aufgefasst werden.
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1 illustriert
eine Ausführungsform eines Systems 100, das so
bedient werden kann, dass es die Bewegung eines Werkzeugs 105 bei
der Anwendung einer Klappenprothese 110 bei einer Person 115 nachverfolgen
kann. Beispiele für das Werkzeug 105 umfassen
Katheter oder ein Leitungsdraht oder ein anderes chirurgisch invasives
Objekt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich spezifisch auf das
Werkzeug 105, das so bedient werden kann, dass es die Klappenprothese 110 in
das Herz einer Person 115 einbringen und sie dort verwenden
kann. Das System 100 umfasst ein Bildgebungssystem 120 und
ein Navigationssystem 125, welches in Kombination mit einer
Steuerung 130 eine Illustration einer Darstellung des Werkzeugs 105 in
Relation zu der Person 115 erzeugt.
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Das
Bildgebungssystem 120 kann im Allgemeinen so bedient werden,
dass es eine Anzeige eines Weges des Werkzeugs 105 erzeugt,
welches sich durch den Körper der Person 115 bewegt.
Beispiele für den Typ von Bildgebungssystem 120 umfassen
eine Elektrokardiogramm(EKG)-Nachverfolgung, Magnetresonanz (MR)-Bildgebung,
Fluoroskopie-Bildgebung, Computertomographie (CT)-Bildgebung, Positronen-Emissions-Tomographie
(PET), Röntgenbildgebung, Ultraschallbildge bung, verbesserte
Nuklearmedizin-Bildgebung, etc. oder eine Kombination von diesen.
Der Typ von Bildgebungssystem 120 kann variieren. Bei der
Anzeige handelt es sich im Allgemeinen um ein zweidimensionales, dreidimensionales
oder vierdimensionales Modell oder ein rekonstruiertes Bild des
Weges von dem Eintrittspunkt in den Körper der Person 115 bis
zu der Anwendungsposition am Herzen.
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Ein
Beispiel für eine Ausführungsform des Bildgebungssystems
120 ist
in
US-Patent-Antragsnummer
2006/0079759 von Vailant et al. beschrieben, welche den
Titel „Method and apparatus for registering 3D models of
anatomical regions of the heart an a tracking system with projection
images of an interventional fluoroscopic system" trägt
und am 13. April 2006 veröffentlicht wurde, und welches
hierin als Referenz mit aufgenommen wurde. Das Bildgebungssystem
120 umfasst
ein erstes Bilderfassungssystem, das so konfiguriert ist, dass es
ein Fluoroskopiebild eines anatomischen Abschnitts von Interesse
der Person
115 erzeugt, sowie ein zweites Bilderfassungssystem,
das so konfiguriert ist, dass es ein dreidimensionales rekonstruiertes
Bild oder ein Modell des anatomischen Abschnitts von Interesse erzeugt.
Eine anatomische Referenz ist so definiert, dass sie sowohl für
das erste und das zweite Bilderfassungssystem als auch für
das Navigationssystem
125 gilt, so dass das Navigationssystem
125 so
bedient werden kann, dass es jedes der erfassten Bilder sowie die
erzeugten dreidimensionalen Bilder oder Modelle auf eine konventionelle
Art und Weise in Bezug auf die Referenz registrieren kann.
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Was
weiterhin 1 anbelangt, umfasst das Navigationssystem 125 im
Allgemeinen einen oder mehrere Sensoren 132, die so bedient
werden können, dass sie ein Signal (durch die gestrichelte
Linie illustriert) generieren können, welches die Position des
Werkzeugs 105 in Relation zu einer Referenz angibt. An
dem Werkzeug 105 oder der Klappenprothese 110,
welche von dem Werkzeug 105 gehalten wird, ist mindestens
ein Sensor 132 angebracht. Beispiele für den Typ
von Sensor 132 umfassen Radiofrequenz- sowie elektromagnetische
und optische Sensoren etc., wobei der Typ von Sensor variieren kann.
Das Navigationssystem 125 kann auch so bedient werden,
dass es die Position des Sensors 132 in Relation zu den
vom Bildgebungssystem 120 erfassten Bildern registrieren
kann.
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Die
Steuerung 130 umfasst im Allgemeinen einen Prozessor 135,
der im Wesentlichen so bedient werden kann, dass er eine Reihe von
programmierbaren Befehlen ausführt, die in Datenspeicher 140 gespeichert
sind. Der Typ von Datenspeicher 140 kann eine Festplatte,
eine CD, eine DVD oder einen Memory Stick bzw. einen anderen Typ
von Produkt mit einem Medium umfassen, welches so bedient werden
kann, dass es computerlesbare Programmbefehle speichern kann. Die
Steuerung 130 steht sowohl in Kommunikation mit dem Bildgebungssystem 120 als
auch mit dem Navigationssystem 125 und dem Display 145.
Zu den Beispielen für das Display gehören ein
Monitor (z. B. LCD), ein Touchscreen, ein hörbarer Lautsprecher,
LEDs, etc. Bei der Steuerung 130 kann es sich um eine unabhängige
Komponente handeln, oder er kann in dem Bildgebungssystem 120 und/oder
dem Navigationssystem 125 integriert sein.
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Wird
das oben genannte System 100 bereitgestellt, so handelt
es sich bei dem Folgenden um eine allgemeine Beschreibung eines
Verfahrens 200 (siehe 2) zur Nach verfolgung
der Bewegung eines Werkzeugs 105, welches bei der Anwendung
der Klappenprothese 110 bei einer Person 115 verwendet
wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorangegangene Abfolge
von Maßnahmen oder Schritten, aus welchen das Verfahren 200 besteht,
in Bezug auf ihre Reihenfolge variieren kann, wobei das Verfahren 200 nicht
jede Maßnahme der folgenden Beschreibung enthalten muss
und das Verfahren 200 auch zusätzliche Maßnahmen
enthalten kann, die nicht in der folgenden Beschreibung vorgestellt
werden. Eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen, aus
denen das Verfahren 200 besteht, können in Form
von computerlesbaren programmierbaren Befehlen zur Ausführung
durch einen Prozessor des oben genannten Systems 100 dargestellt
werden.
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Was 2 anbelangt,
so stellt Schritt 202 den Start des Verfahrens 200 dar.
Schritt 205 umfasst die Erfassung einer Serie von Bildern
eines Weges durch den Körper der Person 115, über
welchen das Werkzeug 105 und die Klappenprothese 110 geführt werden,
was mittels Bildgebungssystem 120 geschieht. Die Anzahl
und der Typ der Bilder können variieren. Schritt 210 umfasst
die Identifizierung eines aus einer Serie von Zugängen
oder Wegen, um das Werkzeug 105 zu bewegen, welches die
Klappenprothese 110 trägt, welche am Herzen angewendet
werden soll.
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30 illustriert im Allgemeinen eine erste Ausführungsform
eines Weges oder Zugangs zur Durchleitung des Werkzeugs 105,
welcher als vorwärts verlaufender Zugang 250 bezeichnet
wird. Der Vorwärts verlaufende Zugang oder Weg 250 umfasst einen
Leitungsweg aus aufeinander folgenden Venen, welche zur unteren
Hohlvene 252 und zu den Herzkammern 254 führt.
Das Werkzeug 105, das dazu dient, die Klappen Prothese 110 zum
Herzen zu transportieren, kann einen rela tiv großen Durchmesser
aufweisen. Beispielsweise kann das Werkzeug 105 eine Hülle
von 24-Fr aufweisen, die einen Durchmesser von ungefähr
8 mm hat. Daher kann die Implantierung und die Führung
des Werkzeugs 105 auf dem Weg 250 vereinfacht
werden, indem dieses durch Venen geleitet wird, die im Vergleich
zu Arterien größer sind. Allerdings zählen
zu den mit diesem Zugang 250 verbundenen Schwierigkeiten
die Hindernisse, die bei der Navigation durch die Herzkammer 254 auftreten.
Die Ausführungsform des vorwärts verlaufenden
Zuganges 250 umfasst ferner die Erzeugung einer Punktion
des Septums jeweils zwischen dem rechten und dem linken Vorhof 256 und 258.
Dann müssen Werkzeug 105 und Klappenprothese 110 über
die Mitralklappe 260 in die linke Herzkammer 262 und
schließlich eine Aortenklappe 264 des Herzens 254 der
Person 115 navigiert werden. Dieses oben beschriebe Kehrtwendemanöver 266 erhöht
das Risiko, die Mitralbänder zu beschädigen, an
welchen die Mitralsegel befestigt sind. Jegliche Beschädigung
der Mitralbänder oder Mitralsegel kann für das
Herz schädlich sein. Weitere in 3 illustrierte
anatomische Strukturen sind die rechte Herzkammer 267,
die Pulmonalklappe 268, die Tricuspidalklappe 270,
die Aorta 272, die rechte und die linke Pulmonalarterie 274 und 276,
die obere Hohlvene 278 und die rechte und linke Pulmonalvene 280 und 282,
die bei der Nachverfolgung des Werkzeugs 105 durch das
Herz 254 als anatomische Anhaltspunkte dienen können.
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4 illustriert
eine weitere Ausführungsform des Weges oder Zugangs, welcher
als rückläufiger Zugang 300 bezeichnet
wird. Zu den Schwierigkeiten beim rückläufigen
Zugang 300 gehört die Durchleitung des Werkzeugs 105 mitsamt
Prothese 110 durch eine Oberschenkelarterie (nicht gezeigt), durch
einen Aortenbogen (nicht gezeigt) und die Durchquerung der Aortenklappe 264.
Daher umfasst ein Schwellenwertparameter bei der Auswahl des vorwärts
verlaufenden Zugangs (300) einen Durchmesser (z. B. einen
Innendurchmesser, der größer als 8 mm ist) bei
einer Oberschenkelarterie oder bei Iliakalgefäßen
(nicht gezeigt) auf dem Weg 300 zum Herzen 254 im
Vergleich zu dem Durchmesser des Werkzeugs 105 und der
Prothese 110. Ein weiterer Schwellenwertparameter umfasst
den Kalzifikationsgrad (oder den reduzierten Durchmesser) entlang des
Weges 300. Eine weitere Schwierigkeit beim vorwärts
verlaufenden Zugang 300 besteht in der Nachverfolgung der
Bewegung des Werkzeugs 105 und der Prothese 110,
so dass sie auf eine Weise durch einen Aortenbogen manövriert
werden, dass dabei Kontakte vermieden werden, die eventuell zur
Absplitterung von Kalzifikationen führen, die zum Hirn gelangen
können.
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Was
wiederum 2 anbelangt, umfasst eine Ausführungsform
des Schrittes 210 die Charakterisierung oder Bewertung
von einem oder mehreren Wegen 250 und 300 sowie
der zu ersetzenden defekten Herzklappe bei der perkutanen Prozedur. Die
Charakterisierung umfasst die Identifizierung des Weges 250 und 300 in
den erfassten Bildern und die Messung des Grades der Kalzifikation
in einem ausgewählten Weg 250 und 300, über
den das Werkzeug 105 und die Klappenprothese 110 durch
das Herz 254 bewegt werden sollen. Was nun 5 anbelangt,
umfasst eine Ausführungsform von Schritt 210 den
Schritt 305 zur Identifizierung und Messung des Grades
an Verstopfung oder Kalzifikation entlang des Weges 250 und 300,
und den Schritt 310 des Vergleichs des gemessenen Verstopfungsgrades
mit einem zuvor bestimmten Schwellenwert (z. B. prozentuale Verstopfung
oder Öffnung, Durchmesser, etc.). Die Messung des Verstopfungsgrads
umfasst die Messung der Morphologie und der Dimensionen der Venen und
Arterien, welche den Weg für das Werkzeug 105 darstellen, über
den sich dieses zum Herzen 254 hin bewegen kann. Diese
Messungen werden mit Schwellenwertparametern für die Bewegung
des Werkzeugs 105 mitsamt Klappenprothese 110 verglichen.
Schritt 315 umfasst die Bereitstellung einer Anzeige, welche
die gemessenen Werte im Vergleich zu den Parameterschwellenwerten
für jeden der Wege 250 und 300 darstellt,
so dass sie von einem Bediener eingesehen werden können.
Der Anzeigeschritt 315 kann die Beleuchtung oder die Hervorhebung
des Weges 250 oder 300 umfassen, der alle Schwellenwerte
erfüllt, oder alternativ desjenigen Weges 250 oder 300,
bei dem die gemessenen Parameter einen oder mehrere Schwellenwerte überschreiten.
Was wiederum 1 anbelangt, kann die Serie
von Bildern, die mit Hilfe des Bildgebungssystems 120 erfasst
wurden, um die Bewegung des Werkzeugs 105 entlang des Weges 250 und 300 nachzuverfolgen,
variieren. Gemäß einer Ausführungsform
umfasst die Serie von Bildern ein dreidimensionales Bild oder Modell,
das anhand einer Serie von mittels CT erfassten Bildern rekonstruiert
wurde. Eine Ausführungsform der Software, die bedient werden
kann, um ein rekonstruiertes dreidimensionales Bild zu erzeugen,
ist INNOVE® 3D, wie es von GENERAL
ELECTRONIC® hergestellt wird. Diese Software
kann auch so bedient werden, das mit ihrer Hilfe ein Volumen, ein
Durchmesser, eine Position und ein Grad einer Kalzifikation sowie
die generelle Morphologie eines Gefäßes (z. B.
einer Vene, Arterie etc.) oder anderer anatomischer Strukturen gemessen
werden kann, welche den Weg 250 und 300 bilden,
und sie kann auch so bedient werden, dass die gemessenen Parameter
in Relation zu einem Schwellenwert zur Hindurchleitung eines Werkzeugs 105 durch
jeden aus der Serie von Wegen 250 und 300 verglichen
werden können.
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Was
nun 2 anbelangt, umfasst Schritt 320 die
Identifizierung einer Reihenfolge oder Sequenz von rekonstruierten
dreidimensionalen Bildern oder Modellen des Weges 250 (3)
und 300 (4) zur Illustration auf dem
Display. Jedes der dreidimensionalen Bilder oder Modelle stellt
einen Abschnitt einer Region von Interesse eines anatomischen Volumens
entlang eines Weges 250 und 300 dar. Das anatomische
Volumen kann eines oder mehrere Bilder vom Herzen 254 und/oder
von dem umgebenden anatomischen Organen und Strukturen oder eine
Kombination von diesen enthalten.
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Eine
Ausführungsform von Serien von dreidimensionalen Bildern
oder Modellen umfasst eine Illustration aller anatomischen Strukturen,
welche vom Werkzeug 105 durchquert werden, und zwar vom Eintrittspunkt
bis zum Herzen 254. Allerdings kann die Serie von dreidimensionalen
Bildern oder Modellen größer oder kleiner sein,
so dass die Überwachung oder Nachverfolgung des Werkzeugs 105 in Bezug
auf seine Durchquerung von bestimmten anatomischen Strukturen verbessert
wird, wobei die Morphologie und/oder die Dimensionen anhand von Schwellenwerten
mit erhöhter Schwierigkeit bei der Hindurchleitung des
Werkzeugs 105 durch [ebendiese Strukturen] identifiziert
werden, und so dass die Bewegung eines Werkzeugs 105 und
die Anwendung der Klappenprothese 110 während
zuvor bestimmter Schritte (z. B. Eintreten des Werkzeugs 105 in
den Körper der Person 115, Positionierung und
Anwendung der Klappenprothese 110, Einschätzung der
Anwendung der Klappenprothese 10 etc.) bei der perkutanen
Ersetzung einer defekten Klappe des Herzens 254 nachverfolgt
werden kann.
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Folglich
und wie in 6 gezeigt, umfasst eine Ausführungsform
einer Sequenz 400 von erzeugten dreidimen sionalen Bildern
oder Modellen zur Nachverfolgung des rückläufigen
Zugangs oder Weges 300 (4) ein erstes
Modell 405, welches den rechten Vorhof des Herzens 254 illustriert,
ein zweites Modell 410, welches den linken Vorhof des Herzens 254 illustriert,
ein drittes Modell 415, welches die zu ersetzende Herzklappe 254 illustriert,
sowie ein viertes Modell 420, welches die Herzkammer der
zu ersetzenden Herzklappe illustriert.
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Wie
in 7 gezeigt, umfasst eine andere Ausführungsform
der Sequenz 425 von erzeugten Bildern oder Modellen zur
Nachverfolgung des vorwärtigen Zugangs oder Weges 250 ein
erstes Modell 430, [das] dreidimensional ist und die Iliakal-Bifurkationen
illustriert. Ein zweites Modell 435 ist dreidimensional
und illustriert einen Aortenbogen. Ein drittes Modell 440 ist
zwei- oder dreidimensional und illustriert die zu ersetzende Herzklappe.
Das dritte Modell 440 illustriert ebenfalls die Herzkammer,
in welcher die zu ersetzende Herzklappe lokalisiert ist.
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Wie
in 8 illustriert, umfasst eine Ausführungsform
der Sequenz 450 von erzeugten Bildern oder Modellen zur
Nachverfolgung des vorwärtigen Zugangs oder Weges 250 (3)
ein erstes Modell 455, das die Iliakalarterien-Bifurkationen
der Person 115 illustriert, ein zweites Modell 460,
das den Aortenbogen illustriert, ein drittes Modell 465,
das die zu ersetzende Herzklappe illustriert, und ein viertes Modell 470,
das die entsprechende Herzkammer der zu ersetzenden Herzklappe illustriert.
Die Modelle 455, 460, 465 und 470 sind
alle dreidimensional.
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Obwohl
oben bestimmte Ausführungsformen der Sequenzen 400, 425 und 450 beschrieben
werden, sei darauf hinge wiesen, dass alternative Sequenzen aus unterschiedlichen
Typen von Sequenzen (z. B. zweidimensional, dreidimensional, vierdimensional
oder Kombinationen von diesen) bestehen können.
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Was
wiederum 2 anbelangt, umfasst Schritt 480 die
Anzeige einer Sequenz von Bildern oder Modellen, die dem ausgewählten
Weg 250 und 300 (siehe jeweils 3 und 4)
entsprechen, über den das Werkzeug 105 und die
Klappenprothese 110 durch den Körper der Person 115 (1)
geführt werden soll. Während der Arzt bei der
perkutanen Ersetzung der Klappe des Herzens 254 der Person 115 das
Werkzeug 105 und die Prothese 110 über
den ausgewählten Weg 250 und 300 führt,
erzeugt das System 100 eine Anzeige, die eine Darstellung
des Werkzeugs im räumlichen Verhältnis zu jedem
aus der Sequenz von Bildern oder Modellen illustriert. In einem
Beispiel besteht das Bildgebungssystem 120 aus einem CT-Bildgebungssystem,
das so bedient werden kann, dass jedes dreidimensionale Modell oder
Bild der Sequenz mit einem Bild der entsprechenden anatomischen
Region aus einer Fluoroskopieabtastung kombiniert oder verbunden
oder übereinander gelegt werden kann, so dass die überlagerte
Darstellung des Werkzeugs 105 auf jedem Modell oder Bild
der Sequenz erfolgen kann. Das Navigationssystem 125 verfolgt
die Position des Werkzeugs 105 und der Klappenprothese 110 nach.
Das Navigationssystem erlaubt es einem Praktiker, die Bewegung eines
Werkzeugs 105 in Relation zu der Illustration der anatomischen
Strukturen in der Sequenz von rekonstruierten Bildern oder Modellen
genau nachzuverfolgen, wobei die anatomischen Strukturen den kritischen
Positionen des Weges 250 und 300 entsprechen,
welche der ausgewählten [...] für die Ersetzung
für die Klappe entsprechen.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird der Schritt 480 der Anzeige
einer beliebigen der Sequenzen 400, 425 und 450 gleichzeitig
mit einer Position des Werkzeugs 105 korreliert, wie dies
dessen Bewegung in Schritten 240 und 245 entspricht,
wobei die Anzeige der dreidimensionalen Modelle von der Position
des Werkzeugs 105 abhängt, wie sie durch das Navigationssystem 125 nachverfolgt
wird, während sich das Werkzeug 105 durch den
Körper der Person 115 bewegt. Daher ist Schritt 480 der
Anzeige einer beliebigen der Sequenzen 400, 425 und 450 von
Bildern komplementär zur Bewegung und Nachverfolgung des
Werkzeugs 105. Beispielsweise umfasst der Schritt 480 gemäß der
Sequenz 450 von Bildern, die auf den vorwärts
verlaufenden Zugang 250 abgestimmt sind, eine verstärkte
Beleuchtung des Modells 455 (mitsamt einer Illustration
des Werkzeugs 105 in Relation dazu) im Vergleich zu den
anderen Modellen 460, 465 und 470 der
Sequenz 450, welche sich außerhalb einer Schwellenentfernung des
Werkzeugs 105 befinden, wie sie vom Navigationssystem 125 nachverfolgt
wird. Folglich besteht ein technischer Effekt darin, dass alle Modelle
gleichzeitig zur Ansicht auf dem Display gezeigt werden, wobei aber
die Beleuchtung von jedem der Modelle 460, 465 und 470 in
Relation zu den anderen Modellen durch eine zuvor festgelegte Schwelle
erhöht wird, da eine Darstellung des Werkzeugs 105 gleichzeitig
mit diesen und in Relation zu diesen [Modellen] angezeigt wird.
Der Unterschied bei der Beleuchtung der Modelle 460, 465 und 470 kann
mit Hilfe der Steuerung 130 oder des Bildgebungssystems 120 oder
des Navigationssystems 125 verändert werden. Die
verstärkte Beleuchtung von jedem der Modelle 455, 460, 465 und 470 in
Relation zueinander kann als Reaktion auf die Erkennung der Bewegung
des Werkzeugs 105 innerhalb einer zuvor bestimmten Schwellenentfernung
des jeweiligen Modells 455, 460, 465 und 470 oder
innerhalb a natomischer Merkmale im Modell 455, 460, 465 und 470 erfolgen. Selbstverständlich
kann ein ähnlicher Zugang bei der Beleuchtung der anderen
Sequenzen 400 und 425, welche oben beschrieben
wurden, verwendet werden.
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9 umfasst
ein schematisches Diagramm, das ein anderes Beispiel für
den Schritt der Anzeige 480 illustriert, [der] gleichzeitig
mit und in Relation zu der Nachverfolgung des Werkzeugs 105 erfolgt
und unter Bezug auf den oben beschriebenen vorwärts verlaufenden
Zugang 250 mit diesem korreliert wird. Obgleich der Anzeigeschritt 480 unter
Bezugnahme auf den vorwärts verlaufenden Zugang 250 beschrieben
wird, sei darauf hingewiesen, dass die folgende Beschreibung auch
auf den rückläufigen Zugang 300 oder
andere Zugänge angewendet werden kann, die hier nicht beschrieben
werden. Schritt 502 umfasst die Generierung einer Anzeige,
welche eine räumliche Anordnung der Modelle 455, 460, 465 und 470 in
der Sequenz 450 in Relation zueinander gemäß der
Richtung des ausgewählten Weges oder Zugangs 250 durch
den Körper der Person 115 umfasst. Schritt 505 umfasst
die Erkennung einer Position des Werkzeugs 105 im Körper
der Person 115 und innerhalb einer Ansicht oder eines Schwellenabstandes
des ersten Modells, welches die Iliakal-Bifurkationen illustriert.
Schritt 510 umfasst in Reaktion auf den Erkennungsschritt 505 die
gleichzeitige Anzeige der Position des Werkzeugs 105 und/oder
der Prothese 110, welche unter Berücksichtung
des räumlichen Verhältnisses zum ersten Modell 455, welches
die Iliakal-Bifurkationen illustriert, über dieses gelegt
wird.
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Was
weiterhin 9 anbelangt, so umfasst Schritt 515 die
Erkennung der Position eines Werkzeugs 105 und/oder einer
Prothese 110 innerhalb einer Ansicht oder einer Schwellenentfernung
des zweiten Modells 460, welches die rechte und linke Kammer 256 und 258 des
Herzens 254 illustriert. In Reaktion auf den Erkennungsschritt 515 umfasst Schritt 520 die
Beendung der Anzeige des ersten Modells 455 und den Beginn
der Anzeige einer Darstellung des Werkzeugs 105, welche über
das zweite Modell 460 gelegt wird. Die überlagerte
Anzeige des Werkzeugs 105 und des zweiten Modells 460 dient dazu,
den Arzt bei der Durchführung der Punktion des Septums
von den Vorhöfen zur linken Herzkammer 262 des
Herzens 254 zu leiten.
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Schritt 525 umfasst
die Erkennung der Position des Werkzeugs 105 innerhalb
einer Ansicht oder einer Schwellenentfernung des dritten Modells 465, welches
die linke Kammer 262 des Herzens 254 zeigt. In
Reaktion auf den Erkennungsschritt 525 umfasst der Schritt 530 die
Beendigung der Anzeige des Werkzeugs 105 zusammen mit dem
zweiten Modell 460 und den Beginn der Anzeige der überlagerten Darstellung
des Werkzeugs 105 im räumlichen Verhältnis
zusammen mit dem dritten Modell 465. Die überlagerte
Anzeige des Werkzeugs 105 mit dem dritten Modell 465 stellt
für den Arzt bei der Bewegung des Werkzeugs 105 während
der Ersetzung der erkrankten Klappe durch eine Prothese 110 in
Bezug auf die umgebenden Kalzifikationen und während eines
kurzen Zeitabschnitts der schnellen Schrittsteuerung des Herzens 254 des
Patienten eine Führungshilfe dar. Natürlich sind
die oben beschriebenen Schritte 505, 510, 515, 520, 525 und 530 ähnlich, was
die Nachverfolgung [und] Darstellungsanzeige des Werkzeugs 105 in
Relation zu einem anderen Modell 470 in Sequenz 450 anbelangt.
Was wiederum 2 anbelangt, stellt Schritt 650 das
Ende des Verfahrens 200 dar. Es sei außerdem darauf
hingewiesen, dass die Sequenzen 400, 425 und 450 zusätzliche
Modelle beinhalten können.
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Obgleich
die oben stehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf
die perkutane Ersetzung einer Aortenklappe erfolgt ist, sei darauf
hingewiesen, dass der Gegenstand sich auch bei der Ersetzung oder
die Reparatur von anderen Klappen (z. B. Mitralklappe 260,
Tricuspidalklappe, Pulmonalklappe etc.) [anwenden lässt].
Beispielsweise und wie in 10 illustriert,
kann die Reparatur der Mitralklappe 260 die Identifizierung
einer Sequenz 600 von Bildern oder Modellen für
den vorwärts verlaufenden Zugang 300 umfassen.
Eine Ausführungsform der Sequenz 600 umfasst ein
erstes Modell 605, welches den rechten und linken Vorhof 265 und 258 illustriert,
und ein zweites Modell 615, das sowohl die Mitralklappe 260 als
auch eine linke Herzkammer 262 des Herzens 254 illustriert.
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Alternativ
und wie in 11 gezeigt, ist eine Ausführungsform
der Sequenz 630 von Bildern mit einem Koronarsinuszugang
korreliert. Diese Sequenz von Bildern 630 umfasst ein erstes
Modell 635, das den Koronarsinus (nicht gezeigt) illustriert,
ein zweites Modell 640, das den linken und rechten Vorhof 256 und 258 illustriert,
und ein drittes Modell 645, das die koronare Zirkumflexarterie
(nicht gezeigt) illustriert. 12 illustriert
eine weitere Ausführungsform von Sequenz 660 der
Bilder, die mit einem transventrikulären Zugang korreliert
ist. Diese Sequenz von Bildern 660 umfasst ein erstes Modell 665, das
die Arterien-Iliakal-Bifurkation illustriert, um die Einführung
des Werkzeugs 105 in den Körper der Person 115 zu
leiten, ein zweites Modell 670, das den Aortenbogen (nicht
gezeigt) illustriert, und ein drittes Modell 675, das die
linke Herzkammer 262 und den linken Vorhof 258 illustriert, um
die Bewegung und Verankerung der Prothesenklappe zu leiten, welche vom
Werkzeug 105 gehalten wird.
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Obwohl
das Verfahren 200 unter Bezugnahme auf den vorwärts
verlaufenden Zugang 250 und die Sequenz 450 beschrieben
worden ist, sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren 200 sich
auf jeden der oben beschriebenen Zugänge und Sequenzen oder
auf Kombinationen von diesen oder im Zusammenhang mit anderen Zugängen
oder Wegen anwenden lässt, welche hier nicht beschrieben
wurden.
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In
dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele herangezogen,
um den Gegenstand vorzustellen, wozu auch der beste Modus gehört,
und auch um es einer auf diesem Gebiet fachkundigen Person zu ermöglichen,
den hier beschriebenen Gegenstand herzustellen und zu verwenden.
Der Schutzumfang des hier beschriebenen Gegenstandes wird durch die
Patentansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen,
die auf diesem Gebiet fachkundigen Personen einfallen. Solch andere
Beispiele sollen in den Schutzumfang der Patentansprüche
fallen, sofern sie strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von
den wörtlichen Formulierungen der Patentansprüche
abweichen oder sofern sie äquivalente strukturelle Elemente
aufweisen, die sich nur unwesentlich von den wörtlichen
Formulierungen der Patentansprüche unterscheiden.
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Es
wird ein System 100 und Verfahren 200 zur Nachverfolgung
der Bewegung eines Werkzeugs 105 bei der perkutanen Ersetzung
einer Herzklappe einer Person 115 geliefert. Das System 100 umfasst ein
Bildgebungssystem 120, ein Navigationssystem 125,
das so bedient werden kann, dass es die Bewegung eines Werkzeugs 105 durch
den Körper der Person 115 nachverfolgt und die
Darstellung der Position des Werkzeugs 105 im räumlichen
Verhältnis in Relation zu den vom Bildgebungssystem 120 erfassten
Bildern illustriert, und eine Steuerung 130. Die Steuerung 130 kann
so bedient werden, dass sie einen aus einer Serie von Wegen 250, 300 illustriert, um
das Werkzeug 105 bei der perkutanen Ersetzung einer Herzklappe
durch den Körper der Person 115 zu bewegen, dass
er eine Sequenz von Modellen 400, 450 identifiziert,
die einen aus der Vielzahl von Wegen 250, 300 illustriert,
dass er die Position des Werkzeugs 105 innerhalb einer
Schwelle von einem der Modelle 455, 460, 465, 470 in
der Sequenz 400, 450 erkennt, und dass er eine
Anzeige 145 generiert, welche die überlagerte
Darstellung des Werkzeugs 105 in Relation zu dem Modell 460 innerhalb
der Schwelle umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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