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Die Erfindung betrifft ein Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung oder Behandlung eines Organs, Gefäßsystems oder anderer Körperregionen als Untersuchungsobjekt eines Patienten mit einem Röntgenstrahler, einem Röntgenbilddetektor zur Erzeugung von Röntgenbildern, die an den Enden eines C-Bogens angebracht sind, einem Patientenlagerungstisch mit einer Tischplatte zur Lagerung des Patienten, einer Systemsteuerungseinheit, einem Bildsystem und einem Monitor, wobei das Untersuchungsobjekt zwei sich je nach Angulation des C-Bogens sich verdeckende Details in den Röntgenbildern enthält. Ein derartiges Angiographiesystem ist beispielsweise aus der
US 7,500,784 B2 bekannt, das nachfolgend anhand der
1 erläutert ist.
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Die 1 zeigt ein als Beispiel dargestelltes monoplanes Röntgensystem mit einem von einem Ständer 1 in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters gehaltenen C-Bogen 2, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 mit Röntgenröhre und Kollimator, und ein Röntgenbilddetektor 4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind.
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Mittels des beispielsweise aus oben genannter
US 7,500,784 B2 bekannten Knickarmroboters, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen
2 beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel, indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler
3 und dem Röntgenbilddetektor
4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße angiographische Röntgensystem
1 bis
4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der C-Bogen-Ebene des Röntgenbilddetektors
4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors
4 schneidende Drehachsen.
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Der bekannte Knickarmroboter weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen 2 auf, welches um eine fünfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist.
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Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.
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Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist. Es können aber auch integrierende und eventuell zählende CMOS-Detektoren Anwendung finden.
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Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich auf einer Tischplatte 5 eines Patientenlagerungstisches ein zu untersuchender Patient 6 als Untersuchungsobjekt. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet (Bedienelemente sind beispielsweise nicht dargestellt). Die Röntgenbilder können dann auf Displays einer Monitorampel 9 betrachtet werden.
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Anstelle des in 1 beispielsweise dargestellten Röntgensystems mit dem Ständer 1 in Form des sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters kann, wie in 2 vereinfacht dargestellt, das angiographische Röntgensystem auch eine normale decken- oder bodenmontierte Halterung für den C-Bogen 2 aufweisen.
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Anstelle des beispielsweise dargestellten C-Bogen 2 kann das angiographische Röntgensystem auch getrennte decken- und/oder bodenmontierte Halterungen für den Röntgenstrahler 3 und den Röntgenbilddetektor 4 aufweisen, die beispielsweise elektronisch starr gekoppelt sind.
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Derartige Angiographiesysteme werden in dem Gebiet der Fluoroskopie-gesteuerten, interventionellen Reparatur von abdominalen Aortenaneurysmen eingesetzt.
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Ein abdominales Aortenaneurysma (AAA) ist eine Gefäßaussackung an der abdominalen Aorta. Behandelt wird dies durch Einsetzen eines Stent-Grafts. Über die beiden Leisten werden Führungsdrähte und Katheter in die Aorta eingebracht, über die ein oder mehrere Stent-Grafts, also Gefäßplastiken, eingebracht werden (siehe
3), wie sie beispielsweise in
Cardiology today, January 2011, Seite 36, unter "Product Guide: Guidewires" gezeigt sind. Ziel beim Einsetzen dieser Stent-Grafts ist es, die ”Landungszone” der Gefäßprothese so weit wie möglich im gesunden Gefäßwandbereich zu platzieren, dabei aber keine wichtigen Gefäßabgänge zu überdecken. Insbesondere sind die Abgänge der Nierenarterien, der oberen Eingeweidearterie (Arteria Mesenterica Superior), des Truncus c(o)eliacus, und der internen Beckenarterien (A. iliaca interna) freizuhalten. Ein sensibler Punkt ist das Absetzen des ”Hauptstents” in der Aorta, bei dem die genannten Gefäßabgänge nicht verschlossen werden dürfen. Bei komplexen Stents, die die Beinarterien mit umfassen, muss der endgültige Stent manchmal aus ”Teilstents” zusammengesetzt werden. Zum Beispiel wird an einen Aorten-Stent-Graft ein Stent-Graft für die Beinarterie ”angeflanscht”, wie dies noch nachfolgend beschrieben wird.
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Für diesen ”Flanschprozess” wird durch eine Öffnung im Hauptstent zunächst ein Führungsdraht eingeführt. Über diesen wird dann der Teilstent eingebracht und anschließend entfaltet, so dass er dicht in der Öffnung des Hauptstents verankert ist. Vor allem die Navigation des Führungsdrahtes in die enge Öffnung des Hauptstent kann problematisch sein, zumal die beiden Öffnungen nicht immer parallel zum Betrachter ausgerichtet sind. Üblicherweise sind sie um die Aortenachse verdreht, so dass sich die treffende Öffnung z. B. auch vom Betrachter aus hinter oder vor der anderen Öffnung befindet.
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Wünschenswert ist hier eine Angulation des Angiographiesystems, die die Öffnung entsprechend frei projiziert.
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Bisher erfolgt die Navigation des Drahtes unter den Standard-Angulationen, beispielsweise einer senkrechten a-p-Projektion. Mitunter werden durch ”Trial and Error” bessere Angulationen durch den Benutzer gefunden.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Angiographiesystem zur angiographischen Untersuchung eines Patienten und angiographisches Untersuchungsverfahren zur Untersuchung des Patienten der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass eine Angulation automatisch vorwählbar ist, die einzelne wichtige Details besser sichtbar macht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Angiographiesystem der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 und für ein angiographisches Untersuchungsverfahren durch die im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird für ein Angiographiesystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Systemsteuerungseinheit eine Vorrichtung vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist,
- – dass sie einen zum C-Bogen registrierten 3-D-Datensatz des Untersuchungsobjekts und die Information über den Verlauf des Untersuchungsobjekts erfasst,
- – dass sie daraus eine gewünschte und/oder optimale Angulation des C-Bogens berechnet und
- – dass sie die errechnete Angulation an die Systemsteuerungseinheit zur Einstellung des C-Bogens auf diese Angulation übermittelt.
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Dadurch wird auf einfache Weise erreicht, dass dem Benutzer eine automatisch vorwählbare Angulation angeboten wird, die einzelne wichtige Details im Röntgenbild besser sichtbar macht, da sie beispielsweise nicht von anderen Details verdeckt werden.
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Erfindungsgemäß berechnet die Vorrichtung die optimale Angulation des C-Bogens derart, dass sich die Details in den Röntgenbildern nicht verdecken.
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In vorteilhafter Weise kann die Vorrichtung die optimale Angulation des C-Bogens derart berechnen,
- – dass die Projektion senkrecht auf der Verbindungsachse der beiden Details sowie
- – senkrecht auf der Hauptachse des Untersuchungsobjekts steht.
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Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung als Informationen über den Verlauf des Untersuchungsobjekts
- – die Lage der Hauptachse des Untersuchungsobjekts in 3-D und
- – einen festen Punkt auf dem Untersuchungsobjekt außerhalb der Hauptachse, vorzugsweise die Position des wichtigeren Details, in 3-D erfassen.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der 3-D-Datensatz des Untersuchungsobjekts eine präoperative, zum C-Bogen registrierte CT-, MR-Angiographie oder eine intraoperative Rotationsangiographie zur Weichteildarstellung ist.
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Erfindungsgemäß kann die Information über den Verlauf des Untersuchungsobjekts durch Bestimmung der Centerline des Untersuchungsobjekts durch eine Segmentierung des 3-D-Datensatzes ermittelt werden.
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In vorteilhafter Weise kann das Untersuchungsobjekt ein Stent in einer Aorta sein, wobei die Details Öffnungen des Stents sein können.
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Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung ein Bedienelement aufweisen, mittels dessen die errechnete Angulation an die Systemsteuerungseinheit für den C-Bogen übermittelbar ist.
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Die Aufgabe wird für ein angiographisches Untersuchungsverfahren durch folgende Schritte gelöst:
- S1) Erfassung eines zum C-Bogen registrierten 3-D-Datensatzes des Untersuchungsobjekts,
- S2) Ermittlung des Verlaufs des Untersuchungsobjekts, das eine Hauptachse aufweist,
- S3) Auswahl eines Punktes auf dem Untersuchungsobjekt außerhalb der Hauptachse,
- S4) Auswahl zweier Punkte in einem Abstand auf der Hauptachse des Untersuchungsobjekts,
- S5) Ermittlung einer durch die Punkte gebildeten Ebene im Raum,
- S6) Berechnung der Senkrechten auf die Ebene als Angulation des C-Bogens,
- S7) Übermittlung der errechneten Angulation für den C-Bogen an die Systemsteuerungseinheit und
- S8) Einstellung der Angulation des C-Bogens über die Systemsteuerungseinheit.
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Erfindungsgemäß kann das Untersuchungsobjekt ein Stent in einer Aorta sein.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die gemäß Schritt S6) berechnete Angulation automatisch oder auf Knopfdruck an den C-Bogen übermittelbar ist.
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Erfindungsgemäß kann der auszuwählende Punkt auf einem Hauptstent außerhalb der Hauptachse gemäß Schritt S3) die Position der Stent-Öffnung im Raum sein.
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In vorteilhafter Weise kann die gesuchte Angulation des C-Bogens sowohl senkrecht auf der Hauptachse als auch senkrecht auf der Verbindungsachse zwischen zwei Öffnungen des Untersuchungsobjekts stehen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein bekanntes C-Bogen-Angiographiesystem mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung,
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2 eine abdominale Aorta mit einem Aortenaneurysma,
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3 die Aorta gemäß 2 mit eingeführtem Stent-Graft,
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4 eine Skizze zur Erläuterung des ”Anflanschens” eines Teilstents an den Hauptstent,
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5 eine vereinfachte Darstellung des Hauptstents aus einer für eine Navigation optimalen Sicht,
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6 eine Sicht auf den Hauptstent gemäß 5,
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7 eine weitere Sicht auf den Hauptstent gemäß 5,
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8 eine Erläuterung zur Berechnung der erwünschten Sicht auf die zu navigierende Öffnung und
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9 Details zu der Ebene A, B, C gemäß 8.
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In der 2 ist eine abdominale Aorta 11 dargestellt, die ein abdominales Aortenaneurysma (AAA) 12 aufweist. Ein abdominales Aortenaneurysma (AAA) 12 ist eine Gefäßaussackung an der abdominalen Aorta 11.
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Behandelt wird das Aortenaneurysma 12 durch Einsetzen eines Stent-Grafts, also einer Gefäßplastik, wie dies in 3 dargestellt ist. Dazu werden über die beiden Leisten durch die Beinarterien 13 Führungsdrähte 14 und Katheter 15 in die Aorta 11 eingebracht, über die die Stent-Grafts 16 eingebracht werden.
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Bei komplexen Stent-Grafts 16, die die Beinarterien 13 mit umfassen, muss der endgültige Stent manchmal aus ”Teilstents” zusammengesetzt werden, wobei zum Beispiel an einem Aortenstent als Hauptstent 17, der durch das AAA in eine der Beinarterien 13 ragt, durch ein sogenanntes Fenster ein Teilstent 18 für die andere Beinarterie 13 ”angeflanscht” wird.
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Nachdem der Hauptstent 17 eingebracht wurde, wie dies die 4 zeigt, wird durch eine Stent-Öffnung 19 im Hauptstent 17 ein Führungsdraht 14 eingeführt. Über diesen wird dann der Teilstent 18 (in dieser Figur nicht dargestellt) eingebracht, so dass er in dieser Stent-Öffnung 19 verankert werden kann.
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Vor allem die Navigation des Führungsdrahtes 14 in die enge Stent-Öffnung 19 des Hauptstents 17 kann problematisch sein, zumal die Stent-Öffnung 19 und eine weitere Öffnung 20 des Hauptstents 17 nicht immer so parallel zum Betrachter ausgerichtet sind, wie in der 4 dargestellt ist. Üblicherweise sind sie um die Aortenachse verdreht, so dass sich die treffende Stent-Öffnung 19 beispielsweise auch vom Betrachter aus hinter oder vor der anderen Öffnung 20 befindet.
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Wünschenswert für eine Navigation wäre nun eine Angulation des C-Bogens 2, die die Stent-Öffnung 19 möglichst ”frei projiziert” d. h. eine zu der 5 ähnliche ”Sicht” auf den Hauptstent 17 erlaubt.
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Prinzipiell würde dies durch eine Angulation erreicht, die, wie in den 6 und 7 gezeigt, zugleich
- • senkrecht auf einer Verbindungsachse 22 der beiden Öffnungen 19 und 20 steht, wie dies in 6 dargestellt ist, sowie
- • senkrecht auf der Hauptachse 23 des Hauptstents 17 steht, wie dies die 7 zeigt,
um projektive Verkürzungseffekte zu vermeiden. Die Sicht des Beobachters und damit die Ausrichtung des C-Bogens 2 werden durch die Pfeile 24 gekennzeichnet.
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Unter der berechtigten Annahme, dass bei einem in der Aorta 11 verankerten Hauptstent 17 die Centerline der Aorta 11 identisch mit der Hauptachse 23 des Hauptstents 17 ist, genügt zur Berechnung der optimalen Angulation zur erwünschten Sicht auf die zu navigierende Öffnung folgende Informationen:
- 1. Die Centerline der Aorta 11 in 3-D (also die Hauptachse 23 des Hauptstents 17) und
- 2. die Position der zu treffenden Öffnung 19 in 3-D.
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Während die Centerline der Aorta 11 über die Segmentierung des präoperativen CT-3-D-Datensatzes bekannt ist, wird die Position der zu treffenden Öffnung 19 über die Rückprojektion von zwei 2-D-Bildern bestimmt.
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Anhand der 8 und 9 wird nun die Berechnung der erwünschten Sicht auf die zu navigierende Öffnung 19 näher erläutert. Voraussetzung für eine Berechnung ist, dass die Hauptachse 23 des Hauptstents 17 sowie die Position der zu navigierenden Öffnung 19 mit einem Mittelpunkt C bekannt sind.
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Wählt man dann zwei Punkte A und B in sinnvollem Abstand auf der Hauptachse 23, so spannen die Punkte A, B und C eine Ebene 25 im Raum auf. Die gesuchte Angulation ist nun einfach die Senkrechte auf dieser durch die Punkte A, B und C gebildete Ebene 25.
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Zur Berechnung der erwünschten Sicht auf die zu navigierende Stent-Öffnung 19 ist in der Systemsteuerungseinheit 7 weiterhin eine Vorrichtung 10 vorgesehen, die aus den aus dem 3-D-Datensatz gewonnenen Informationen eine Angulation des C-Bogens 2 berechnet, bei der beispielshalber die zu navigierende Öffnung 19 im Aorten- oder Hauptstent 17 möglichst ohne Störeinflüsse durch andere Details, wie beispielsweise die zweite Öffnung 20 im Röntgenbild, darstellt wird. Hierzu werden auf der Längsachse des Aorten- oder Hauptstents 17, der Hauptachse 23, zwei Punkte A und B sowie ein fester Punkt auf dem Hauptstent 17 außerhalb der Hauptachse 23, vorzugsweise die Position der zu treffenden Stent-Öffnung 19, festgelegt. Auf dieser durch die Punkte A, B und C gebildeten Ebene wird die Senkrechte 26 ermittelt und die Abweichung der Senkrechten 26 von der Stellung des Röntgensystems 1 bis 4 ermittelt. Aufgrund dieser Abweichung wird dann ein Korrektursignal errechnet, das von der Systemsteuerungseinheit 7 in ein an das Röntgensystem 1 bis 4 geliefertes Steuersignal umgesetzt wird. Dieses Steuersignal kann automatisch freigegeben werden. Es kann aber auch erst nach Betätigung eines Bedienelements durch den Benutzer den C-Bogen 2 in die optimale Angulation bringen.
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Erfindungsgemäße Voraussetzung sind also ein zum C-Bogen 2 registrierter 3-D-Datensatz der Aorta 11 und die Information über den Verlauf der Aorta 11, beispielsweise deren Centerline, in diesem 3-D-Datensatz.
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Der 3-D-Datensatz kann beispielsweise
- – eine präoperative, zum C-Bogen registrierte CT- oder MR-Angiographie oder
- – eine intraoperative Rotationsangiographie zur Weichteildarstellung mit einem C-Bogen-System 2 bis 4, ein sogenanntes DynaCT, wie es in der US 7,734,009 B2 beispielsweise beschrieben ist,
sein. Die Centerline erhält man bekannterweise über eine Segmentierung des 3-D-Datensatzes.
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Mithilfe dieser Information soll nun eine Angulation des C-Bogens 2 berechnet werden, die eine möglichst ”freie” Sicht auf die zu navigierende Öffnung 19 im Aorten- oder Hauptstent 17 erlaubt.
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Diese ”freie” Sicht auf die zu navigierende Stent-Öffnung 19 wurde anhand der 5 bis 7 bereits erläutert. Gesucht ist eine Angulation bzw. Projektion des C-Bogens 2, die
- – senkrecht auf der Verbindungsachse 22 der beiden Stent-Öffnungen 19 und 20 steht (siehe Senkrechte 26 in 6), damit sich die beiden Stent-Öffnungen 19 und 20 nicht über- und/oder verdecken, sowie zugleich
- – senkrecht auf der Hauptachse 23 des Hauptstents 17 steht (siehe Senkrechte 26 in 7), um projektive Verkürzungseffekte zu vermeiden.
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Zur Berechnung der entsprechenden Angulation des C-Bogens 2 sind folgende Informationen ausreichend (8):
- – Die Lage der Hauptachse 23 (H) – also Längsachse – des Aorten- oder Hauptstents 17 in 3-D und
- – ein fester Punkt auf dem Hauptstent 17 außerhalb der Hauptachse 23, vorzugsweise die Position der zu treffenden Stent-Öffnung 19 in 3-D.
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Wie anhand der 8 und 9 verdeutlicht wird, kann aus diesen Informationen die gewünschte Angulation des C-Bogens 2 berechnet werden:
- – Wählt man zwei Punkte A und B in sinnvollem Abstand (beispielsweise ~||H – C||) auf der Hauptachse 23 des Hauptstents 17, so spannen die Punkte A, B und C eine Ebene 25 im Raum auf.
- – Die gesuchte ”Blickrichtung”, also die Angulation des C-Bogens 2, ist nun einfach die Senkrechte 26 auf die Ebene 25, da diese
• sowohl senkrecht auf der Hauptachse 23,
• als auch auf der Verbindungsachse 22 zwischen den zwei Öffnungen 19 und 20 steht (unter der Annahme, dass die Hauptachse 23 des Hauptstents 17 genau ”zwischen” den zwei Öffnungen 19 und 20 liegt).
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Um die Lage der Hauptachse 23 des Hauptstents 17 und des Mittelpunktes C zu erhalten geschieht folgendermaßen:
- – Da der Hauptstent 17 bereits in der Aorta 11 platziert wurde, entspricht die Hauptachse 23 einfach der Centerline der Aorta 11. Diese ist über die Segmentierung bekannt.
- – Der Mittelpunkt C kann einfach über Triangulation gewonnen werden:
• Der Benutzer nimmt zwei 2-D-Bilder des Hauptstents 17 unter verschiedenen Angulationen des C-Bogens 2 auf (beispielsweise a-p-Projektion (anterior-posterior) und RAO-Winkel (right anterior oblique) von 30°).
• In beiden Röntgenbildern wird die Stent-Öffnung 19 entweder automatisch erkannt oder durch den Benutzer markiert. Über die Rückprojektion der zwei 2-D-Röntgenbilder kann dann die 3-D-Position des Mittelpunktes C bestimmt werden.
- – Da nun die Lage von der Hauptachse 23 und die von dem Mittelpunkt C bekannt sind, kann das System automatisch
• zwei Punkte A und B auf der Hauptachse 23 auf einfache Weise ermitteln bzw. bestimmen und
• die Angulation des C-Bogens 2 senkrecht auf die Ebene 25 berechnen.
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Die einzige Benutzerinteraktion ist somit die Akquisition der zwei Röntgenbilder und eventuell das Markieren der Stent-Öffnung 19 in den Röntgenbildern. Die Berechnung der optimalen und/oder gewünschten Angulation erfolgt dann automatisch.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der durch die Vorrichtung 10 berechnete Angulationsvorschlag automatisch oder auf Knopfdruck an den C-Bogen 2 übermittelt werden kann.
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Die Lage der Ebene 25 beschreibt im Prinzip die Position und Lage des Hauptstents 17 in 3-D. Werden andere Angulationen als ”optimal” für die Lösung des Problems oder eines anderen Problems angesehen, beispielsweise eine Sicht, die beide Stent-Öffnungen 19 und 20 hintereinander bringt, so lassen sich auch diese entsprechend berechnen.
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Statt die Position der zu navigierenden Stent-Öffnung 19 zu bestimmen, kann auch jeder andere beliebige feste Punkt auf dem Hauptstent 17 außerhalb der Hauptachse 23 gewählt werden, dessen Lage zur Hauptachse 23 bekannt ist, beispielsweise die entsprechend andere Öffnung 19 des Stents oder ein Marker mit einer bekannten Position.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7500784 B2 [0001, 0003]
- US 7734009 B2 [0054]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Cardiology today, January 2011, Seite 36, unter ”Product Guide: Guidewires” [0011]
