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Die Erfindung betrifft einen Katheter mit einem Ultraschallsensor für eine IVUS-Untersuchung (IVUS – IntraVascular UltraSound). Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Abbilden eines Gefäßes, wie beispielsweise eines Blutgefäßes, mit einem Katheter, welcher hierzu in das Gefäß einzuführen ist. Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Bildgebungssystem.
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Die IVUS-Untersuchung ist eine medizinische Modalität, welche vom Inneren eines Blutgefäßes heraus eine Untersuchung der Innenseite des Blutgefäßes und von dessen Wandung ermöglicht. Hierzu kann an der in das Blutgefäß einzuführenden Katheterspitze eine Ultraschalleinheit angeordnet sein, die dazu ausgebildet ist, einen Ultraschall auszusenden und ein Echo des ausgesendeten Ultraschalls zu messen. Anhand des gemessenen Echos werden dann Bilddaten zu einem zweidimensionalen Querschnitt des Gefäßes erzeugt. In dem Querschnitt kann das den Katheter umgebende Blut, die Innenseite der Gefäßwandung und ggf. noch ein Teil der Wandung selbst erkannt werden. Die IVUS-Technologie wird bevorzugt in der Katheterbasierten interventionellen Untersuchung von Koronararterien eingesetzt. Sie bietet einem Arzt die Möglichkeit, Bilder zu der Arterienwandung von innerhalb des Gefäßes aus zu gewinnen, wodurch sich insbesondere Verengungen der Arterien (Stenosen) erkennen lassen. Nachteilig bei der IVUS-Technologie ist allerdings, dass dem Arzt nur örtlich sehr begrenzt ein Querschnitt des Blutgefäßes angezeigt wird. Hierdurch fällt es dem Betrachter schwer, sich einen Überblick zu verschaffen.
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Eine zweite Modalität zur Untersuchung von Blutgefäßen ist die Angiographie. Hierbei werden die Blutgefäße mittels eines Röntgengeräts durchleuchtet und so eine Projektion der Gefäße (Angiogramm) in Form von 2D-Bilddaten gewonnen. Unter 2D-Bilddaten sind hier und im Folgenden Daten zu verstehen, die zu einzelnen Bildpunkten oder Bildelementen (Pixel – Picture Elements) jeweils einen oder mehrere Farbintensitätswerte zu einem Grauwert bzw. zu einem Farbwert beschreiben.
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Um die Blutgefäße in der Projektion besser erkennen zu können, kann ein Kontrastmittel in die Blutgefäße injiziert werden. Mittels der Angiographie können zwar Projektionen von Blutgefäßen gewonnen werden, anhand derer sich die Struktur der Gefäße erkennen lässt. Nachteilig ist allerdings, dass Details beispielsweise von einzelnen Stenosen nicht mit derselben hohen örtlichen Auflösung wiedergegeben sind, wie es mittels der IVUS-Technologie möglich ist. Das Auflösungsvermögen angiographischer Systeme reicht hierzu nicht aus.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine genauere Untersuchung der Details von Gefäßen eines Körpers zu ermöglichen, insbesondere von Blutgefäßen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, einen Katheter gemäß Anspruch 9 sowie ein Bildgebungssystem gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhaft Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Verwendung eines Katheters mit einer Ultraschalleinheit, wie sie Eingangs beschrieben wurde. Um damit ein röhrenförmiges Objekt dreidimensional abzubilden, wird der Katheter entlang einer Bewegungsbahn, oder kurz Bahn, innerhalb des röhrenförmigen Objekts bewegt, also z.B. innerhalb eines Gefäßes eines menschlichen oder tierischen Körpers oder innerhalb von Poren in einem porösen Material oder innerhalb eines Rohrsystems. Zur anschaulicheren Darstellung der Erfindung sei im Folgenden angenommen, dass der Katheter durch ein Blutgefäß bewegt wird. Die Erfindung betrifft aber nur die Verarbeitung der Signale des Katheters. An mehreren unterschiedlichen Positionen entlang der Bahn werden dabei mit der Ultraschalleinheit Bilddaten eines Querschnitts des Gefäßes gewonnen. Hierzu kann die Bewegung des Katheters bei Bedarf unterbrochen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jedes Mal dann, wenn mittels der Ultraschalleinheit Bilddaten zu einem Querschnitt des Gefäßes gewonnen werden, zusätzlich zu den Bilddaten noch Positionsdaten zur aktuellen Position der Ultraschalleinheit erzeugt, also z. B. Koordinaten. Dies wird durch eine Lokalisationseinrichtung durchgeführt. Lokalisationseinrichtungen dieser Art sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Eine hierfür geeignete Lokalisationseinrichtung kann beispielsweise realisiert sein, indem ein Magnetsensor in den Katheter integriert ist, mittels welchem ein Magnetfeld gemessen wird, das von einer oder mehreren Quellen in einer Umgebung des Katheters und des zu untersuchenden Gefäßes erzeugt wird. Beispielsweise können in den Magnetsensor mehrere unterschiedlich orientierte Spulen angeordnet sein, mittels welchen die magnetische Feldstärke von magnetischen Wechselfeldern unterschiedlicher Quellen entlang unterschiedlicher Orientierungsrichtungen gemessen wird. Anhand der Messungen kann auf die Abstände zu den einzelnen Quellen rückgeschlossen werden und damit auf die Position des Magnetsensors. Bei bekanntem Abstand zwischen Magnetsensor und Ultraschallsensor können so Positionsdaten zur Position des Ultraschallsensors ermittelt werden.
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Als weiterer Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nun vorgesehen, aus den Bilddaten aller Querschnitte eine Volumengrafik zu erzeugen, in welcher die Querschnitte gemäß den Positionsdaten relativ zu einander angeordnet sind. Anschaulich gesprochen sind die scheibenartigen Querschnitte in der Volumengrafik aufeinandergestapelt, so dass sich wieder ein vollständiges Abbild des Gefäßes ergibt.
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Die Volumengrafik kann beispielsweise in Form von 3D-Bilddaten bereitgestellt sein. Hier ist unter 3D-Bilddaten ein Datensatz aus Daten zu einzelnen Volumenelementen (Voxel – Volume Element) des abgebildeten Volumens zu verstehen. Zu jedem Volumenelement kann hierbei ein Intensitätswert zu einem Grauton oder es können mehrere Intensitätswerte zu einem Farbton der Volumengrafik angegeben sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass durch das positionsrichtige Zusammenfügen der einzelnen Querschnitte zur einer Volumengrafik eine vollständige räumliche anatomische Struktur eines Blutgefäßes rekonstruiert werden kann. Die Volumengrafik stellt eine dreidimensionale Rekonstruktion des Blutgefäßes und der Umgebung desselben dar, also ein Volumenmodell. Die Abbildungsgenauigkeit entspricht dabei derjenigen, wie sie mittels der IVUS-Technologie erreicht werden kann.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zusätzlich zu den Positionsdaten jeweils für die Querschnitte auch Orientierungsdaten zu einer aktuellen räumlichen Orientierung des Ultraschallsensors erzeugt. Beispielsweise kann ein Normalenvektor zur Querschnittsebene ermittelt werden, in welcher der Querschnitt ermittelt wurde. In der Volumengrafik werden dann die Querschnitte nicht nur gemäß der zugeordneten Position angeordnet, sondern sie werden auch gemäß den Orientierungsdaten gegeneinander verkippt. Hierdurch kann auch ein gewundenes Blutgefäß mit einem gekrümmten Verlauf sehr genau abgebildet werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, in der Volumengrafik zwischen einzelnen Querschnitten 3D-Bilddaten zu Volumenelementen, zu denen keine Bilddaten eines Querschnitts existieren, zu interpolieren. Hierdurch dann auch dann ein vollständiges Volumenmodell eines Gefäßes aus den einzelnen, scheibenförmigen Querschnitten berechnet werden, wenn die Positionen der Querschnitte verhältnismäßig weit auseinanderliegen.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass aus den Positionsdaten der Querschnitte und/oder aus weiteren, zusätzlich erfassten Positionsdaten eine Mittellinie des Gefäßes, oder allgemein des Objekts, durch welches der Katheter bewegt wird, bestimmt wird. Eine solche Mittellinie (Englisch: center line) bietet eine wichtige Orientierungshilfe für die automatisierte Bildanalyse durch ein Bildanalyseprogramm, beispielsweise die Vermessung des Lumens des Gefäßes.
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Die mittels der Bilddaten aus der Ultraschalluntersuchung gewonnene Volumengrafik kann in vorteilhafter Weise auch dazu benutzt werden, fehlende Details in Bilddaten zu ergänzen, die mittels einer anderen Modalität, beispielsweise mittels einer Angiographie, erzeugt wurden. Hierzu sieht eine Ausführungsform des Verfahrens vor, durch eine vorbestimmte Projektionsvorschrift, beispielsweise einem Algorithmus für eine Vorwärtsprojektion, eine simulierte oder künstliche Projektion von zumindest einem Objekt der Volumengrafik zu erzeugen. Diese künstliche Projektion wird wieder durch 2D-Bilddaten beschrieben, ähnlich denjenigen eines Angiogramms selbst. Diese 2D-Bilddaten der Projektion des Objekts werden hier als 2D-Projektionsdaten bezeichnet.
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Als Objekt, das mittels der künstlichen Projektion abgebildet wird, kann die gesamte durch die Volumengrafik dargestellte anatomische Struktur zugrundegelegt werden. Es kann aber auch ein beispielsweise mittels einer Segmentierung isoliertes Blutgefäß oder aber auch nur die erwähnte Mittellinie (center line) sein. Die Projektion kann dabei mehrmals und zwar iterativ in der Weise erfolgen, dass eine Lage des zumindest einen Objekts solange verändert wird, bis sich die Projektion des Objekts mit der mittels der anderen Modalität gewonnenen weiteren Projektion desselben Objekts deckt. Es kann so beispielsweise in der Volumengrafik abgebildetes Blutgefäß mit einem Abbild desselben Blutgefäßes in einem Angiogramm in Deckung gebracht werden.
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Wird anstelle eines Gefäßes oder dergleichen nur die Mittellinie selbst projiziert, so ist diese natürlich nicht in der weitern Projektion, also beispielsweise bei einem Angiogramm, unbedingt vorhanden. Deshalb kann auch vorgesehen sein, beispielsweise die Projektion der Mittellinie mit einem anderen vorbestimmten Objekt aus der weiteren Projektion in Deckung zu bringen.
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Unter „in Deckung bringen“ wird im Zusammenhang mit der Erfindung verstanden, dass zwischen der künstlichen Projektion des Objekts aus der Volumengrafik einerseits und der weiteren Projektion aus der anderen Modalität andererseits ein Unterschied kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, also die Deckung zu einem vorbestimmten Maß vorliegt. Als Maß für die Deckung kann hierbei beispielsweise mittels einer Subtraktion der Intensitätswerte einzelner Bildpunkte eine Gesamtabweichung zur Summierung der Beträge der Differenzen oder der Differenzquadrate zugrundegelegt werden. Der iterative Algorithmus zum Steuern der Lageveränderung kann z.B. ein Minimum-Mean-Square-Error-Algorithmus sein.
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Durch diese Weiterbildung des Verfahrens ergeben sich für die 3D-Bilddaten der Volumengrafik Abbildungsparameter, durch welche beschrieben ist, wie Objekte in der Volumengrafik in ihrer Lage zu verändern sind, damit sich eine Projektion dieser Objekte ergibt, die mit der Projektion aus der anderen Modalität übereinstimmt. Hierdurch wird also eine 3D-2D-Registrierung der 3D-Bilddaten der Volumengrafik einerseits und der 2D-Bilddaten der anderen Modalität andererseits realisiert.
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Im Zusammenhang mit der Abbildung eines Koronargefäßes besteht eine weitere Schwierigkeit darin, dass sich die Form des Gefäßes mit dem Herzschlag ändert. Hierzu sieht eine Ausführungsform des Verfahrens vor, dass Aufnahmezeitpunkte, zu denen jeweils Bilddaten eines Querschnitts und die zugehörigen Positionsdaten gewonnen werden, durch ein Signal eines EKG-Geräts (EKG – Elektrokaridiogramm) festgelegt werden. Mittels des EKG-Geräts wird die Herzmuskelaktivität gemessen. Das Signal gibt somit an, zu welchen Zeitpunkten sich das Herz in welcher Phase seiner zyklischen Kontraktion befindet.
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Bevorzugt werden hier die Bilddaten zu allen Querschnitten in derselben Phase der zyklischen Herzmuskelbewegung gewonnen. Beim Zusammenfügen der Querschnitte zu der Volumengrafik ergibt sich dann in vorteilhafter Weise die Form des Gefäßes zu dieser Phase der Herzmuskelbewegung.
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Wie bereits Eingangs ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch ein Katheter, welcher einen Ultraschallsensor für eine IVUS-Untersuchung aufweist. Der Katheter weist zusätzlich eine Ortungseinheit auf, die dazu ausgebildet ist, mit einer externen Lokalisationseinheit ein Positionssignal auszutauschen, welches von einer Position der Ortungseinheit bezüglich der externen Lokalisationseinheit abhängig ist. Beispielsweise kann es sich bei der Ortungseinheit um den bereits beschriebenen Magnetsensor handeln, welcher das Magnetfeld misst, welches von der einzelnen oder dem mehreren magnetischen Quellen einer externen Lokalisationseinheit erzeugt wird. Je nachdem, an welcher räumlichen Position der Magnetsensor das Feld misst, weist dieses eine andere charakteristische Amplitude und/oder einen anderen Zeitverlauf und/oder eine andere Orientierung auf. Aus der gemessenen Eigenschaft des Feldes (Amplitude, Zeitverlauf, Orientierung) wird dann die Position und ggf. die Orientierung der Ortungseinheit bzgl. der externen Lokalisationseinheit bestimmt. Das Magnetfeld stellt hierbei das Signal dar. Auch eine elektromagnetische Ortung ist möglich. Die Ortungseinheit des Katheters kann auch als Sender für das Signal ausgelegt sein.
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Zu der Erfindung gehört schließlich auch ein Bildgebungssystem mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katheters und einer von dem Katheter verschiedenen Lokalisationseinheit, welche dazu ausgelegt ist, ein Positionssignal mit der Ortungseinheit des Katheters auszutauschen. Der Austausch erfolgt bevorzugt berührungslos, also z.B. mittels elektromagnetsicher oder magnetischer Signale. Auch eine optische Lösung ist möglich, wenn z.B. optische Marker an Katheter an einer Stelle angebracht sind, die nicht ins Gefäß eingeführt wird. Zu dem Bildgebungssystem gehört des Weiteren eine Auswerteinheit, die beispielsweise einen Computer umfassen kann. Die Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, Bilddaten von dem Ultraschallsensor des Katheters und zusätzlich zu den Bilddaten noch Positionsdaten zur aktuellen Position der Ortungseinheit von der Ortungseinheit und/oder von der externen Lokalisationseinheit zu empfangen. Die Auswerteeinheit ist des Weiteren dazu ausgelegt, aus den Bilddaten aller Querschnitte eine Volumengrafik zu erzeugen, in welcher die Querschnitte gemäß den Positionsdaten relativ zueinander angeordnet sind.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bildgebungssystems, welche Merkmale aufweisen, die bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wurden. Aus diesem Grund sind die Merkmale dieser Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bildgebungssystems hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden wird die Erfindung noch einmal genauer anhand von konkreten Ausführungsbeispielen erläutert. Dazu zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildgebungssystems,
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2 ein Blutgefäß, in welchem mittels des Bildgebungssystems Bilddaten zu Querschnitten des Blutgefäßes ermittelt werden,
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3 eine schematische Darstellung einer Volumengrafik, die mittels der Querschnitte erzeugt wurde,
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4 eine Skizze zur Veranschaulichung einer Angiographie, mittels welcher ein Angiogramm gewonnen wird,
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5 eine Skizze zu einer 3D-2D-Registrierung der Volumengrafik von 3 mit dem Angiogramm von 4, und
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6 ein Flussdiagramm zu einem Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
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Bei den im Folgenden erläuterten Beispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen und die beschriebenen Schritte des Verfahrens jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In 1 ist ein Bildgebungssystem 10 gezeigt, das einen Katheter 12, eine Lokalisationseinheit 14, eine Auswerteeinheit 16 und eine Anzeigeeinheit 20 aufweist. Das Bildbebungssystem 10 kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, von einem Blutgefäß in einem Körper eines Menschen oder eines Tieres ein dreidimensionales Modell, also ein Volumenmodel, zu erzeugen.
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Von dem Katheter 12 ist in 1 lediglich eine Spitze gezeigt, welche bestimmungsgemäß in ein zu untersuchendes Objekt, beispielsweise ein Blutgefäß, einzuführen ist. Die Spitze des Katheters 12 kann in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein. An dem Katheter 12 befinden sich an dessen Spitze eine Ultraschalleinheit 20 und zusätzlich aber auch eine Ortungseinheit 22.
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Die Ultraschalleinheit 20 kann in an sich bekannter Weise für eine IVUS-Untersuchung ausgestaltet sein. Hierzu kann sie eine Schallquelle für Ultraschall und einen akusto-elektrischen Wandler für eine Messung des Echos des Ultraschalls aufweisen. Der Ultraschall kann radial von der Oberfläche des Katheters 12 beispielsweise in radiale Richtungen 24, 26 abgestrahlt werden.
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Bei der Ortungseinheit 22 kann es sich beispielsweise um einen Magnetsensor handeln, welcher drei orthogonal zueinander angeordnete Zylinderspulen umfassen kann, mittels welchen eine Amplitude und eine Richtung eines Magnetfelds gemessen werden können. Ein solches Magnetfeld kann beispielsweise mittels dreier Quellen M1, M2 und M3 für ein magnetisches Feld erzeugt werden, welche Bestandteil der Lokalisationseinheit 14 sein können.
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Die Ultraschalleinheit 20 und die Ortungseinheit 22 können z.B. über Kabel 28 mit der Auswerteeinheit 16 verbunden sein. Die Auswerteeinheit 16 kann beispielsweise ein Computersystem sein. Die Auswerteeinheit 16 kann ein Ortungsmodul 30 und ein Grafikmodul 32 aufweisen.
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Das Ortungsmodul 30 ist dazu ausgelegt, Signale von der Ortungseinheit 22 über eines der Kabel 28 und ggf. auch Signale von der Lokalisationseinheit 14 zu empfangen und aus den empfangenen Signalen eine relative Lage der Ortungseinheit 22 bzgl. der Quellen M1, M2, M3 zu bestimmen. Anhand der ermittelten relativen Lage und anhand eines relativen geometrischen Versatzes der Ortungseinheit 22 zu der Ultraschalleinheit 20 wird durch das Ortungsmodul 30 die Position der Ultraschalleinheit 20 z. B. in einem Koordinatensystem der Lokalisationseinheit 14 berechnet und an das Grafikmodul 32 übermittelt. Hierdurch werden durch das Ortungsmodul 30 Positionsdaten 34 der Ultraschalleinheit 20 erzeugt.
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Die Ultraschalleinheit 20 überträgt über ein weiteres der Kabel 28 Bilddaten 36 an das Grafikmodul 32. Die Bilddaten 36 werden aus den empfangenen und durch die Ultraschalleinheit 20 gemessenen Echos des ausgesendeten Ultraschalls erzeugt.
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Anstelle der Lokalisationseinheit 14 und dem Lokalisationsmodul 30 kann auch ein in ein Angiographiesystem integriertes Lokalisationssystem für einen Katheter genutzt werden. Des Weiteren kann anstelle von magnetischen Quellen M1, M2, M3 auch eine andere Ortungstechnologie genutzt werden, die beispielsweise auf der Aussendung von elektromagnetischen Signalen beruhen kann. Entsprechend ist dann die Ortungseinheit 22 ein elektromagnetischer Empfänger. Der Ortungseinheit 22 kann auch ein Sender für Signale sein, die dann von der Lokalisationseinheit 14 empfangen und bezüglich der Position der Ortungseinheit 22 ausgewertet werden können.
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Durch das Grafikmodul 32 wird aus den Positionsdaten 34 und den Bilddaten 36 das Volumenmodell zu dem untersuchten Gefäß erzeugt und als Volumengrafik 38 abgespeichert. Die Volumengrafik 38 kann über die Anzeigeeinheit 18 beispielsweise einem Arzt angezeigt werden. Die Anzeigeeinheit 18 kann beispielsweise ein Bildschirm sein.
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Im Folgenden ist anhand von 2 und 3 erläutert, wie die Bilddaten 36 gewonnen werden und durch das Grafikmodul 32 auf Grundlage der Positionsdaten 34 und der Bilddaten 36 die Volumengrafik 38 erzeugt wird.
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In 2 ist das in dem zugrundeliegenden Beispiel mittels des Bildgebungssystems 10 untersuchte Blutgefäß 40 gezeigt. In 2 ist die Situation gezeigt, nachdem mittels des Katheters 12 die Bilddaten 36 und die Positionsdaten 34 gewonnen worden sind. Der Katheter 12 wurde entlang einer Spur oder eines Pfads oder einer Bahn 42 durch das Blutgefäß 40 bewegt. An mehreren unterschiedlichen Positionen 44 entlang der Bahn 42 wurden mittels der Ultraschalleinheit 20 zu einem Querschnitt 46 des Gefäßes 40 durch die Ultraschalleinheit 20 jeweils Bilddaten 36 erzeugt. In 2 sind die Querschnitte 46 jeweils als die Schnittmenge der Punkte veranschaulicht, die sich zwischen der Ebene, in welcher der Querschnitt 46 gewonnen wurde, und dem Blutgefäß 40 ergibt. In den Bilddaten eines jeden Querschnitts 46 ist das in dem Gefäß 40 um den Katheter 12 befindliche Blut, eine Innenoberfläche 48 des Gefäßes 40, eine Gefäßwand 50 des Gefäßes 40 selbst und ggf. auch ein Teil des die Gefäßwand 50 umgebenden Körpergewebes erkennbar.
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Durch die Ortungseinheit 22 werden zu den einzelnen Positionen 44 jeweils auch Signale erzeugt, aus welchen das Ortungsmodul 30 Positionsdaten 34 zu den Positionen 44 erzeugt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass aus den Signalen der Ortungseinheit 22 durch das Ortungsmodul 30 eine räumliche Orientierung 52 der Ortungseinheit 22 und damit der Ebene des Querschnitts 46 erzeugt werden. Diese können ebenfalls als Orientierungsdaten 54 von dem Ortungsmodul 30 zum Grafikmodul 32 übertragen werden. In 2 ist die räumliche Orientierung 52 jeweils durch einen Normalenvektor der Querschnittsebene repräsentiert.
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In 3 ist eine Volumengrafik 38 dargestellt, wie sie z. B. als 3D-Bilddatensatz digital vorliegen und durch das Grafikmodul 32 aus den Bilddaten 36, den Positionsdaten 34 und ggf. den Lokalisationsdaten 54 erzeugt worden sein kann. In der Volumengrafik 38 können die Querschnitte 46 als Scheiben aus Volumenelementen in der Weise relativ zueinander angeordnet sein, wie es sich aus den Positionsdaten 34 ergibt. Mit anderen Worten wurde die Position der Querschnitte 46 in der Volumengrafik 38 entsprechend den relativen Positionen 44 der Aufnahmepunkte entlang der Bahn 42 festgelegt. Zwischen den Querschnitten 46 können weitere Volumenelemente aus interpolierten 3D-Bilddaten eingefügt sein, sodass ein durchgängiges Abbild 50’ der Wandung 50 des Gefäßes 40 aus den Bilddaten 34 und den eingefügten Volumenelementen 46 in der Volumengrafik 38 bereitgestellt ist. Bestandteil der Volumengrafik 38 können auch Daten zu einem Verlauf einer Mittellinie 58 des Gefäßes 40 sein. Die Mittellinie 58 kann beispielsweise aus den Positionsdaten 54 zu den Positionen 44 oder auch aus weiteren Positionsdaten zur weiteren Positionen entlang der Bahn 42 gebildet sein.
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Die Volumengrafik 38 kann als eine Anzeigemöglichkeit auf der Anzeigeeinrichtung 18 einem Arzt dargestellt werden. Mittels der Volumengrafik 38 kann aber auch die Detailauflösung einer anderen Darstellung, z. B. eines Angiogramms, verbessert werden. Wie dies erreicht werden kann, ist im Folgenden anhand von 4 und 5 erläutert.
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4 zeigt ein Angiographiesystem 60, das einen C-Bogen 62 umfasst, an welchem an einem Ende eine (nicht näher dargestellte) Röntgenstrahlenquelle oder kurz Röntgenquelle 64 und an einem anderen Ende ein Röntgenbilddetektor 66, beispielsweise ein Flachdetektor, angeordnet sind. Mittels des Angiographiesystems 60 wird ein Angiogramm 68 erzeugt. Hierzu durchleuchtet die Röntgenquelle 64 einen Körper 70, beispielsweise den Körper eines Menschen, während in Adern 72 in dem Körper 70 ein röntgendichtes Kontrastmittel fließt. Die Röntgenstrahlen der Röntgenquelle 64 bilden einen Röntgenfächer 74 durch den eine zweidimensionale Projektion 72’ der Adern 72 auf dem Röntgenbilddetektor 66 erzeugt wird. Von dem Röntgenbilddetektor 66 daraus erzeugte 2D-Bilddaten 76 der Projektion der Adern 72 bilden das Angiogramm 68. Die 2D-Bilddaten 76 können beispielsweise an die Auswerteeinheit 76 übertragen werden.
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In 5 ist gezeigt, wie das Angiogramm 68 mit dem Volumenmodell 38 einer 3D-2D-Registrierung miteinander registriert werden. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, die Mittellinie 58 in einem interativen Verfahren durch Rotationen 78 und Translationen 80 in ihrer Lage bezüglich einer virtuellen Röntgenquelle 82 zu verändern und nach jeder Lageänderung eine zweidimensionale Projektion 58’ durch Simulieren einer Röntgenaufnahme mit der virtuellen Röntgenquelle 72 zu erzeugen. Auch eine Skalierung der Mittellinie 58 ist möglich, um die Größe ihrer Projektion 58’ anzupassen. Ein Verlauf der Projektion 58’ der Mittellinie 58 kann dann mit der Projektion 72’ der Adern 72 in dem Angiogramm 68 verglichen werden. Indem iterativ die Lage der Mittellinie 58 in der Volumengrafik 38 verändert und eine neue Projektion 58’ erzeugt wird, kann so eine Lage für die Mittellinie 58 ermittelt werden, bei welcher die Projektion 58’ der Mittellinie 58 und die Projektion 72’ der Adern in ihren Verläufen übereinstimmen. Anschließend kann dann das gesamte Volumenmodell 38 oder das Modell 50’ des Gefäßes 40 über eine weitere Projektion in das Angiogramm 68 dimensions- und lagerichtig eingeblendet werden. Dann werden in dem Angiogramm 68 auch diejenigen Details erkennbar, die mittels des Ultraschalls in dem Volumenmodell 38 sichtbar sind. Eine automatisierte Isolierung der 3D-Bildaten des Modells 50’ in der Volumengrafik 38 ist beispielsweise mittels einer Segmentierung möglich.
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Für einen Arzt ist das Bildgebungssystem 10 in Kombination mit dem Angiographen 60 beispielsweise in folgender Weise in einem Ablaufprotokoll (englisch: workflow) nutzbar. Ein solches Ablaufprotokoll kann beispielsweise in einem US-amerikanischen Krankenhaus von einem Arzt ausgeführt werden, der eine kardiologische Untersuchung an einem Patienten ausführen möchte und hierzu eine Koronararterie mittels des Katheters 12 und des Angiographen 60 untersuchen möchte. In diesem Fall ist das Gefäß 40 dann die Koronararterie.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte (siehe 6):
- S10) Erzeugen des Angiogramms 68 durch das Angiographiesystem 16 (ANGIO);
- S12) Einschieben des Katheters 12 in das Blutgefäß 40 (PUSH) und hierbei Erzeugen von Positionsdaten (LOC) entlang der Bahn 42 in dem Blutgefäß 40 und Erzeugen der Mittellinie 58;
- S14) Durchführen der 3D-2D-Registrierung der Mittellinie 58 mit dem Angiogramm 68 (wie im Zusammenhang mit 5 beschrieben);
- S16) Zurückziehen des Katheters 12 in dem Blutgefäß 40 entlang der Bahn 42 (PULLBACK) und hierbei bedarfsweise an den Positionen 44 die Bewegung unterbrechen;
- S18) An den Positionen 44 jeweils Gewinnen von Bilddaten 36 zu einem Querschnitt 46 mittels des Ultraschallsensors 20 und
- Erfassen von Positionsdaten zu den Positionen 44 mittels der Ortungseinheit 22;
- S20) Anzeigen der Volumengrafik 38 mittels der Anzeigeeinheit 18.
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Die Schritte S12 und S14 sind optional. Werden die Schritte S12 und S14 ausgeführt, so ist die Anzeige der Volumengrafik 38 als Überlagerung in dem Angiogramm 68 möglich.
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Die Volumengrafik 38 kann schrittweise aufgebaut werden, indem durch eine Wiederholung W1 nach der Gewinnung von Bilddaten 36 zu einem einzelnen Querschnitt 46 zunächst das Volumenmodell 38 in dem Schritt S20 um diesen Querschnitt 46 erweitert wird und anschließend in dem Schritt S16 das Rückziehen fortgesetzt wird. Es kann auch vorgesehen sein, zunächst die vollständige Volumengrafik 38 aus allen Querschnitten 46 zu erzeugen. Hierzu wird findet dann eine direkte Wiederholung W2 der Schritte S16 und S18 nach der Gewinnung eines jeden Querschnitts 46 statt, und erst nach Gewinnen aller Bilddaten 36 und den zugehörigen Positionsdaten 34 wird dann in den Schritt S20 die Volumengrafik 38 in einem einzelnen Berechnungsdurchgang durchgeführt.
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Durch die Beispiele ist gezeigt, wie durch die Kombination der IVUS-Technologie, der Angiographie und einem Navigationssystem für einen Katheter die Anatomie der Koronararterien im 3D-Raum rekonstruiert werden kann, indem die aktuellen Koordinaten des IVUS-Katheters ermittelt werden. Dadurch ermöglicht das vorgestellte System eine präzise, echtzeitfähige und automatisierte Registrierung zwischen IVUS-Bilddaten und Angiographie-Bilddaten, beispielsweise während einer interventionellen Rekanalisierung von Koronararterien.
