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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Darstellen verschiedener Bilder
einer Kavität im menschlichen oder tierischen Körper,
die mit einem oder mehreren verschiedenen medizinischen Bildgebungsverfahren
aufgenommen wurden, insbesondere mit Realtime-3D-Ultraschall, Röntgenverfahren, Computertomographie
(CT), Magnetresonanztomographie (MRT), einer elektrophysiologischen Herz-Katheter-Untersuchung,
einer dreidimensionalen kardialen Magnetresonanztomographie (CMR) oder
nuklearmedizinischen Verfahren wie Positronen-Emissionstomographie
(PET) oder Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT). Des Weiteren
betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens
geeignete Vorrichtung sowie ein hierfür vorgesehenes Computerprogrammprodukt.
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Insbesondere
handelt es sich bei der Erfindung um die gleichzeitige Auswertung
und Darstellung von dynamischen – also in einer Zeitreihe
hintereinander und mit hoher zeitlicher Auflösung aufgenommenen – Bildern,
wie z. B. des Herzens sowie statischen – also mit besonders
hoher Ortsauflösung aufgenommenen – Bildern. Die
Auswertung wird bevorzugt nicht direkt an den Bildern selbst, sondern
an entsprechenden Datensätzen mit funktionellen (d. h. mit
hoher zeitlicher Auflösung aufgenommener) bzw. geometrischen
(d. h. mit hoher räumlicher Auflösung aufgenommener)
Werten vorgenommen, welche aus den Bildern gewonnen bzw. berechnet
wurden und z. B. die Herzkammerwand-Aktivität (funktioneller
Wert) einer Herzkammer oder die Lage eines Blutgefäßes zur
Herzkammerwand (geometrischer Wert) beschreiben.
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Für
die Bewertung von Funktionalstörungen werden heutzutage
verschiedene Bildgebungsmodalitäten bzw. -verfahren verwendet,
welche die Akquisition von dynamischen, dreidimensionalen Bildern erlauben,
z. B. Ultraschall, Magnetresonanztomographie (MRT), Positronen-Emissionstomographie (PET)
oder Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT). Mit ”dynamisch” ist
gemeint, dass eine Zeitreihe von Bildern akquiriert wird, welche
die Visualisierung von z. B. der Herzbewegung erlaubt. Besonders
geeignet sind hierfür Realtime-3D-Ultraschallsysteme, mit
denen Echtzeitaufnahmen in 3D aufgenommen werden können.
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Für
die Bewertung von Relativlagen verschiedener Blutgefäße
zueinander, wie z. B. des Gefäßverlaufs des Koronarvenensinus
relativ zum Atrium des Herzens, werden heutzutage hoch ortsauflösende
Bildgebungsmodalitäten bzw. -verfahren verwendet, welche
die Akquisition von geometrisch präzisen, dreidimensionalen
Bildern erlauben, z. B. Ultraschall (mTEE), Computertomographie
(CT) oder auch kardiale Magnetresonanztomographie (CMR).
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Am
Beispiel der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT) wird exemplarisch
gezeigt, wie sich geometrische Informatio nen, die die Morphologie
des Herzens beinhalten, mit einer Funktional-Parameter-Verteilung
des Herzens kombinieren lassen. Die verwendete Technik ist auch
auf andere Bereiche, wie z. B. die Elektrophysiologie, übertragbar.
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Möchte
ein Arzt beispielsweise den optimalen Platz für eine Herzschrittmacherelektrode
an der Herzkammerwand identifizieren, so wird er die Funktional-Parameter-Verteilung
am Herzen heranziehen, d. h. diejenige Stelle an der Herzkammerwand
detektieren, die asynchron zu den anderen Stellen der Herzkammerwand
kontrahiert. Zum Einführen der Herzschrittmacherelektrode
nutzt der Arzt beispielsweise den Koronarvenensinus, wobei die Elektrode über
den rechten Vorhof des Herzens in die Vene und von dort in einen
Venenabzweig eingeführt wird, der möglichst nah
an der zuvor definierten Stelle liegt. Wünschenswert wäre
es hier, den geometrisch exakten Verlauf des Gefäßes
mit einer Darstellung der Funktional-Parameter-Verteilung zu kombinieren,
so dass beides gleichzeitig dem Arzt zur Identifikation der optimalen
Elektrodenposition sowie des Zuführweges zur Verfügung
steht.
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Eine
solche Darstellung sollte dabei auch den jeweiligen Gefäßdurchmesser
und gegebenenfalls weitere geometrische Maße, wie z. B.
den Winkel, unter dem das jeweilige Gefäß in ein
anderes Gefäß einmündet, berücksichtigen.
Durch diese Zusatzinformationen soll sichergestellt werden, dass die
ausgewählte Position auch tatsächlich mit der Elektrode
erreicht werden kann. Wünschenswert ist es daher z. B.,
eine automatische Analyse des Pfads vom Koronarsinus-Ostium im rechten
Vorhof bis zur ausgewählten Elektrodenposition zu ermöglichen.
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Zur
Funktionalauswertung wird beispielsweise die Wand einer Kavität
wie der Herzkammer betrachtet und z. B. deren Bewegung verfolgt.
Eine Störung beispielsweise der Herzmuskel-Aktivität
lässt sich z. B. daran erkennen, dass die Herzkammerwand
nicht überall gleichzeitig und nicht überall gleich
stark kontrahiert. Dies kann dadurch ermittelt werden, dass die
Konturen der Kammer (z. B. des linken oder rechten Ventrikels oder
einer Vorkammer) automatisch detektiert und betrachtet werden. Die
Innenseite der Kavität kann dann als eine Art Gitternetzstruktur,
wie sie beispielsweise in der
EP
0 961 135 oder der
EP
07 725 926 der Anmelderin beschrieben wurde, dargestellt
werden, deren Oberfläche z. B. durch Dreiecke angenähert
wird (im Weiteren ”Beutel” genannt). Der Beutel
wird dann in Abschnitte eingeteilt und die Bewegung der einzelnen Abschnitte
wird verfolgt, um z. B. die Kontraktionszeit und die jeweiligen
Verzögerungszeiten gegenüber dem Abschnitt der
frühesten Kontraktion zu ermitteln. Die Kavität
(z. B. des Herzens) kann auch in Volumenabschnitte eingeteilt werden,
deren Volumenänderung z. B. über einen Herzschlag
betrachtet wird.
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Die
Ergebnisse solcher Auswertungen werden oft in Form eines sogenannten ”Polarplots” dargestellt,
wie dieser exemplarisch in der
EP
07 725 926 der Anmelderin beschrieben wird. Ein Polarplot stellt
also praktisch eine flache Landkarte, z. B. einer Herzkammer, dar,
auf der bestimmte funktionelle Werte, wie Kontraktionszeit oder
maximale Volumenänderung, farbkodiert aufgetragen werden.
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Derartige
Auswertungen werden z. B. mit den Softwareprogrammen TomTec Left
Ventricular-Analysis, TomTec Right Ventricular- Analysis und 4D
Left Ventricular-Analysis Cardiac Resynchronization Therapy, sowie
z. B. mit PET/SPECT-Softwares durchge führt. Die in diesen
Programmen verwendeten Auswertungsmethoden zur Gewinnung von Datensätzen
mit funktionellen Werten sind z. B. in dem folgenden Artikel beschrieben: Kapetanakis,
Monaghan: "Real-time three-dimensional echocardiography – a
novel technique to quantify global left ventricular mechanical dissynchrony",
circulation .2005; 112: 992–1000.
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Die
Ergebnisse solcher Auswertungen werden dann als mehrdimensionaler
Datensatz mit geometrischen Werten ausgegeben, z. B. in Form eines Beutels,
der aus Punkten, Dreiecken oder dergleichen aufgebaut sein kann,
und darüber hinaus auch funktionelle Werte enthalten kann,
wie beispielsweise farblich kodierte Punkte, Dreiecke oder Bereiche
dieses Beutels. Diese sogenannte Funktional-Parameter-Karte kann
dann auch als Polarplot oder sogar als Wertetabelle, d. h. in unterschiedlichen
Datenformaten, ausgegeben werden.
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Des
Weiteren ist es bekannt, geometrische Werte der Kavität
in bestimmten Datenformaten, wie beispielsweise einer dreidimensionalen
Grauwertdarstellung (gegebenenfalls auch farblich kodiert), eines
Beutels darzustellen.
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Des
Weiteren ist es im Stand der Technik bekannt, sowohl funktionelle
Werte einer Kavität als auch geometrische Werte derselben
Kavität in bestimmten Datenformaten auszuwerten und diese ausgewerteten
Datenformate grafisch, z. B. transparent, zu überlagern "Image
Fusion of Coronary Tree and Regional Cardiac Function Image Using
Multislice Computed Tomography", Higashino et al, Circ
J 2006; 70: 105–109).
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Diese
bekannte Technik der einfachen Überlagerung bedingt, dass
sowohl die Funktional-Parameter-Karte als auch die Morphologie der
Kavität aus ein und demselben Datensatz stammen, um das
Registrierungsproblem zu umgehen. Entsprechende Atlasabbildungen
eines schematischen Gefäßverlaufs berücksichtigen
den tatsächlichen Verlauf und die tatsächliche
Geometrie (Breite, Winkel etc.) der Gefäße nicht
und geben so allerhöchstens eine grobe Einschätzung
der tatsächlichen Verhältnisse.
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Darüber
hinaus ist es bekannt, eine schichtweise Auswertung der Funktional-Parameter
der Kavität mit einer dreidimensionalen Darstellung des
Gefäßverlaufs zu kombinieren oder die Funktionaldaten schichtweise
in entsprechenden Morphologiedaten einzufügen ("Integration
of three-dimensional coronary venous angiography with three-dimensional echocardiography
for biventricular device implantation", Mansour et al,
Heart Rhythm, Vol 3, No 11, November 2006).
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Die
bisher bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass zwei unterschiedliche
Datenformate nicht oder nur sehr ungenau miteinander registriert werden
können, da häufig auf eine manuelle Registrierung
zurückgegriffen wird, die auf zweidimensionalen Schnittbildern
beruht. Dieses Vorgehen ist fehlerbehaftet, da man in der Regel
keine vergleichbaren Schnitte aus beiden Datensätzen heranzieht,
denn oft ergeben sich gewisse Zeitun terschiede bei der Akquisition
dieser unterschiedlichen Datensätze, unterschiedliche Phasenlagen,
Lagen im Raum oder auch modalitätsbedingte Unterschiede
bei der Extraktion der Grenzflächen, wie beispielsweise
einer Herzkammerwand. Werden die Ergebnisse der Funktional-Parameter-Darstellungen
und der morphologischen Darstellungen lediglich übereinander
gelegt, ist eine Benutzer-Interaktion, wie z. B. ein Drehen der Daten
oder eine Schnittdarstellung, nicht möglich.
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Will
man das entsprechende Registrierungsproblem der unterschiedlichen
Datensätze vermeiden, muss die Funktional-(d. h. die zeitliche)
und die Morphologie-(d. h. die räumliche)Auswertung aus
einem einzigen Datensatz erzeugt werden, der entweder eine hohe
zeitliche oder eine hohe räumliche Auflösung,
in der Regel aber nicht beides, hat. Beispielsweise beträgt
die zeitliche Auflösung in einem räumlich hoch
aufgelösten CT-Datensatz etwa 83 ms. Diese zeitliche Auflösung
ist aber für die Bestimmung der meisten Funktionalparameter
unzureichend. Darüber hinaus ist die Strahlenbelastung
bei der Akquisition eines solchen Datensatzes hoch. Zeitlich hoch aufgelöste
Datensätze verfügen allerdings in der Regel nicht über
die nötige räumliche Auflösung, wie beispielsweise
durch Magnetresonanz erzielte Aufnahmen des Herzens. Wenn man mit
Magnetresonanz während der Akquisition einen zeitlich und räumlich
hoch aufgelösten Datensatz erstellt, ist nicht nur die
Akquisitionsdauer von etwa 2 Stunden unangemessen hoch, sondern
man hat darüber hinaus die bekannten Probleme der Atem-
und Patientenlage (Artefakte).
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Darstellen verschiedener Bilder einer Kavität,
wie beispielsweise des Herzens im menschlichen oder tierischen Körper,
bereitzustellen, welches die vorgenannten Nachteile überwindet
und welches z. B. den Gefäßverlauf des Koronarvenensinus
samt zuführender Koronarvenen auf einer Kontraktionskarte
des Herzens präzise in einem gemeinsamen Datensatz darstellt,
der dann sowohl einheitlich dargestellt, als auch gedreht, geschnitten,
bearbeitet und entsprechend unterschiedlich betrachtet werden kann.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche 1, 16 und 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein erster
Datensatz in einem vorbestimmbaren Datenformat mit ersten Werten
der Kavität, die eine überwiegend hohe zeitliche
Auflösung aufweisen, und mindestens ein zweiter Datensatz
in einem vorbestimmbaren Datenformat mit zweiten Werten der Kavität,
die eine überwiegend hohe räumliche Auflösung
aufweisen, bereitgestellt werden. Anschließend wird der
erste und/oder der zweite Datensatz in den zweiten bzw. ersten oder
einen gemeinsamen Datensatz transformiert, indem die räumlichen
Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit den zugehörigen
räumlichen Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes einschließlich
deren zeitlicher Informationen miteinander verknüpft werden.
Schließlich wird der transformierte erste, zweite und/oder
gemeinsame Datensatz in einem gemeinsamen Datenformat dargestellt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt
es sich bei den ersten Werten der Kavität, die eine überwiegend
hohe zeitliche Auflösung aufweisen, um funktionelle Werte
der Kavität, die physiologische Informationen beinhalten,
insbesondere des Herzens, während es sich bei den zweiten
Werten der Kavität, die eine überwiegend hohe räumliche
Auflösung aufweisen, um geometrische Werte mit morphologischen
Informationen handelt.
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Bevorzugt
wird für das vorbestimmbare Datenformat bzw. für
das gemeinsame Datenformat eine Gitternetzstruktur, eine dynamische
Projektion auf eine zweidimensionale Ebene oder ein Polarplot verwendet.
Sowohl der erste Datensatz als auch der zweite Datensatz können
dasselbe oder ein unterschiedliches Datenformat haben. Der erste
Datensatz mit den funktionellen Werten wird dabei aber insbesondere
mit einem medizinischen Bildgebungsverfahren gewonnen, das eine
hohe zeitliche Auflösung hat. Der zweite Datensatz wird
mit Vorteil mit einem medizinischen Bildgebungsverfahren gewonnen,
das eine hohe räumliche Auflösung, wie beispielsweise CT,
hat. Beide Datensätze haben dann räumliche und ggf.
zeitliche Informationen. Aufgrund der räumlichen Informationen,
die beide Datensätze – allerdings in unterschiedlicher
Qualität – aufweisen, lassen sich die ersten Werte
des ersten Datensatzes mit den zweiten Werten des zweiten Datensatzes
verknüpfen. Es kann z. B. eine Punkt-zu-Punkt-Zuordnung erfolgen,
die dann z. B. jedem Raumpunkt in einem „Ergebnisdatensatz” die
ersten und zweiten Werte aus beiden Datensätzen zuordnet
und dort abspeichert, ggf. weiter verknüpft und/oder verarbeitet.
Der „Ergebnisdatensatz” kann dabei ein dritter,
gemeinsamer Datensatz sein oder der erste bzw. zweite Datensatz,
in den die Werte des zweiten bzw. ersten Datensatzes eingeschrieben,
d. h. verknüpft wurden.
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Bevorzugt
handelt es sich bei der zu untersuchenden Kavität um eine
Herzkammer. Der erste Datensatz wird als dynamischer, insbesondere
vierdimensionaler Datensatz, mittels Ultraschall, MR oder CT gewonnen,
während der zweite Datensatz, insbesondere als statischer
zwei- oder dreidimensionaler Datensatz, beispielsweise durch CT,
Ultraschall (mTEE) oder CMR gewonnen wird.
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Mit
Vorteil repräsentiert der erste Datensatz jeweils einen
oder mehrere der folgenden funktionellen Werte für einen
oder mehrere räumliche Abschnitte der Herzkammer:
- – die Bewegung der Herzkammerwand,
- – die relative Auslenkung der Herzkammerwand,
- – die zeitliche Verzögerung der maximalen
Auslenkung der Herzkammerwand,
- – die Volumenänderung eines Abschnitts der Herzkammer,
- – die Wanddicke,
- – die Perfusion,
- – den Strain,
- – die Strain-Rate oder
- – die elektrischen Potentiale der Herzkammerwand
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Bevorzugt
stellt der zweite Datensatz räumliche Abschnitte der Herzkammer,
die Lage der Herzkammerwand, die Lage zuführender Arterien
oder Venen und/oder deren Verzweigungen, insbesondere das Koronarsinus-Ostium,
dar. Der zweite Datensatz kann dabei – ebenso wie der erste
Datensatz – als Beutel, d. h. als ein entsprechend mit
Grauwerten oder farblich kodifiziertes Draht-Gitter-Modell dargestellt
werden.
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Die
Verknüpfung der räumlichen Werte des ersten bzw.
zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen
Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes erfolgt mit Vorteil über
ein gemeinsames Koordinatensystem, das ggf. bereits einem oder beiden
Datensätzen zu Grunde liegt (z. B. eine Beuteldarstellung
mit zugehörigem Koordinatensystem).
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Die
Verknüpfung der räumlichen Werte des ersten bzw.
zweiten Datensatzes mit den zugehörigen räumlichen
Werten des zweiten bzw. ersten Datensatzes erfolgt z. B. durch Projektion,
Verrechnen, durch Boolsche Operatoren oder durch einfache Zuweisung
(z. B. wenn beide Datensätze bereits in einem gemeinsamen,
vorbestimmbaren Datenformat – wie z. B. eine Polarplotdarstellung – vorliegen).
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Nach
der Verknüpfung der räumlichen Werte können
die zugehörigen zeitlichen Informationen, insbesondere
aus den ersten Werten des ersten Datensatzes, miteinander verknüpft
und den räumlichen Werten zugeordnet werden. Bevorzugt
werden die räumlichen Informationen aus dem zweiten Datensatz
und die zeitlichen Informationen aus dem ersten Datensatz hierfür
genutzt und in dem gemeinsamen Datensatz in einem gemeinsamen Datenformat
abgespeichert.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
werden die Werte des zweiten Datensatzes auf die Werte des ersten
Datensatzes projiziert und dort im Datenformat des ersten Datensatzes
als gemeinsamer Datensatz dargestellt. Dazu dient eine insbesondere
orthogonale Projektion, beispielsweise des Gefäßverlaufs,
auf das Draht-Gitter-Modell, das die Funktional-Parameter-Karte
beinhaltet.
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Mit
Vorteil besteht der erste Datensatz aus 4D-Stressecho-Bilddatensätzen
und enthält räumlich aufgelöst zu allen
oder fast allen Abschnitten der Kavität entsprechende funktionelle
Werte. Insoweit wird die Offenbarung der
EP 07 725 926 in diese Anmeldung
voll umfänglich durch Bezugnahme aufgenommen. Der erste
Datensatz besteht dabei bevorzugt aus Bildern des Her zens, das bei
unterschiedlichen Belastungszuständen aufgenommen wurde.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird der erste und zweite Datensatz bevorzugt
aus Bildern einer Kavität gewonnen, die mit unterschiedlichen
medizinischen Bildgebungsverfahren aufgenommen wurde. Hierzu eignen
sich Ultraschall, Röntgen, Computertomographie, Magnetresonanztomographie,
elektrophysiologische Katheteruntersuchungen, Positronen-Emissions-Tomographie
oder SPECT. Das gemeinsame Datenformat des gemeinsamen Datensatzes
wird nach einer bevorzugten Ausführungsform in einer Projektion
auf eine zweidimensionale Ebene, insbesondere in einem Polarplot, dargestellt.
Das gemeinsame Datenformat kann aber auch eine Transformation zweier
Beutel sein, die im dreidimensionalen Raum ineinander transformiert und
dargestellt werden.
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Als „gemeinsamer
Datensatz” versteht diese Erfindung auch den ersten bzw.
den zweiten Datensatz, in den der zweite bzw. der erste Datensatz transformiert
wurde. Der sich daraus ergebende Datensatz ist der „Ergebnisdatensatz” bzw.
der gemeinsame Datensatz. Dieser hat ein Datenformat, was dem ersten
und/oder dem zweiten Datenformat entsprechen kann aber nicht muss.
Dieses Datenformat wir als „gemeinsames Datenformat” bezeichnet.
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Vorzugsweise
ist die Kavität im Sinne dieser Erfindung eine Kammer des
Herzens, z. B. der linke Ventrikel, der rechte Ventrikel, ein Vorhof
oder ein anderes Blutgefäß, wie die Aorta. Die
Erfindung kann aber auch auf andere Kavitäten, wie den
Darm, den Magen, einen Hirnventrikel, die Blase etc. angewendet
werden.
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Der
Ausdruck ”Bilder der Kavität” bzw. die hieraus
generierten Datensätze ist hier sehr umfassend zu verstehen.
Es können auch Messdaten gemeint sein, die nach Akquisition
nicht direkt in Bildform vorliegen, z. B. die Ergebnisse einer Abtastung der
Herzkammerwand mit einer Elektrode, welche eine räumliche
Verteilung des elektrischen Potentials liefern. Da diese Messdaten
auch räumliche Informationen enthalten, sind sie im weitesten
Sinne auch als ”Bilder” zu verstehen. Solche elektrischen
Potentialbilder eignen sich für die Darstellung entsprechender Funktional-Parameter-Karten.
Deren räumliche Information dient dann zur Registrierung
der entsprechenden Datensätze. Der hieraus gewonnene funktionelle
Datensatz gibt dann das elektrische Potential in den abgetasteten
Abschnitten der Herzkammerwand wieder.
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Die ”Bilder
der Kavität” können aber auch zweidimensionale
(2D), dreidimensionale (3D) oder vierdimensionale (4D) Bilder sein,
die mit MRT, Röntgen, CT oder Ultraschall akquiriert wurden.
Ein vierdimensionales Bild ist dabei eine Reihe von zeitlich nacheinander
aufgenommener dreidimensionaler Bilder. Handelt es sich bei der
Kavität um eine Herzkammer, so deckt ein vierdimensionales
Bild vorzugsweise einen ganzen Herzzyklus ab.
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Statisch
aufgenommene Bilder der Kavität werden beim Herzen beispielsweise
EKG-getriggert aufgenommen. Die Datensätze mit den geometrischen
Werten sind vorzugsweise dreidimensional, können aber auch
aus einer Reihe von zweidimensionalen tomographischen Schichten
bestehen, an denen entsprechende markante Punkte detektiert werden
können. Die Datensätze mit funktionellen Werten sind
vorzugsweise mehrdimensional, insbesondere zwei-, drei- oder vierdimensional,
können aber auch eindimensional sein. Diese funktionalen
Werte können also sowohl Skalare als auch Vektoren sein,
wobei eine Vektorgröße, z. B. die Bewegung der
Kammerwand (Bewegungsrichtung und maximale Geschwindigkeit), oder
die elektrische Aktivierung der Kammerwand (Richtung und Größe
eines Aktionspotentials) repräsentieren kann.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung werden die Datenformate des ersten und zweiten Datensatzes vor
der Transformation der Datensätze in ein einheitliches
Datenformat überführt. Hierzu kann als einheitliches
Format eine Projektion auf eine 2D-Ebene, wie z. B. ein Polarplot,
gewählt werden. Liegt der (erste) Beutel-Datensatz mit
funktionellen (ersten) Werten bereits als Polarplotdarstellung vor,
so kann der zweite Datensatz (beispielsweise aus CT-Daten) in einen Beutel
und von dort in die zweidimensionale Ebene als Polarplot überführt
werden. Da beide Datensätze dann in einem Standardformat
für die gleiche Kavität vorliegen, können
diese einfach miteinander verknüpft werden. Die anschließende
Transformation des ersten und zweiten Datenformats in ein gemeinsames
Datenformat stellt dann eine bloße Verrechnung der übereinander
liegenden Polarplotdarstellungen dar.
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Die
Darstellung des gemeinsamen Datensatzes kann erneut auf unterschiedliche
Weise erfolgen. Z. B. können alle ursprünglichen
und verrechneten Polarplots oder Beutel-Datensätze übereinander
(semi-transparent) dargestellt werden oder der zweite Datensatz
wird ”vor den ersten Datensatz geschoben” dargestellt.
Ferner ist es möglich, alle ursprünglichen oder
miteinander verrechneten Werte auf einer einzigen Beutel-Darstellung
der Herzkammer, z. B. farbkodiert, entweder dreidimensional oder
zweidimensional auf eine Ebene projiziert, e benfalls z. B. farbkodiert,
darzustellen. Hierzu werden die z. B. im Programm ”4D LV
Analysis CRT” der Anmelderin berechneten und exportierten
Werte der Stressecho-Datensätze geladen und miteinander
registriert und transformiert.
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Bei
der Transformation können redundante oder parallele Informationen
beider Datensätze auch miteinander durch beispielsweise
Bool'sche Operatoren miteinander verrechnet werden. Wahlweise können
auch die geometrisch weniger exakten Werte aus dem ersten Datensatz
negiert und lediglich die geometrisch exakteren Werte des zweiten
Datensatzes für die Darstellung der morphologischen Informationen
verwendet werden. Eine beliebige Kombination der in den entsprechenden
Datensätzen enthaltenen Informationen ist also denkbar.
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Die
Erfindung ist auch auf ein Computerprogrammprodukt gerichtet, welches
auf einem computerlesbaren Medium gespeicherten Programmcode enthält,
der eine Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens
bewirkt, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt
wird.
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Des
Weiteren ist die Erfindung auch auf eine Vorrichtung gerichtet,
die verschiedene Bilder der Kavität im menschlichen oder
tierischen Körper darstellt, die mit einem oder mehreren
verschiedenen medizinischen Bildgebungsverfahren aufgenommen wurden.
Diese Vorrichtung umfasst insbesondere einen Datenspeicher, der
mindestens einen ersten Datensatz in einem vorbestimmbaren Datenformat
mit ersten Werten der Kavität, die eine überwiegend hohe
zeitliche Auflösung aufweisen, und mindestens einen zweiten
Datensatz in einem vorbestimmbaren Datenformat mit zweiten Werten
der Kavität, die eine überwiegend hohe räumliche
Auflösung aufweisen, speichert. Eine oder meh rere Recheneinheiten,
die den ersten und/oder zweiten Datensatzes in den zweiten bzw.
ersten oder einen gemeinsamen Datensatz transformieren, wobei die
räumlichen Werte des ersten bzw. zweiten Datensatzes mit
den zugehörigen räumlichen Werten des zweiten
bzw. ersten Datensatzes einschließlich deren zeitlichen
Informationen miteinander verknüpft werden und ein Bildschirm,
der zum Darstellen des transformierten ersten, zweiten und/oder
gemeinsamen Datensatzes in einem gemeinsamen Datenformat geeignet
ist, sind ebenso vorgesehen.
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Diese
Recheneinheiten sind darüber hinaus derart ausgelegt, dass
erste und zweite Datenformate in ein gemeinsames Datenformat transformiert werden
können. Bevorzugt beinhaltet die Vorrichtung weitere Mittel
zum Schneiden, Extrahieren oder Markieren von Bereichen oder Punkten
innerhalb des gemeinsamen Datensatzes, um dem Arzt eine genauere
Analyse bestimmter Bereiche der Kavität zu ermöglichen.
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Die
Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen
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1 einen
Beutel-Datensatz mit schematisch angedeutetem Gefäßverlauf,
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2 eine
zweidimensionale Projektion der dargestellten Beutel-Datensätze
aus 1,
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3 eine
zweidimensionale Polarplot-Darstellung des Beutels nach 2 und
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4 eine
zweidimensionale Beutel-Darstellung des Beutels nach 2 mit
entsprechenden Polarplot-Segmenten, die gegebenenfalls farblich
kodiert sind.
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1 illustriert
als eines der bevorzugten Datenformate das Beutelformat, in welchem
die ersten Werte mit überwiegend hoher zeitlicher Auflösung
und/oder die zweiten Werte mit überwiegend hoher räumlicher
Auflösung, vorliegen können. Dieses Datenformat
ist ausführlich in der
EP 09 61 135 A beschrieben, deren Offenbarungsgehalt
hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Es handelt sich hierbei
um eine einem Beutel ähnliche, geometrische Gitternetzstruktur
1,
welche durch einzelne Punkte oder, wie im dargestellten Beispiel,
durch einzelne Dreiecke repräsentiert wird. Ein derartiger
Beutel kann jeweils aus einem dreidimensionalen Bilddatensatz einer
Kavität, z. B. durch Ermitteln der Konturen zwischen Innenraum
und Wand der Kavität, ermittelt werden.
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Bei
einer Herzkammer wird vorzugsweise die Grenzfläche zwischen
Blut und Wand konturiert, wobei zusätzlich auch die Grenzfläche
zwischen Wand und umgebendem Gewebe konturiert werden kann. Dadurch
erhält man die Oberfläche. Für das Beutelformat
werden dabei einzelne Punkte bzw. Dreiecke extrahiert, die einen
Beutel aufspannen und in karthesischen Koordinaten (3D oder 4D)
oder in sphärischen Koordinaten vorliegen. Ein dynamischer 3D-Datensatz
kann also durch einen dynamischen, also zeitlich veränderlichen,
Beutel-Datensatz repräsentiert werden. Zusätzlich
können auch die funktionellen Werte aus dem dynamischen
Beutel-Datensatz ermittelt, z. B. der Zeitpunkt der Kontraktion
einzelner Dreiecke oder dergleichen, und als farbige Einfärbung
auf dem Beutel in Form einer Funktional-Parameter-Karte 3 dargestellt
werden. Der Beutel selbst stellt natürlich auch eine räumliche
Information dar, die dem ersten Datensatz inne wohnt.
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Ein
alternatives Datenformat ist der Polarplot 6, der in 4 dargestellt
ist. Hierbei handelt es sich um eine nach bestimmten Regeln projizierte
Wiedergabe, z. B. der Herzkammerwand, auf eine zweidimensionale
Ebene, die in mehrere Sektoren 5 eingeteilt ist. Ein erster
betroffener Sektor 5a liegt beispielsweise im unteren südsüdwestlichen,
mittleren Bereich. Ein zentraler Sektor 7 liegt beispielsweise an
der Beutelspitze (z. B. am Apex).
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Auch
ein Polarplot kann aus einem 3D-Bild des Herzens ermittelt werden,
indem die Grenzfläche zwischen Blut und Wand konturiert
wird. Die Position des Apex wird ermittelt und die ermittelte Oberfläche wird
parametrisiert, indem für jeden gewünschten Punkt
der Oberfläche die beiden Winkel in Bezug auf den Apex
berechnet werden. Dies erlaubt bereits die Darstellung als Polarplot.
Dieser Polarplot kann sowohl eine beliebig hohe räumliche
Auflösung (zweiter Datensatz) als auch eine entsprechende
Funktional-Parameter-Karte 3 (erster Datensatz) darstellen. In 4 wird
die Funktional-Parameter-Karte 3 lediglich exemplarisch
anhand einer partiellen Einfärbung der drei betroffenen
Sektoren 5a, 5b und 5c dargestellt. Zur
besseren Übersichtlichkeit sind die anderen Sektoren 5 der
Polarplotdarstellung 6 in 4 nicht
gefärbt. Die Funktional-Parameter-Karte 3 in der
Polarplotdarstellung 6 der 4 zeigt
beispielsweise das frühzeitige Kontrahieren des betroffenen Bereichs
der Herzkammerwand, an dem eine entsprechende Herzschrittmacherelektrode
angebracht werden soll.
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Nach
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung soll beispielsweise der Verlauf des Koronarvenensinus 2 am
Herzen bestimmt werden. Dieser Verlauf wird beispielsweise aus einem
zweiten Datensatz mit räumlich hoch auf lösenden
3D CT-Daten des Herzens gewonnen. Dadurch, dass hier keine dynamischen
Daten nötig sind, kann die Strahlenbelastung bei der Aufnahme
entsprechend niedrig dosiert werden. In der Regel muss zur ausreichenden
Darstellung des Gefäßes Kontrastmittel verabreicht
werden. Aus diesem zweiten geometrischen Datensatz wird der Koronarvenensinus 2 sowie
dessen erste zuführende Koronarvene 2a und zweite
zuführende Koronarvene 2b halbautomatisch segmentiert.
Im selben Datensatz kann mit Hilfe der TomTec-Software 4D LV Analysis
ein Oberflächenmodell durch Generierung einer Gitternetzstruktur 1 des
linken Ventrikels des Herzens erstellt werden (im Folgenden ”CT-Beutel” genannt).
Hieraus resultiert ein zweiter, räumlich hoch aufgelöster
Datensatz mit geometrischen Werten sowohl des Koronarvenensinus 2,
als auch dessen zuführender Venen 2a und 2b,
als auch einer entsprechenden Gitternetzstruktur 1 des
linken Ventrikels des Herzens in einem standardisierten Beutelformat.
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Zur
Herstellung dieses zweiten, räumlich hoch auflösenden
Datensatzes sind auch dreidimensionale CMR-Daten oder dreidimensionale
Ultraschall-Daten (mTEE) nutzbar.
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In
einem ersten dynamischen, insbesondere vierdimensionalen, Datensatz,
der beispielsweise durch Ultraschall, MR oder notfalls auch CT gewonnen
wird, erfolgt die dynamische Analyse des linken Ventrikels z. B.
mit der TomTec-Software 4D LV Analysis, wodurch ebenfalls beispielsweise
eine Gitternetzstruktur 1 im Beutelformat erzielt werden kann, auf
der eine Funktional-Parameter-Karte 3 liegt (im Folgenden ”MR-Beutel” genannt).
Die resultierende Funktional-Parameter-Karte kann – wie
in 4 gezeigt – auch als standardisierter
Polarplot exportiert werden. Bei diesem ersten Datensatz liegt der Schwerpunkt
auf einer hohen zeitlichen Auflösung, um entsprechende
funktionelle Werte der Kavität zu erhalten. Die Ortsauflösung
ist dabei untergeordnet.
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Nach
einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird gemäß 2 der
Gefäßverlauf des CT-Beutels orthogonal auf die
Oberfläche des linken Ventrikels des CT-Beutels projiziert.
Zu diesem Zweck kann der CT-Beutel gegebenenfalls basal entsprechend
extrapoliert werden, sofern die entsprechenden Daten des Gefäßverlaufs über
die Daten des Beutels hinausgehen. Gleichzeitig werden die morphometrischen
Maße des Gefäßverlaufs, wie Krümmungsverlauf,
Gefäßdurchmesser etc., ermittelt und den auf den
CT-Beutel projizierten Gefäßpunkten entsprechend
zugewiesen. Die in 2 dargestellte Funktional-Parameter-Karte 3 dient
lediglich zur Veranschaulichung. Nach der Zuweisung der morphometrischen
Maße dokumentiert der Beutel in 2 den zweiten
geometrischen Datensatz in einer dreidimensionalen Beutelform. Dieser
Datensatz kann dann in einen standardisierten Polarplot 6 gemäß 3 überführt
werden und besitzt dadurch das gleiche Datenformat wie der zuvor
exportierte erste Datensatz mit funktionellen Werten, dessen Beuteldarstellung
auch in einen entsprechend standardisierten Polarplot überführt
wurde. Beide Polardarstellungen können dann – wie
in 4 dokumentiert – leicht ineinander transformiert – quasi
fusioniert – werden, da beide Datensätze in einem
einheitlichen Format vorliegen.
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Nach
einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird die Funktional-Parameter-Karte 3 direkt
auf den CT-Beutel gemäß 1 aufgebracht.
Der Beutel stellt dabei die Form des linken Ventrikels dar, die
darauf liegende farbkodierte Funktional-Parameter-Karte 3 das Kontraktionsver halten
der Herzkammerwand. Der segmentierte Gefäßbaum
mit Koronarvenensinus 2 sowie zuführende Venen 2a, 2b kann
gleich im räumlichen Zusammenhang mit Form und Funktion
des linken Ventrikels beurteilt werden. Eine gemeinschaftliche,
dreidimensionale Darstellung des ersten und zweiten Datensatzes
ist so möglich. Auch können entsprechende Schnittbilder
an beliebigen Stellen angesetzt und dargestellt werden.
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Nach
einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird die Extraktion des geometrischen Verlaufs der Gefäße
nicht über ein Segmentierungsverfahren aus dreidimensionalen,
beispielsweise CT-Daten, gelöst, sondern es werden in einzelnen
tomographischen, zweidimensionalen Schichten Landmarken platziert,
die an markanten Punkten, wie z. B. an Veneneinmündungen, liegen.
Statt den Landmarken können auch Splines eingesetzt werden,
die den Gefäßverlauf über verschiedene
Schichten hinweg interpolieren. Der so gewonnene zweite Datensatz
mit den entsprechenden geometrischen Werten kann dann – wie
zuvor beschrieben – mit dem ersten Datensatz mit funktionellen
Werten verknüpft und nach entsprechender Transformation
dargestellt werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform
liegt darin, dass markante Punkte in Schichtbildern leichter identifiziert
werden können, als bei einer dreidimensionalen Segmentierung,
insbesondere dann, wenn nur eine mäßige Bildqualität vorliegt,
oder wenn nur eine geringe Dosis bei der Aufnahme eingesetzt werden
kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0961135 [0008]
- - EP 07725926 [0008, 0009, 0030]
- - EP 0961135 A [0048]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Kapetanakis,
Monaghan: ”Real-time three-dimensional echocardiography – a
novel technique to quantify global left ventricular mechanical dissynchrony”,
circulation .2005; 112: 992–1000 [0010]
- - ”Image Fusion of Coronary Tree and Regional Cardiac
Function Image Using Multislice Computed Tomography”, Higashino
et al, Circ J 2006; 70: 105–109 [0013]
- - ”Integration of three-dimensional coronary venous
angiography with three-dimensional echocardiography for biventricular
device implantation”, Mansour et al, Heart Rhythm, Vol
3, No 11, November 2006 [0015]