-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Computer-gestützte, adaptive Ablationsplanung bei einer minimalinvasiven Intervention.
-
In der Regel wird bei einer minimalinvasiven Intervention wie folgt vorgegangen:
- – Eine Ablationsprozedur wird geplant, z.B. verschiedene Nadel- bzw. Katheterpositionen, wie z.B. die Einstichtiefe, der Einstichwinkel und die Einstichstelle sowie der Pfad bzw. der Weg und die Orientierung bzw. die Richtung des einzuführenden Ablationsinstruments, z.B. eine Ablationsnadel bzw. -katheter, wird bestimmt. Außerdem ist der Zielpunkt des Abblationsnadel für die Nadelposition interessant.
- – Tumore erfordern normalerweise mindestens einen Einstich der Ablationsnadel, um vollständig zerstört zu werden.
-
Größere Tumore erfordern gewöhnlich mehrere Einstiche bzw. Positionen des Ablationsinstruments, wodurch verschiedene Ablationsbereichen hervorgehen, um einen Tumor zu zerstören. Dabei wird die Ablationsnadel in der Regel mehrere Male in das Gewebe eingeführt. Mit jedem Einstich in das Gewebe können Positionierungsfehler auftreten.
-
Positionierungsfehler eines einzelnen Nadeleinstiches können einen erheblichen Einfluss auf den gesamten Ablationsplan haben. Deshalb sollte es möglich sein, den Ablationsplan bei der gesamten Ablationssitzung anzupassen, wobei Anpassungen gemäß Informationen über Positionierungsfehler geschehen können, welche bei vorhergehenden Nadeleinstichen aufgetreten sind.
-
Normalerweise führt ein Arzt eine Ablationsnadel ein und entscheidet anhand von Echtzeit-Bildaufnahmen, z.B. Fluoroskopie-, Computertomographi-e bzw. Ultaschall-Aufnahmen, ob er die Nadel weiterhin tiefer einführen soll, oder ob er die Nadel in eine andere Position bringen muss. Um eine Ablationsnadel in eine neue Position zu bringen, wird sie aus dem Gewebe wieder herausgezogen und erneut eingestochen. Das erfordert weitere Patientenverletzungen und auch Bildüberwachungen, die in der Regel zu einer erhöhten Strahlenbelastung für den Patienten führen. Der Arzt entscheidet, ob er mit der aktuellen Position die Nadel tiefer einführt, obwohl die aktuelle Position von der geplanten Position bzw. vom gesamten Behandlungsplan abweicht bzw. das Behandlungsziel ändert.
-
Derzeit sind kaum Computer-gestützte, präinterventionelle Planungshilfen für Ärzte vorhanden. Ärzte planen die Ablationseinstiche mental und korrigieren ihre Entscheidung aufgrund ihrer Erfahrung und ihres Wissens.
-
Aus der
US 7,892,232 B2 ist eine Computer-gestützte, medizinische Behandlungsvorrichtung mit einem Ablationskatheter und einer Visualisierungseinrichtung zur gemeinsamen Darstellung des Ablationskatheters und der Anatomie eines zu behandelnden Körperteils eines Patienten bekannt, wobei die Visualisierungseinrichtung zur Erkennung von Risikobereichen des zu behandelnden Körperteils und zur Darstellung der Risikobereiche gemeinsam mit dem Ablationskatheter und der Anatomie ausgebildet ist. Diese Vorrichtung wird insbesondere bei Ablationen mit besonderen Risikobereichen eingesetzt. Ein solcher Risikobereich kann eine Oberfläche sein, die beispielsweise im Falle einer zu ablatierenden Speiseröhre definiert wird. Bei einer Herzklappe kann der Risikobereich durch einen bestimmten Punkt definiert werden. Im Bereich der Mündungen der Pulmonalvenen kann der Risikobereich auch eine dreidimensionale Oberfläche sein. Gerade wenn Gewebe verödet werden soll, ist besondere Vorsicht geboten, den Patienten an den oben genannten Risikobereichen nicht zu verletzen.
-
Bei Ablationen eines größeren Tumors spielt die oben genannte und schon bekannte „Signalisierung“ des Risikobereichs nur eine sehr untergeordnete Rolle. Vielmehr kommt es auf den mit der Ablation zu erzielenden Behandlungserfolgs an. Die Unsicherheit des Ablations- bzw. Behandlungserfolgs steigt aufgrund der Tatsache, dass verschiedene Nadeleinstiche notwendig sind, die mit einer nicht hohen Genauigkeit durchgeführt werden können und deshalb oft zu weniger erfolgreichen Behandlungsergebnissen führen. Während bei einer kleinen Läsion (< 3 cm) die Heilungsrate steigt, bleibt die Heilungsrate gering bei größeren Läsionen.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zu einer möglichst genauen Ablationsplanung insbesondere bei der Tumorbehandlung anzugeben.
-
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung sowie einem Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
-
Erfindungsgemäß wird ein Ablationsplan zur Verfügung gestellt, welcher ein oder mehrere Ablationsnadelpositionen umfasst, sowie eine Möglichkeit, aus den Nadelpositionen hervorgehende Ablationsbereiche bzw. Ablationspläne miteinander zu vergleichen.
-
Die Erfindung sieht in einer Ausführungform folgende Schritte vor:
- 1) Gegeben sei ein Ablationsplan mit mehreren geplanten (index p) Nadelpositionen P1p, P2p, ... Pnp (in der nachstehend beschriebenen 1 mit P2 bezeichneten Position). Eine Nadelposition ist in der Regel gegeben durch einen Zielpunkt und eine Nadelorientierung.
- 2) Nach Positionierung der ersten tatsächlichen (aktuellen, Index a) Nadelposition P1a (in der 1 mit P1 bezeichnet) wird eine Kontrollaufnahme gemacht.
- 3) Zu Entscheiden ist:
a) Entweder liegt die Abweichung ||P1p – P1a||, bzw. die Abweichung der resultierenden Ablationsbereiche, unterhalb eines Grenzwertes S. Dann führt der Arzt die Ablationsnadel mit Position P1a sowie den Folgepositionen P2p, ... Pnp weiter wie geplant.
b) Oder die Abeichung liegt über dem Grenzwertwert S. Dann hat der Arzt zwei Möglichkeiten:
b1) Neupositionierung der Nadel zu P1aneu. Das ist aber mit einer hohen Invasivität verbunden und möglichst zu vermeiden.
b2) Es wird die Ablation mit der Nadelposition P1a fortgesetzt. Dann müssen aber alle nächsten Nadelpositionen P2p, ... Pnp erneut geplant werden, mit der Vorbedingung, dass schon eine Ablation an der Nadelposition P1a durchgeführt wurde.
-
Daraus resultieren neue Folgepositionen P2pneu, ... Pnpneu. Dasselbe kann dann für alle weiteren Nadelpositionen wiederholt werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Visualisierungseinrichtung zur kontinuierlichen Darstellung ausgebildet ist. Dementsprechend werden permanent die Position des Ablationsinstruments bzw. -katheters und die Ablationsbereiche für den Benutzer dargestellt. Es kann auch gleichzeitig die Anatomie des Patienten visualisiert werden. Durch diese Visualisierung in Echtzeit wird kontinuierlich ein aktuelles Abbild des zu behandelnden Zielbereichs bzw. des Ablationsbereichs geschaffen, wodurch die Gefahr von Fehlablationen verringert wird.
-
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Echtzeitdarstellung der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung auf intraprozeduraler 2D-Bildgebung oder präprozeduraler 3D-Bildgebung beruht. Bevorzugt wird allerdings der Einsatz von intraprozeduraler 3D-Bildgebung. Sofern präprozedurale 3D-Bildgebung eingesetzt wird, so kann diese auf einer Computertomographieuntersuchung und/oder einer Magnetresonanzuntersuchung und/oder einer Röntgen-Rotationsangiographieuntersuchung beruhen. Präprozedurale 3D-Bildgebung wird vorzugsweise bei relativ bewegungsinvarianten Strukturen bzw. Körperregionen bzw. -organen eingesetzt.
-
Die Visualisierungseinrichtung der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung kann zur Durchführung einer Bildregistrierung und/oder Bildfusion der Darstellung des Ablationskatheters und der Ablationsbereiche und gegebenenfalls der Anatomie des zu behandelnden Körperteils ausgebildet sein. Dadurch können sowohl 2D-Daten mit 3D-Daten registriert werden als auch präprozedurale Bilddaten mit intraprozeduralen Bilddaten.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, dass die Vorrichtung, die einen solchen Ablationsplan bereitstellen kann, Mittel bzw. Module zur Durchführung eines nachstehend beschriebenen Betriebsverfahrens aufweist, die jeweils hardwaremäßig und/oder softwaremäßig bzw. als Computerprogrammprodukt ausgeprägt sein können.
-
Die Vorrichtung kann in einer Rechnereinheit implementiert sein.
-
Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer medizinischen Behandlungsvorrichtung mit einem Ablationsinstrument und einer Visualisierungseinrichtung zur gemeinsamen Darstellung des Ablationsinstruments und eines geplanten Ablationsbereichs eines zu behandelnden Zielbereichs, z.B. ein Tumor im Körper eines Patienten.
-
Das Verfahren kann wie die Vorrichtung entsprechend weitergebildet werden.
-
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 schematisch eine Ablationsprozedur,
-
2 zeigt schematisch den Aufbau einer medizinischen Behandlungsvorrichtung.
-
Dargestellt ist in 1 ein Tumor T in einem zu behandelnden Körperbereich eines Patienten. Ebenso ist ein Ablationskatheter 7 gezeigt, der mit seiner Spitze an verschieden Stellen P1 bzw. P2 in das Gewebe des Patienten eingeführt werden kann und mit dem der Tumor durch Verödung bzw. Bestrahlung von Gewebe behandelt werden kann.
-
Durch die Behandlungsvorrichtung werden eine Registrierung und anschließend eine Bildfusion durchgeführt, um die verschiedenen Bilddaten bzw. Repräsentationen zu kombinieren. Dazu werden mögliche Registrierungsverfahren für eine 2D-3D-oder eine 3D-3D-Registrierung eingesetzt. Der Benutzer kann die aktuelle Position des Ablationskatheters 7 relativ zur zuvor mittels der vorstehend erwähnten Bildgebung bestimmten und geplanten Position erkennen und möglichst in der Nähe der geplanten Position entsprechend ablatieren. Sofern es medizinisch sinnvoll erscheint, kann er die Ablation auch an einem etwas verschobenen Ort durchführen oder gar nicht ablatieren.
-
Da bei der in 2 gezeigten Behandlungsvorrichtung 11 für die Bildgebung, Registrierung, und Ablationsplanung sowie der Distanzberechnung zwischen aktueller Katheter z.B. P1 und geplanter Katherposition z.B. P2, die Interaktion verschiedener medizintechnischer Geräte und Komponenten eingesetzt werden, umfasst die Behandlungsvorrichtung 11 eine als Datenbus oder drahtlos ausgebildete Kommunikationsschnittstelle 12, über die Informationen zwischen den verschiedenen beteiligten medizintechnischen Geräten oder Komponenten, die bei Ablationsprozeduren verwendet werden, ausgetauscht werden. Diese Informationen oder Nachrichten werden synchron oder asynchron übertragen und enthalten Statusmitteilungen, möglicherweise EKG-Informationen, 2D- oder 3D-Informationen über anatomische oder bildbasiert ermittelte Merkmale oder Positionen bzw. Orientierungen von Instrumenten, Registrierungsinformationen zum Abgleich und zur Registrierung geräteinterner Koordinatensysteme oder geräteinterner Konfigurationsinformationen.
-
Um die kontinuierliche gemeinsame Visualisierung des zu therapierenden Tumors und der Position des Ablationskatheters 7 zu erzielen, ist als eine Visualisierungseinrichtung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Echtzeit-Bildgebung 14 vorgesehen, die and die Kommunikationsschnittstelle 12 angeschlossen ist. Daneben sind der Ablationskatheter 7 und ein elektrophysiologisches Rekording-System 13, das unter anderem EKG-Informationen liefern kann, über die Kommunikationsschnittstelle 12 miteinander vernetzt.
-
Durch die Behandlungsvorrichtung wird der Benutzer während einer Ablationsprozedur fortlaufend über die Distanz der aktuellen Position des Ablationskatheters 7 und der geplanten Position informiert. Gegebenenfalls werden durch die Vorrichtung automatisch Vorsichtsmaßnahmen ergriffen, wodurch die Ablation in möglichen Fehlpositionen verhindert oder eingeschränkt wird. Auf diese Weise wird das Risiko von Fehlpositionen bei Ablationsprozeduren verringert.
-
Es wird eine Positionsüberwachung durch mittels der Bildgebung 14 akquirierten Bilder durchgeführt. Wenn die Nadel an der korrekten Position, die zuvor durch die Planung berechnet worden ist, eingeführt wird, können eventuell Fehler während der Intervention geschehen. Die Bildaufnahmen werden dazu benutzt, um Fehler bzw. Abweichungen von der zuvor geplanten idealen Nadelposition zu entdecken bzw. vorherzusehen. Wenn ein solcher Fehler auftritt, kann der Arzt erkennen, inwieweit dieser Fehler einen Einfluss auf seinen Behandlungserfolg haben wird oder ob er die Behandlungsprozedur fortfahren bzw. abbrechen soll. Demnach sieht die Erfindung vor, Nadelpositionsfehler zu erkennen und den Weg der Nadel entsprechend dieses Fehlers anzupassen.
-
Gemäß der oben beschriebenen Figur sieht die Erfindung folgendes Vorgehen vor:
- 1. Die aktuelle Position der Ablationsnadel bzw. des Ablationskatheters wird nach dem Einstich ggf. durch Messung und Extraktion bestimmt.
- 2. Es wird der Ablationsbereich und das zu behandelnde Gewebe für die gemessene aktuelle Nadelposition erneut berechnet. Dies umfasst die Berechnung eines Ablationsbereichs, der eine einzelnen Nadelposition bzw. einen aus der Nadelposition hervorgehender Ablationsbereich sowie den gesamten Ablationsbereich umfassen kann, welcher aus der Abweichung vom Behandlungsplan resultiert.
- 3. Berechnung der Abweichung bzw. der Abstand bzw. des „Deltas“ zur geplanten Nadelposition.
- 4. Optional ist möglich: Interaktiver bzw. automatischer Vergleich des Originalplans mit dem neu errechneten Behandlungsplan, wobei die Ablationsbereiche gemäß des originalen bzw. des erneut berechneten Plans voneinander abgezogen werden, um deren Differenz zu bestimmen. Basierend auf den erneut berechneten Ergebnissen und den Vergleich mit dem Originalplan kann der geplanten und/oder der mit der aktuellen Nadelposition zu erreichende Ablationserfolg dargestellt werden. Um einen optimaleren Ablationserfolg zu erzielen ist es möglich, dass eine erneute Planung bzw. ein Vorschlag bereitgestellt wird, wie die aktuelle Position des Ablationsinstruments korrigiert bzw. das Ablationsinstrument neu positioniert werden kann.
-
Es können folgende Konsequenzen gezogen werden:
- – der Arzt kann beurteilen, ob ein Positionierungsfehler einen Einfluss auf die Behandlung haben wird.
- – Aufgrund dieser Information kann der Arzt entscheiden, ob er die Nadel fortführen wird oder ob er sie erneut in das Gewebe einstechen muss, wobei ein neuer Plan errechnet wird und ihm Vorschläge für die verbleibenden Nadelpositionen gemacht werden.
- 5. Wenn notwendig, passt der Arzt den Pfad, den entlang er die Nadel führen möchte, anhand der Differenz zwischen der geplanten und des schon behandelten Gewebes während der vorhergehend durchgeführten Ablationsschritte an. Mögliche Planänderungen sind Anpassungen der Zielposition bzgl. der Nadelspitze bzw. die Einstichtiefe bzw. der Einstichpunkt auf der Hautoberfläche eines Patienten.
-
Um eine Verletzungen des Patienten durch Fehleinstiche zu vermeiden, kann es bei der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung vorgesehen sein, dass bei einer Überschreitung eines Grenzwertes hinsichtlich der Abweichung der aktuellen Position des Katheters und der geplanten Position ein Warnsignal ausgegeben wird. Dafür ist es günstig, dass der Abstand zwischen der aktuellen und der geplanten Position kontinuierlich in Echtzeit berechnet wird.
-
Es ist auch möglich, dass die vorstehend erwähnte Differenz zwischen der geplanten und des schon behandelten Gewebes als Maßstab für die Festlegung eines solchen Grenzwertes herangezogen wird. Bei Überschreitung des Grenzwertes kann ein optisches und/oder akustisches und/oder taktiles Warnsignal ausgegeben werden. Dieses Warnsignal versetzt den Benutzer in die Lage die Ablationsprozedur zu verlangsamen, ganz abzubrechen oder an einem anderen Ort durchzuführen. Besonders bevorzugt wird ein akustisches und/oder taktiles Warnsignal, das vom Benutzer besonders leicht wahrgenommen werden kann.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Intensität des Warnsignals in Abhängigkeit des Abstandes zwischen aktueller und geplanter Position des Katheters bzw. der Nadel veränderbar ist. Auf diese Weise wird ein progressives Warnsignal erhalten, wobei sich bei einem akustischen Warnsignal beispielsweise die Lautstärke mit zunehmendem Abstand erhöht. Auf ähnliche Weise kann die taktile Rückmeldung bei zunehmendem Abstand stärker werden.
-
In der Regel können bei der Berechnung des Ablationsbereichs Erfolgszonen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit angegeben und ggf. visuell bzw. akustisch dargestellt werden. Um einen Grad einer Grenzüberschreitung anzugeben, können diese Wahrscheinlichkeiten herangezogen werden. Es ist denkbar, dass in Abhängigkeit eines Grades der Grenzwertüberschreitung die Funktion des Ablationskatheters beeinflussbar ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
