DE102013201259A1

DE102013201259A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abbildung der Prostata

Info

Publication number: DE102013201259A1
Application number: DE201310201259
Authority: DE
Inventors: Patrick Gross
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-07-31

Abstract

Ein Verfahren zur Abbildung der Prostata (5) weist folgende Merkmale auf: – Ein in eine Harnröhre (4) eingesetzter Katheter (2) bildet ein Referenzobjekt bekannter Geometrie, welches relativ zur Prostata (5) fixiert ist, – mittels eines bildgebenden medizintechnischen Gerätes (3) werden unter Nutzung der bekannten geometrischen Relation zwischen Katheter (2) und Prostata (5) Bilddaten der Prostata (5) gewonnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung, d.h. zur bildgebenden Aufnahme der Prostata sowie eine zur Durchführung eines solchen Abbildungsverfahrens geeignete Vorrichtung.
Zur Untersuchung der Prostata sind mit Ultraschallwandlern arbeitende bildgebende Verfahren gängig. Als Stand der Technik ist beispielhaft die DE 10 2010 028 105 A1 zu nennen. In diesem Dokument sind neben Ultraschallverfahren auch bildgebende Verfahren wie MR oder MR-US-Fusion erwähnt.
Zusätzlich zur Verwendung von Ultraschall bei bildgebenden Verfahren ist auch der Einsatz von Ultraschall zu therapeutischen Zwecken bekannt. In diesem Zusammenhang wird auf die DE 42 07 463 C2 verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten der Prostataabbildung gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Im Folgenden im Zusammenhang mit der Vorrichtung erläuterte Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
Das Verfahren zur Abbildung der Prostata weist folgende Merkmale auf:

– Ein in eine Harnröhre eines Patienten eingesetzter Katheter bildet ein Referenzobjekt bekannter Geometrie, welches relativ zur Prostata des Patienten fixiert ist,
– mittels eines bildgebenden medizintechnischen Gerätes werden unter Nutzung der bekannten geometrischen Relation zwischen Katheter und Prostata Bilddaten der Prostata gewonnen.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei Prostatauntersuchungen und/oder -behandlungen, bei welchen medizintechnische Objekte wie Nadeln zu platzieren sind, der Ort, an welchem sich solche Objekte während der Untersuchung und/oder Behandlung befinden, möglichst genau bekannt sein sollte, um insbesondere Risikogewebe, das sich außerhalb des zu untersuchenden und/oder zu behandelnden Bereichs befindet, zu schonen.
Als Behandlungen oder Untersuchungen der Prostata sind beispielhaft Biopsien, Ablationen und die Brachytherapie zu nennen. Bei einer Ablation kann es sich zum Beispiel um eine Kryoablation, eine Laserablation, eine Mikrowellenablation oder um eine Ablation mittels elektromagnetischer Strahlung handeln. Die Brachytherapie ist eine Strahlentherapie, bei der sich die Strahlenquelle im oder direkt am Tumorgewebe befindet.
Um bei einer Biopsie Nadeln gezielt zu platzieren, wird in der Regel transrectaler Ultraschall (TRUS) genutzt. Ultraschalluntersuchungen zeichnen sich im Vergleich zu mit Röntgenstrahlung oder Magnetresonanz arbeitenden bildgebenden Verfahren allgemein durch einen geringeren apparativen Aufwand und eine hohe zeitliche Auflösung aus. Zudem ist das Fehlen ionisierender Strahlung von Vorteil. Nachteilig ist dagegen in zahlreichen Anwendungsfällen eine geringe Sensitivität hinsichtlich der pathologischen Eigenschaften des untersuchten Gewebes. Je nach Anwendung kann auch die Abschattung von zu untersuchendem Gewebe durch bei einem Eingriff verwendete Objekte, beispielsweise Nadeln, nachteilig sein. Darüber hinaus können Beeinträchtigungen hinsichtlich der Präzision eines Eingriffs durch Verformungen und/oder Verlagerungen des zu untersuchenden und/oder zu behandelnden Organs eine Rolle spielen. Eine Verformung oder Verlagerung der Prostata kann insbesondere durch bei dem Eingriff verwendete Objekte verursacht sein.
Diesen Nachteilen, welche im Stand der Technik in Kauf genommen werden, wird gemäß der Erfindung dadurch effizient entgegengewirkt, dass ein in die Harnröhre eingesetzter Katheter als Referenzobjekt bei der Bildgebung verwendet wird. Dieses Referenzobjekt hat die Funktion, die Prostata zu fixieren. Zu diesem Zweck weist der Katheter eine Steifigkeit auf, die für die Fixierung der Prostata relativ zum Katheter ausreichend ist. Der Katheter kann derart ausgebildet sein, dass er auch selbst für eine Untersuchung oder Behandlung der Prostata einsetzbar ist.
Die Gewinnung von Bilddaten, welche unter Nutzung der bekannten geometrischen Relation zwischen Prostata und Katheter erfolgt, kann in engem zeitlichem Zusammenhang oder gleichzeitig mit der Untersuchung und/oder Behandlung der Prostata geschehen.
Beispielsweise werden kurz vor Beginn eines Eingriffs an der Prostata, nämlich eines Eingriffs mit mindestens einer Nadel, Bilddaten der Prostata mit einem grundsätzlich bekannten Verfahren wie Magnetresonanztomographie, Computertomographie oder Positronen-Emissions-Tomographie gewonnen. Für den durchzuführenden Eingriff wird ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Katheter über die Harnröhre in die Blase eingeführt. Dieser Katheter stellt ein von außen zugängliches, hinreichend steifes Referenzobjekt dar, welches die Prostata festhält. Die vor dem eigentlichen, mit der mindestens einen Nadel erfolgenden Eingriff akquirierten Bilddaten der Prostata können unmittelbar für den Eingriff verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, während des Nadeleingriffs die Position und Bewegung der Nadel laufend, insbesondere mittels Ultraschall, zu verfolgen. In jedem Fall stellt der genannte Katheter ein Referenzobjekt für den mit bildgebenden Methoden unterstützten Eingriff dar. Im einfachsten Fall dient der Katheter hierbei lediglich der Fixierung der Prostata. In anderen Fällen, auf welche noch näher eingegangen wird, bildet der Katheter zumindest eine Komponente eines externen Referenzrahmens.
In jedem Fall kann mittels des Katheters in einer vorteilhaften Gestaltung gleichzeitig mit der Fixierung der Prostata ein flüssigkeitsdichter Verschluss zwischen Harnröhre und Blase gebildet werden. Der Katheter kann zu diesem Zweck an seinem distalen Ende ein expandierbares Verschlusselement, insbesondere in Form eines Ballons, aufweisen.
Zur Fixierung der Prostata relativ zum Katheter weist dieser in bevorzugter Ausgestaltung einen Fixierungsabschnitt auf, welcher sich von mindestens einem weiteren Abschnitt des Katheters unterscheidet. Beispielsweise weist der Fixierungsabschnitt mindestens ein auslenkbares Fixierungselement, vorzugsweise eine Mehrzahl an Fixierungselementen, auf. Solche Fixierungselemente können die Form kleiner Haken haben. Die Auslenkung der Fixierungselemente kann zum Beispiel durch Flüssigkeitsdruck erfolgen. Mittels Flüssigkeitsdruck ist auch ein als Ballon gestaltetes Fixierungselement betätigbar. Im Unterschied zu dem oben genannten, als Verschlusselement zur Blase fungierenden Ballon ist der als Fixierungselement vorgesehene Ballon vom distalen Ende des Katheters beabstandet. Eine weitere Möglichkeit, Druckunterschiede zur Fixierung des Katheters zu nutzen, ist mit der Anlegung von Unterdruck an den Katheter in Verbindung mit Saugöffnungen des Katheters im Fixierungsabschnitt gegeben.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Katheter mit bekannter geometrischer Relation mit mindestens einem Referenzobjekt verbunden, welches außerhalb der Prostata angeordnet und mittels des medizintechnischen Gerätes, insbesondere Ultraschallgerätes, detektierbar ist. Das Referenzobjekt außerhalb des Katheters kann hierbei als Referenzrahmen gestaltet und mechanisch mit dem Katheter verbunden sein. Ein Referenzrahmen, welcher zusammen mit dem Katheter während der Untersuchung und/oder Behandlung der Prostata genutzt wird, kann zur präzisen Platzierung eines Objektes, insbesondere einer Nadel, zum Beispiel mit Längen- und/oder Winkelmessung arbeiten. Auch eine definierte mechanische Verbindung zwischen dem Katheter und dem für die Untersuchung verwendeten Ultraschallgerät ist mittels des Referenzrahmens realisierbar.
Um den Katheter im Ultraschallbild klar erkennen und von weiteren Objekten – auch automatisiert – unterscheiden zu können, kann der Katheter beispielsweise charakteristische geometrische Merkmale wie Radien aufweisen. Ebenso kann der Katheter mit mindestens einer Ultraschallquelle, vorzugsweise mehreren, jeweils näherungsweise punktförmigen Ultraschallquellen, ausgerüstet sein.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sehen eine Kühlung oder Heizung des Katheters vor, mit welcher den Katheter umgebendes Gewebe gezielt gekühlt oder behandelt, insbesondere denaturiert, werden kann.
Einfache Markierungen des Katheters können beispielsweise in Form von optischen Markierungen gegeben sein. Eine weitere Möglichkeit, definierte Stellen des Katheters zu markieren, stellen elektromagnetische Markierungselemente dar. Solche Markierungselemente sind im Rahmen von elektromagnetischen Navigationssystemen nutzbar. Ebenso kommt zur Verfolgung der Position und Bewegung des Katheters ein auf Magnetresonanz basierendes Navigationssystem in Betracht. Prinzipiell sind medizintechnisch nutzbare Navigationssysteme beispielsweise aus der DE 10 2011 006 562 A1 sowie aus der DE 10 2010 062 340 A1 bekannt.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, jeweils in grob schematisierter Darstellung:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Prostataabbildung und -untersuchung,
2, 3 Details der Vorrichtung nach 1,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Prostataabbildung und -untersuchung,
5, 6 Details der Vorrichtung nach 4 in Darstellungen analog 2 und 3,
7 ausschnittsweise eine weitere Vorrichtung zur Prostataabbildung und -untersuchung.
Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile und Geräte sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Gleiches gilt für in den Figuren angedeutete anatomische Merkmale eines nicht weiter dargestellten Patienten.
Eine in 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Abbildungsvorrichtung umfasst einen Katheter 2, auf den nachfolgend noch näher eingegangen wird, sowie ein bildgebendes medizintechnisches Gerät, nämlich ein Ultraschallbildaufnahmegerät 3, kurz als Ultraschallgerät bezeichnet, welches in 1 nur andeutungsweise skizziert ist.
Der Katheter 2 wird auch im Rahmen einer Untersuchung und/oder Behandlung eines Patienten verwendet. Nicht maßstäblich sind in 1 Harnröhre 4, Prostata 5, Harnblase 6 und Rectum 7 des Patienten erkennbar.
Der Katheter 2 weist an seinem distalen Ende ein flüssigkeitsdichtes Verschlusselement 8 in Form eines durch Fluiddruck expandierbaren Ballons auf. Mit diesem Verschlusselement 8 wird nicht nur der Durchtritt von Flüssigkeit zwischen Harnblase 6 und Harnröhre 4 verhindert, sondern zugleich auch der Katheter 2 relativ zur Prostata 7 in einer Längsrichtung festgehalten.
Zusätzlich weist der Katheter 2 in seinem an das Verschlusselement 8 anschließenden, von der Prostata 5 umgebenen Bereich einen Fixierungsabschnitt 9 auf, welcher eine feste geometrische Relation zwischen Katheter 2 und Prostata 5 herstellt. Der Fixierungsabschnitt 9 zeichnet sich gegenüber den übrigen Abschnitten des Katheters durch eine Anzahl Fixierungselemente 10 aus, die die Stabilität der mechanischen Verbindung zwischen dem Katheter 2 und der Prostata 5 herstellen oder zumindest unterstützen. Der Katheter 2 ist im Vergleich zu herkömmlichen, für Prostatauntersuchungen eingesetzten Kathetern insgesamt von stabiler Gestalt.
Beispiele von Fixierungselementen 10, welche für die Abbildungsvorrichtung 1 nach 1 geeignet sind, sind in den 2 und 3, welche im Querschnitt jeweils einen Fixierungsabschnitt 9 zeigen, skizziert. Im Beispiel nach 2 sind die Fixierungselemente 10 als auslenkbare Haken gestaltet, welche sich im Gewebe der Prostata 5 verhaken können. In nicht dargestellter Weise werden die Fixierungselemente 10 nach außen von der Wandung des Katheters 2 abgespreizt, wenn ein Lumen innerhalb des Katheters 2 mit Druck beaufschlagt wird. Im Beispiel nach 3 sind die Fixierungselemente 10 des Fixierungsabschnitts 9 durch Saugöffnungen 11 gebildet. In diesem Fall bewirkt das Anlegen eines Unterdrucks eine mechanische Verbindung zwischen dem Katheter 2 und der Prostata 5.
Das Ausführungsbeispiel nach 4 ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1 dahingehend weiterentwickelt, dass der Katheter 2 an ein externes Referenzobjekt 12 gekoppelt ist, wobei eine mechanische Verbindung zwischen dem Katheter 2 und dem Referenzobjekt 12 lediglich durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Als bildgebendes medizintechnisches Gerät 3 wird im Ausführungsbeispiel nach 4 ein TRUS-Gerät verwendet. Alternativ ist zur Verfolgung des an der Prostata 5 vorgenommenen Eingriffs auch ein Ultraschallgerät anderer Art oder ein sonstiges bildgebendes medizintechnische Gerät nutzbar.
Innerhalb der Fixierungsabschnitts 9 sind in 4 mehrere Markierungselemente 13 angedeutet. Beispiele solcher Markierungselemente 13 sind in den 5 und 6 skizziert.
In nicht dargestellter Weise kann der Katheter 2 des Ausführungsbeispiels nach 4, ebenso wie der Katheter 2 nach 1, Fixierungselemente 10, beispielsweise in Form von Haken oder Saugöffnungen 11, aufweisen. Des Weiteren sind die in den 5 und 6 skizzierten Markierungselemente 13 auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 realisierbar.
Im in 5 dargestellten Beispiel sind mehrere Markierungselemente 13, mit welchen der Katheter 2 an definierten Stellen gekennzeichnet ist, als optische Markierungen 14 ausgebildet.
Im Beispiel nach 6 sind unterschiedliche Markierungselemente 13 an einem einzigen Katheter 2 angebracht, nämlich erstens elektromagnetische Markierungselemente 15 und zweitens eine Ultraschallquelle 16, welche lediglich geringe Ausdehnungen hat und ebenfalls als Markierungselement 13 fungiert. Bei der Durchführung eines Eingriffs mit dem Katheter 2 wird die Ultraschallquelle 16 mit der Ultraschallemission des Ultraschallbildaufnahmegerätes 3 synchronisiert.
Die elektromagnetischen Markierungselemente 15, welche sich auch an verschiedenen Stellen längs des Katheters 2 befinden können, sind im Rahmen eines prinzipiell bekannten medizintechnischen elektromagnetischen Navigationssystems nutzbar, wobei sie eindeutige Informationen sowohl über den Ort als auch über die Bewegung der jeweiligen Markierungselemente 15 liefern. In ähnlicher Weise sind auch am Katheter 2 angebrachte Markierungselemente 13 verwendbar, die mit auf Magnetresonanz basierenden Bildgebungsverfahren identifizierbar sind. Sämtliche Markierungselemente 13 unterschiedlicher Typen sind innerhalb ein und derselben Abbildungsvorrichtung 1 kombinierbar.
Das Ausführungsbeispiel nach 7 zeigt eine weitere Möglichkeit der Fixierung des Katheters 2 in der Prostata 5, welche mit jedem der Beispiele nach den 2, 5 und 6 kombinierbar ist. Das Fixierungselement 10, welches den Katheter 2 in der Prostata 5 hält, ist in diesem Fall als durch Fluiddruck betätigbarer Ballon 17 ausgebildet. Eine durch den Katheter 2 führende Zuleitung zu dem Ballon 17 ist in 7 nicht dargestellt. Der in 7 ausschnittsweise sichtbare Katheter 2 kann, wie auch im Ausführungsbeispiel nach 4, eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um als Komponente eines Referenzobjektes 12, insbesondere Referenzrahmens, bekannter Geometrie zu dienen. Ist eine solche Steifigkeit des Katheters 2 nicht gegeben, trägt das als Ballon 17 ausgebildete Fixierungselement 10 zumindest zur Stabilisierung der Form der Prostata 5 bei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010028105 A1 [0002]
DE 4207463 C2 [0003]
DE 102011006562 A1 [0018]
DE 102010062340 A1 [0018]

Claims

Verfahren zur Abbildung der Prostata (5), mit folgenden Merkmalen: – Ein in eine Harnröhre (4) eingesetzter Katheter (2) bildet ein Referenzobjekt bekannter Geometrie, welches relativ zur Prostata (5) fixiert ist, – mittels eines bildgebenden Gerätes (3) werden unter Nutzung der bekannten geometrischen Relation zwischen Katheter (2) und Prostata (5) Bilddaten der Prostata (5) gewonnen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Katheters (2) gleichzeitig mit der Fixierung der Prostata (5) ein flüssigkeitsdichter Verschluss zwischen Harnröhre (4) und Blase (6) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als bildgebendes Gerät (3) ein Ultraschallgerät genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (2) mit bekannter geometrischer Relation mit mindestens einem Referenzobjekt (12) verbunden wird, welches außerhalb der Prostata (5) angeordnet ist und mittels des bildgebenden Gerätes (3) detektiert wird.
Vorrichtung zur Abbildung der Prostata (5), mit – einem Katheter (2), welcher zur Herstellung einer definierten geometrischen Relation mit einer Prostata (5) ausgebildet ist, – einem bildgebenden medizintechnischen Gerät (3), welches zur Detektion von Bilddaten der Prostata unter Nutzung der bekannten geometrischen Relation zwischen Katheter (2) und Prostata (5) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (2) einen Fixierungsabschnitt (9) aufweist, welcher relativ zur Prostata (5) fixierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierungsabschnitt (9) mindestens ein auslenkbares Fixierungselement (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierungselement (10) durch Fluiddruck betätigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierungselement (10) als Ballon (17) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierungselement (10) Saugöffnungen (11) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (2) eine optische Markierung (14) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (2) ein elektromagnetisches Markierungselement (15) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (2) eine Ultraschallquelle (16) als Markierungselement (13) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (2) ein expandierbares Verschlusselement (8) zur Herstellung eines flüssigkeitsdichten Verschlusses zwischen Harnröhre und Blase aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (2) mit bekannter geometrischer Relation mit mindestens einem außerhalb der Prostata (5) angeordneten, mittels des medizintechnischen Gerätes (3) detektierbaren Referenzobjekt (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende medizintechnisches Gerät (3) als Ultraschallgerät, insbesondere als TRUS-Gerät, ausgebildet ist.