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Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Unterstützung der Platzierung eines Implantats an einer bestimmten Stelle in einem Gefäß eines Patienten in einem minimal-invasiven Eingriff.
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Bei minimal-invasiven interventionellen Eingriffen in der Radiologie, Kardiologie und Neurochirurgie werden verschiedene interventionelle Instrumente verwendet, die beispielsweise einen Ballon zum Dehnen eines Gefäßes, einen Stent zur Beseitigung einer Gefäßverengung oder eine Prothese etc. aufweisen können. Die Platzierung eines interventionellen Instrumentes an einer bestimmten Stelle im Körper eines Patienten während des minimal-invasiven Eingriffs erfolgt sehr häufig unter Verwendung von Röntgenstrahlung. Hierbei ist man bemüht, mit einer möglichst geringen Röntgendosis zu arbeiten, um die Strahlenbelastung des Patienten und des medizinischen Personals gering zuhalten. Die Sichtbarkeit der interventionellen Instrumente wird aber nicht nur wegen der Verwendung immer geringer Röntgendosen zunehmend schwieriger, sondern auch da die für die interventionellen Instrumente verwendeten Materialien immer transparenter für Röntgenstrahlung werden und zudem der durchschnittliche Patient immer beleibter wird.
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Für eine erfolgreiche Intervention ist aber eine exakte Platzierung eines interventionellen Instrumentes an der vorgesehenen Stelle notwendig. Dies ist insbesondere in der interventionellen Kardiologie eine Herausforderung, da die Zielgefäßstelle aufgrund des Herzschlages in der Regel ständig in Bewegung ist und häufig unter eher ungünstigen Projektionsrichtungen bei der Aufnahme der Röntgenbilder zur Führung und Platzierung des interventionellen Instrumentes gearbeitet werden muss.
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Aus der nächstkammenden Druckschrift
DE 10 2007 019 328 A1 ist eine Vorrichtung zur hochauflösenden Darstellung von Gefäßimplantaten in angiographischen Aufnahmen in einem Gefäß eines Patienten bekannt, aufweisend ein Röntgengerät, eine Objekt-Katheter-Kombination (Ballonkatheter) mit zwei Kathetermarkern, ein Gefäßimplantat und eine Verarbeitungseinrichtung, wobei eine Serie von 2D-Röntgenaufnahmen von dem mit der Objekt-Katheter-Kombination versehenen Gefäß gewonnen wird.
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Aus der
CA 2 559 340 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der basierend auf Markierungselementen eine Orientierungshilfe in eine graphische Benutzeroberfläche eingeblendet wird, um die Orientierung für einen Benutzer bei seinen minimal-invasiven Handlungen zu erleichtern. Aus der
DE 10 2007 013 624 A1 ; der
WO 2008/050316 A2 und der
US 2008/0045827 A1 sind Verfahren zur Positionierung von Stents oder Implantaten in einem Gefäß z. B. mittels eines Ballonskatheters mit einer Röntgenüberwachung bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die Platzierung eines interventionellen Instrumentes an einer bestimmten Stelle eines Gefäßes erleichtert wird.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Unterstützung der Platzierung eines Implantats an einer bestimmten Stelle in einem Gefäß eines Patienten in einem minimal-invasiven Eingriff aufweisend, ein Röntgengerät, ein erstes interventionelles Instrument mit zwei röntgenpositiven Markern, zwischen denen sich ein Ballon als funktionelles Element befindet, ein zweites, ein Implantat als funktionelles Element umfassendes interventionelles Instrument und eine Recheneinrichtung. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei im Bereich der bestimmten Stelle des Gefäßes eingeführtem, ersten interventionellem Instrument bei einer bestimmten Einstellung des Röntgengerätes relativ zu dem Patienten eine Serie von 2D-Röntgenaufnahmen von dem mit dem ersten interventionellen Instrument versehenen Gefäß gewonnen wird, insbesondere wenn das funktionelle Element des ersten interventionellen Instruments im Bereich der bestimmten Stelle platziert wird. Basierend auf den in den 2D-Röntgenaufnahmen abgebildeten Markern des ersten interventionellen Instruments können mit der Recheneinrichtung wenigstens zwei Referenzlinien festgelegt werden, welche die bestimmte Stelle eingrenzen. Dabei werden jeweils die Abbilder des ersten und des zweiten Markers in den verschiedenen sequentiell aufgenommenen Röntgenaufnahmen identifiziert und durch die Abbilder des ersten Markers und die Abbilder des zweiten Markers jeweils eine Verbindungslinie gelegt, so dass sich eine erste und eine zweite Referenzlinie ergeben. Zur Platzierung des Implantats werden schließlich bei im Bereich der bestimmten Stelle des Gefäßes eingeführtem zweiten interventionellem Instrument unter derselben Einstellung des Röntgengerätes ohne weitere Bildregistrierung relativ zu dem Patienten Fluoroskopiebilder von dem mit dem zweiten interventionellen Instrument versehenen Gefäß gewonnen, in die die Referenzlinien als Orientierungshilfen zur Platzierung des Implantats an der bestimmten Stelle des Gefäßes mit Hilfe der Recheneinrichtung eingeblendet werden.
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Die beiden Referenzlinien grenzen also die bestimmte Stelle des Gefäßes, an der das Implantat zu platzieren ist, ein, so dass die Platzierung des Implantats mit Hilfe von Fluoroskopiebildern erleichtert wird. Die Anwendung der Vorrichtung bietet sich insbesondere dann an, wenn die bestimmte Stelle des Gefäßes beispielsweise eine Stenose ist, die mit einem Ballon als funktionelles Element des ersten interventionellen Instrumentes zunächst gedehnt wird, wobei die Referenzlinien bestimmt werden. Die Referenzlinien können dann anschließend für die Platzierung eines Stents als Implantat des zweiten interventionellen Instrumentes verwendet werden.
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Die Ermittlung der Referenzlinien kann dabei auch unter Bewegung der bestimmten Stelle des Gefäßes erfolgen, d. h. die Referenzlinien werden so erzeugt, dass sie die Bewegung, in der Regel die periodische Bewegung der bestimmten Stelle des Gefäßes, mit erfassen bzw. mit abbilden. Die Referenzlinien verlaufen in der Regel also nicht geradlinig.
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Die Einblendung der Referenzlinien in die Fluoroskopiebilder ist ohne weitere Bildregistrierung möglich, da die Einstellungen des Röntgengerätes bei der Aufnahme der 2D-Röntgenaufnahmen und der Fluoroskopiebilder nicht geändert werden. Lediglich die Intensität der Röntgenstrahlung kann bei der Gewinnung der 2D-Röntgenaufnahmen etwas höher sein, um die Sichtbarkeit der Marker des ersten interventionellen Instrumentes zu erhöhen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Referenzlinien als ortsfeste Extrema in die Fluoroskopiebilder einzublenden. Die Referenzlinien werden dabei den Fluoroskopiebildern fest bzw. statisch überblendet. Die Festlegung der Extrema erfolgt vorzugsweise derart, dass sich die bestimmte Stelle des Gefäßes immer innerhalb der beiden Referenzlinien befindet, selbst wenn sich die bestimmte Stelle des Gefäßes in den Fluoroskopiebildern periodisch bewegt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Unterstützung der Platzierung eines Implantats an einer bestimmten Stelle in einem Gefäß eines Patienten in einem minimal-invasiven Eingriff aufweisend, ein Röntgengerät, ein ein Implantat umfassende interventionelles Instrument und eine Recheneinrichtung. Basierend auf unter Verwendung von Kontrastmittel bei einer bestimmten Einstellung des Röntgengerätes relativ zu dem Patienten von dem Gefäß gewonnenen Röntgenaufnahmen wird die bestimmte Stelle des Gefäßes mit Hilfe der Recheneinrichtung identifiziert, markiert und ein Referenzbereich bezüglich einer bestimmten Bewegungsphase festgelegt, welcher Referenzbereich die bestimmte Stelle eingrenzt. Ist das interventionelle Instrument in den Körper des Patienten im Bereich der bestimmten Stelle des Gefäßes eingeführt, können bei der gleichen Einstellung des Röntgengerätes ohne weitere Bildregistrierung relativ zu dem Patienten, bei welcher Einstellung die 2D-Röntgenaufnahmen gewonnen wurden, Fluoroskopiebilder von dem mit dem interventionellen Instrument versehenen Gefäß gewonnen werden, in die der Referenzbereich in der bestimmten Bewegungsphase mit Hilfe der Recheneinrichtung eingeblendet wird. Auch auf diese Weise kann also die bestimmte Stelle des Gefäßes identifiziert, markiert bzw. gekennzeichnet werden, wodurch die exakte Platzierung des Implantats erleichtert wird.
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Nach einer Variante der Erfindung wird zur Kennzeichnung der bestimmten Stelle in einem oder mehreren 2D-Röntgenaufnahmen der Anfang und das Ende der bestimmten Stelle markiert, was mittels manueller Eingabe, Mausklick, Touchpanel oder sogar automatisiert mittels entsprechender Mustererkennungssoftware erfolgen kann. Alternativ kann zur Markierung der bestimmten Stelle auch ein die bestimmte Stelle aufweisendes interessierendes Gebiet, eine so genannte „region of interest” festgelegt werden, die mit dem Referenzbereich identisch sein kann.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung einer periodischen Bewegung der bestimmten Stelle des Gefäßes aufweist, um eine periodische Bewegung der bestimmten Stelle bei der Einblendung des Referenzbereichs in die Fluoroskopiebilder entsprechend berücksichtigen zu können. Vorzugsweise handelt es sich bei der Einrichtung um ein EKG-Gerät, um aufgrund von periodischen Herzbewegungen hervorgerufene periodische Bewegungen der bestimmten Stelle des Gefäßes zu erfassen.
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Der Referenzbereich kann wiederum als ortsfester Referenzbereich in die Fluoroskopiebilder eingeblendet werde. Alternativ wird immer nur dann ein Fluoroskopiebild von der bestimmten Stelle des Gefäßes aufgenommen und der Referenzbereich in das jeweilige Fluoroskopiebild eingeblendet, wenn sich die bestimmte Stelle des Gefäßes in der gleichen Bewegungsphase befindet, bezüglich der der Referenzbereich festgelegt wurde. Der Referenzbereich wird also beispielsweise unter Verwendung des EKGs des Patienten nur bezüglich einer bestimmten Bewegungsphase ermittelt, zu der später Fluoroskopiebilder gewonnen werden, in die der Referenzbereich eingeblendet wird. Dies reduziert die Röntgendosis für den Patienten und das medizinische Personal.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Röntgeneinrichtung zur Unterstützung eines minimal-invasiven Eingriffs an einem Patienten,
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2 ein interventionelles Instrument,
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3 eine Veranschaulichung der Festlegung und Einblendung von Referenzlinien in Fluoroskopiebilder und
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4 eine Veranschaulichung der Festlegung und Einblendung eines Referenzbereiches in Fluoroskopiebilder.
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Die in 1 gezeigte Röntgeneinrichtung zur Unterstützung eines minimal-invasiven Eingriffs an einem Patienten P weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ein C-Bogen-Röntgengerät 1 und eine schematisch dargestellte Patientenliege 2 auf. Auf der Patientenliege 2 ist der Patienten P gelagert, welcher in in 1 nicht gezeigter Weise eine Stenose in einem Herzkranzgefäß aufweist. Die Stenose soll unter Verwendung der Röntgeneinrichtung mit einem Stent versehen werden, um die Gefäßverengung des Herzkranzgefäßes für den Durchfluss von Blut offenzuhalten.
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Mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 werden zur Führung und Platzierung des Stents Bildinformationen aus dem Körperinneren des Patienten P gewonnen. Das C-Bogen-Röntgengerät 1 weist hierzu unter anderem einen C-Bogen 3 auf, an dem einander gegenüber liegend eine Röntgenstrahlenquelle 4 und ein Röntgenstrahlendetektor 5 angeordnet sind.
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Der C-Bogen 3 ist an einer Halterung 6 um seine Orbitalachse O in die Richtungen des Doppelpfeils a verstellbar gelagert. Die Halterung 6 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels an einem Deckenstativ 7 angeordnet, welches die in 1 mit Doppelpfeilen c, d, e und f gekennzeichneten Verstell möglichkeiten der mit dem C-Bogen 3 versehenen Halterung 6 bietet. Außerdem ist der C-Bogen 3 mit der Halterung 6 um seine Angulationsachse A in die Richtungen des Doppelpfeils b verstellbar.
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Mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 können in an sich bekannter Weise von dem auf der Patientenliege 2 gelagerten Patienten P 2D-Röntenprojektionen oder Fluoroskopiebilder aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen werden, die auf einem an einem Bildrechner 8 angeschlossenen Sichtgerät 9 darstellbar sind.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung sind zwei interventionelle Instrumente vorgesehen, um den Stent korrekt in der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes zu platzieren. In 2 ist der prinzipielle Aufbau der interventionellen Instrumente veranschaulicht.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung umfasst ein interventionelles Instrument 10 einen mit einem Führungsdraht 11 versehenen Katheter 12. Der Führungsdraht 11 weist eine Spitze 13 sowie ein funktionelles Element 14 auf. Vordem funktionellen Element 14 weist der Führungsdraht 11 einen ersten röntgenpositiven Marker 15 und hinter dem funktionellen Element 14 weist der Führungsdraht 11 einen zweiten röntgenpositiven Marker 16 auf. Die beiden interventionellen Instrumente unterscheiden sich derart voneinander, dass das funktionelle Element 14 des ersten interventionellen Instrumentes ein Ballon zum Dehnen der verengten Stele des Herzkranzgefäßes ist und dass das funktionelle Element 14 des zweiten interventionellen Instrumentes ein Implantat in Form eines Stents zur Anordnung in der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes ist.
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Zur Unterstützung der Platzierung des Stents wird der C-Bogen 3 durch Schwenken um seine Orbitalachse O und/oder seine Angulationsachse A zunächst in eine geeignete Stellung relativ zum Patienten P gebracht, in der 2D-Röntgenaufnahmen und Fluoroskopiebilder von dem die verengte Stelle aufweisenden Herzkranzgefäß gewonnen werden können. Diese Stellung des C-Bogens 3 sowie im Übrigen auch die anderen Einstellungen des C-Bogen-Röntgengerätes 1, wie die Kollimierung, die Röhrenspannung etc. bleiben für die weitere Platzierung des Stents unverändert.
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Zunächst wird das erste interventionelle Instrument, also der Katheter 12 mit dem Führungsdraht 11, welches als funktionelles Element den Ballon aufweist, minimal-invasiv beispielsweise über eine Beinvene in den Körper des Patienten P eingeführt und zum Herzen des Patienten P vorgeschoben. Befinden sich die Marker 15, 16 und der Ballon im Bereich der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G wird der Ballon mit Hilfe der röntgenpositiven Marker 15, 16 unter Röntgenkontrolle in die verengte Stelle des Herzkranzgefäßes G eingebracht. Hierbei werden, wie in 3 veranschaulicht, mehrere 2D-Röntgenaufnahmen, bei denen es sich in der Regel um Fluoroskopiebilder 17 handelt, gewonnen, in denen die Marker 15 und 16 abgebildet sind. Die Abbilder der Marker 15 und 16 in den Fluoroskopiebildern 17 werden dabei entweder manuell, beispielsweise mittels einer an den Bildrechner 8 angeschlossenen Computermaus oder mittels eines Touchscreens, oder automatisch mittels einer Mustererkennungssoftware identifiziert und aus den Fluoroskopiebildern extrahiert. Daraus ergibt sich eine Abbildungssequenz 18 für Abbilder des Markers 15 und Abbilder des Markers 16. Verbindet man schließlich die Abbilder des Markers 15 und die Abbilder des Markers 16 jeweils mit einer Verbindungslinie erhält man eine erste aus den Abbildern des Markers 15 entwickelte Referenzlinie 19 und eine zweite aus den Abbildern des Markers 16 entwickelte Referenzlinie 20. Da die Referenzlinien 19, 20 im Zuge der Anordnung des Ballons in der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G erzeugt wurden, grenzen sie die verengte Stelle des Herzkranzgefäßes G ein bzw. markieren die verengte Stelle des Herzkrangefäßes G.
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Wird nach der Weitung der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G mit dem Ballon das erste interventionelle Instrument aus dem Körper des Patientenentfernt und das zweite interventionelle Instrument, das als funktionelles Element den Stent aufweist, minimal-invasiv in den Körper des Patienten P eingeführt und zum Herzen des Patienten unter Röntgenkontrolle vorgeschoben, können die Referenzlinien 19 und 20 ohne weitere Bildregistrierung in die aktuell gewonnenen Fluoroskopiebilder 21 eingeblendet werden, da die Aufnahmeparameter, wie Projektionsrichtung, Röhren-Detektorabstand, Abstand der Röntgenstrahlenquelle 4 und des Röntgenstrahlendetektors 5 vom Patienten etc., des C-Bogen-Röntgengerätes 1 unverändert also identisch geblieben sind. Durch die Überlagerung der aktuell gewonnenen Fluoroskopiebilder 21 mit den Referenzlinien 19, 20 ergeben sich die Bilder 22, die einem den Eingriff durchführenden Arzt die exakte Platzierung des Stents in der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G vereinfacht.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung handelt es sich bei dem die verengte Stelle aufweisenden Gefäß um ein Herzkranzgefäß G, das sich aufgrund des Herzschlages periodisch bewegt. Da die Referenzlinien 19, 20 anhand von Fluoroskopiebildern ermittelt wurden, welche in ihrer Sequenz die periodische Bewegung der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G aufweisen, beinhalten auch die ermittelten Referenzlinien 19, 20, die demnach krummlinig verlaufen, die Bewegung der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G. Bei der in 3 gezeigten Darstellung der Referenzlinien 19, 20, handelt es sich also um eine vereinfachte Darstellung.
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Die Referenzlinien 19, 20 können schließlich als ortsfeste Referenzlinien 19, 20 ggf. auch erst nach einer Skalierung in die Fluoroskopiebilder 21 eingeblendet werden. Die Referenzlinien 19, 20 sind in diesem Fall Extrema, d. h. die Referenzlinien 19, 20 werden derart in die aktuell aufgenommenen Fluoroskopiebilder 21 eingeblendet, dass sich die verengte Stelle des Herzkranzgefäßes G immer innerhalb der beiden Referenzlinien 19, 20 befindet, selbst bei periodischer Bewegung der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand von 4 veranschaulicht. Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei dieser Ausführungsform nach der Einstellung des C-Bogen-Röntgengerätes 1 relativ zu dem Patienten P ein Kontrastmittel in die Herzgefäße des Patienten P appliziert. Anschließend werden 2D-Röntgenaufnahmen, in der Regel wieder Fluoroskopieaufnahmen 24 von der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes gewonnen und die verengte Stelle in den Fluoroskopiebildern wieder manuell oder automatisiert identifiziert. Die verengte Stelle kann dabei in einem Fluoroskopiebild 25 mit ihrem Anfangspunkt 26 und Endpunkt 27 oder in einem Fluoroskopiebild 28 als „region of interest 29” gekennzeichnet werden. Basierend auf dieser Kennzeichnung wird ein Referenzbereich 30 festgelegt, der die verengte Stelle eingrenzt und der im Übrigen auch mit der „region of interest 29” identisch sein kann.
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Im nächsten Schritt wird wie zuvor beschrieben das interventionelle, den Stent aufweisende Instrument minimal-invasiv in den Körper des Patienten P eingeführt und zum Herzen des Patienten P, insbesondere zu der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G vorgeschoben. Aufgrund der unveränderten Einstellung des C-Bogen-Röntgengerätes 1 kann ohne weitere Registrierung der festgelegte Referenzbereich 30 in aktuell aufgenommene Fluoroskopiebilder 31 von der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G eingeblendet werden, so dass sich Bilder 32 wie in 4 dargestellt ergeben.
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Anders als im Falle des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung berücksichtigt der festgelegte Referenzbereich nicht automatisch die periodische Bewegung der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G. Um dies erreichen zu können, ist im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung ein EKG-Gerät 23 vorgesehen, mit dem parallel zur Aufnahme von Fluoroskopiebildern ein EKG von dem Patienten P ermittelt werden kann. Es besteht nun die Möglichkeit den Referenzbereich 30 nur anhand von Fluoroskopiebildern festzulegen, die zu einer bestimmten Bewegungsphase des Herzens bzw. der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G aufgenommen wurden. Ist das interventionelle, den Stent aufweisende Instrument in den Körper des Patienten eingeführt und zu der verengten Stelle vorgeschoben, werden nur dann Fluoroskopiebilder 31 von der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G aufgenommen und der Referenzbereich 30 eingeblendet, wenn sich die verengte Stelle des Herzkranzgefäßes G in der gleichen Bewegungsphase befindet, bezüglich der der Referenzbereich 30 festgelegt wurde. Auf diese Weise kann die periodische Bewegung der verengten Stelle bei der Einblendung des Referenzbereiches 30 berücksichtigt werden.
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Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit den Referenzbereich 30 in alle aufgenommenen Fluoroskopiebilder 31 als ortsfesten Referenzbereich 30 ggf. auch erst wieder nach einer Skalierung einzublenden. Der Referenzbereich 30 ist in diesem Fall wieder als Extremum zu sehen, so dass sich unabhängig von der Bewegung der verengten Stelle des Herzkranzgefäßes G diese immer innerhalb des Referenzbereiches 30 befindet.
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Im Unterschied zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung muss zur Bestimmung der periodischen Herzbewegung nicht notwendigerweise ein EKG-Gerät verwendet werden. Beispielsweise kann auch ein an der Körperoberfläche angeordneter Bewegungssensor verwendet werden, um die periodische Herzbewegung zu erfassen.
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Die Bewegung des Gefäßes kann im Übrigen auch durch Atmung hervorgerufen werden. Zur Erfassung der Atembewegung kann ein entsprechender Atemmonitor vorgesehen sein.
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Die Einblendung der Referenzlinien bzw. des Referenzbereiches kann im Übrigen auch dann erfolgen, wenn ein Zoom zwecks höherer Bildauflösung basierend auf den Fluoroskopiebildern vorgenommen wird. Da die Zoombedingungen bekannt sind, kann die Einblendung der Referenzlinien bzw. des Referenzbereichs entsprechend vorgenommen werden.
