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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere.
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Von therapierefraktionärer Hypertonie spricht man dann, wenn trotz der, teilweise parallelen, Verabreichung von mindestens drei Antihypertensiva, einschließlich Diuretikum, keine ausreichende Absenkung des systolischen Blutdrucks unter 160 mmHg erreicht werden kann. Diese Erkrankung betrifft, wie in W. C. Cushman, et. al., Journal of Clinical Hypertension, Vol. IV, No. VI, 2002; S. 393 bis 404 angegeben, selbst 8% der optimal behandelten Hypertoniker mit steigender Tendenz und stellt damit ein sehr großes Patientenkollektiv dar. Die Folgen eines langjährig bestehenden Bluthochdrucks können unter anderem sein: Arteriosklerose (Gefäßverkalkung), koronare Herzkrankheit (Verengung der Herzkranzgefäße), Herzinfarkt, Herzinsuffizienz (Herzschwäche), Vorhofflimmern, Hirnschädigung oder Schlaganfall (hierfür ist der Bluthochdruck der primäre Risikofaktor), Verkalkung oder Aussackungen der Hauptschlagader mit Gefahr des Reißens und Verblutens, Nierenschädigung und -versagen, Augenschädigung mit Nachlassen der Sehleistung.
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Die renale Denervierung, auch renale Sympathikusdenervation, Nierennervenverödung, renale Entnervung, renale Enervation oder Nierenarteriendenervation genannt, ist eine relativ neue Methode, um den Blutdruck langfristig erfolgreich zu senken. Unter Denervierung versteht man allgemein die vollständige oder partielle Unterbrechung von Nervenbahnen zwischen einem Organ und dem Gehirn. Renal, von lateinisch „ren”, Niere, bedeutet ”die Niere betreffend” oder ”zur Niere gehörig”. Bei der renalen Denervierung wird typischerweise über einen Zugang in der Leiste eines Patienten ein sogenannter Ablationskatheter, genauer ein Hochfrequenzstromablationskatheter, in die Nierenarterie eingeführt. Durch Abgabe eines hochfrequenten Stromes werden um das Nierengefäß verlaufende Nervenfasern verödet, so dass die entsprechenden Nervenleitungen, die teilweise falsche Signale von der Niere ans Gehirn und zurück leiten, unterbrochen sind. Die Niere wird somit vom Stressnervensystem entkoppelt.
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Mit dieser Methode kann nach H. Krum, Transcatheter Cardiovascular Therapeutics (TCT) Conference, 2009, September 21–26, 2009, San Francisco, California, USA, eine klinisch signifikante Reduktion des Blutdrucks bei ca. 80% der Patienten von durchschnittlichen etwa 30 mmHg erreicht werden. Der hohen Erfolgsquote von 80% stehen 20% von Patienten gegenüber, bei denen durch eine Therapie mit renaler Denervierung keine Reduktion des Blutdrucks erreicht werden kann. Die Ursache, wann bei einem Patienten die Therapie anschlägt, der Patient ein sogenannter „Responder” ist, und wann nicht, ist bislang nicht abschließend geklärt. Aktuell wird dem Unterschied zwischen ”Respondern” und ”Non-Respondern” wenig bis keine Beachtung geschenkt, sondern es wird versucht möglichst viele Patienten zu behandeln. Dies dient zum Einen dazu, den medikamenten-resistenten Patienten zu helfen und zum Anderen wird dadurch eine breitere Datenbasis generiert. Aktuelle Veröffentlichungen, wie in N. Goulding, A new cure for hypertension – Renal Denervation, The Boolean, 2011, legen die Annahme nahe, dass der Erfolg einer renalen Denervierung vom sogenannten Schädigungszustand der Niere abhängig ist. Aktuell wird dieser Schädigungszustand der Niere gemessen, indem zum Beispiel der Eiweißgehalt in Urin- und/oder Blut gemessen wird, wobei im Blut zusätzlich der Kreatininwert bestimmt wird. Diese Messungen beschreiben jedoch nur indirekt den Schädigungszustand der Niere. Das exakte Wissen über die renalen Faktoren, von denen die Blutdruck-Regelung abhängig ist, ist deshalb so wichtig, da die Niere das primäre mittel- und langfristige Regelungsorgan darstellt, die kurzfristige Regelung erfolgt primär über Barorezeptoren. Die langfristige Regelung steuert den Blutdruck dadurch, dass über die Nerven Signale ans Hirn gesandt werden, die in einer Veränderung des Gesamtblutvolumens, der Herzfrequenz, sowie der Veränderung der Gefäßdurchmesser resultiert. Unter gewissen Umständen, beziehungsweise unter gewissen Vorbedingungen, werden von der Niere jedoch auch ”falsche” Signale ausgesendet, die zu einer pathologischen Erhöhung des Blutdrucks führen, ohne dass dies für den Körper notwendig wäre. Man könnte auch sagen, die erkrankte Niere ist Quelle eines pathologischen afferenten Signals, das die efferente Sympathikus-Aktivität stimuliert. Bei der renalen Denervierung werden solche Signale der Niere dadurch verhindert, dass die entsprechenden Nervenbahnen verödet und damit ausgeschaltet werden. Dadurch kann die langfristige, im pathologischen Fall falsche, Regulation ausgeschaltet werden und der Körper regelt den Blutdruck primär über kurzfristige Regulationsmechanismen, wie die Barorezeptoren.
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Die
US 2011/0098556 A1 beschreibt ein computergestütztes Verfahren zur Bestimmung einer funktionellen Bewertung von mindestens einem Organ, wie einer Leber oder einer Niere eines Menschen. Das Verfahren umfasst eine Verarbeitung eines 4D-Bilddatensatzes des Organs, wobei der 4D-Bilddatensatz durch eine bildgebende Vorrichtung, wie eine 3D-MR-Aufnahme unter Verwendung eines Kontrastmittels, erfasst wurde. Zur Bestimmung der funktionellen Bewertung wird ein parenchymales Blutvolumen bestimmt, das durch eine arterielle Eingangsfunktion normiert wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zu beschreiben, mit der ein Schädigungskennwert einer Niere bestimmt werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen beschrieben.
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Ein Grundgedanke der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere. Die Vorrichtung umfasst ein Rechen- und Steuermittel mit einem Eingabemittel und einem Ausgabemittel, wobei das Rechen- und Steuermittel dazu ausgelegt ist, eines der nachfolgend beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Das Rechen- und Steuermittel kann als Computer ausgelegt sein, an dem ein Monitor als Ausgabemittel und eine Tastatur als Eingabemittel angeschlossen sind. Die Befähigung, die in den Merkmalen beschriebenen Verfahrensschritte ausführen zu können, kann beispielsweise darin bestehen, dass in dem Rechen- und Steuermittel ein Computerprogramm geladen ist, das zur Ausführung der Verfahrensschritte abgearbeitet wird.
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Das von der Vorrichtung ausführbare Verfahren ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere, wobei in das Verfahren die Niere und die Nierenarterie umfassenden Bilder einer dreidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografie, die mit Kontrastmittelgabe am proximalen Ende der Nierenarterie durchgeführt wurde und einen Füllungslauf und einen Maskenlauf umfasst, eingehen, und wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
S1) Bestimmung eines parenchymalen Blutvolumens, wobei in das parenchymale Blutvolumen die Subtraktion aus Bildern des Füllungslaufs und des Maskenlaufs der dreidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografie eingehen, weiter Bestimmung einer arteriellen Eingangsfunktion und Normalisierung des parenchymalen Blutvolumens mit der arteriellen Eingangsfunktion;
S2) Segmentierung der Niere und Bestimmung eines mittleren normalisierten parenchymalen Blutvolumenwertes und Bestimmung eines Gesamtwertes des parenchymalen Blutvolumens, in den die normalisierten parenchymalen Blutvolumenwerte der segmentierten Niere eingehen;
S3) Entgegennahme eines mittleren normalisierten parenchymalen Blutvolumennormwertes und/oder eines Gesamtnormwertes eines parenchymalen Blutvolumens und Bestimmung wenigstens eines Schädigungskennwertes der Niere, in den der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumenwert und der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumennormwert und/oder der Gesamtwert des parenchymalen Blutvolumens und der Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens eingehen;
S4) Ausgabe des wenigstens einen Schädigungskennwertes der Niere.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass eine renale Denervierung insbesondere dann medizinisch erfolgreich ist, wenn gewisse Bedingungen vorliegen, die für die genannten falschen Signale verantwortlich sind. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht dazu die Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere, der, basierend auf Perfusionseigenschaften und Widerstandscharakteristika der Arteriolen, eine Minderperfusion der Niere beschreibt. Unter Perfusion oder Durchblutung wird allgemein die Versorgung von Organen oder Organteilen mit Blut bezeichnet. Die Zufuhr von Blut zur Versorgung von Geweben mit Sauerstoff, Nährstoffen und anderem erfolgt über Arterien, der Abfluss, zum Abtransport von Stoffwechselprodukten und Kohlenstoffdioxid, erfolgt über Venen. Eine renale Denervierungstherapie erscheint generell dann erfolgversprechend, wenn der Schädigungskennwert einer Niere vergleichsweise groß ist.
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Zur medizinischen Untersuchung von Blutgefäßen, d. h. in der Angiographie, wird häufig unter Einsatz von digitalen, röntgenbasierten Bildgebungssystemen das Verfahren der Digitalen Subtraktionsangiografie, kurz DSA, eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird mit einem Röntgengerät in der sogenannten Hintergrundphase oder Maskenphase zuerst wenigstens ein Bild, das Maske oder Maskenbild genannt wird, von einem zu untersuchenden Bereich, z. B. der Nieren, aufgenommen, das unter anderem auch Knochenstrukturen aufweisen kann. Während im weiteren Verlauf der Untersuchung, der sogenannten Einströmungsphase, arteriellen Phase, Subtraktionsphase oder Füllphase, ein Kontrastmittel, z. B. eine jodhaltige Substanz oder eine isotonische Kochsalzlösung, den Gefäßen zugeführt wird, werden, gegebenenfalls nach etwa 3 bis 6 Sekunden, dem Erreichen des sogenannten Steady-States, mit relativ geringen Bildwiederholungsraten, beispielsweise 0.5 bis 6 Bilder pro Sekunde, weitere Bilder, die sogenannten Füllbilder, aufgenommen. Danach oder dabei wird mittels digitaler Bildverarbeitung jeweils das Maskenbild von diesen Füllbildern subtrahiert. Insbesondere werden die logarithmierten Grauwerte der Bilder subtrahiert. Als Ergebnis erhält man als DSA-Ergebnisbilder fortlaufend anatomiefreie Bilder, die lediglich das Gefäßsystem bzw. den aktuellen Aufenthaltsort des Kontrastmittels zeigen. Neben zweidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografien sind auch dreidimensionale Digitale Subtraktionsangiografien oder 3D-DSA's bekannt. Diese werden prinzipiell wie 2D-DSAs gewonnen, wobei räumliche Bilder des zu untersuchenden Bereiches verwendet werden. Die räumlichen Bilder können mit Hilfe eines C-Bogen-Röntgengerätes gewonnen werden. Durch eine geeignete Serie von Röntgenaufnahmen aus verschiedenen Richtungen rund um das Untersuchungsobjekt ist nach dem Stand der Technik ein räumliches Bild, in Anlehnung an die Computertomografie auch C-Arm-CT genannt, berechenbar.
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Bei einem Grundgedanken der Erfindung gehen somit Bilder einer, im Vorfeld des Verfahrens durchgeführten und an sich bekannten, dreidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografie, die als zu untersuchenden Bereich mindestens eine Niere und deren zugehörige Nierenarterie umfasst, ein. Die dreidimensionale Digitale Subtraktionsangiografie wurde dabei mit Kontrastmittelgabe am proximalen Ende der Nierenarterie durchgeführt und umfasst einen Füllungslauf und einen Maskenlauf. Alternativ kann die Kontrastmittelinjektion auch in der Aorta, proximal zu den Abgängen der Nierenarterien, erfolgt sein und die Bilder der dreidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografie umfassen beide Nieren und beide zugehörigen Nierenarterien. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass beide Nieren für die Verfahrensschritte des Verfahrens erfasst werden.
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In einem ersten Verfahrensschritt des Verfahrens wird ein parenchymales Blutvolumen, engl. Parenchymal Blood Volume, PBV, bestimmt. Unter Parenchym versteht man in der Medizin ein Gewebe, auch Parenchymgewebe genannt, das eine bestimmte Funktion ausübt und das meist von Stützgewebe bzw. Träger- oder Gerüstgewebe umschlossen ist. Im Zusammenhang mit der Niere bezeichnet Parenchym das durch die spezifischen Funktionszellen der Niere, hier die Nephrone, gebildete Gewebe. In das parenchymale Blutvolumen gehen die Subtraktion aus Bildern des Füllungslaufs und des Maskenlaufs der dreidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografie ein. Denkbar ist, dass das parenchymale Blutvolumen durch die Differenz der logarithmierten Grauwerte der Bilder aus Füllungslauf und Maskenlauf bestimmt wird: PBV = Füllungslauf – Maskenlauf.
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Weiter wird eine arterielle Eingangsfunktion, auch arterielle Inputfunktion, AIF, genannt, bestimmt. Die arterielle Eingangsfunktion repräsentiert den durchschnittlichen Grauwert, bzw. durchschnittlichen logarithmierten Grauwert der Nierenarterie bzw. der Nierenarterien. Weiter wird das parenchymale Blutvolumen mit der arteriellen Eingangsfunktion normalisiert. Es ist denkbar, dass das normalisierte parenchymale Blutvolumen, z. B. farbkodiert, auf einem Darstellungsmittel, z. B. einem Computermonitor, visualisiert wird. Die Normalisierung des parenchymalen Blutvolumens bezüglich der arteriellen Eingangsfunktion, AIF, hat den Vorteil, dass die Darstellung und Werte des normalisierten parenchymalen Blutvolumens im Wesentlichen unabhängig von einem Kontrastmittelprotokoll, d. h. unabhängig von Injektionsort, Dichte, Verdünnung, Flussrate, etc., ist, und somit im Wesentlichen nur noch von der Perfusion bzw. vom Blutvolumen der Niere abhängig ist.
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In einem zweiten Verfahrensschritt des Verfahrens wird in den Bildern der dreidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografie die Niere bzw. die Nieren segmentiert. Die Segmentierung ist eine Teildisziplin der digitalen Bildverarbeitung und des sogenannten maschinellen Sehens. In der Fachliteratur ist eine Vielzahl an Verfahren zur Segmentierung, d. h. zur Erzeugung von inhaltlich zusammenhängenden Regionen durch Zusammenfassung benachbarter Pixel, im räumlichen durch Zusammenfassung benachbarter Voxel, entsprechend einem bestimmten Homogenitätskriterium, bekannt. Beispiele sind Pixel-, kanten- und regionenorientierte Verfahren. Weiter sind modellbasierte Verfahren, bei denen von einer bestimmten Form der Objekte ausgegangen wird, sowie texturbasierte Verfahren, bei denen auch eine innere homogene Struktur der Objekte berücksichtigt werden kann, bekannt. Aus den Bildern der segmentierten Niere bzw. der segmentierten Nieren wird ein mittlerer, normalisierter parenchymaler Blutvolumenwert, im Weiteren mit xA bezeichnet, bestimmt. Weiter wird ein Gesamtwert des parenchymalen Blutvolumens der Niere bzw. der Nieren bestimmt, im Weiteren mit xB bezeichnet, wobei in die Bestimmung des Gesamtwertes des parenchymalen Blutvolumens die normalisierten parenchymalen Blutvolumenwerte der segmentierten Niere bzw. Nieren eingehen.
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In einem dritten Verfahrensschritt des Verfahrens wird ein mittlerer normalisierter parenchymaler Blutvolumennormwert, im Weiteren mit xA,Norm bezeichnet, und/oder ein Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens, im Weiteren mit xB,Norm bezeichnet, entgegengenommen. Anschließend wird wenigstens ein Schädigungskennwert der Niere bestimmt, wobei in einen ersten Schädigungskennwert, im Weiteren mit yA bezeichnet, der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumenwert xA und der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumennormwert xA,Norm, und/oder wobei in einen zweiten Schädigungskennwert, im Weiteren mit yB bezeichnet, der Gesamtwert des parenchymalen Blutvolumens xB und der Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens xB,Norm eingehen.
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In einem vierten Verfahrensschritt des Verfahrens wird wenigstens ein Schädigungskennwert der Niere, yA und/oder yB, ausgegeben. Die Ausgabe kann beispielsweise als Zahlenwert oder farbkodiert auf einem Darstellungsmittel, z. B. einem Computermonitor, erfolgen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein erster Schädigungskennwert einer Niere die prozentuale Abweichung des mittleren normalisierten parenchymalen Blutvolumenwertes von dem mittleren normalisierten parenchymalen Blutvolumennormwert ist und/oder ein zweiter Schädigungskennwert einer Niere die prozentuale Abweichung des Gesamtwertes des parenchymalen Blutvolumens von dem Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens ist.
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Das bedeutet, dass in dieser Ausgestaltung die Schädigungskennwerte, die auch als Schädigungsgrade der Niere interpretiert werden können, yA bzw. yB, als prozentuale Abweichungen der Normwerte von den entsprechenden bestimmten Werten, berechnet werden, d. h. yA = 1 – (xA/xA,Norm) bzw. yB = 1 – (xB/xB,Norm).
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass in die Bestimmung der arteriellen Eingangsfunktion ein Histogramm des parenchymalen Blutvolumens eingeht.
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Die arterielle Eingangsfunktion, die den durchschnittlichen Grauwert, bzw. durchschnittlichen logarithmierten Grauwert der Nierenarterie bzw. der Nierenarterien repräsentiert, erfolgt in dieser Ausgestaltung durch eine Histogrammanalyse des parenchymalen Blutvolumens.
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Alternativ zur Bestimmung der arteriellen Eingangsfunktion mit Hilfe einer Histogrammanalyse, können in einer vorteilhaften Ausführungsform in die Bestimmung der arteriellen Eingangsfunktion folgende Verfahrensschritte eingehen:
S11) Entgegennahme eines segmentierten 3D-Datensatzes, der die segmentierte Niere und die segmentierte Nierenarterie umfasst;
S12) nicht-rigide 3D/3D Registrierung des parenchymalen Blutvolumens mit dem segmentierten 3D-Datensatz;
S13) Extraktion der Nierenarterie aus dem parenchymalen Blutvolumen;
S14) Bestimmung der arteriellen Eingangsfunktion durch Mittelwertbildung über die Grauwerte aller Bildpunkte der extrahierten Nierenarterie des parenchymalen Blutvolumens;
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Da beispielsweise in modernen medizinischen bildgebenden Vorrichtungen, wie Computertomografie-, Magnetresonanz- oder C-Bogen-Röntgengeräten, eine Segmentierung von Organen und Gefäßen häufig als Funktion bereitsteht, kann vorteilhaft in einem ersten Teilverfahrensschritt auf einen bereits segmentierten 3D-Datensatz, der die segmentierte Niere und die segmentierte Nierenarterie umfasst, zurückgegriffen werden. Diese wird dann beispielsweise in einem ersten Teilverfahrensschritt von der bildgebenden Vorrichtung entgegengenommen, d. h. zum Beispiel in einen Speicher eines Rechen- und Steuermittels übertragen.
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In einem zweiten Teilverfahrensschritt erfolgt eine nicht-rigide 3D/3D Registrierung des parenchymalen Blutvolumens mit dem segmentierten 3D-Datensatz. Unter Registrierung, Bildregistrierung oder Bildfusion wird in der digitalen Bildverarbeitung ein Prozess verstanden, bei dem zwei oder mehrere Bilder derselben oder zumindest einer ähnlichen Szene bestmöglich in Übereinstimmung miteinander gebracht werden. Dabei wird üblicherweise ein Bild als Referenzbild definiert, die anderen Bilder werden Objektbilder genannt. Um die Objektbilder optimal an das Referenzbild anzupassen, wird eine ausgleichende Transformation bestimmt. Die zu registrierenden Bilder können sich voneinander unterscheiden, wenn sie von unterschiedlichen Positionen, zu unterschiedlichen Zeitpunkten oder mit unterschiedlichen bildgebenden Vorrichtungen aufgenommen wurden. Bildregistrierungsverfahren sind vor allem in der medizinischen Bildverarbeitung häufig, um die mit verschiedenen bildgebenden Verfahren oder Modalitäten aufgenommenen Bilder einander anzugleichen. Man kann dabei zwischen rigiden oder steifen Registrierungsverfahren und nicht-rigiden oder flexiblen Registrierungsverfahren unterscheiden. Bei komplexen lokalen Verzerrungen zwischen zwei Bildern bietet sich die Registrierung mittels elastischer Modelle an. Dabei erfolgt die Registrierung meist iterativ durch die Minimierung eines Energiefunktionals. Registrierungsalgorithmen für 3D-Bilder sind an sich bekannte Verfahren der digitalen Bildverarbeitung.
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In einem dritten Teilverfahrensschritt wird die Nierenarterie aus dem parenchymalen Blutvolumen extrahiert. Da aus dem segmentierten 3D-Datensatz die Lagen von Niere und insbesondere der Nierenarterie bekannt sind und diese durch den Registrierungsprozess in das parenchymale Blutvolumen übertragen wurden, kann die Nierenarterie aus dem parenchymalen Blutvolumen extrahiert oder bestimmt werden.
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In einem vierten Teilverfahrensschritt wird die arterielle Eingangsfunktion durch Mittelwertbildung über die Grauwerte aller Bildpunkte der extrahierten Nierenarterie des parenchymalen Blutvolumens bestimmt. Unter einem Bildpunkt wird in diesem Fall ein räumlicher Bildpunkt oder Voxel verstanden.
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In Weiterführung der zuletzt beschriebenen Ausführungsform und mit besonderem Vorteil geht der im ersten Teilverfahrensschritt entgegengenommene segmentierte 3D-Datensatz, der die segmentierte Niere und die segmentierte Nierenarterie umfasst, und die im zweiten Teilverfahrensschritt durchgeführte nicht-rigide 3D/3D-Registrierung des parenchymalen Blutvolumens mit dem segmentierten 3D-Datensatz in die Segmentierung der Niere im zweiten Verfahrensschritt ein. Da aus dem entgegengenommenen segmentierten 3D-Datensatz die Lagen von Niere und Nierenarterie bekannt sind und diese durch den Registrierungsprozess in das parenchymale Blutvolumen übertragen wurden, kann die Niere aus dem parenchymalen Blutvolumen extrahiert oder bestimmt werden. D. h. hier bieten sich Synergieeffekte an, die zum Beispiel eine schnellere Datenverarbeitung ermöglichen.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in die Bestimmung des Gesamtwertes des parenchymalen Blutvolumens eine Addition aller normalisierten parenchymalen Blutvolumenwerte der segmentierten Niere eingeht.
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Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt nach Segmentierung der Niere und Bestimmung des mittleren normalisierten parenchymalen Blutvolumenwertes die Bestimmung des Gesamtwertes des parenchymalen Blutvolumens. Dieser wird vorteilhaft durch eine Addition aller normalisierten parenchymalen Blutvolumenwerte der segmentierten Niere berechnet.
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Mit besonderem Vorteil ist der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumennormwert und/oder der Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens, der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumennormwert und/oder der Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens eines gesunden Untersuchungsobjektes.
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Wie beschrieben werden im dritten Verfahrensschritt ein mittlerer normalisierter, parenchymaler Blutvolumennormwert xA,Norm und/oder ein Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens xB,Norm entgegengenommen, die in die Bestimmung des wenigstens einen Schädigungskennwertes der Niere eingehen können. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Schädigungskennwert einer Niere die prozentuale Abweichung des mittleren normalisierten parenchymalen Blutvolumenwertes xA von dem mittleren normalisierten parenchymalen Blutvolumennormwert xA,Norm und/oder der zweite Schädigungskennwert einer Niere ist die prozentuale Abweichung des Gesamtwertes des parenchymalen Blutvolumens xB von dem Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens xB,Norm. Mit besonderem Vorteil ist ein oder sind beide Normwerte xA,Norm bzw. xB,Norm entsprechende Werte von gesunden Untersuchungsobjekten, insbesondere von gesunden Lebewesen derselben Gattung. Die Normwerte können beispielsweise aus Messreihen oder Statistiken stammen, bei denen bei gesunden Untersuchungsobjekten, wie menschlichen oder tierischen Patienten, die entsprechenden Werte, d. h. der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumenwert xA und/oder der Gesamtwert des parenchymalen Blutvolumens xB bestimmt wurden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumennormwert und/oder der Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens, der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumennormwert und/oder der Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens eines Untersuchungsobjektes, bei dem eine renale Denervierungstherapie nicht erfolgreich war.
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In dieser Ausgestaltung stammen die Normwerte von Untersuchungsobjekten, bei denen eine renale Denervierungstherapie nicht erfolgreich war, d. h. bei sogenannten ”Non-Respondern”. Diese Wahl hat den Vorteil, dass zunehmend statistisches Material zur Verfügung stehen würde, das die Wahrscheinlichkeit für eine richtige Vorhersage erhöhen würde.
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Denkbar ist auch, zur Auswahl der Normwerte weitere Kennwerte des Untersuchungsobjektes, wie Geschlecht, Alter, Gewicht, Art und Ausprägung der Hypertonie, mit dem aktuellen Untersuchungsobjekt abzugleichen, um so eine bessere Übereinstimmung und Vergleichsmöglichkeit zu gewährleisten.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Warnung ausgegeben, wenn der erste und/oder zweite Schädigungskennwert einer Niere innerhalb eines vorgebbaren Schädigungsabweichungsbereiches liegt.
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Hierbei wird der wenigstens eine Schädigungskennwert der Niere mit einem entgegengenommenen Schädigungsabweichungsbereich verglichen und es wird eine Warnung ausgegeben, beispielsweise in Form einer Textausgabe auf einem Darstellungsmittel, wie einem Computermonitor, wenn der wenigstens eine Schädigungskennwert der Niere innerhalb des Schädigungsabweichungsbereiches liegt. Der Schädigungsabweichungsbereich ergibt sich beispielsweise aus Messreihen von mehreren Untersuchungsobjekten, die als sogenannte ”Non-Responder” bestimmt wurden, d. h. bei denen eine renale Denervierungstherapie nicht erfolgreich war, und deren Schädigungskennwerte zu besagtem Schädigungsabweichungsbereich zusammengefasst wurden. Liegt nun ein Schädigungskennwert der Niere eines aktuell untersuchten Untersuchungsobjektes innerhalb des Schädigungsabweichungsbereiches, ist davon auszugehen, dass auch dieses Untersuchungsobjekt nicht erfolgreich mit einer renalen Denervierung therapiert werden kann und es wird eine entsprechende Warnung ausgegeben. Denkbar ist auch, dass ein Wahrscheinlichkeitswert für eine renale Denervierungstherapie angezeigt wird, der umso größer ist, je mehr der wenigstens eine Schädigungskennwert der Niere von dem entsprechenden Normwert der Niere abweicht.
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Darüber hinaus lassen sich weitere Verbesserungen erzielen, wenn das Verfahren automatisch ausgeführt wird.
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Automatisch ausgeführte Verfahren erfordern weniger Eingriffe eines Anwenders und sind somit im Allgemeinen weniger fehleranfällig und werden schneller abgearbeitet.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren samt Beschreibung. Es zeigen:
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1 schematisch eine Niere, bei der eine renale Denervierung durchgeführt wird;
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2 schematisch eine Niere vor Durchführung einer Digitalen Subtraktionsangiografie;
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3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens, das von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere ausgeführt werden kann;
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4 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere.
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1 zeigt schematisch eine Niere 2, bei der eine renale Denervierung durchgeführt wird. Neben der Niere 2 ist die Aorta 5 und eine, die Aorta 5 mit der Niere 2 verbindende, Nierenarterie 3 dargestellt. Um das Nierengefäß verlaufende Nervenfasern 8 leiten unter anderem pathologische Stimulationssignale an das Gehirn weiter, die ursächlich für therapierefraktionäre Hypertonie verantwortlich gemacht werden. Bei der renalen Denervierung wird typischerweise über einen Zugang in der Leiste eines Patienten ein Ablationskatheter 6 in die Nierenarterie 3 eingeführt. Durch Abgabe eines hochfrequenten Stromes an der Spitze 7 des Ablationskatheters 6, durch Halbkreise angedeutet, werden lokal um das Nierengefäß verlaufende Nervenfasern 8 verödet, so dass die entsprechenden Nervenleitungen elektrisch unterbrochen sind. Die Niere 2 wird somit vom Stressnervensystem entkoppelt.
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In 2 ist schematisch eine Niere 2 vor Durchführung einer Digitalen Subtraktionsangiografie dargestellt. Bei diesem Verfahren wird mit einem Röntgengerät in der sogenannten Hintergrundphase oder Maskenphase zuerst wenigstens ein Bild, das Maske oder Maskenbild genannt wird, von beispielsweise der Niere 2 und der, von der Aorta 5 gespeisten, Nierenarterie 3 aufgenommen. Ein Katheter 9 ist über die Aorta 5 bis vor das proximale Ende 4 der Nierenarterie 3, d. h. den Abgang der Aorta 5, eingeführt. Während des weiteren Verlaufs der Untersuchung, der sogenannten Einströmungsphase, arteriellen Phase, Subtraktionsphase oder Füllphase, wird über den Katheter 9 ein Kontrastmittel, z. B. eine jodhaltige Substanz oder eine isotonische Kochsalzlösung, der Nierenarterie 3 zugeführt, und es werden, gegebenenfalls nach etwa 3 bis 6 Sekunden, dem Erreichen des sogenannten Steady-States, weitere Bilder, die sogenannten Füllbilder, aufgenommen. Nachdem der Füllungslauf beendet ist, kann die Injektion des Kontrastmittels gestoppt werden. Die 3D-Bilder des Füllungslaufs und des Maskenlaufs sind wichtige Eingangsgrößen für ein Verfahren zur Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere. Durch eine digitale Subtraktion der Maskenbilder von den Füllbildern entstehen 3D-Bilder oder 3D-Volumenbilder, aus denen beispielsweise ein parenchymales Blutvolumen rekonstruiert werden kann.
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3 zeigt beispielhaft ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 1, das von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere ausgeführt werden kann. Das Verfahren 1 umfasst die Verfahrensschritte S1', S1'', S11 bis S14 und S2 bis S4. Es beginnt mit Verfahrensschritt S1 und endet, „End”, nach Verfahrensschritt S4. In das Verfahren 1 gehen, die Niere und die Nierenarterie umfassende, Bilder einer dreidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografie, die mit Kontrastmittelgabe am proximalen Ende der Nierenarterie durchgeführt wurde und einen Füllungslauf und einen Maskenlauf umfasst, ein. Die einzelnen Verfahrensschritte lauten:
S1') Bestimmung eines parenchymalen Blutvolumens, wobei in das parenchymale Blutvolumen die Subtraktion aus Bildern des Füllungslaufs und des Maskenlaufs der dreidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografie eingehen;
S1'') Bestimmung einer arteriellen Eingangsfunktion und Normalisierung des parenchymalen Blutvolumens mit der arteriellen Eingangsfunktion, wobei in die Bestimmung der arteriellen Eingangsfunktion die Verfahrensschritte S11 bis S14 eingehen;
S11) Entgegennahme eines segmentierten 3D-Datensatzes, der die segmentierte Niere und die segmentierte Nierenarterie umfasst;
S12) nicht-rigide 3D/3D Registrierung des parenchymalen Blutvolumens mit dem segmentierten 3D-Datensatz;
S13) Extraktion der Nierenarterie aus dem parenchymalen Blutvolumen;
S14) Bestimmung der arteriellen Eingangsfunktion durch Mittelwertbildung über die Grauwerte aller Bildpunkte der extrahierten Nierenarterie des parenchymalen Blutvolumens;
S2) Segmentierung der Niere und Bestimmung eines mittleren normalisierten parenchymalen Blutvolumenwertes und Bestimmung eines Gesamtwertes des parenchymalen Blutvolumens, in den die normalisierten parenchymalen Blutvolumenwerte der segmentierten Niere eingehen;
S3) Entgegennahme eines mittleren normalisierten parenchymalen Blutvolumennormwertes und/oder eines Gesamtnormwertes eines parenchymalen Blutvolumens und Bestimmung wenigstens eines Schädigungskennwertes der Niere, in den der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumenwert und der mittlere normalisierte parenchymale Blutvolumennormwert und/oder der Gesamtwert des parenchymalen Blutvolumens und der Gesamtnormwert eines parenchymalen Blutvolumens eingehen;
S4) Ausgabe des wenigstens einen Schädigungskennwertes der Niere.
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In 4 schließlich ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Bestimmung eines Schädigungskennwertes einer Niere dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Rechen- und Steuermittel 19, hier ein Computer, mit einem Eingabemittel 12, hier eine Computertastatur, und einem Ausgabemittel 11, hier ein Computermonitor. Das Rechen- und Steuermittel 19 ist dazu ausgelegt, eines der beschriebenen Verfahren auszuführen. Insbesondere ist das Rechen- und Steuermittel 19 dazu ausgelegt, Bilder einer dreidimensionalen Digitalen Subtraktionsangiografie, die mindestens eine Niere und eine Nierenarterie umfassen, und die mit einer Kontrastmittelgabe am proximalen Ende der Nierenarterie durchgeführt wurde und einen Füllungslauf und einen Maskenlauf umfasst, entgegenzunehmen. Dazu ist sie über ein Verbindungsmittel 13, hier eine elektrische Leitung, mit einer Röntgenvorrichtung 20 verbunden. Die Röntgenvorrichtung 20 weist beispielsweise einen C-Bogen 22 auf, an dem in gegenüberliegender Lage eine Röntgenquelle 23 und ein digitaler Röntgendetektor 24 angeordnet sind. Auf einer Lagerungseinrichtung 25, hier ein Untersuchungstisch, der von einer Säule der Lagerungseinrichtung gehalten wird, liegt ein Untersuchungsobjekt 26, zum Beispiel ein menschlicher Patient. Die Röntgenvorrichtung 20 kann durch das Rechen- und Steuermittel 19, hier der Computer, gesteuert werden. Der C-Bogen 22 der Röntgenvorrichtung 20 ist drehbar. Durch eine geeignete Serie von Röntgenaufnahmen aus verschiedenen Richtungen rund um das Untersuchungsobjekt 26 ist nach dem Stand der Technik ein räumliches Bild eines Untersuchungsbereiches 27, hier der Bereich mit Nieren und Nierenarterien des Untersuchungsobjektes 26, berechenbar und an das Rechen- und Steuermittel 19 übertragbar. Eingaben, wie die Eingabe eines Schädigungsabweichungsbereiches 15, können an dem Eingabemittel 12, hier der Computertastatur, vorgenommen werden. Die Darstellung eines Schädigungskennwertes der Niere, zum Beispiel wie hier als Ausschlag eines Zeigers 14 in einem Zeigerdiagramm, kann auf dem Ausgabemittel 11, hier dem Computermonitor, erfolgen. Da der durch den Zeiger 14 dargestellte Schädigungskennwert innerhalb des Schädigungsabweichungsbereiches 15 liegt, wird eine Warnung 16, hier symbolisch durch einen blinkenden Warnhinweis auf dem Ausgabemittel 11, ausgegeben.
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Zusammenfassend werden weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung beschrieben. Die Erfindung schlägt ein Verfahren vor, welches einen Wert, insbesondere einen Schädigungskennwert einer Niere, definiert, der einem Nutzer des Verfahrens, z. B. einem Arzt, helfen kann, die Erfolgsaussichten einer renalen Denervierungstherapie abzuschätzen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Niere, deren Funktionswerte innerhalb eines ”Normbereiches” liegen, keine pathologischen Signale an das Gehirn leitet und dass die Ursache für einen pathologisch erhöhten Blutdruck nicht an der langfristigen Regulation durch die Niere liegt, sondern durch andere Faktoren bedingt ist. Eine renale Denervierung würde in diesem Fall zu keinem medizinischen Erfolg führen. Bei einer Niere, deren Funktionswerte außerhalb des ”Normbereiches” liegen, ist jedoch davon auszugehen, dass es zu den zuvor beschriebenen falschen Signalen kommt, d. h. dass der pathologisch erhöhte Blutdruck aus falschen Signalen der Niere erfolgt. Eine renale Denervierung wäre in diesem Fall indiziert und sollte durchgeführt werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine renale Denervierung erfolgreich sein würde, ist signifikant höher einzuschätzen als im ersten Fall.
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Die beschriebenen Methodiken bieten unter anderem folgende Vorteile:
- – Wird eines der Verfahren häufig durchgeführt, wächst die Informationsbasis, d. h. sobald medizinische Studien mit einem dieser Verfahren durchgeführt wurden, haben Ärzte eine deutlich höhere Sicherheit, ob eine renale Denervierung indiziert ist oder ob diese ein unnötiges Risiko, wie beispielsweise Nierenarterien-Stenosen, für den Patienten darstellt;
- – Durch eines der Verfahren können zuverlässig nur solche Patienten einer renaler Denervierung zugeführt werden, die von dieser Form der Therapie auch tatsächlich profitieren. Somit werden unnötige, teure Therapien vermieden;
- – Dadurch, dass die Verfahren, mit Bildgebung, Entscheidungsfindung und Durchführung der Intervention, in der Angiographie durchgeführt werden können, vereinfacht sich die Logistik und der Arbeitsablauf im Krankenhaus im Vergleich zu bekannten Verfahren;
- – Die beschriebenen Verfahren sind für einen Nutzer leicht zu handhaben, da sie größtenteils automatisiert ablaufen können und als Ergebnis lediglich einen oder wenige Parameter liefern, deren Aussagegehalt einfach zu interpretieren ist.
