DE102012217268A1

DE102012217268A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation

Info

Publication number: DE102012217268A1
Application number: DE201210217268
Authority: DE
Inventors: Jan Boese; Thomas Redel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2013-09-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt Verfahren (1) zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation, wobei das Verfahren (1) wenigstens folgende Verfahrensschritte umfasst: – Entgegennahme eines 3D-Datensatzes (90), der einen Gefäßabschnitt (60) eines Zielbereiches (27) eines Untersuchungsobjektes (26) umfasst; – Bestimmung eines Durchmesserverlaufs (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26); – Entgegennahme einer ersten Stentposition (63) innerhalb des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26); – Bestimmung eines Planungswertes, wobei in die Bestimmung des Planungswertes wenigstens die erste Stentposition (63), eine vorgebbare Abhängigkeit (50) einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser, und der Durchmesserverlauf (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) eingehen; – Visualisierung des Planungswertes. Weiter umfasst die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung (10) zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation.
Unter einem Stent, zu Deutsch etwa Gefäßstütze, versteht man im Allgemeinen ein medizinisches Implantat, das in ein Hohlorgan eines menschlichen oder tierischen Patienten eingebracht werden kann, um einen dortigen Defekt zu beheben. Stents werden unter anderem bei Verschlüssen oder Verengungen eines Gefäßes eingesetzt und sollen von innen das Gefäß schienen und offen halten. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz von Stents zur Therapierung pathologischer Veränderungen eines Gefäßabschnitts, beispielsweise in Form eines Aneurysmas, von Interesse. Ein Aneurysma ist eine krankhafte, örtlich begrenzte, häufig sackartige Erweiterung eines Gefäßes. Ein Aneurysma kann insbesondere in einem Blutgefäß im Bereich des Gehirns oder des Herzens auftreten, jedoch ist das Auftreten eines Aneurysmas im Allgemeinen nicht auf eine spezielle Körperregion begrenzt. Die klinische Bedeutsamkeit eines Aneurysmas, welches beispielsweise im Gehirn lokalisiert ist, besteht insbesondere aufgrund der Gefahr einer Ruptur, also einer Riss- oder Bruchbildung, die beispielsweise zu Einblutungen und Thrombosen führen kann. Die Dynamik des Blutflusses in einem Aneurysma wird in der heutigen Medizin häufig als ein wichtiger Faktor für die Pathogenese des Aneurysmas, also für dessen Entstehung und Entwicklung, erachtet. Zur gezielten Beeinflussung des Flusses einer Flüssigkeit, z.B. einen Blutstroms, werden sogenannte Flow Diverter eingesetzt, durch die beispielsweise der Einstrom in und der Ausstrom aus einem Aneurysma unterbunden werden soll, ohne dabei Seitenäste eines Gefäßes zu überdecken und dabei zu verschließen. Flow Diverter können auch zu der Familie der Stents gezählt werden.
Die Grundform eines Stents umfasst meist ein kleines Gittergerüst in Röhrchenform aus Metall oder Kunststofffasern. Stents im Bereich der Koronargefäße werden häufig als Koronarendoprothesen bezeichnet.
Zur Planung von beispielsweise einer intrakraniellen, d.h. innerhalb der Schädelhöhle angeordneten, Stentimplantation kann eine geplante Position eines Stents, basierend auf einem 3D-Modell eines Gefäßabschnittes, vorausberechnet und als sogenannter virtueller Stent in diesem Modell angezeigt werden. Darüber hinaus kann dieser virtuelle Stent Durchleuchtungs- oder Fluoroskopiebildern überlagert werden, so dass die tatsächliche Positionierung und Implantation des realen Stents damit unterstützt werden kann. Typischerweise wird dazu ein Modell des Stents, der virtuell implantiert werden soll, ausgewählt, und an einer vorgegebenen Stelle virtuell expandiert, z.B. bis er dem lokalen Gefäßdurchmesser entspricht. Der nominale Stentdurchmesser wird dabei üblicherweise so gewählt, dass er mindestens dem Gefäßdurchmesser entspricht, meist jedoch wird er größer gewählt. Die nominale Länge ist durch die Wahl des Stents vorgegeben und wird bei der virtuellen Implantation nicht verändert. Die effektive Länge eines sich expandierenden Stents wird aber neben der Nominallänge, z.B. bei Nominaldurchmesser, vom effektiven, lokalen Stentdurchmesser bestimmt. Wird der Stent nur teilweise expandiert, d.h. der Gefäßdurchmesser ist zum Beispiel kleiner als der nominale Stentdurchmesser, resultiert dies im Allgemeinen in einer Verlängerung der Stents gegenüber der Nominallänge. Dies kann jedoch kritisch werden, wenn ein verlängerter Stent entgegen der Planung ein Seitengefäß verschließt, was zu großen Problemen bei dem Patienten führen kann.
In der klinischen Praxis wird durch Angabe der Korrelation der Stentlänge und des Stentdurchmessers in Datenblättern bislang nur eine grobe, manuelle Abschätzung der effektiven Stentlänge ermöglicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein gegenüber der heutigen klinischen Praxis verbessertes Verfahren zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation anzugeben. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der das verbesserte Verfahren zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation durchgeführt werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Patentanspruchs und einer Vorrichtung zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Patentanspruchs.
Der Grundgedanke der Erfindung ist ein Verfahren zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation. Das Verfahren umfasst wenigstens folgende Verfahrensschritte:

– Entgegennahme eines 3D-Datensatzes, der einen Gefäßabschnitt eines Zielbereiches eines Untersuchungsobjektes umfasst;
– Bestimmung eines Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes;
– Entgegennahme einer ersten Stentposition innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes;
– Bestimmung eines Planungswertes, wobei in die Bestimmung des Planungswertes wenigstens die erste Stentposition, eine vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes eingehen;
– Visualisierung des Planungswertes.

Ein wesentliches Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die lokale Längenänderung bei einer Expansion eines Stents bei einer Implantation zu berücksichtigen und in die Planung und Führung einzubeziehen. Dies ist insbesondere auch bei der Implantation von Flow Divertern bei der Behandlung von Aneurysmen wichtig. Die vorgeschlagene Lösung ist für die Behandlung von Stenosen, Aneurysmen und ähnlichen Erkrankungen anwendbar, bei denen Stents, Stent Grafts, Flow Diverteren oder vergleichbare Implantate eingesetzt werden.
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein 3D-Datensatz, der einen Gefäßabschnitt eines Zielbereiches eines Untersuchungsobjektes umfasst, entgegengenommen, akquiriert, bezogen oder in einen Speicher eines Rechen- und Steuermittels, z.B. eines Computers, geladen. Bei dem Untersuchungsobjekt kann es sich zum Beispiel um einen Menschen oder um ein Tier handeln. Durch Computertomographie, CT, Magnetresonanztomographie, MR, oder ein anderes, räumliches bildgebendes Verfahren kann ein 3D-Datensatz, der ein räumliches Bild repräsentiert, gewonnen werden. Eine weitere Möglichkeit, einen 3D-Datensatz zu gewinnen, besteht darin, ein Röntgengerät zu verwenden. Durch eine geeignete Serie von Röntgenaufnahmen aus verschiedenen Richtungen rund um das Untersuchungsobjekt ist nach dem Stand der Technik ein räumliches Bild berechenbar. Dieses Aufnahmeverfahren von CT-ähnlichen 3D-Bildern ist auch unter dem Namen 3D-Rotationsangiographie bekannt. Der 3D-Datensatz umfasst wenigstens einen Gefäßabschnitt eines Zielbereiches. Beispielsweise kann der Zielbereich der Kopfbereich sein, in dem als Gefäßabschnitt ein Abschnitt eines Blutgefäßes angeordnet ist, das ein Aneurysma aufweist, das durch eine Stentimplantation therapiert werden soll. Vorzugsweise ist der 3D-Datensatz, z.B. mit Hilfe eines Segmentieralgorithmus, segmentierbar oder er ist bereits segmentiert. Segmentierung ist ein gängiges Verfahren in der medizinischen Bildverarbeitung. In diesem Zusammenhang kann darunter das Freistellen eines anatomischen Objektes, z.B. des Gefäßabschnittes, von umgebendem Gewebe, Knochen und anderen, nicht zu dem anatomischen Objekt zugehörigen Bildbestandteilen verstanden werden. Ein einfaches Segmentierungsverfahren ist z.B. ein Schwellwertverfahren.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes bestimmt oder berechnet. Die Bestimmung eines Durchmessers eines Gefäßes, das in einem 3D-Datensatz enthalten ist bzw. das in einem 3D-Datensatz segmentiert vorliegt, ist ein an sich bekanntes Verfahren der medizinischen digitalen Signalverarbeitung. Vorteilhaft geht dabei eine Berechnung einer Mittellinie, engl. Centerline, die die senkrechte Ausrichtung der Mess- oder Stützebenen gegenüber dem Gefäß ermöglicht, ein. Im betrachteten Gefäßabschnitt wird so der Gefäßdurchmesser entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes bestimmt oder gemessen. Bei einem Querschnitt, der von einer idealen Kreis- bzw. Kreisscheibenform abweicht, kann, z.B. von einer Bedienperson, vorgeben werden, ob der Maximaldurchmesser, der minimale Durchmesser, ein mittlerer Durchmesser oder, bei stark unsymmetrischem Querschnitt, ein flächenbezogener Durchmesser oder ein Flächenschwerpunkt verwendet wird.
In einem dritten Verfahrensschritt wird eine erste Stentposition innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes entgegengenommen. Die Entgegennahme kann beispielsweise durch eine Eingabe mit einem Eingabemittel, z.B. mit einer Computermaus an einem Grafikarbeitsplatz, der den Gefäßabschnitt auf einem Monitor darstellt, erfolgen. Die Stentposition kann ein Fixpunkt des Stents sein, der die geplante Lage des Stents bezüglich des Gefäßabschnitts definiert. Vorzugsweise definiert die Stentposition ein vorgebbares Ende des Stents in dem Gefäßabschnitt, so dass auch die Ausrichtung des Stents im Gefäßabschnitt bekannt ist.
In einem vierten Verfahrensschritt wird ein Planungswert bestimmt. In die Bestimmung des Planungswertes gehen wenigstens die erste Stentposition, eine vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes ein. Das bedeutet, dass der Planungswert wenigstens eine Funktion der ersten Stentposition, die die geplante Lage des Stents beschreibt, einer vorgebbaren Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser, und dem Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts, ist.
In einem vierten Verfahrensschritt wird der Planungswert visualisiert. Abhängig von der Art des Planungswertes kann der Planungswert zum Beispiel auf einem Computermonitor ausgegeben oder bildlich dargestellt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Planungswert eine effektive Stentlänge. Das Verfahren umfasst in dieser Weiterbildung wenigstens folgende Verfahrensschritte:

S1) Entgegennahme eines 3D-Datensatzes, der einen Gefäßabschnitt eines Zielbereiches eines Untersuchungsobjektes umfasst;
S2) Bestimmung eines Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes;
S3) Entgegennahme einer ersten Stentposition innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes;
S4) Bestimmung der effektiven Stentlänge, wobei in die Bestimmung der effektiven Stentlänge wenigstens die erste Stentposition, eine vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser eines vorgebbaren Stents, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes eingehen;
S5) Visualisierung der bestimmten effektiven Stentlänge.

In dieser Weiterbildung der Erfindung ist der Planungswert, der mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wird, eine effektive Stentlänge. Unter einer effektiven Stentlänge kann eine Stentlänge verstanden werden, die ein vorgebbarer Stent aufweisen würde, wenn er tatsächlich in einer vorgebbaren Position in einen vorgebbaren Gefäßabschnitt eines Zielbereiches eines Untersuchungsobjektes implantiert werden würde. Die ersten drei Verfahrensschritte der Weiterbildung entsprechen dem vorangehend beschriebenen ersten, zweiten und dritten Verfahrensschritt. In Verfahrensschritt S4 wird als Planungswert die effektive Stentlänge bestimmt. In die Bestimmung der effektiven Stentlänge gehen wenigstens die erste Stentposition, eine vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser eines vorgebbaren Stents, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes ein. Im letzten Verfahrensschritt wird der Planungswert, d.h. in dieser Weiterbildung die bestimmte effektive Stentlänge, visualisiert. Die Visualisierung kann dabei zum Beispiel in der Ausgabe der Länge in einer Längeneinheit, z.B. in Millimetern, auf einem Monitor bestehen.
Mit besonderem Vorteil umfasst die Visualisierung der bestimmten effektiven Stentlänge eine Anzeige eines virtuellen Stents mit der effektiven Stentlänge in einem Abbild des 3D-Datensatzes oder einer Projektion des 3D-Datensatzes.
Unter einem virtuellen Stent kann ein, gegebenenfalls schematisches, Abbild eines realen Stents verstanden werden, das wesentliche Merkmale, wie beispielsweise die äußeren Begrenzungslinien, wiedergibt. Die bezüglich Abmessungen maßstabsgerechte und ortsrichtige Darstellung eines virtuellen Stents in einem Abbild des 3D-Datensatzes oder in einer Projektion des 3D-Datensatzes liefert einer Bedienperson, z.B. einem Arzt, wertvolle Informationen über eine geplante Stentimplantation, insbesondere, ob durch eine mögliche Längenänderung des Stents Komplikationen zu erwarten sind, wenn dadurch beispielsweise eine Gefäßverzweigung verschlossen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Planungswert eine Menge von geeigneten Stents aus einer vorgebbaren Gruppe von Stents. Das Verfahren umfasst in dieser Weiterbildung wenigstens folgende Verfahrensschritte:

S1’) Entgegennahme eines 3D-Datensatzes, der einen Gefäßabschnitt eines Zielbereiches eines Untersuchungsobjektes umfasst;
S2’) Bestimmung eines Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes;
S3’) Entgegennahme einer ersten Stentposition und einer zweiten Stentposition innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes;
S4’) Bestimmung der Menge von geeigneten Stents aus der vorgebbaren Gruppe von Stents, wobei ein vorgegebener Stent aus der vorgebbaren Gruppe von Stents zur Menge von geeigneten Stents gehört, wenn er in den Bereich von der ersten Stentposition bis zu der zweiten Stentposition innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes einpassbar ist, wobei in die Einpassbarkeit wenigstens die erste Stentposition und die zweite Stentposition, eine vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser des betrachteten Stents, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes zwischen der ersten Stentposition und der zweiten Stentposition eingehen;
S5’) Visualisierung der Menge von geeigneten Stents.

In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Planungswert, der mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wird, eine Menge von geeigneten Stents aus einer vorgebbaren Gruppe von Stents. Eine vorgebbare Gruppe von Stents kann beispielsweise das Angebot an Stents eines Herstellers sein, oder eine Sammlung der in einer Klinik verfügbaren Stents. Ziel dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es, aus der vorgegebenen Gruppe von Stents diejenigen Stents herauszufinden, die ein später beschriebenes Kriterium erfüllen, wodurch sie zu der Menge der „geeigneten“ Stents gehören. Die ersten beiden Verfahrensschritte dieser Ausgestaltung entsprechen dem ersten und dem zweiten Verfahrensschritt der vorangegangen beschriebenen Verfahren.
Im dritten Verfahrensschritt S3’ wird neben einer ersten Stentposition eine zweite Stentposition entgegengenommen, wobei beide Stentpositionen innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes liegen.
Im vierten Verfahrensschritt S4’ wird die Menge von geeigneten Stents aus der vorgebbaren bzw. vorgegebenen Gruppe von Stents bestimmt. Ein vorgegebener Stent aus der vorgebbaren bzw. vorgegebenen Gruppe von Stents gehört zur Menge von geeigneten Stents, wenn er in den Bereich von der ersten Stentposition bis zu der zweiten Stentposition innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes einpassbar ist. In das Kriterium der Einpassbarkeit gehen wenigstens die erste Stentposition und die zweite Stentposition, eine vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser des betrachteten Stents, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes zwischen der ersten Stentposition und der zweiten Stentposition ein. Somit gehören der Menge von geeigneten Stents alle diejenigen Stents aus der vorgegebenen Gruppe von Stents an, die zwischen die erste und die zweite Stentposition einpassbar sind, wobei dabei vorgebbare Abhängigkeiten von Stentlängen von Stentdurchmessern wesentlich sind. Mit anderen Worten ist ein Stent einpassbar, wenn seine effektive Länge im eingepassten Zustand gleich der Länge zwischen erster und zweiter Stentposition ist.
Im fünften Verfahrensschritt S5’ wird die Menge von geeigneten Stents visualisiert. Die Visualisierung kann beispielsweise darin bestehen, dass die Produktbezeichnungen der Stents aus der Menge der geeigneten Stents auf einem Darstellungsmittel, z.B. einem Monitor, aufgelistet werden.
Mit besonderem Vorteil umfasst die Visualisierung der Menge von geeigneten Stents eine Anzeige der virtuellen geeigneten Stents im eingepassten Zustand in einem Abbild des 3D-Datensatzes oder einer Projektion des 3D-Datensatzes. Denkbar ist, die Stents der Menge von geeigneten Stents nacheinander, z.B. jeweils nach einer Eingabe an einem Eingabemittel, zum Beispiel einer Computertastatur, in einem Abbild des 3D-Datensatzes oder einer Projektion des 3D-Datensatzes darzustellen. Weiter ist denkbar, in der Visualisierung einen nominalen Durchmesser des Stents anzuzeigen, um so die Abweichung des Stentdurchmessers vom nominalen Durchmesser des Stents deutlich zu machen. Die bezüglich Lage und Abmessungen maßstabsgerechte Darstellung eines virtuellen Stents in einem Abbild des 3D-Datensatzes oder in einer Projektion des 3D-Datensatzes liefert einer Bedienperson, z.B. einem Arzt, wertvolle Informationen über eine geplante Stentimplantation.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Toleranzwert entgegengenommen wird und in Verfahrensschritt S4' ein Stent aus der vorgebbaren Gruppe von Stents zur Menge von geeigneten Stents gehört, wenn er in den Bereich von der ersten Stentposition bis zu der zweiten Stentposition zuzüglich dem Toleranzwert innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes einpassbar ist. In die Einpassbarkeit gehen wenigstens die erste Stentposition und die zweite Stentposition, der Toleranzwert, eine vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser des betrachteten Stents, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes zwischen der ersten Stentposition und der zweiten Stentposition ein.
Da es nicht beliebig viele Stentausführungen gibt, ist es sinnvoll, statt zweier fester Stentpositionen, zwischen denen ein Stent eingepasst werden soll, einen Toleranzbereich anzugeben. Ein Stent gehört dann zur Menge der geeigneten Stents, wenn er in diesen erweiterten Längenbereich einpassbar ist. Denkbar ist, dass der Toleranzwert vorgebbar außerhalb des Bereiches zwischen erster und zweiter Stentposition an der ersten Stentposition oder an der zweiten Stentposition oder jeweils zur Hälfte an der ersten und an der zweiten Stentposition anschließt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass bei einer Menge von geeigneten Stents, die mehrere Stents umfasst, derjenige Stent bestimmt wird, dessen effektive Länge am nächsten seiner nominalen Länge ist.
Wenn die Menge der geeigneten Stents mehrere Stents umfasst, kann derjenige Stent bestimmt werden, dessen effektive Länge am nächsten seiner nominalen Länge ist. Im Allgemeinen nimmt ein Stent dann seine nominale Länge ein, wenn sein Durchmesser im Mittel dem nominalen Stentdurchmesser entspricht. Der Zustand eines Stents, in dem er den nominalen Durchmesser und die nominale Länge einnimmt, ist üblicherweise erwünscht, da in diesem Zustand beispielsweise Durchmesseränderungen in beide Richtungen möglich sind.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Bestimmung des Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes der Gefäßabschnitt in wenigstens ein Gefäßsegment aufgeteilt wird und der mittlere Durchmesser jedes Gefäßsegmentes bestimmt wird und die effektive Stentlänge durch Summation der effektiven Stentlängenanteile der Gefäßsegmente bestimmt wird.
In die Bestimmung des Planungswertes, der effektiven Stentlänge oder der Menge von geeigneten Stents, geht neben einer vorgebbaren Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser immer der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes ein. Zur Bestimmung des Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßabschnitts ist es vorteilhaft, den Gefäßabschnitt in ein oder mehrere Gefäßsegmente aufzuteilen und den mittleren Durchmesser jedes Gefäßsegmentes zu bestimmen. Es ist offensichtlich, dass bei wenigen Gefäßsegmenten die Berechnung weniger aufwändig ist als bei vielen Gefäßsegmenten, im Allgemeinen die Genauigkeit des Durchmesserverlaufs aber mit der Anzahl an Gefäßsegmenten steigt. Die effektive Stentlänge kann dann durch Summation der effektiven Stentlängenanteile der Gefäßsegmente, die sich aus der vorgegeben Abhängigkeit von Stentdurchmesser zur Stentlänge ergibt, bestimmt werden.
Mit besonderem Vorteil wird der Durchmesser im Bereich eines Ostiums durch Interpolation der Durchmesser vor und/oder hinter dem Ostium bestimmt.
Ostium bezeichnet in der Anatomie Öffnungen oder Einmündungen eines Hohlorgans in ein anderes oder an eine Oberfläche. Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet Ostium beispielsweise die Öffnung eines Aneurysmas in ein Gefäß, zum Beispiel ein Blutgefäß. Da ein Aneurysma eine Erweiterung eines Gefäßes ist, weist der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes im Bereich des Ostiums größere Werte auf, als kurz davor oder dahinter. Im Allgemeinen wird ein Stent diese großen Durchmesserwerte nicht annehmen können. Es ist vielmehr sogar gewünscht, dass der Durchmesser des Stents im Bereich des Ostiums nicht wesentlich größer ist, als davor und dahinter, um beispielsweise einen gleichmäßigen Blutfluss zu gewährleisten. Geht man davon aus, dass sich ein Stent nicht in ein Ostium wölbt, kann der Durchmesser im Ostium in guter Näherung durch den Durchmesser vor oder hinter dem Ostium extrapoliert werden. Weiter ist denkbar, den Durchmesserverlauf als linearen Verlauf von den Durchmesserwerten vor und hinter dem Ostium zu interpolieren. Die Detektion eines Ostiums und die Bestimmung der Positionen vor und hinter einem Ostium sind an sich, insbesondere aus dem Bereich der medizinischen Bildverarbeitung, bekannte Verfahren.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Abhängigkeit der Stentlänge von dem Stentdurchmesser im Bereich des Ostiums aus einer Herstellerangabe gewonnen und/oder aus einer empirischen Messreihe ermittelt und/oder mit Hilfe eines Computermodells simuliert und/oder ist in einer elektronischen Datenbank abgespeichert.
Diese Verfahrensschritte, die einzeln oder in Kombination ausgeführt werden können, stellen im Allgemeinen genauere Vorgehensweisen bei der Bestimmung der Abhängigkeit der Stentlänge von dem Stentdurchmesser im Bereich des Ostiums dar. Eine Möglichkeit ist, die Abhängigkeit der Stentlänge von dem Stentdurchmesser im Bereich des Ostiums aus einer Herstellerangabe zu beziehen. So kann ein Hersteller beispielsweise eine Stentlänge bei einer ungehinderten Expansion, engl. unconstrained stent, angeben. Weiter kann die Abhängigkeit der Stentlänge von dem Stentdurchmesser im Bereich des Ostiums aus einer empirischen Messreihe ermittelt werden oder mit Hilfe eines Computermodells, in das beispielsweise die mechanischen Eigenschaften des Stents eingehen, simuliert werden. Unabhängig davon, woher die Abhängigkeit der Stentlänge von dem Stentdurchmesser im Bereich des Ostiums bezogen wurde, kann der Zusammenhang in einer elektronischen Datenbank abgespeichert werden.
Es ist denkbar, dass eine Warnung ausgegeben wird, wenn ein Durchmesserwert des Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes größer ist, als ein vorgebbarer, maximaler Durchmesser des vorgegebenen Stents oder wenn die bestimmte effektive Stentlänge größer ist als eine vorgebbare maximale Stentlänge.
Nach dem zweiten Verfahrensschritt liegt ein Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes vor. Ist ein Durchmesserwert des Durchmesserverlaufs größer als ein vorgebbarer, maximaler Durchmesser, so wird eine Warnung, zum Beispiel durch eine Warnlampe oder eine Anzeige auf einem Monitor, ausgegeben. Der vorgebbare, maximale Durchmesser kann beispielsweise ein maximaler Durchmesserwert sein, der aus einem Datenblatt eines Stentherstellers genommen wurde. Vorzugsweise werden Durchmesserwerte des Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes im Bereich des Ostiums von der Überprüfung ausgenommen, da man im Allgemeinen davon ausgehen kann, dass dort der Durchmesser wesentlich größer ist, als im übrigen Gefäßabschnitt. Ergibt sich im Laufe des Verfahrens eine effektive Stentlänge, die größer ist als eine vorgebbare maximale Stentlänge, so kann auch ein Warnhinweis ausgegeben werden, um eine Bedienperson, z.B. einen Arzt, auf diesen Sachverhalt hinzuweisen.
Günstig wird das Verfahren automatisch ausgeführt.
Automatisch ausgeführte Verfahren brauchen weniger Anwendereingriffe und führen somit zu einem schnelleren Ablauf. Da heutige bildgebende Vorrichtungen meist schon für automatische Abläufe vorbereitet sind, ist die Integration eines erfindungsgemäßen Verfahrens technisch leicht möglich. Außerdem sind automatisch ausgeführte Verfahren oft weniger fehleranfällig.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation. Die Vorrichtung umfasst ein Rechen- und Steuermittel mit einem Eingabemittel und einem Anzeigemittel, das dazu ausgeführt ist,

– einen 3D-Datensatz, der einen Gefäßabschnitt eines Zielbereiches eines Untersuchungsobjektes umfasst, entgegenzunehmen;
– einen Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes zu bestimmen;
– eine erste Stentposition innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes entgegenzunehmen;
– einen Planungswert zu bestimmen, wobei in die Bestimmung des Planungswertes wenigstens die erste Stentposition, eine vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes eingehen;
– den Planungswert zu visualisieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst somit mindestens ein Rechen- und Steuermittel, z.B. einen Computer, und ein Anzeigemittel, z.B. einen Computermonitor. Das Rechen- und Steuermittel ist zur Entgegennahme eines 3D-Datensatzes, der einen Gefäßabschnitt eines Zielbereiches eines Untersuchungsobjektes umfasst ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch eine Datenschnittstelle, mit Hilfe derer es ein räumliches Röntgenbild von einem Röntgengerät empfangen kann, realisiert sein. Weiter ist das Rechen- und Steuermittel dazu ausgelegt, die beschriebenen Bildverarbeitungsaufgaben auszuführen, indem es zum Beispiel über ein geeignetes Computerprogramm, insbesondere aus dem Bereich der medizinischen, digitalen Bildverarbeitung, verfügt und dieses abarbeitet. Der Planungswert kann auf dem Anzeigemittel visualisiert werden, z.B. durch Darstellung auf dem Computermonitor. Die Vorrichtung umfasst weiter ein Eingabemittel, z.B. eine Computertastatur, eine Computermaus oder ein Grafiktablett, um Eingaben einer Bedienperson, z.B. eines Arztes, entgegenzunehmen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung eines Grundgedankens der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, ein zuvor beschriebenes Verfahren durchzuführen.
Auch hier kann die Ausführbarkeit der beschriebenen Verfahrensschritte durch entsprechende Computerprogramme, die in der Rechen- und Steuereinheit abrufbar und abarbeitbar sind, realisiert sein.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren samt Beschreibung. Es zeigen:
1 beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation;
2 beispielhaft einen Stent;
3 schematisch einen 3D-Datensatz eines Gefäßes mit einem Aneurysma;
4 beispielhaft einen Durchmesserverlauf entlang eines Gefäßabschnitts;
5 beispielhaft eine Kennlinie eines Stentdurchmessers als Funktion einer Stentlänge;
6 schematisch einen Gefäßabschnitt mit einem Aneurysma und einem mittleren Gefäßdurchmesser bei einem Gefäßsegment;
7 schematisch einen Gefäßabschnitt mit einem Aneurysma und mittleren Gefäßdurchmesserwerten bei mehreren Gefäßsegmenten;
8 schematisch einen Gefäßabschnitt mit einem Aneurysma, eine Darstellung eines Stents mit Nominalmaßen und eine Darstellung eines Stents mit effektiver Länge;
9 schematisch einen Gefäßabschnitt mit einem Aneurysma und eine Darstellung eines eingepassten Stents;
10 beispielhaft und schematisch eine Vorrichtung zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation.
1 zeigt beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation. Das Verfahren 1 umfasst die Verfahrensschritte S1 bis S5 und S6. Es beginnt mit Verfahrensschritt S1 und endet, „End“, nach Verfahrensschritt S6. Die einzelnen Verfahrensschritte lauten:

S1) Entgegennahme eines 3D-Datensatzes, der einen Gefäßabschnitt eines Zielbereiches eines Untersuchungsobjektes umfasst;
S2) Bestimmung eines Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes;
S3) Entgegennahme einer ersten Stentposition innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes;
S4) Bestimmung der effektiven Stentlänge, wobei in die Bestimmung der effektiven Stentlänge wenigstens die erste Stentposition, eine vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser eines vorgebbaren Stents, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes eingehen;
S5) Visualisierung der bestimmten effektiven Stentlänge;
S6) Testen eines Abbruchkriteriums, falls das Abbruchkriterium erfüllt ist, „Y“, beenden, „End“, des Verfahrens 1, falls das Abbruchkriterium nicht erfüllt ist, “N“, Sprung zu Verfahrensschritt S3.

Es ist vorteilhaft, wenn nach Verfahrensschritt S5 ein Abbruchkriterium, S6, geprüft wird. Unter einem Abbruchkriterium kann beispielsweise das Erreichen einer vorgebbaren Anzahl an Verfahrensdurchläufen oder das Betätigen eines Tasters verstanden werden, d.h. wenn z.B. der Taster gedrückt ist, ist das Abbruchkriterium erfüllt, „Y“, und das Verfahren 1 wird beendet. Ist das Abbruchkriterium nicht erfüllt, „N“, wird zu Verfahrensschritt S3, „Entgegennahme einer ersten Stentposition innerhalb des Gefäßabschnitts des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes“, z.B. Entgegennahme einer neuen ersten Stentposition, verzweigt. Vorzugsweise umfasst das Visualisieren der bestimmten effektiven Stentlänge eine bezüglich Lage und Abmessungen maßstabsgerechte Darstellung eines virtuellen Stents in einem Abbild des 3D-Datensatzes. Weiter kann das Visualisieren einen Warnhinweis umfassen, wenn die effektive Stentlänge größer ist als eine vorgegebene maximale Stentlänge.
In 2 ist beispielhaft einen Stent 30 dargestellt. Die Grundform des Stents 30 ist ein kleines Gitterröhrchen aus Metall oder Kunststofffasern mit einer Länge 34, im Bereich von ca. 10 bis 100 mm, und einem Durchmesser 32, im Bereich von ca. 1 bis 10 mm. Bei der Positionierung innerhalb eines Blutgefäßes ist der Stent 30 in einem Katheter angeordnet und weist dabei einen minimalen Transportdurchmesser und eine maximale Transportlänge auf. Am Zielort expandiert der Stent 30 auf den Durchmesser des Gefäßes, wodurch der Durchmesser 32 zu- und die Länge 34 abnimmt.
3 zeigt schematisch einen 3D-Datensatz 90 eines Gefäßes 94 mit einem Aneurysma 92. Der 3D-Datensatz 90 kann beispielsweise mit einem Gerät der Computertomographie, CT, Magnetresonanztomographie, MR, oder einem anderen, räumlichen bildgebenden Verfahren gewonnen werden. Zur Bestimmung eines Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßes 94 ist es zweckmäßig, in dem 3D-Datensatz 90 eine Mittellinie 96, engl. Centerline, zu bestimmen, die die senkrechte Ausrichtung von Mess- oder Stützebenen gegenüber dem Gefäß ermöglicht.
In 4 ist beispielhaft einen Durchmesserverlauf 40 eines Gefäßes entlang eines Gefäßabschnitts gezeigt. Der Durchmesserverlauf 40 zeigt den Durchmesserwert des Gefäßes in einer Längeneinheit der Durchmesserskala 42 über einer Längeneinheit der Längenskala 41. Der Ursprung der Längenskala 41 entspricht vorzugsweise einer ersten Stentposition, d.h. beispielsweise einer Position innerhalb des Gefäßes, an der ein Stent während der Stentexpansion fixiert wird. Weiter ist in 4 ein Bereich eines Gefäßabschnitts 43 eingezeichnet. Der Gefäßabschnitt 43 ist ein Abschnitt des Gefäßes, in dem der Stent angeordnet sein kann. Beispielsweise kann der Gefäßabschnitt 43 durch die Länge des Stents in einem Positionierungszustand oder durch die Stentlänge bei minimalem Stentdurchmesser im eingesetzten Zustand bestimmt sein. Im mittleren Bereich des Durchmesserverlaufs 40 ist ein Ostium eines Aneurysmas erkennbar. Da sich ein Stent nicht wesentlich in das Aneurysma ausdehnt, wird der Durchmesserverlauf 40 im Bereich des Ostiums interpoliert, approximiert oder angenähert. Es sind zwei Möglichkeiten der Approximation gezeigt. Die gestrichelte Linie 46 zeigt eine Interpolation, bei der der Durchmesserverlauf 40 vor und hinter dem Ostium durch eine Strecke linear ergänzt wird. Die durchgezogene Linie stellt einen simulierten Durchmesserverlauf 48 dar. Die Simulation beruht beispielsweise auf einem Modell des Stents, in das die mechanische Struktur und Materialeigenschaften des Stents eingehen. Weiter können Merkmale des Ostiums, wie Länge, Öffnungswinkel, Fläche, oder Form, in der Simulation berücksichtigt werden. Die Simulation ist im Allgemeinen aufwändig, liefert aber potentiell den genauesten Verlauf des Durchmessers eines Stents im Ostium.
5 zeigt beispielhaft eine Kennlinie 50 eines Stentdurchmessers 52 als Funktion einer Stentlänge 51, wie sie beispielsweise von einem Hersteller eines Stents zur Verfügung gestellt wird. Man erkennt unter anderen drei wichtige Stentdurchmesserwerte. Einen nominalen Stentdurchmesser 54, einen minimalen Stentdurchmesser 58 und einen maximalen Stentdurchmesser 56. Diesen Werten zugehörig sind drei Stentlängen. Eine nominale Stentlänge 53, eine minimale Stentlänge 55, die dem maximalen Stentdurchmesser 56 zugehört und eine maximale Stentlänge 57, die dem minimalen Stentdurchmesser 58 zugehört. Somit ist der Stent für Gefäße mit einem Durchmesserbereich 59, der von dem minimalen Stentdurchmesser 58 bis zu dem maximalen Stentdurchmesser 56 reicht, einsetzbar. Aus der Kennlinie ist der Stentdurchmesser eindeutig mit der Stentlänge verknüpft. In diesem Beispiel ist die Kennlinie 50 eine monotone, abschnittsweise lineare Funktion. Häufig gibt ein Hersteller noch den Durchmesser und die Länge des Stents bei der Positionierung mit einem Katheter an. Der Positionierungsdurchmesser ist im Allgemeinen wesentlich kleiner als der minimale Stentdurchmesser 58, die Positionierungslänge ist im Allgemeinen wesentlich größer als die maximale Stentlänge 57. Weiter sind häufig der Stentdurchmesser und die Stentlänge bei ungehinderter Expansion, also im sogenannten „unconstrained stent“ Fall, angegeben, wobei dieser Stentdurchmesser im Allgemeinen größer als der maximale Stentdurchmesser 56 ist und diese Stentlänge im Allgemeinen kleiner als die minimale Stentlänge 55 ist.
In 6 ist schematisch ein Gefäßabschnitt 60 mit einem Aneurysma 61 und einem mittleren Gefäßdurchmesser 66 dargestellt. Ein Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts 60, insbesondere entlang einer Mittellinie 68 im Gefäßabschnitt 60, ist durch den mittleren Gefäßdurchmesser 66 eines einzelnen Gefäßsegmentes 65 approximiert. Der Gefäßdurchmesser im Bereich des Ostiums des Aneurysmas 61 ist durch eine Interpolation, bei der der Durchmesserverlauf vor und hinter dem Ostium durch eine Strecke 62 linear ergänzt wird, angenähert. Der mittlere Gefäßdurchmesser 66 ist ein Näherungswert für den Durchmesserverlauf eines Stents, der in den Gefäßabschnitt 60 eingeführt und expandiert ist. In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erste Stentposition 63 innerhalb des Gefäßabschnitts 60 entgegengenommen, indem beispielsweise eine Bedienperson an einem Computerbildschirm, auf dem ein Abbild des Gefäßabschnitts 60 dargestellt ist, mit einer Computermaus die Stelle markiert. Vorzugsweise repräsentiert die erste Stentposition 63 ein festes Ende eines Stents, d.h. zum Beispiel eine Position, die mit einem Katheter angefahren wird und von der aus sich der Stent weiter über das Ostium in das Gefäß erstreckt. Es ist denkbar, dass der Gefäßdurchmesser an der ersten Stentposition 63, z.B. auf einem Computermonitor, ausgegeben wird. Nun erfolgen die Entgegennahme eines vorgebbaren Stents und dessen vorgebbare Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser. Dies kann vorzugsweise dadurch realisiert sein, dass eine Bedienperson an einem Eingabemittel, z.B. einer Computertastatur, einen Stent aus einer Gruppe von Stents auswählt und automatisch eine Kennlinie dieses Stents aus einer Datenbank eines Rechen- und Steuermittels, z.B. eines Computers, bezogen wird. Im Ausführungsbeispiel aus 6 wurde ein Stent mit einem nominalen Stentdurchmesser 54 und einer nominalen Stentlänge entgegengenommen. Vorzugsweise erstreckt sich das einzelne Gefäßsegment 65 zur Bestimmung des mittleren Gefäßdurchmessers 66 von der ersten Stentposition 63 bis zur nominalen Stentlänge des entgegengenommenen Stents. Abhängig von der ersten Stentposition 63, dem Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts 60, hier der mittlere Gefäßdurchmesser 66, und der vorgegebenen Abhängigkeit der Stentlänge von dem Stentdurchmesser des vorgegebenen Stents wird eine effektive Stentlänge bestimmt. Dabei wird die Stentlänge bei dem mittleren Gefäßdurchmesser 66 beispielsweise aus der entgegengenommenen Kennlinie des Stents bestimmt. Anschließend wird die bestimmte effektive Stentlänge visualisiert. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Visualisierung der bestimmten effektiven Stentlänge durch Anzeige einer Längenanpassung 67. Man erkennt, dass die effektive Stentlänge des Stents, dessen nominale Stentlänge bei einem nominalen Stentdurchmesser 54 der Länge des einzelnen Gefäßsegments 65 entspricht, bei einem Durchmesser, der dem mittleren Gefäßdurchmesser 66 entspricht, größer als die nominale Stentlänge ist. Für einen Nutzer des Verfahrens, z.B. einen Arzt, der eine Stentimplantation plant, kann diese Information von großer Wichtigkeit sein, wenn beispielsweise die Längenanpassung 67 in eine Verzweigung eines Gefäßes ragen würde, wodurch dieses Gefäß dann weniger bis überhaupt nicht mehr versorgt werden würde.
7 zeigt schematisch einen Gefäßabschnitt 60 mit einem Aneurysma 61. Ein Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts 60, insbesondere entlang einer Mittellinie 68 im Gefäßabschnitt 60, ist durch fünf mittlere Gefäßdurchmesser, von denen exemplarisch drei mit Bezugszeichen 66’, 66’’, 66’’’ versehen sind, in fünf Gefäßsegmenten, von denen zwei mit Bezugszeichen 65’ und 65’’’ versehen sind, approximiert. Der angenäherte Durchmesserverlauf 62’ im Bereich des Ostiums des Aneurysmas 61 mit dem Gefäßdurchmesser 66’’ ist aus einer Herstellerangabe genommen. Ein Hersteller gibt häufig einen Stentdurchmesser bei einer ungehinderten Expansion, engl. unconstrained stent, wie es näherungsweise in einem, insbesondere großen, Ostium der Fall ist, an. Weiter sind in 7 eine erste Stentposition 63 und eine Längenanpassung 67 eingezeichnet.
In 8 ist schematisch ein Gefäßabschnitt 60 mit einem Aneurysma 61 gezeigt. Im Bereich des Ostiums des Aneurysmas 61 ist der Gefäßdurchmesser, wie er sich für den Durchmesserverlauf eines Stents, der in den Gefäßabschnitt 60 eingeführt und expandiert ist, ergibt, durch einen simulierten Durchmesserverlauf 62’’ angenähert. Die Simulation beruht beispielsweise auf einem Modell des Stents, in das die mechanische Struktur und Materialeigenschaften des Stents eingehen. Weiter können Merkmale des Ostiums, wie Länge, Öffnungswinkel, Fläche oder Form, in der Simulation berücksichtigt werden. Mit gestrichelter Linie sind die Umrisse eines Stents 71, dessen eines Ende an einer ersten Stentposition 63 angeordnet ist und der sich über das Ostium in den Gefäßabschnitt 60 erstreckt, dargestellt. Die Wahl eines Stents mit einem größeren nominalen Durchmesser als dem Durchmesser des Zielsegmentes ist durchaus üblich. Der Stent 71 hat bei seinem nominalen Stentdurchmesser eine nominale Stentlänge 34. Nach Durchführung eines der erfindungsgemäßen Verfahren, wobei als Planungswert eine effektive Stentlänge bestimmt wird, ergibt sich ein Stent 70 mit einer effektiven Länge 74. Die Umrisslinie des Stents 70 ist in 8 dargestellt. Man erkennt, dass ein Ende des Stents 70 an der ersten Stentposition 63 angeordnet ist, der Stent 70 sich an den Gefäßwänden entlang erstreckt, wobei im Bereich des Ostiums der simulierte Verlauf mit dem simulierten Durchmesserverlauf 62’’ angenommen wird, und der Stent 70 eine größere Länge als die nominale Länge aufweist.
9 zeigt schematisch einen Gefäßabschnitt 60 mit einem Aneurysma 61. Wie in dem Ausführungsbeispiel von 8 wurde im Bereich des Ostiums des Aneurysmas 61 der Gefäßdurchmesserverlauf 62’’ so angenommen, wie er sich für den Durchmesserverlauf eines Stents, der in den Gefäßabschnitt 60 eingeführt und expandiert ist, ergeben würde. Ein solcher Durchmesserverlauf eines Stents kann beispielsweise durch eine Computersimulation, in die die mechanische Struktur und Materialeigenschaften des Stents, sowie Merkmale des Ostiums, wie Länge, Öffnungswinkel, Fläche oder Form, eingehen können, bestimmt werden.
Ziel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, dessen Ergebnis in diesem Ausführungsbeispiel angedeutet ist, ist es, aus einer vorgegebenen Gruppe von Stents einen oder mehrere Stents zu bestimmen, die in einen vorgegebenen Bereich einpassbar sind. Der vorgegebene Bereich beginnt bei einer ersten Stentposition 63 und endet in einem Toleranzbereich, der von einer zweiten Stentposition 64 bis zu der zweiten Stentposition 64 zuzüglich eines Toleranzwertes 69 reicht. Die erste Stentposition 63, die zweite Stentposition 64 und der Toleranzwert 69 werden, beispielsweise durch Eingabe einer Bedienperson, z.B. von einem Arzt, an einem Eingabemittel, z.B. einem Computer, entgegengenommen. Beide Stentpositionen und der Toleranzbereich liegen innerhalb des Gefäßabschnitts 60 eines Zielbereiches, z.B. dem Kopfbereich, eines Untersuchungsobjektes, z.B. eines menschlichen oder tierischen Patienten.
Weiter wird eine Gruppe von Stents vorgegeben, indem beispielsweise deren Eigenschaften in Form von Kennlinien oder elektronischen Datenblättern in einen Speicher eines Rechen- und Steuermittels, z.B. eines Computers, geladen werden. Die vorgebbare Gruppe von Stents kann beispielsweise das Angebot an Stents eines Herstellers sein, oder eine Sammlung der in einer Klinik verfügbaren Stents. Im folgenden Verfahrensschritt, der vorzugsweise automatisch ausgeführt wird, wird die Menge von geeigneten Stents aus der vorgegebenen Gruppe von Stents bestimmt. Ein vorgegebener Stent aus der vorgegebenen Gruppe von Stents gehört zur Menge von geeigneten Stents, wenn er in den Bereich von der ersten Stentposition 63 bis in den Bereich, der ab der zweiten Stentposition 64 beginnt und von dort bis zu dem Toleranzwert 69 reicht, einpassbar ist. In das Kriterium der Einpassbarkeit gehen wenigstens die erste Stentposition 63 und die zweite Stentposition 64, die vorgegebene Abhängigkeit einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser des betrachteten Stents, und der Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts 60 des Zielbereiches des Untersuchungsobjektes zwischen der ersten Stentposition 63 und der zweiten Stentposition 64 ein. Mit anderen Worten ist ein Stent einpassbar, wenn seine effektive Länge 74, die abhängig vom Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts 60 ist, im eingepassten Zustand innerhalb des zuvor beschriebenen vorgegebenen Bereiches ist. Zweckmäßig wird für alle Stents aus der vorgegebenen Gruppe von Stents geprüft, ob sie einpassbar sind oder nicht. Dabei werden insbesondere der minimale und der maximale Stentdurchmesser berücksichtigt, d.h. ist ein Wert des Durchmesserverlaufs entlang des Gefäßabschnitts 60 größer als der maximale Stentdurchmesser oder kleiner als der minimale Stentdurchmesser, dann gehört der Stent nicht zur Menge der geeigneten Stents. Die Menge der geeigneten oder einpassbaren Stents kann leer sein oder einen oder mehrere Stents aus der vorgegebenen Gruppe von Stents umfassen. Wenn die Menge der geeigneten Stents mehrere Stents umfasst, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung eines Grundgedankens des erfindungsgemäßen Verfahrens derjenige Stent bestimmt werden, dessen effektive Länge 74 am nächsten seiner nominalen Länge ist. So ist beispielsweise gewährleistet, dass sich der Stent noch ausreichend an Durchmesseränderungen des Gefäßes anpassen kann. Die Menge von geeigneten Stents wird visualisiert. Die Visualisierung kann beispielsweise darin bestehen, dass die Produktbezeichnungen der Stents aus der Menge der geeigneten Stents auf einem Darstellungsmittel, z.B. einem Monitor, aufgelistet werden. In 9 wird ein Stent 70 aus der Menge der geeigneten Stents durch eine Darstellung des in den Gefäßabschnitt 60 eingepassten Stents 70 visualisiert. Man erkennt, dass ein Ende des Stents 70 an der ersten Stentposition 63 angeordnet ist, der Stent 70 sich an den Gefäßwänden entlang erstreckt, wobei im Bereich des Ostiums der simulierte Verlauf mit dem simulierten Durchmesserverlauf 62’’ angenommen wird, und der Stent 70 ein effektive Länge 74 aufweist, so dass das zweite Ende des Stents 70 hinter der zweiten Stentposition 64, aber noch innerhalb des Endes des Toleranzbereiches, das durch den Toleranzwert 69 bestimmt ist, angeordnet ist.
In 10 schließlich ist beispielhaft und schematisch eine Vorrichtung 10 zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Rechen- und Steuermittel 11, hier ein Computer, mit einem Anzeigemittel 12, hier ein Computermonitor, und einem Eingabemittel 13, hier eine Computertastatur. Das Rechen- und Steuermittel 11 ist zur Entgegennahme eines 3D-Datensatzes, der einen Gefäßabschnitt eines Zielbereiches 27, hier eines Magenbereiches, eines Untersuchungsobjektes 26, hier ein menschlicher Patient, umfasst, ausgelegt. Dies kann beispielsweise durch eine Datenschnittstelle, mit Hilfe derer es ein räumliches Röntgenbild von einem Röntgengerät 20 empfangen kann, realisiert sein. Das räumliche Röntgenbild kann zum Beispiel durch eine Rotationsangiografie gewonnen werden.
Zur Durchführung einer derartigen Rotationsangiografie zur Erzeugung eines 3D-Bilddatensatzes oder einer 3D-Bildaufnahmen des Zielbereiches 27, können Röntgensysteme eingesetzt werden, deren typische wesentliche Merkmale beispielsweise mindestens ein C-Bogen, der robotergesteuert sein kann und an dem eine Röntgenröhre, auch Röntgenstrahlungsquelle genannt, und ein Röntgenbilddetektor angebracht sind, ein Patientenlagerungstisch, ein Hochspannungsgenerator zur Erzeugung der Röhrenspannung, und eine Systemsteuerungseinheit sein können. In der 10 ist unter anderem auch eine Bildgebungsvorrichtung 20 zur Akquisition eines 3D-Datensatzes des Zielbereiches 27 als Beispiel dargestellt. Sie weist beispielsweise einen C-Bogen 22 auf, der an einem Ständer in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters angeordnet ist. An den Enden des C-Bogens 22 sind eine Röntgenstrahlungsquelle 23, beispielsweise ein Röntgenstrahler mit Röntgenröhre und Kollimator, und ein Röntgenbilddetektor 24 als Bildaufnahmeeinheit angebracht. Mittels des beispielsweise aus der US 7,500,784 B2 bekannten Knickarmroboters 20, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen 22 nahezu beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler 23 und dem Röntgenbilddetektor 24 gedreht wird. Die Realisierung der Bildgebungsvorrichtung zur Durchführung einer Rotationsangiografie ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch andere übliche C-Bogen-Röntgengeräte Verwendung finden. Der Röntgenbilddetektor 24 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist. Es können aber auch integrierende oder zählende CMOS-Detektoren Anwendung finden. Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 23 befindet sich auf einem Patientenlagerungsmittel 25, hier ein Patientenlagerungstisch, zur Aufnahme beispielsweise der 3D-Bildaufnahmen des Zielbereiches 27 ein zu untersuchendes Untersuchungsobjekt 26, zum Beispiel ein menschlicher Patient. Durch eine geeignete Serie von Röntgenaufnahmen aus verschiedenen Richtungen rund um das Untersuchungsobjekt 26 ist nach dem Stand der Technik ein räumliches Bild bzw. ein 3D-Datensatz berechenbar. Das Rechen- und Steuermittel 11 ist weiter dazu ausgelegt, einen Durchmesserverlauf entlang des Gefäßabschnitts des Zielbereiches 27 des Untersuchungsobjektes 26 zu bestimmen. Dazu ist das Rechen- und Steuermittel zum Beispiel mit einem entsprechenden Programm, insbesondere aus dem Bereich der medizinischen Bildverarbeitung, ausgestattet, das es abarbeitet. Entgegennahmen von Stentpositionen und anderen Werten können beispielsweise über das Eingabemittel 13 vorgenommen werden. Kennlinien, die Abhängigkeiten einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser eines vorgebbaren Stents umfassen, können in einer elektronischen Datenbank 14 gespeichert sein und von dem Rechen- und Steuermittel 11 abgerufen werden. Weiter ist das Rechen- und Steuermittel 11 zum Beispiel durch die Abarbeitung weiterer Computerprogramme zur Durchführung eines der zuvor beschriebenen Verfahren ausgelegt. Das Ergebnis eines zuvor beschriebenen Verfahrens ist beispielsweise die Bestimmung einer effektiven Länge eines Stents. Diese wird auf dem Darstellungsmittel 12 visualisiert. Die Visualisierung erfolgt durch Anzeige eines Pfeils 72 und durch eine Anzeige eines virtuellen Stents 70 mit der effektiven Stentlänge in einer Projektion des 3D-Datensatzes. Auf dem Darstellungsmittel 12 wird durch ein blinkendes Symbol eine Warnung 15 ausgegeben, denn die bestimmte effektive Stentlänge ist größer als eine vorgegebene maximale Stentlänge.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine automatische Berechnung einer Längenänderung eines Stents bei unvollständiger Expansion umfasst folgende Verfahrensschritte:

– Entgegennahme von Merkmalen eines Stents, wie Hersteller, Modell, Länge, Durchmesser;
– Entgegennahme der Lage und/oder eines Fixpunktes des Stents im Gefäß;
– initiale virtuelle Platzierung des Stents und Bestimmung eines mittleren Gefäßdurchmessers, der einem virtuellen Stentdurchmesser zugewiesen wird, über ein oder mehrere Stentsegmente. Berechnung für alle Stentsegmente, bzw. korrelierte Stützstellen, Interpolation über das Ostium;
– Berechnung der effektiven Stentlänge für alle Stentsegmente in Abhängigkeit der berechneten oder gemessenen oder simulierten Gefäßdurchmesser bzw. Stentdurchmesser;
– Addition der einzelnen effektiven Stentsegmentlängen zur Berechnung der daraus resultierenden Längenänderung des Stents;
– Anfügen bzw. Entfernen der resultierenden Gesamtlängenänderung an den virtuellen Stent und Anzeigen der neuen Stentposition mit angepasster Stentlänge und Stentdurchmesser.

Ein verbessertes Verfahren für eine automatische Berechnung einer Längenänderung eines Stents bei unvollständiger Expansion umfasst folgende Verfahrensschritte:

1) Entgegennahme von Merkmalen eines Stents, wie Hersteller, Modell, Länge, Durchmesser;
2) Entgegennahme der Lage und/oder eines Fixpunktes des Stents im Gefäß;
3) initiale virtuelle Platzierung des Stents und Bestimmung eines mittleren Gefäßdurchmessers, der einem virtuellen Stentdurchmesser zugewiesen wird, über ein oder mehrere Stentsegmente. Berechnung für alle Stentsegmente, bzw. korrelierte Stützstellen, Interpolation über das Ostium;
4) Berechnung der effektiven Stentlänge für alle Stentsegmente in Abhängigkeit der berechneten oder gemessenen oder simulierten Gefäßdurchmesser bzw. Stentdurchmesser;
5) Addition der einzelnen effektiven Stentsegmentlängen zur Berechnung der daraus resultierenden Längenänderung des Stents;
6) Anfügen bzw. Entfernen der resultierenden Gesamtlängenänderung an den virtuellen Stent und Anzeigen der neuen Stentposition mit angepasster Stentlänge und Stentdurchmesser.
7) Entgegennahme einer neuen Stentposition im Gefäß;
8) Iterative Wiederholung der Schritte ab Schritt 3 bis die neue Längenänderung unter einem vorgegebenen Toleranzwert liegt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7500784 B2 [0068]

Claims

Verfahren (1) zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation, wobei das Verfahren (1) wenigstens folgende Verfahrensschritte umfasst: – Entgegennahme eines 3D-Datensatzes (90), der einen Gefäßabschnitt (60) eines Zielbereiches (27) eines Untersuchungsobjektes (26) umfasst; – Bestimmung eines Durchmesserverlaufs (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26); – Entgegennahme einer ersten Stentposition (63) innerhalb des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26); – Bestimmung eines Planungswertes, wobei in die Bestimmung des Planungswertes wenigstens die erste Stentposition (63), eine vorgebbare Abhängigkeit (50) einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser, und der Durchmesserverlauf (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) eingehen; – Visualisierung des Planungswertes.
Verfahren (1) zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation nach Anspruch 1, wobei der Planungswert eine effektive Stentlänge (74) ist und das Verfahren (1) wenigstens folgende Verfahrensschritte umfasst: S1) Entgegennahme eines 3D-Datensatzes (90), der einen Gefäßabschnitt (60) eines Zielbereiches (27) eines Untersuchungsobjektes (26) umfasst; S2) Bestimmung eines Durchmesserverlaufs (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26); S3) Entgegennahme einer ersten Stentposition (63) innerhalb des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26); S4) Bestimmung der effektiven Stentlänge (74), wobei in die Bestimmung der effektiven Stentlänge (74) wenigstens die erste Stentposition (63), eine vorgebbare Abhängigkeit (50) einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser eines vorgebbaren Stents (30), und der Durchmesserverlauf (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) eingehen; S5) Visualisierung der bestimmten effektiven Stentlänge (74).
Verfahren (1) nach Anspruch 2, wobei die Visualisierung der bestimmten effektiven Stentlänge (74) eine Anzeige eines virtuellen Stents (70) mit der effektiven Stentlänge (74) in einem Abbild des 3D-Datensatzes (90) oder einer Projektion des 3D-Datensatzes (90) umfasst.
Verfahren (1) nach Anspruch 1, wobei der Planungswert eine Menge von geeigneten Stents aus einer vorgebbaren Gruppe von Stents ist und das Verfahren (1) wenigstens folgende Verfahrensschritte umfasst: S1’) Entgegennahme eines 3D-Datensatzes (90), der einen Gefäßabschnitt (60) eines Zielbereiches (27) eines Untersuchungsobjektes (26) umfasst; S2’) Bestimmung eines Durchmesserverlaufs (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26); S3’) Entgegennahme einer ersten Stentposition (63) und einer zweiten Stentposition (64) innerhalb des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26); S4’) Bestimmung der Menge von geeigneten Stents aus der vorgebbaren Gruppe von Stents, wobei ein vorgegebener Stent aus der vorgebbaren Gruppe von Stents zur Menge von geeigneten Stents gehört, wenn er in den Bereich von der ersten Stentposition (63) bis zu der zweiten Stentposition (64) innerhalb des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) einpassbar ist, wobei in die Einpassbarkeit wenigstens die erste Stentposition (63) und die zweite Stentposition (64), eine vorgebbare Abhängigkeit (50) einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser des betrachteten Stents, und der Durchmesserverlauf (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) zwischen der ersten Stentposition (63) und der zweiten Stentposition (64) eingehen; S5’) Visualisierung der Menge von geeigneten Stents.
Verfahren (1) nach Anspruch 4, wobei die Visualisierung der Menge von geeigneten Stents eine Anzeige der virtuellen geeigneten Stents (70) im eingepassten Zustand in einem Abbild des 3D-Datensatzes (90) oder einer Projektion des 3D-Datensatzes (90) umfasst.
Verfahren (1) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei ein Toleranzwert (69) entgegengenommen wird und in Verfahrensschritt S4' ein Stent aus der vorgebbaren Gruppe von Stents zur Menge von geeigneten Stents gehört, wenn er in den Bereich von der ersten Stentposition (63) bis zu der zweiten Stentposition (64) zuzüglich dem Toleranzwert (69) innerhalb des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) einpassbar ist, wobei in die Einpassbarkeit wenigstens die erste Stentposition (63) und die zweite Stentposition (64), der Toleranzwert (69), eine vorgebbare Abhängigkeit (50) einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser des betrachteten Stents, und der Durchmesserverlauf (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) zwischen der ersten Stentposition (63) und der zweiten Stentposition (64) eingehen.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei bei einer Menge von geeigneten Stents, die mehrere Stents umfasst, derjenige Stent bestimmt wird, dessen effektive Länge 74 am nächsten seiner nominalen Länge 53 ist.
Verfahren (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zur Bestimmung des Durchmesserverlaufs (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) der Gefäßabschnitt (60) in wenigstens ein Gefäßsegment (65, 65’, 65’’’) aufgeteilt wird und der mittlere Durchmesser (66, 66’, 66’’’) jedes Gefäßsegmentes (65, 65’, 65’’’) bestimmt wird und die effektive Stentlänge (74) durch Summation der effektiven Stentlängenanteile der Gefäßsegmente (65, 65’, 65’’’) bestimmt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Durchmesser im Bereich eines Ostiums (61) durch Interpolation (62) der Durchmesser vor und/oder hinter dem Ostium (62) bestimmt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Abhängigkeit (50) der Stentlänge von dem Stentdurchmesser im Bereich des Ostiums (61) aus einer Herstellerangabe (62) gewonnen wird und/oder aus einer empirischen Messreihe ermittelt wird und/oder mit Hilfe eines Computermodells (62’’) simuliert wird und/oder in einer elektronischen Datenbank (14) abgespeichert ist.
Verfahren (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Warnung (15) ausgegeben wird, wenn ein Durchmesserwert des Durchmesserverlaufs (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) größer ist, als ein vorgebbarer, maximaler Durchmesser (56) des vorgegebenen Stents oder wenn die bestimmte effektive Stentlänge (74) größer ist als eine vorgebbare maximale Stentlänge.
Verfahren (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren automatisch ausgeführt wird.
Vorrichtung (10) zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation, umfassend ein Rechen- und Steuermittel (11) mit einem Eingabemittel (13) und einem Anzeigemittel (12), das dazu ausgeführt ist, – einen 3D-Datensatz (90), der einen Gefäßabschnitt (60) eines Zielbereiches (27) eines Untersuchungsobjektes (26) umfasst, entgegenzunehmen; – einen Durchmesserverlauf (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) zu bestimmen; – eine erste Stentposition (63) innerhalb des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) entgegenzunehmen; – einen Planungswert zu bestimmen, wobei in die Bestimmung des Planungswertes wenigstens die erste Stentposition (63), eine vorgebbare Abhängigkeit (50) einer Stentlänge von einem Stentdurchmesser, und der Durchmesserverlauf (40) entlang des Gefäßabschnitts (60) des Zielbereiches (27) des Untersuchungsobjektes (26) eingehen; – den Planungswert zu visualisieren.
Vorrichtung (10) zur Unterstützung einer Planung einer Stentimplantation nach Anspruch 13, wobei die Vorrichtung (10) dazu ausgeführt ist, ein Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11 durchzuführen.