DE102021210860A1 - Computerimplementiertes Verfahren zur Auswertung von Bilddaten eines Patienten, Eingriffsanordnung, Computerprogramm und elektronisch lesbarer Datenträger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Auswertung von Bilddaten eines Patienten, die einen mit wenigstens einem Embolisationsmittel zu behandelnden Zielbereich (38), insbesondere eine zu behandelnde Fehlbildung, in einem Blutgefäßsystemabschnitt (36) des Patienten zeigen, aufweisend folgende Schritte:- Bereitstellen wenigstens eines dreidimensionalen zeitaufgelösten Bilddatensatzes des Blutgefäßsystemabschnitts (36),- Ermitteln wenigstens einer Strukturparameter, die die Geometrie wenigstens des Blutgefäßsystemabschnitts (36) beschreiben, und/oder Dynamikparameter, die die Hämodynamik in dem Blutgefäßsystemabschnitt (36) beschreiben, umfassenden Basisinformation aus dem Bilddatensatz durch einen Analysealgorithmus,- Bereitstellen einer mehrere zu verwendende Embolisationsmittel, insbesondere umfassend Mikrokugeln unterschiedlicher Durchmesser, beschreibenden Embolisationsinformation,- Ermitteln einer wenigstens eine geeignete Zusammensetzung der mehreren Embolisationsmittel beschreibenden Ansteuerinformation für eine zur Durchführung der Behandlung genutzte Eingriffseinrichtung (49) durch einen Ermittlungsalgorithmus, der die Basisinformation und die Embolisationsinformation verwendet, und- Bereitstellen der Ansteuerinformation an die Eingriffseinrichtung (49).

Description

• Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Auswertung von Bilddaten eines Patienten, die einen mit wenigstens einem Embolisierungsmittel zu behandelnden Zielbereich, insbesondere eine zu behandelnde Fehlbildung, in einem Blutgefäßsystemabschnitt des Patienten zeigen. Daneben betrifft die Erfindung eine Eingriffsanordnung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
• Als Embolisation wird der künstliche Verschluss von Blutgefä-ßen eines Patienten, insbesondere in einem zu behandelnden Bereich, bezeichnet. Hierbei werden Embolisationsmittel (Embolisate) eingesetzt, die mittels Embolisationsinstrumenten, beispielsweise Mikrokathetern, in das Blutgefäßsystem des Patienten eingebracht werden. Typische Embolisationsmittel umfassen beispielsweise sogenannten Gefäßkleber, beispielsweise Onyx, und Mikrokügelchen aus Kunststoff. Dabei ist es bekannt, eine Planung anhand von Bilddaten eines Blutgefäßsystemabschnitts, in dem der zu behandelnde Bereich liegt, vorzusehen und/oder den Eingriff zum Einbringen des Embolisationsmittels ebenso unter Bildüberwachung, beispielsweise Fluoroskopieüberwachung, vorzunehmen. Beispielsweise können die Embolisationsinstrumente unter Bildüberwachung eingebracht werden und/oder der Embolisationsvorgang kann bildüberwacht werden. Dabei stellt die Bildüberwachung einen integralen Anteil an den entscheidungsbildenden Prozessen während solcher interventioneller medizinischer Prozeduren dar, insbesondere für hochkomplexe oder zeitkritische Fälle. Die Embolisation ist ein besonders herausfordernder Fall eines minimalinvasiven Eingriffs an einem Patienten, nachdem das Embolisationsmittel präzise in einer spezifischen Region, also einem definierten Abschnitt des Blutgefäßsystems, eingebracht werden muss, um weiteren Blutfluss durch den zu behandelnden Bereich zu verhindern.
• Hierbei existieren unterschiedliche Anwendungen, insbesondere also unterschiedliche zu behandelnde Bereiche. Ein erstes Beispiel ist die Unterbindung der Blutversorgung von Tumoren, wobei es in diesem Zusammenhang bekannt ist, auch Embolisationsmittel einzusetzen, die eine weitergehende therapeutische Wirkung besitzen, beispielsweise Strahlung abgeben. Ein anderer typischer Anwendungsfall ist eine Fehlformation bzw. Fehlbildung im Blutgefäßsystem des Patienten. Typische Beispiele hierfür sind arteriovenöse Fehlformationen (arteriovenous malformations - AVM) und durale arteriovenöse Fisteln (dAVF) .
• Für Embolisationen allgemein und auch für den speziellen Fall von Fehlbildungen im Blutgefäßsystem eines Patienten sind sowohl die Planung als auch der minimalinvasive Eingriff selbst äußerst zeitaufwändig, da beispielsweise Fehlbildungen an verschiedensten Orten auftreten können und verschiedenste Größen und Komplexitäten aufweisen können. Auch die Behandlungsoptionen sind entsprechend komplex, da eine vollständige Beseitigung der Fehlbildung benötigt wird, um Patienten vor zukünftigen Blutungen zu schützen. Die Entscheidung, ob behandelt werden soll und, falls behandelt werden soll, wie behandelt werden soll, hängt von den Charakteristiken des Patienten und den speziellen Eigenschaften der Fehlformationen ab. Diese Eigenschaften und Charakteristiken werden häufig durch Bewertungssysteme zusammengefasst, welche die Größe, den Ort und das venöse Abflussmuster als hauptsächliche Faktoren zur Vorhersage des Risikos hinsichtlich Morbidität und Mortalität verwendet werden, vergleiche hierzu beispielsweise den Artikel von R. F. Spetzler und N. A. Martin, „A proposed grading system for arteriovenous malformations“, J Neurosurg. 1986: 65(4): 476-83.
• Neben der Embolisation umfassen aktuelle Behandlungsmethoden für Fehlformationen im Blutgefäßsystem konservatives Management, chirurgische Entfernung und stereotaktische Radiochirurgie (stereotactic radio surgery - SRS). Es sind auch Kombinationen von Behandlungsmöglichkeiten denkbar (multimodale Therapie). Bezüglich der Embolisation wird eine weitere Unterscheidung zwischen proximaler Embolisation, welche Arterien verschließt, und distaler Embolisation, wo Embolisationsmittel stromaufwärts in die wenigstens eine Abflussvene eingebracht wird, getroffen. Die Standardtechnik für die Embolisation, die auch für Tumoren eingesetzt werden kann, nutzt den transarteriellen Ansatz, bei dem eine Mehrzahl von Mikrokathetern als Embolisationsinstrumente in die arteriellen Feeder-Gefäße (afferenten Blutgefäße) eingebracht wird und durch diese Mikrokatheter Embolisationsmittel dem Blutstrom zugeführt werden. Beispielsweise können vier bis fünf Mikrokatheter eingesetzt werden. Im Englischen wird diese Vorgehensweise auch als „superselective catheterization“ bezeichnet. Das hauptsächliche Risiko jeder Art von Embolisation ist die Blutung, die auftritt, wenn ein Teil der Shunts offenbleiben und/oder ein Überdruck entsteht, so dass es zu Rupturen kommen kann.
• Die Bildüberwachung bei einem Eingriff in einem zu behandelnden Zielbereich, beispielsweise einem Tumor oder einer Fehlformation im Blutgefäßsystem, erlaubt einem den Eingriff durchführenden Arzt, den Status bzw. Fortschritt des Eingriffs zu beurteilen, insbesondere die Positionierung der Embolisationsinstrumente und die Embolisationswirkung selbst. Die Eingriffe werden üblicherweise manuell durchgeführt, während die den Eingriff durchführende Person direkt an einer Seite des Operationstisches befindlich ist, um mit der verwendeten Ausrüstung interagieren zu können. Diese Ausrüstung umfasst die Bildgebungseinrichtung, insbesondere die Röntgeneinrichtung, die medizinischen Vorrichtungen und/oder Instrumente, die während des Eingriffs verwendet werden, und das System bzw. die Handspritze, über die Embolisationsmittel verabreicht wird.
• Im Stand der Technik wurden bereits Applikationen vorgeschlagen, um einen zu behandelnden Zielbereich innerhalb des Blutgefäßsystems zu bewerten, eine Eingriffsplanung vorzunehmen und eine Bildüberwachung entlang eines geplanten Pfades vorzunehmen, wobei die den Eingriff durchführende Person während des Eingriffs unterstützt wird. Der Eingriff selbst, umfassend die Positionierung der Embolisierungsinstrumente und/oder sonstiger Instrumente sowie das Verabreichen des Embolisationsmittels, wird manuell ausgeführt.
• Neben diesen Ansätzen sind bereits Lösungen bekannt geworden, die der den Eingriff durchführenden Person erlauben, medizinische Vorrichtungen und/oder Instrumente nicht manuell zu steuern, sondern mittels eines robotischen Systems, um eine kontrolliertere und präzisere Positionierung zu ermöglichen. Ein solches robotisches System, welches auch als Eingriffseinrichtung bezeichnet werden kann, kann zusammen mit einem Bildgebungssystem, insbesondere einer Röntgeneinrichtung, genutzt werden, um Bildüberwachung und bildgeführte Navigation während einer robotisch assistierten Prozedur zu erlauben.
• US 9 149 605 B2 offenbart ein smartes Mikrokathetersystem mit einer Vorrichtung zur gesteuerten Verabreichung von Partikeln und Arzneimitteln in ein Blutgefäß, wobei patientenspezifische Computersimulationen der Hämodynamik, insbesondere im Zusammenhang mit Partikeln, vorgeschlagen werden. Konkret wird im Gegensatz zu bekannten Embolisationsansätzen vorgeschlagen, Computational Fluid-Particle Dynamics (CF-PD)-Analysen einzusetzen, um eine Korrelation zwischen den Verabreichungsorten von Embolisationsmitteln und der Anlagerung der Embolisationsmittel stromabwärts herzustellen. Das bedeutet, gezielte Verabreichung kann erreicht werden, indem die Verabreichungspositionen geschickt gewählt werden. Hierzu wird insbesondere eine Prozedur namens „Backtracking“ eingesetzt, um für ein bestimmtes Embolisationsmittel zu ermitteln, wo die idealen Verabreichungspositionen befindlich sind.
• US 2017/0290544 A1 betrifft eine medizinische Bilddiagnoseeinrichtung, wobei aus Volumendaten eines Zielanteils eines Gefäßnetzwerks mit einer Mehrzahl von Blutgefäßen, die mit dem Gefäßnetzwerk verbunden ist, das Gefäßnetzwerk und die Blutgefäße extrahiert werden. Eine Analysefunktion kann Simulationsanalysen unter Verwendung von Computational Fluid Dynamics (CFD) durchführen, wobei dies für verschiedene Fälle geschieht, in denen zuführende Blutgefäße („Feeder“ bzw. afferente Blutgefäße) in unterschiedlicher Reihenfolge embolisiert werden. Die Embolisationsreihenfolge kann dann so gewählt werden, dass das Risiko für den Patienten möglichst klein ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst optimale Vorbereitung und insbesondere auch Durchführung einer Embolisation eines Patienten zu ermöglichen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß ein computerimplementiertes Verfahren, eine Eingriffsanordnung, ein Computerprogramm und ein elektronisch lesbarer Datenträger gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Ein erfindungsgemäßes computerimplementiertes Verfahren zur Auswertung von Bilddaten eines Patienten, die einen mit wenigstens einem Embolisationsmittel zu behandelnden Zielbereich insbesondere eine zu behandelnde Fehlbildung, in einem Blutgefäßsystemabschnitt des Patienten zeigen, weist folgende Schritte auf:
• - Bereitstellen eines dreidimensionalen zeitaufgelösten Bilddatensatzes des Blutgefäßsystemabschnitts,
• - Ermitteln wenigstens einer Strukturparameter, die die Geometrie wenigstens des Blutgefäßsystemabschnitts beschreiben, und/oder Dynamikparameter, die die Hämodynamik in dem Blutgefäßsystemabschnitt beschreiben, umfassenden Basisinformation aus dem Bilddatensatz durch einen Analysealgorithmus,
• - Bereitstellen einer mehrere zu verwendende Embolisationsmittel, insbesondere umfassend Mikrokugeln unterschiedlicher Durchmesser, beschreibenden Embolisationsinformation,
• - Ermitteln einer wenigstens eine geeignete Zusammensetzung der mehreren Embolisationsmittel beschreibenden Ansteuerinformation für eine zur Durchführung der Behandlung genutzte Eingriffseinrichtung durch einen Ermittlungsalgorithmus, der die Basisinformation und die Embolisationsinformation verwendet, und
• - Bereitstellen der Ansteuerinformation an die Eingriffseinrichtung.
• Dabei kann der Blutgefäßsystemabschnitt insbesondere afferente und efferente Blutgefäße bezüglich des Zielbereichs und den Zielbereich umfassen. Das Verfahren betrifft mithin eine bestimmte Vorgehensweise, die sowohl im Rahmen der Planung wie auch im Rahmen der Durchführung, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, nützlich ist, indem zunächst die wesentlichen Informationen für die Beurteilung der Hämodynamik und möglicher Embolisationsvorgehensweisen in Form der Basisinformation aus dem dreidimensionalen Bilddatensatz extrahiert werden und sodann genutzt werden, um eine Ansteuerinformation für eine Eingriffseinrichtung zu ermitteln, welche beispielsweise zur Durchführung des Eingriffs zur Ansteuerung der Eingriffseinrichtung genutzt werden kann. Die Ansteuerinformation enthält wenigstens eine geeignete Zusammensetzung der mehreren Embolisationsmittel, insbesondere umfassend wenigstens eine Mischung zumindest eines Teils der mehreren Embolisationsmittel. Mit besonderem Vorteil kann die Ansteuerinformation zusätzlich noch wenigstens eine Instrumentenposition einer Auslassöffnung wenigstens eines Embolisationsinstruments in dem Blutgefäßsystemabschnitt und/oder einen zeitlichen Ablauf der Gabe der Embolisationsmittel über das wenigstens eine Embolisationsinstrument beschreibend ermittelt werden. Beispielsweise kann das wenigstens eine Embolisationsinstrument, beispielsweise ein Mikrokatheter, auch einen Teil der Eingriffseinrichtung bilden. Dabei ist es üblich, mehrere, beispielsweise vier bis sechs Mikrokatheter, einzusetzen, um den Eingriff superselektiv vornehmen zu können, was die Ansteuerinformation ebenso wenigstens teilweise beschreiben kann. Grundsätzlich kann sich die vorliegende Erfindung auch auf einen Fall beziehen, in dem die Embolisation von venöser Seite erfolgt, bevorzugt ist jedoch eine Durchführung für einen transartiellen Zugang.
• Dabei lässt sich die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft auf einen Fall anwenden, in dem die Mehrzahl von Embolisationsmitteln Mikrokugeln umfassen, mithin Embolisate, die aus kleinen Kügelchen bestehen, die einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen können. Dabei war im Stand der Technik bislang bekannt, den Durchmesser der Mikrokugeln so zu wählen, dass eine Abstimmung auf das wenigstens eine zu embolisierende Blutgefäß gegeben war, so dass nur Mikrokugeln in bestimmten, wählbaren Durchmessern eingesetzt wurden. Eine Idee der Erfindung ist es nun, den Freiheitsgrad der Mischbarkeit von Embolisationsmitteln, insbesondere Mikrokugeln unterschiedlichen Durchmessers, auszunutzen, wobei die Ansteuerinformation mit besonderem Vorteil eine Art zeitliches Verabreichungsprofil beschreiben kann, das vorgibt, welche Zusammensetzung von Embolisationsmitteln, insbesondere Mischung von Mikrokugeln, an welcher Position (umfassend im Rahmen dieser Beschreibung auch die Orientierung) im Blutgefäßsystemabschnitt zu welchem Zeitpunkt verabreicht werden muss, um eine optimale Gesamtbehandlung, insbesondere mit minimalem Risiko für den Patienten und maximalem Verschluss, zu erreichen. Dabei wird ausgenutzt, dass inzwischen Eingriffseinrichtungen vorgeschlagen wurden, bei denen durch eine Aktorik gesteuert die Verabreichung von Embolisationsmitteln hochgenau sowohl bezüglich der Menge als auch bezüglich des Zeitpunkts erreicht werden kann. Insbesondere ist, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, auch eine Aktorik, insbesondere Robotik, bezüglich der Platzierung der Embolisationsinstrumente, konkret von deren Auslassöffnungen, denkbar. Der Freiheitsgrad einer Mischung und insbesondere auch zeitlichen Abfolge mehrerer Embolisationsmittel war bislang aufgrund der hohen Komplexität weder durch eine behandelnde Person planbar noch umsetzbar, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung erstmals ermöglicht wird.
• Die vorgeschlagene Vorgehensweise erlaubt also eine gezielte Embolisation mit der richtigen Zusammensetzung, insbesondere Mischung, von Embolisationsmitteln und insbesondere auch einer geeigneten, passenden Positionierung der entsprechenden Embolisationsinstrumente. Letztlich wird also eine Art „mix and match“-Ansatz für Embolisationsmittel vorgeschlagen, insbesondere hinsichtlich der Verteilung von Größen von Mikrokugeln als Embolisationsmittel. Das Verfahren kann eine ideale Zusammensetzung für eine gegebene Situation herleiten. Hierbei sind verschiedene Ansätze zur Ermittlung der Ansteuerinformation grundsätzlich denkbar, welche im Folgenden näher diskutiert werden. Die Ansteuerinformation kann dann insbesondere zur Ansteuerung einer Eingriffseinrichtung mit einem Hochpräzisions-Aktorsystem verwendet werden, welches Verabreichungsmengen in Milliliter oder bevorzugt auch Sub-Milliliterbereich erlaubt.
• Die erfindungsgemäß vorgesehene Planung und Analyse basiert auf wenigstens einem dreidimensionalen Bilddatensatz des Blutgefäßsystemabschnitts. Dabei kann wenigstens einer des wenigstens einen dreidimensionalen Bilddatensatzes bevorzugt mit einer interventionellen, also im Vorfeld und während des Eingriffs verwendbaren, Röntgeneinrichtung aufgenommen werden, insbesondere einer Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler und ein Röntgendetektor angeordnet sind. Bevorzugt kann die Röntgeneinrichtung auch zur insbesondere fluoroskopischen Überwachung eines folgenden Eingriffs, bei dem die Ansteuerinformation zur Ansteuerung der Eingriffseinrichtung verwendet wird, verwendet werden. Allgemein kann gesagt werden, dass wenigstens einer des wenigstens einen dreidimensionalen Bilddatensatzes bevorzugt ein angiographischer, unter Verwendung eines Kontrastmittels aufgenommener Bilddatensatz sein kann, wobei die Zeitauflösung beispielsweise anhand des Transports des Kontrastmittelbolus vorliegt.
• Allgemein gesprochen kann die Planung aber auch auf anderen Arten präinterventioneller Bildgebung basieren, so dass wenigstens einer des wenigstens einen dreidimensionalen Bilddatensatzes auch ein Computertomographie-Bilddatensatz, ein Magnetresonanzbilddatensatz, ein PET-Bilddatensatz, ein Ultraschallbilddatensatz und/oder ein Bilddatensatz einer anderen Modalität sein kann. Wird eine interventionelle Röntgeneinrichtung benutzt, kann die Analyse und Ermittlung zweckmäßigerweise in einer Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung stattfinden, jedoch können selbstverständlich auch andere Recheneinrichtungen, beispielsweise eine Planungseinrichtung, verwendet werden.
• Mittels eines Analysealgorithmus werden unter Nutzung des wenigstens einen dreidimensionalen, zeitaufgelösten Bilddatensatzes Strukturparameter, die die Geometrie wenigstens des Blutgefäßsystemabschnitts beschreiben, und/oder Dynamikparameter, die die Hämodynamik in dem Blutgefäßsystemabschnitt beschreiben, ermittelt, die eine Basisinformation für die folgende Anwendung des Ermittlungsalgorithmus für die Ansteuerinformation bilden. Insbesondere kann der Analysealgorithmus ein Patientensurrogatmodell des Blutgefäßsystemabschnitts ermitteln, welches beispielsweise und bevorzugt einer Simulation zugrunde gelegt werden kann. Zur Ermittlung von Strukturparametern und Dynamikparametern sind im Stand der Technik bereits verschiedene, auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung anwendbare Ansätze bekannt. Beispielsweise kann zur Ermittlung der Strukturparameter eine Segmentierung des Blutgefäßsystemabschnitts erfolgen, an welche ein beispielsweise auf Meshes basierendes Modell angepasst wird. Beispielhaft zur Ermittlung der Basisinformation sei auf US 2021/0219850 A1 verwiesen. Dort wird zunächst eine Segmentierung einer vaskulären Fehlformation, des wenigstens eines afferenten Blutgefäßes und des wenigstens einen efferenten Blutgefäßes vorgenommen, um dann durchschnittliche Blutflussgeschwindigkeitsparameter für die Blutgefäße zu bestimmen, woraus dann weitere Schlussfolgerungen gezogen werden können, beispielsweise bezüglich einer dreidimensionalen Druckverteilung, der Porosität und/oder der Permeabilität der Fehlbildung und dergleichen. Hierbei ist es insbesondere auch möglich, künstliche Intelligenz einzusetzen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere, beschriebene Ansätze zur Ermittlung der Basisinformation denkbar, welche, wie erwähnt, bevorzugt die dreidimensionale Geometrie des Blutgefäßsystemabschnitts, insbesondere in Form eines Mesh-Modells, Hämodynamikparameter und/oder Eigenschaften des zu behandelnden Bereichs, insbesondere dessen Porosität und/oder Permeabilität, umfassen.
• In zweckmäßiger Ausgestaltung kann der Analysealgorithmus wenigstens eine trainierte Analysefunktion umfassen, wie dies beispielsweise auch in US 2021/0219850 A1 beschrieben wurde. Die Nutzung künstlicher Intelligenz hat den Vorteil, Basisinformationen, insbesondere Strukturparameter und/oder Dynamikparameter in Echtzeit bereitstellen zu können sowie möglichst weitgehend die verfügbaren Korrelationen zu nutzen.
• Im Allgemeinen bildet eine trainierte Funktion kognitive Funktionen ab, die Menschen mit anderen menschlichen Gehirnen assoziieren. Durch Training basierend auf Trainingsdaten (Maschinenlernen) ist die trainierte Funktion in der Lage, sich an neue Umstände anzupassen und Muster zu detektieren und zu extrapolieren.
• Allgemein gesagt können Parameter einer trainierten Funktion durch Training angepasst werden. Insbesondere können überwachtes Lernen, halb überwachtes Lernen, nicht überwachtes Lernen, Reinforcement Learning und/oder aktives Lernen verwendet werden. Darüber hinaus kann auch Repräsentationslernen (auch als „feature learning“ bekannt) eingesetzt werden. Die Parameter der trainierten Funktion können insbesondere iterativ durch mehrere Trainingsschritte angepasst werden.
• Eine trainierte Funktion kann beispielsweise ein neuronales Netz, eine Support Vector Machine (SVM), einen Entscheidungsbaum und/oder ein Bayes-Netzwerk umfassen und/oder die trainierte Funktion kann auf K-means-Clustering, Q-Learning, genetischen Algorithmen und/oder Zuordnungsregeln basieren. Insbesondere kann ein neuronales Netzwerk ein tiefes neuronales Netzwerk, ein Convolutional Neural Network (CNN) oder ein tiefes CNN sein. Darüber hinaus kann das neuronale Netzwerk ein Adversarial Network, ein tiefes Adversarial Network und/oder ein Generative Adversarial Network (GAN) sein.
• Die Basisinformation bildet die Grundlage zur Ermittlung der Ansteuerinformation durch den Ermittlungsalgorithmus. Die Ansteuerinformation enthält vorzugsweise wenigstens alle benötigten Informationen zur Verabreichung von Embolisierungsmitteln, insbesondere die Positionen, umfassend auch die Orientierungen, der Auslassöffnungen der Embolisationsinstrumente, sowie einen zeitlichen Ablauf, der angibt, in welchen Zeiträumen welche Menge an Embolisationsmitteln in welcher Zusammensetzung über welches Embolisationsinstrument ausgegeben werden sollen. Hierbei sind insbesondere auch im Rahmen des Zeitablaufs veränderliche Positionen denkbar. In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann die Ansteuerinformation ferner auch einen Eingriffspfad für jedes verwendete Embolisationsinstrument umfassend ermittelt werden. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn wenigstens einer des wenigstens einen dreidimensionalen Bilddatensatzes dann auch eine Zugangsstelle in das Blutgefäßsystem des Patienten zeigt. Der Ermittlungsalgorithmus kann also auch genutzt werden, um den Eingriffspfad, entlang dem das Embolisationsinstrument durch das Blutgefäßsystem zu seiner Position bewegt wird, zu beschreiben. Hierzu kann die Basisinformation insbesondere auch Eigenschaften weiterer Blutgefäße über den Blutgefäßsystemabschnitt hinaus enthalten, insbesondere die Durchmesser und/oder die Dicke der Gefäßwände. Selbstverständlich ist es jedoch auch denkbar, die Eingriffspfade wenigstens teilweise manuell zu planen, wobei es dennoch zweckmäßig sein kann, diese in der Ansteuerinformation mit vorzuhalten, insbesondere dann, wenn, wie noch genauer dargelegt werden wird, eine Bildüberwachung des Eingriffs, insbesondere mittels der Röntgeneinrichtung, erfolgen soll.
• In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Ermittlungsalgorithmus die Durchführung einer Simulation der Hämodynamik auf der Basis der Basisinformation umfasst und/oder der Ermittlungsalgorithmus eine mittels Trainingsdaten, die aus einer solchen Simulation hergeleitet werden, trainierte Funktion umfasst. Obwohl es in einer alternativen Ausgestaltung grundsätzlich auch denkbar wäre, im Rahmen des Ermittlungsalgorithmus eine Look-up-Tabelle einzusetzen, hat es sich doch als günstiger erwiesen, eine Simulation der Hämodynamik bzw. eine trainierte Funktion, die auf Basis einer solchen Simulation trainiert wurde, heranzuziehen, um möglichst weitgehend alle denkbaren Fälle, mithin alle Arten von Zielbereichen, die behandelt werden sollen, abzudecken. Konkret kann die Simulation als Computational Fluid Dynamics-Simulation (CFD-Simulation) und/oder, im Fall von Mikrokugeln als Embolisationsmittel, als Computational Fluid-Particle Dynamics-Simulation (CF-PD-Simulation) durchgeführt werden. Derartige Ansätze sind im Stand der Technik grundsätzlich bereits bekannt und können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei enthält die Basisinformation in Form der die Geometrie des Blutgefäßsystemabschnitts beschreibenden Strukturparameter und in Form der die Hämodynamik beschreibenden Dynamikparameter alles verfügbare Wissen, um Startbedingungen und Randbedingungen für eine Simulation auch unter Hinzufügung von Embolisationsmitteln bereitzustellen. Insbesondere erweist sich dabei ein Patientensurrogatmodell des Blutgefäßsystemabschnitts als zweckmäßige Grundlage, um die Simulation bezüglich des Blutgefäßsystemabschnitts vorzubereiten und durchzuführen.
• Ein solcher Ansatz auf Grundlage von Simulationen erlaubt letztlich die Vorhersage der Verteilung und Anlagerung von Embolisationsmitteln während der Embolisationsbehandlung komplexer zu behandelnder Zielbereiche, insbesondere vaskulärer Fehlformationen, basierend auf einer zeitaufgelösten dreidimensionalen Bildaufnahme, wobei mit besonderem Vorteil ein patientenspezifisches Patientensurrogatmodell des Blutgefäßsystemabschnitts hergeleitet wird. Dabei kann mit besonderem Vorteil, worauf im Folgenden noch genauer eingegangen werden wird, die Simulation neben der Embolisationsmittelwirkung bzw. Embolisationsmittelverteilung auch Hämodynamikparameter ausgeben, beispielsweise Flussparameter und/oder Druckänderungen und/oder eine zeitaufgelöste Druckverteilung in relevanten Gefäßstrukturen. Insbesondere im Fall von flüssigen Embolisationsmitteln wie Gefäßklebern kann dabei Mehrphasen-Mischungs-Kontinuummechanik-Modellierung (multiphase mixture continuum mechanics modelling) eingesetzt werden, im Fall von Mikrokugeln als Embolisationsmittel erweitert auf die Berücksichtigung von Partikeln/Festkörpern.
• Soll eine trainierte Funktion in diesem Zusammenhang verwendet werden, kann vorgesehen sein, die trainierte Funktion, insbesondere umfassend ein CNN, mit simulierten Embolisationsvorgängen zu trainieren, wobei ein insbesondere als Teil der Basisinformation vorliegendes Patientensurrogatmodell verwendet wird. Dabei können, wie bereits dargelegt wurde, geometrische und auf den Blutfluss bezogene Rand- und/oder Startbedingungen aus dem wenigstens einen dreidimensionalen Bilddatensatz hergeleitet werden, wobei zusätzlich entsprechende Positionen der Auslassöffnungen von Embolisationsinstrumenten und/oder Zeitabläufe mit zugeordneten Zusammensetzungen von Embolisationsmitteln, insbesondere nach Art einer zu prüfenden Trainings-Embolisationskonfiguration herangezogen werden, um die Embolisationswirkung mittels der Simulation zu berechnen. Diese Embolisationswirkung wird dann durch die Ausgangsdaten der trainierten Funktion beschrieben, welche insbesondere eine dreidimensionale Verteilung der Embolisationsmittel über die Zeit und/oder eine dreidimensionale Druckverteilung innerhalb des Blutgefäßsystemabschnitts für die vorgegebene Embolisationskonfiguration umfassen. Die Ausgangsdaten eines derartigen Subalgorithmus können mithin zur Grundlage einer Optimierung gemacht werden, um eine Test-Embolisationskonfiguration, für die die optimale Embolisationswirkung anhand der Ausgangsdaten festgestellt wurde, als Grundlage der Ansteuerinformation auszuwählen.
• Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es durchaus auch denkbar ist, die trainierte Funktion unmittelbar auf dreidimensionale zeitaufgelöste Bilddaten des dreidimensionalen Bilddatensatzes, insbesondere eingeschränkt auf den Blutgefäßsystemabschnitt, anzuwenden, wobei dann eine Vielzahl weiterer, nicht zwangsläufig benötigter Eingangsdaten für die trainierte Funktion herangezogen werden. In einem solchen Fall würde die Basisinformation mithin Bilddaten des dreidimensionalen zeitaufgelösten Bilddatensatzes umfassen. Allerdings ist es bevorzugt, vorbereitend durch den Analysealgorithmus die wesentlichen benötigten Informationen als Eingangsdaten für die trainierte Funktion zu extrahieren und somit insbesondere das Patientensurrogatmodell aus den Strukturparametern sowie gegebenenfalls wenigstens teilweise den Dynamikparametern zu bilden.
• Die Verwendung einer trainierten Funktion, die auf der Basis von Simulationen trainiert wurde und somit letztlich die Durchführung der Simulation selbst ersetzt, erlaubt einen deutlich schnelleren, insbesondere in Echtzeit realisierbaren Zugang zu den Ausgangsdaten bei dennoch weiterhin hoher Qualität und Robustheit derselben.
• Insgesamt erlaubt dieser simulationsbasierte Ansatz eine präzise Planung eines Embolisationseingriffs, da er eine Vorhersage erlaubt, welche Testkonfiguration, insbesondere umfassend Positionen von Embolisationsinstrumenten, zu verwendende Zusammensetzungen von Embolisationsmitteln und einen zugehörigen Zeitablauf, eine optimale, vollständige Embolisation des zu behandelnden Zielbereichs erlaubt. Dies umfasst, wie beschrieben, insbesondere die Zusammensetzung der Embolisationsmittel sowie das Einströmprofil der Embolisationsmittel über die Zeit. Wie dargelegt werden wird, erlaubt dieser Ansatz, insbesondere unter späterer Weiterverwendung der Ausgangsdaten für die durch die Ansteuerinformation beschriebene Embolisationskonfiguration, eine Echtzeitüberwachung auf Basis von Fluoroskopiebildern, insbesondere auch eine entsprechende Anpassung des Ablaufs des Embolisationseingriffs.
• In einem konkreten Ausführungsbeispiel kann für die Trainingsphase der trainierten Funktion, bei Verwenden eines Maschinenlern-Ansatzes, vorgesehen sein, nach Bereitstellung wenigstens eines dreidimensionalen zeitaufgelösten Bilddatensatzes, insbesondere einer vierdimensionalen digitalen Subtraktionsangiographie (4D-DSA), mittels des Analysealgorithmus ein Patientensurrogatmodell, beschrieben durch Strukturparameter und Dynamikparameter, als bzw. als Teil der Information zu ermitteln. Die Physik wird zusätzlich durch ein Physikmodell bereitgestellt, insbesondere ein CFD-Modell und/oder ein CF-PD-Modell. Beispiele für solche Physikmodelle sind dreidimensionale Mehrphasen-Mischungs-Kontinuummechanik-Modelle, welche beispielsweise ein Fluid-Struktur-Interaktionsmodell und/oder ein Homogenisierungs-Kontinuums-Modell umfassen können. Auf dieser Basis ist nun insbesondere eine CFD- oder CF-PD-Simulation möglich, die auf der Grundlage einer Testkonfiguration, wie beschrieben, durchgeführt werden kann, welche also insbesondere Positionen von Embolisationsinstrumenten, zu verwendende Zusammensetzungen von Embolisationsmitteln und zugeordnete Zeitabläufe enthält. Trainings-Ausgangsdaten können dann für jede solche Trainingskonfiguration, bevorzugt umfassend eine dreidimensionale Verteilung der Embolisationsmittel über die Zeit sowie eine Druckverteilung innerhalb des Blutgefäßsystemabschnitts, erhalten werden.
• Schließlich liegen also Trainingsdatensätze umfassend Eingangsdaten (der verwendete Anteil der Basisinformation) und Ausgangsdaten vor, die genutzt werden, um die Funktion zu trainieren, die entsprechend bereitgestellt wird. Insbesondere kann es sich bei der zu trainierenden Funktion um ein CNN handeln, bevorzugt als Encoder-Decoder-Netzwerk. Neben den Basisinformationen umfassen die Trainings-Eingangsdaten selbstverständlich auch die Trainingskonfiguration für den Embolisationseingriff.
• Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass eine solche trainierte Funktion, insbesondere als bzw. als Teil eines Subalgorithmus des Ermittlungsalgorithmus, auch in einem zumindest teilweise benutzergesteuerten Prozess zur Ermittlung der Ansteuerinformation eingesetzt werden kann. In diesem Zusammenhang kann der Benutzer beispielsweise Instrumentenpositionen von Embolisationsinstrumenten selbst wählen, genau wie Zusammensetzungen von Embolisationsmitteln und/oder Zeitabläufen, um sozusagen diese Testkonfigurationen „auszuprobieren“ und die Embolisationswirkung zu beurteilen, um letztlich selbst die der Ansteuerinformation zugrunde liegende, bestgeeignete Embolisationskonfiguration zu wählen. Bevorzugt ist jedoch die Verwendung eines Optimierungsverfahrens, wie nun dargelegt wird, wobei auch dort selbstverständlich einem Nutzer - wie bei allen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens - eine Eingriffsmöglichkeit zur Korrektur/Anpassung geboten werden kann.
• Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht mithin vor, dass die Ermittlung der Ansteuerinformation ein Optimierungsverfahren bezüglich wenigstens der Zusammensetzung umfasst, insbesondere auch bezüglich der Instrumentenpositionen und/oder des zeitlichen Ablaufs, wobei ein insbesondere die Simulation und/oder die trainierte Funktion umfassender Subalgorithmus eine die Embolisationswirkung unter Nutzung einer Testkonfiguration der Ansteuerinformation beschreibende, zu optimierende Wirkungsinformation ermittelt. Die Wirkungsinformation entspricht mithin bei Verwendung der trainierten Funktion insbesondere wenigstens einem Anteil der Ausgangsdaten. Die grundlegende Idee hier ist es, den Subalgorithmus, bevorzugt die Simulation bzw. die auf Basis der Simulation trainierte Funktion, einzusetzen, um aus Testkonfigurationen möglichst gezielt eine optimale Wirkung bereitstellende, der Ansteuerinformation zugrunde zu legende Embolisationskonfiguration auszuwählen. Hierbei können grundsätzlich im Stand der Technik bekannte Optimierungsansätze auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, um möglichst schnell zu einer hinreichend optimalen Lösung zu finden. Die Wirkungsinformation wird in Abhängigkeit von wenigstens der Zusammensetzung der Embolisationsmittel optimiert, wobei sich mit besonderem Vorteil die Optimierung auch auf die Instrumentenpositionen und den zeitlichen Ablauf bezieht. Optimierungskriterien können beispielsweise eine möglichst weitgehende Embolisierung des zu behandelnden Zielbereichs, eine möglichst kurze Zeitdauer des Embolisierungseingriffs, eine möglichst geringe Druckbelastung, mithin ein möglichst geringes Blutungs- und Rupturrisiko, und/oder eine minimale benötigte Menge von Embolisationsmitteln umfassen. Dabei können selbstverständlich auch entsprechende Gewichtungen vorgenommen werden.
• Bezüglich des Risikos für den Patienten kann jedoch mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass das Optimierungsverfahren wenigstens eine auf die Patientensicherheit bezogene Randbedingung nutzt. Konkret kann dies beispielsweise bedeuten, dass der lokale Druck in den Gefäßstrukturen unter einem vorgegebenen Maximum gehalten wird. Hierzu kann in konkreter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Wirkungsinformation umfassend eine Druckverteilung in dem Blutgefäßsystemabschnitt ermittelt wird, wobei ein vorgegebener Maximaldruck als Randbedingung in dem Optimierungsverfahren nicht überschritten werden darf. Auf diese Weise kann das Rupturrisiko und insbesondere Blutungsrisiko für Patienten möglichst gering gehalten werden.
• Wie bereits erwähnt, kann eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung auch vorsehen, dass während des Eingriffs, insbesondere mittels der bereits erwähnten interventionellen Röntgeneinrichtung, zweidimensionale Fluoroskopiebilder des Blutgefäßsystemabschnitts aufgenommen werden und die Fluoroskopiebilder zur Überwachung der Positionierung des wenigstens einen Embolisationsinstruments und/oder der Embolisationswirkung ausgewertet werden. Insbesondere kann hierbei bei einer Abweichung von einer insbesondere die Ansteuerinformation umfassenden Planungsinformation die Eingriffseinrichtung zur wenigstens teilweise automatischen, wenigstens teilweisen Korrektur der Abweichung angesteuert werden, so dass letztlich ein „closed control loop“, also ein geschlossener Steuerkreis, realisiert ist. Dabei können die Ansteuerinformationen insbesondere auch Ausgangsdaten der trainierten Funktion bzw. Simulationsergebnisse der Simulation für die durch die Ansteuerinformation beschriebene Embolisationskonfiguration enthalten, wobei dann der tatsächliche Ablauf mit diesem Anteil der Ansteuerinformation aufgrund der Fluoroskopiebilder verglichen werden kann und bei Abweichungen von der vorhergesagten Embolisierungswirkung, letztlich also der Wirkungsinformation für die Embolisationskonfiguration, eine Aktualisierung, insbesondere der Ansteuerinformation, erfolgen kann, um die Abweichung zu kompensieren. Mit anderen Worten wird dann eine Eingriffsüberwachung des Embolisationseingriffs sowie eine Echtzeit-Aktualisierung ermöglicht, wobei die Fluoroskopiebilder insbesondere ausgewertet werden können, um die Basisinformation, insbesondere das Patientensurrogatmodell, zu aktualisieren und die Embolisationskonfiguration, insbesondere mittels des Subalgorithmus, zu aktualisieren.
• Konkret im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nach Ermittlung der Ansteuerinformation wenigstens ein aktuelles Fluoroskopiebild des Blutgefäßsystemabschnitts bereitgestellt wird. Das Fluoroskopiebild kann vorzugsweise zu einer Aktualisierung der Basisinformation ausgewertet werden, wonach aufgrund der aktualisierten Basisinformation eine aktualisierte Ansteuerinformation, insbesondere unter Nutzung des Ermittlungsalgorithmus, ermittelt wird. Dabei können insbesondere wenigstens die Embolisationsinstrumente und/oder die Embolisationsmittel und/oder der Blutfluss in den Fluoroskopiebildern sichtbar sein. Für eine Sichtbarmachung des Blutflusses in Fluoroskopiebildern kann eine zweckmäßige Ausgestaltung vorsehen, dass die Fluoroskopiebilder als Zeitserie nach Gabe eines Kontrastmittels aufgenommen werden. Wenn die Fluoroskopiebilder mithin auch keine vollständige dreidimensionale Information, um ein hinreichen korrektes Patientensurrogatmodell zu ermitteln, liefern, wurde erfindungsgemäß erkannt, dass sie ausreichend sind, um Veränderungen, die eingetreten sind, festzustellen, beispielsweise den bereits eingetretenen wenigstens teilweisen Verschluss von Blutgefäßen bzw. Gefäßstrukturen in dem Blutgefäßsystemabschnitt, sonstige Änderungen des Flussbildes und/oder auch insbesondere ungewollte Veränderungen von Instrumentenpositionen und dergleichen. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise möglich, insbesondere auch unter Nutzung der Embolisationsinstrumente, intermittierend zwischen der Verabreichung von Embolisationsmitteln auch eine Kontrastmittelgabe anzustreben, um den Blutfluss abzubilden. Mit besonderem Vorteil können jedoch die Embolisierungsmittel selbst in den Fluoroskopiebildern sichtbar sein, so dass auch deren Ausbreitung und Anlagerung, mithin die Embolisierungswirkung selbst, direkt sichtbar sein kann. Dies ist, wie bereits angedeutet, besonders vorteilhaft, wenn, insbesondere als Teil der Ansteuerinformation, bereits eine Vorhersage, beispielsweise als Wirkungsinformation des Subalgorithmus für die Embolisierungskonfiguration, vorliegt, welche überprüft werden kann.
• Mithin sieht eine besonders bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, dass in einem Vorhersagevorgang, insbesondere unter Nutzung des Ermittlungsalgorithmus, hier konkret des Subalgorithmus, und/oder als Teil der Ansteuerinformation eine die Wirkungssituation in dem Blutgefäßsystemabschnitt beschreibende Vorhersageinformation, insbesondere als die Wirkungsinformation der Embolisationskonfiguration, ermittelt wird, welche mit der durch das aktuelle Fluoroskopiebild beschriebenen tatsächlichen Wirkungssituation verglichen wird, wobei bei einer ein Aktualisierungskriterium erfüllenden Abweichungsinformation eine Ermittlung der aktualisierten Ansteuerinformation erfolgt. In diesem Fall wird mithin überwacht, ob eine ohnehin getroffene Vorhersage tatsächlich eintrifft oder ob eine Modifikation, sozusagen Echtzeit-Nachführung, der Ansteuerinformation notwendig ist. In diesem Kontext erweist sich eine trainierte Funktion als Teil des Ermittlungsalgorithmus, insbesondere des Subalgorithmus, als besonders vorteilhaft aufgrund der Echtzeit-Fähigkeit der künstlichen Intelligenz.
• Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die Vorhersageinformation nicht zwangsläufig die Wirkungsinformation des Subalgorithmus sein muss, sondern auch anderweitig im Rahmen des Ermittlungsalgorithmus entstehen kann. Insbesondere sind auch unabhängig vom erfindungsgemäßen Ansatz, auch die Zusammensetzung von Embolisationsmitteln zu optimieren (hierbei insbesondere Mischungen zuzulassen) und durch insbesondere automatische Ansteuerung umzusetzen, im Sinn dieses Gedankens Ansätze zur Echtzeit-Überwachung und möglichen Anpassung der Embolisationswirkung während der Durchführung des Eingriffs denkbar. Hierbei kann die Vorhersageinformation allgemein im Rahmen der Planung, sei es manuell, teilautomatisch oder gänzlich automatisch, in einer Art bereitgestellt werden, die die erwartete zeitliche Verteilung von Embolisationsmitteln im Blutgefäßsystemabschnitt beschreibt. Die tatsächliche Embolisierungswirkung kann anhand der überwachend aufgenommenen Fluoroskopiebilder festgestellt werden und mit der Vorhersageinformation, konkret also der dortigen erwarteten Embolisationswirkung, verglichen werden. Bei Feststellung einer Abweichung, insbesondere Erfüllung des Aktualisierungskriteriums, kann auch in diesem Rahmen der Ermittlungsalgorithmus mit einer aktualisierten Basisinformation eingesetzt werden, um - insbesondere in Echtzeit - eine Anpassung an die veränderten Gegebenheiten zu erreichen. Hierbei wird die Basisinformation, wie auch beim erfindungsgemäßen Verfahren, durch den Analysealgorithmus bereitgestellt, jedoch nicht zwangsläufig bei der planenden Ermittlung der Ansteuerinformation verwendet, sondern erst im Rahmen dieser Echtzeit-Eingriffe genutzt.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist auch eine Röntgeneinrichtung, aufweisend eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung, denkbar. Dabei kann es sich insbesondere um eine interventionelle Röntgeneinrichtung handeln, mit der beispielsweise vor Beginn des Eingriffs der dreidimensionale zeitaufgelöste Bilddatensatz aufgenommen wird, der automatisch unmittelbar seitens der Röntgeneinrichtung analysiert und weiter ausgewertet werden kann, um die Ansteuerinformation zu ermitteln. Ferner kann die Röntgeneinrichtung selbstverständlich auch genutzt werden, um eine Fluoroskopieüberwachung durchzuführen.
• Die Erfindung betrifft neben dem Verfahren auch eine Eingriffsanordnung zur Durchführung eines Embolisationseingriffs mit wenigstens einem Embolisationsmittel in einem zu behandelnden Zielbereich, insbesondere einer zu behandelnden Fehlbildung (Fehlformation), in einem Blutgefäßsystemabschnitt des Patienten, aufweisend:
• - eine interventionelle Röntgeneinrichtung, insbesondere aufweisend einen C-Bogen, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler und ein Röntgendetektor angeordnet sind,
• - eine Eingriffseinrichtung aufweisend insbesondere wenigstens teilweise robotisch in dem Blutgefäßsystemabschnitt positionierbare Embolisationsinstrumente, insbesondere Mikrokatheter, und eine Embolisationsmittelausgabevorrichtung, die mit den Embolisationsinstrumenten zur Ausgabe wenigstens eines Embolisationsmittels über das verbundene Embolisationsinstrument verbindbar ist, und
• - eine Steueranordnung umfassend eine Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung und eine Steuereinrichtung der Eingriffseinrichtung, wobei die Steuereinrichtungen über eine Kommunikationsverbindung verbunden sind, wobei die Steueranordnung ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen und die Eingriffseinrichtung gemäß der Ansteuerinformation anzusteuern.
• Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten analog für die erfindungsgemäße Eingriffsanordnung, so dass auch mit dieser die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
• Die Steueranordnung kann auch wenigstens eine weitere Steuer- und/oder Recheneinrichtung enthalten, welche Schritte bzw. Teilschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. andere der im Folgenden noch genannten steuerungstechnischen Maßnahmen durchführen kann. In jedem Fall weisen die Steuereinrichtungen und/oder, falls vorhanden, die Recheneinrichtung jeweils wenigstens einen Prozessor und wenigstens ein Speichermittel auf. Die Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung kann dabei, wie grundsätzlich bekannt, eine Aufnahmeeinheit zur Ansteuerung der Röntgeneinrichtung zur Aufnahme von Bilddaten aufweisen. Wenigstens einer des wenigstens einen dreidimensionalen, zeitaufgelösten Bilddatensatzes kann mit der Röntgeneinrichtung, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung mittels der Aufnahmeeinheit, aufgenommen werden, jedoch kann auch wenigstens einer des wenigstens einen dreidimensionalen, zeitaufgelösten Bilddatensatzes über eine externe Schnittstelle bereitgestellt werden, beispielsweise als Computertomographiebilddatensatz, als Magnetresonanzbilddatensatz, als Ultraschallbilddatensatz, als PET-Bilddatensatz und dergleichen. Die Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung kann ferner eine Rekonstruktionseinheit umfassen, welche ausgebildet sein kann, aus zweidimensionalen Projektionsbildern dreidimensionale Bilddatensätze eines Aufnahmegebiets zu ermitteln. Insbesondere kann die Rekonstruktionseinheit mithin auch ausgebildet sein, den wenigstens einen des wenigstens einen dreidimensionalen, zeitaufgelösten Bilddatensatzes, der mit der Röntgeneinrichtung aufgenommen wird, zu ermitteln und über eine steueranordnungsinterne Schnittstelle bereitzustellen.
• Die Steueranordnung umfasst zweckmäßigerweise eine Analyseeinheit zur Ausführung des Analysealgorithmus und eine Ermittlungseinheit zur Ausführung des Ermittlungsalgorithmus sowie eine zweite steueranordnungsinterne Schnittstelle zu einer Steuereinheit der Steuereinrichtung der Eingriffseinrichtung, welche die ermittelte Ansteuerinformation nutzt, um die Eingriffseinrichtung gemäß der Ansteuerinformation anzusteuern, mithin zur Verabreichung der ermittelten Zusammensetzung von Embolisationsmitteln, insbesondere auch zur Umsetzung der Instrumentenpositionen und/oder des zeitlichen Ablaufs. Die Analyseeinheit und die Ermittlungseinheit können jeweils Teil einer der Steuereinrichtungen und/oder einer getrennten Recheneinrichtung sein.
• Auf diese Weise wird ein Gesamtsystem zur assistierten und bildgeführten Embolisation eines zu behandelnden Zielbereichs bereitgestellt, welche insbesondere eine closed-loop-Kommunikation und closed-loop-Steuerung zwischen allen Teilsystemen, mithin insbesondere der Röntgeneinrichtung und der Eingriffseinrichtung, bereitstellt. Das Gesamtsystem ermöglicht eine gezielte Embolisierung mit der richtigen Mischung von Embolisationsmitteln, insbesondere auch der korrekten, bevorzugt roboterassistiert erfolgenden Positionierung der Embolisationsinstrumente und der bevorzugt automatisierten Umsetzung des zeitlichen Ablaufs. Damit wird eine bessere Unterstützung einer den Eingriff durchführenden Person ermöglicht und eine präzisere Prozedur erlaubt, wobei zudem, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, eine verbesserte Überwachung und Bewertung des Einflusses des Blutflusses im Blutgefäßsystemabschnitt als Funktion der verabreichten Embolisationsmittel ermöglicht wird.
• Ein besonders wichtiges Element ist hierbei die Embolisationsmittelausgabevorrichtung, die über die Steuereinrichtung gemäß der Ansteuerinformation ansteuerbar ist, um möglichst exakt die in der Planung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte und bereitgestellte Zusammensetzung zu realisieren, insbesondere in ihrem zeitlichen Ablauf. Dabei kann konkret vorgesehen sein, dass die Embolisationsmittelausgabevorrichtung eine Genauigkeit der Ausgabe von Embolisationsmitteln von kleiner ein Milliliter aufweist und/oder ein Steckmodulsystem für mehrere Steckmodule, die jeweils ein Embolisationsmittel enthalten, aufweist. Beispielsweise kann die Embolisationsmittelausgabevorrichtung ein Steckmodul-Haltesystem (Kartuschenhaltesystem bzw. „cartridge holding system“) umfassen, in welchem Steckmodule (Kartuschen), insbesondere Mikrokugel-Spritzen und/oder Spritzen für flüssiges Embolisationsmittel, gehaltert werden. Derartige Embolisationsmittelausgabevorrichtungen können ferner beispielsweise wenigstens eine Mischkammer aufweisen, in der Mischungen von Embolisationsmittel vorbereitet und wenigstens einem des wenigstens einen Embolisationsinstruments zugeführt werden können. Dabei ist sowohl eine parallele als auch eine serielle Zumischung denkbar. Derartige Ausgabevorrichtungen, die Zusammensetzungen von Mitteln aus verschiedenen Steckmodulen, insbesondere Kartuschen, beispielsweise in Mischkammern, erlauben, sind für andere Anwendungsgebiete bereits vorgeschlagen worden und können besonders vorteilhaft auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, insbesondere hervorragend an ein robotisches Positioniersystem für die Embolisationsinstrumente angegliedert werden. Vorteilhaft können im bevorzugten Fall der Verwendung von Mikrokugeln als Embolisationsmittel mithin Steckmodule verwendet werden, die Mikrokugeln unterschiedlichen Durchmessers enthalten. Basierend auf der vorab bestimmten Ansteuerinformation kann so mithin ein Mischen und patientenspezifisches Anpassen der Kugelgrößenverteilung erfolgen, um eine ideale Zusammensetzung, insbesondere auch bezüglich des zeitlichen Ablaufs, zu ermöglichen. Um die automatische Ansteuerung umzusetzen, kann die Embolisationsmittelausgabevorrichtung, insbesondere das Steckmodulsystem, ein Hochpräzisions-Aktorsystem umfassen, welches millilitergenaue oder sogar submillilitergenaue Verabreichungsmengen und/oder hochgenaue Mischungen ermöglicht. Hierbei kann beispielswiese jedem Steckmodul ein Aktor zugeordnet sein, über den hochgenaue Mengen des jeweiligen Embolisationsmittels in wenigstens eine Mischkammer der Embolisationsmittelausgabevorrichtung eingebracht werden können. Auch den Mischkammer können wiederum Aktoren zugeordnet werden, um hochgenaue Mengen an die Embolisationsinstumente weitergeben zu können.
• Selbstverständlich kann die Eingriffseinrichtung auch wenigstens ein weiteres Eingriffselement, insbesondere einen Vorbereitungskatheter, und/oder weitere im Rahmen des Eingriffs verwendete medizinische Vorrichtungen aufweisen. Mit anderen Worten ist es also möglich, beispielsweise Vorbereitungskatheter oder dergleichen in die Gesamtsteuerung und Überwachung mitaufzunehmen, beispielsweise auch robotisch zu platzieren und/oder über diese Wirkstoffe in den Blutgefäßsystemabschnitt einzubringen. Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass es ein Steckmodulsystem selbstverständlich auch ermöglichen kann, neben Embolisationsmitteln andere Wirkstoffe über Embolisierungsinstrumente, insbesondere Mikrokatheter, in den Blutgefäßsystemabschnitt einzubringen, beispielsweise Medikamente und/oder Kontrastmittel, wobei derartige weitere Wirkstoffe selbstverständlich auch über andere medizinische Instrumente, beispielsweise Vorbereitungskatheter, ausgegeben werden können.
• Die Steckmodule können mithin, insbesondere im Fall eines Gefäßklebers und/oder eines sonstigen flüssigen Embolisationsmittels, aber auch im Fall von Mikrokugeln, mit wenigstens einem der Embolisationsinstrumente verbindbare Spritzen umfassen und/oder sonstige Kartuschen. Jeder der Spritzen kann zweckmäßigerweise ein Aktor zugeordnet sein.
• Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Eingriffseinrichtung eine robotische Positioniereinrichtung zur Positionierung von zu verwendenden Embolisationsinstrumenten aufweist, wobei bei zusätzlich noch wenigstens eine Instrumentenposition einer Auslassöffnung wenigstens eines Embolisationsinstruments in dem Blutgefäßsystemabschnitt umfassender Ansteuerinformation die Steuereinrichtung der Eingriffseinrichtung zur Ansteuerung der Positioniereinrichtung zur Einnahme der wenigstens einen Instrumentenposition durch wenigstens eines der Embolisationsinstrumente ausgebildet ist. Wie bereits erwähnt, können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit besonderem Vorteil wenigstens zur Feinpositionierung geeignete, im Stand der Technik bereits beschriebene Positioniereinrichtungen für Embolisationsinstrumente, insbesondere Microkatheter, eingesetzt werden, um die Präzision des Embolisationseingriffs und auch die Entlastung einer den Eingriff durchführenden Person weiter zu verbessern.
• Damit schlägt die vorliegende Erfindung mithin nicht nur vor, eine closed-loop-Steuerung zwischen der Röntgeneinrichtung (Bildgebung während des Eingriffs) und der Positioniereinrichtung (zur Steuerung der medizinischen Vorrichtungen und Instrumente) zu schaffen, sondern auch die Embolisationsmittelausgabevorrichtung zu integrieren, um so durch gemäß der Ansteuerinformation erfolgende, insbesondere vollständig automatische, Ansteuerung derselben optimal für patientenspezifische Embolisationsvorgänge geeignete Zusammensetzungen von Embolisationsmitteln einzubringen, insbesondere nach einem ebenso optimal gewählten zeitlichen Ablauf. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die im Folgenden noch näher beschriebene, aufgrund der interventionellen Röntgeneinrichtung erlaubte Überwachung des Eingriffs besonders vorteilhaft, nachdem nicht nur die Positioniereinrichtung hinsichtlich der Steuerung der Embolisationsinstrumente sowie gegebenenfalls weiterer Instrumente durch Bildgebung informiert werden kann und die entsprechenden Maßnahmen durchführen kann, sondern in die bildbasierte Führung und Regulierung auch die Mischung und Anwendung der entsprechenden Embolisationsmittel eingebunden werden kann.
• In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Steueranordnung zur Ansteuerung der Röntgeneinrichtung zur Aufnahme zweidimensionaler Fluoroskopiebilder des Blutgefäßsystemabschnitts und zur Auswertung der Fluoroskopiebilder zur Überwachung der Positionierung des wenigstens einen Embolisationsinstruments und/oder der Embolisationswirkung ausgebildet sein. Hierzu kann die Steueranordnung eine entsprechende, diese Maßnahmen umsetzende Überwachungseinheit umfassen, wobei die Ansteuerung zur Aufnahme der zweidimensionalen Fluoroskopiebilder über die Aufnahmeeinheit der Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung erfolgen kann. Insbesondere kann zur Umsetzung des beschriebenen geschlossenen Steuerkreises vorgesehen sein, dass die Steueranordnung bei einer Abweichung von einer insbesondere die Ansteuerinformation umfassenden Planungsinformation zur Ansteuerung der Eingriffseinrichtung zur wenigstens teilweise automatischen, wenigstens teilweisen Korrektur der Abweichung ausgebildet ist.
• Unter Nutzung einer Planungsinformation, die besonders bevorzugt in der Ansteuerinformation, welche ja auch eine (erwartete) Wirkungsinformation enthalten kann, zusammengefasst ist, wird die wenigstens teilweise automatisierte Embolisationsprozedur am zu behandelnden Zielbereich durchgeführt. Parallel wird die Verwendung einer Überwachungseinheit basierend auf der bereits beschriebenen geschlossenen Steuerschleife der involvierten Einrichtungen vorgeschlagen, welche sich zum einen auf die gezielte Platzierung von Instrumenten, insbesondere Embolisationsinstrumenten, unter Nutzung der Röntgeneinrichtung und der Positioniereinrichtung beziehen kann, in jedem Fall aber auch auf die Überwachung der Embolisationswirkung und die daraus resultierenden Maßnahmen mittels der Röntgeneinrichtung und der Embolisationsmittelausgabevorrichtung beziehen sollte. Anders ausgedrückt kann diese Ausgestaltung eine Anpassung der Positionierung und des Embolisationsflusses mittels der Positioniereinrichtung und der Embolisationsmittelausgabevorrichtung unterstützt durch Fluoroskopie ermöglichen. So kann eine Anwendung der Embolisationsmittel maßgeschneidert auf die aktuelle Position des Embolisationsinstruments und die Größe etc. der Blutgefäße am Zielort durchgeführt werden. Darüber hinaus ist eine präzise, zumindest teilweise automatisierte Neuanpassung basierend auf der durch die Fluoroskopiebilder erhaltenen Information möglich.
• In einer konkreten Ausgestaltung der Eingriffsanordnung kann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung zur Ermittlung einer die Wirkungssituation in dem Blutgefäßsystemabschnitt beschreibenden Vorhersageinformation in einem Vorhersagevorgang, insbesondere unter Nutzung des Ermittlungsalgorithmus, und/oder als Teil der Ansteuerinformation, ausgebildet ist, wobei die Steueranordnung zum Vergleich der Vorhersageinformation mit der durch ein aktuelles Fluoroskopiebild beschriebenen tatsächlichen Wirkungssituation und bei einer ein Aktualisierungskriterium erfüllenden Abweichungsinformation aus dem Vergleich zur Ermittlung einer aktualisierten Ansteuerinformation ausgebildet ist. Dabei ist es, wie bereits beschrieben, besonders bevorzugt, wenn der Ermittlungsalgorithmus einen Subalgorithmus zur Ermittlung der Wirkungsinformation in einem Optimierungsverfahren, wie bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, aufweist, sodass dann die Wirkungsinformation, insbesondere umfassend eine zeitaufgelöste Verteilung verabreichten Embolisationsmittels und eine Druckverteilung, für die aus den Testkonfigurationen für die Ansteuerinformation ausgewählte Embolisationskonfiguration als Vorhersageinformation verwendet werden kann. Insbesondere bildet dabei die Simulation und/oder die trainierte Funktion Teil des Subalgorithmus. Wie bereits bezüglich des Verfahrens erläutert, kann bei einer ein Aktualisierungskriterium erfüllenden Abweichungsinformation bei dem Vergleich eine Ermittlung einer aktualisierten Ansteuerinformation aufgrund des Ermittlungsalgorithmus erfolgen, wobei die Basisinformation anhand der Informationen aus dem wenigstens einen zweidimensionalen Fluoroskopiebild angepasst werden kann und, falls ein Optimierungsverfahren verwendet wird, die bisherige Ansteuerinformation den Ausgangspunkt für das Auffinden des neuen Optimums für eine Embolisationskonfiguration genutzt werden kann. Allgemein kann also auch für die Eingriffsanordnung gesagt werden, dass die Steueranordnung zur Aktualisierung der Ansteuerinformation durch Auswertung des Fluoroskopiebildes zu einer Aktualisierung der Basisinformation und zur Ermittlung der aktualisierten Ansteuerinformation aufgrund der aktualisierten Basisinformation ausgebildet sein kann.
• Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass bei einer insbesondere hochfrequenten, nach Art eines Videos erfolgenden Aufnahme von Fluoroskopiebildern selbstverständlich auch eine Zeitserie von Fluoroskopiebildern zur Überwachung ausgewertet werden kann und/oder nur ein Teil der Fluoroskopiebilder für die Überwachung ausgewertet werden können, beispielsweise jedes siebte bis fünfzehnte, insbesondere jedes zehnte Bild.
• In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung bei der Überwachung zur Verwendung wenigstens einer patientenbezogenen Zusatzinformation wenigstens einer Messeinrichtung der Eingriffsanordnung ausgebildet ist. In diesem Fall umfasst die Eingriffsanordnung mithin noch wenigstens eine Messeinrichtung, beispielsweise als Teil der Eingriffseinrichtung. Beispielsweise kann wenigstens eine der wenigstens einen Messeinrichtung eine EKG-Messeinrichtung sein, welche eine Herzfrequenz oder dergleichen liefern kann. Mit besonderem Vorteil kann jedoch vorgesehen sein, dass wenigstens eine der wenigstens einen Messeinrichtung ein Flusssensor und/oder ein Bildgebungssensor, insbesondere eine OCT-Einrichtung und/oder eine IVUS-Einrichtung, an wenigstens einem verwendeten Embolisationsinstrument ist. Das bedeutet, Embolisationsinstrumente, insbesondere Mikrokatheter, können mit einem Flusssensor ausgestattet sein, welcher eine für die Auswertung und insbesondere auch Aktualisierung der Basisinformation nützliche Blutflussinformation mit hoher Genauigkeit liefern kann. Zusätzlich oder alternativ können Embolisationsinstrumente auch eine weitere Bildgebungsmodalität bereitstellen, mithin einen Bildgebungssensor umfassen, beispielsweise für Doppler-OCT (Optical Coherence Tomography) oder IVUS (Intravascular Ultra sound). Dabei kann der Flusssensor im Übrigen auch einen Embolisationsmittelfluss messen. Durch solche Zusatzausstattung von Embolisierungsinstrumenten kann eine verbesserte Überwachung und dynamische Anpassung des Verabreichungsflusses des Embolisationsmittels erfolgen. Dies kann mit der bereits beschriebenen Bildüberwachung und insbesondere auch Positionierung mittels der Positioniereinrichtung kombiniert werden. Anders gesagt kann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung zur Auswertung der Zusatzinformationen des Flusssensors und/oder des Bildgebungssensors zur Überwachung der Einbringung von Embolisationsmittel ausgebildet ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung zur Ermittlung einer Flussinformation, insbesondere Blutflussinformation, aus den Zusatzinformationen des Flusssensors und/oder des Bildgebungssensors und insbesondere zur Aktualisierung der Dynamikparameter der Basisinformation und/oder der Ansteuerinformation aufgrund der Flussinformation ausgebildet ist.
• Allgemein wird es durch die Fluoroskopie- und bevorzugt auch weitere Überwachung, insbesondere mittels der Zusatzinformation, also ermöglicht, die Verabreichung und Zusammensetzung, insbesondere Mischung, der Embolisationsmittel dynamisch auf die tatsächliche Wirkungssituation, beispielsweise den Blutfluss, anzupassen. Beispielsweise kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Steueranordnung zur Verwendung von Mikrokugeln kleineren Durchmessers bei langsamerem Blutfluss und größeren Durchmessers bei schnellerem Durchfluss ausgebildet ist.
• In diesem Kontext sei nochmals darauf hingewiesen, dass auch für die Eingriffsanordnung letztlich gilt, dass insbesondere dieser Aspekt der dynamischen Nachführung der Embolisatzusammensetzung sowie idealerweise auch der Instrumentenpositionen und des zeitlichen Ablaufs auch unabhängig von einer Ermittlung der Ansteuerinformation mittels des Ermittlungsalgorithmus in der Planungsphase durchgeführt werden kann. Das bedeutet, es wäre eine Eingriffsanordnung zur Durchführung eines Embolisationseingriffs mit wenigstens einem Embolisationsmittel in einem Zielbereich, insbesondere einer zu behandelnden Fehlbildung, in einem Blutgefäßsystemabschnitt des Patienten denkbar, aufweisend:
• - eine interventionelle Röntgeneinrichtung,
• - eine Eingriffseinrichtung aufweisend in dem Blutgefäßsystemabschnitt positionierbare Embolisationsinstrumente und eine Embolisationsmittelausgabevorrichtung, die mit den Embolisationsinstrumenten zur Ausgabe wenigstens eines Embolisationsmittels über das verbundene Embolisationsinstrument verbindbar ist, und
• - eine Steueranordnung umfassend eine Steuereinrichtung der Röntgeneinrichtung und eine Steuereinrichtung der Eingriffseinrichtung, wobei die Steuereinrichtungen über eine Kommunikationsverbindung verbunden sind, wobei die Steueranordnung ausgebildet ist, folgende Schritte durchzuführen:
  • - Bereitstellen wenigstens eines dreidimensionalen zeitaufgelösten Bilddatensatzes des Blutgefäßsystemabschnitts,
  • - Ermitteln wenigstens einer Strukturparameter, die die Geometrie wenigstens des Blutgefäßsystemabschnitts beschreiben, und/oder Dynamikparameter, die die Hämodynamik in dem Blutgefäßsystemabschnitt beschreiben, umfassenden Basisinformation aus dem Bilddatensatz durch einen Analysealgorithmus,
  • - Bereitstellen einer Ansteuerinformation für die Eingriffseinrichtung als Teil einer Planungsinformation aus einem Planungsvorgang,
  • - Ansteuern der Eingriffseinrichtung anhand der Ansteuerinformation,
• - wobei die Steueranordnung zur Ansteuerung der Röntgeneinrichtung zur Aufnahme zweidimensionaler Fluoroskopiebilder des Blutgefäßsystemabschnitts während der Durchführung des Eingriffs und zur Auswertung der Fluoroskopiebilder zur Überwachung der Positionierung des wenigstens einen Embolisationsinstruments und/oder der Embolisationswirkung ausgebildet ist, wobei die Steueranordnung bei einer Abweichung von einer insbesondere die Ansteuerinformation umfassenden Planungsinformation zur Ansteuerung der Eingriffseinrichtung zur wenigstens teilweise automatischen, wenigstens teilweisen Korrektur der Abweichung ausgebildet ist, wobei die Korrektur wenigstens teilweise eine Verwendung einer Zusammensetzung von mehreren Embolisationsmitteln betrifft und durch Ansteuerung der Embolisationsmittelausgabevorrichtung umgesetzt wird. Die entsprechenden Ausführungen zur dynamischen Überwachung und Nachführung dieser geschlossenen Steuerschleife können selbstverständlich auch für diese denkbare Eingriffsanordnung angewendet werden.
• In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Eingriffseinrichtung oder die Röntgeneinrichtung ferner eine Kontrastmittelgabeeinrichtung aufweist, wobei die Steueranordnung zur Ansteuerung der Kontrastmittelgabeeinrichtung in Abhängigkeit einer Embolisationsmittelzuführung durch die Eingriffseinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei Gabe eines röntgensichtbaren Embolisationsmittels eine reduzierte oder keine Kontrastmittelmenge in dem Blutgefäßsystemabschnitt vorliegt. Dies kann als eine Art Smart-Layering des Kontrasts verstanden werden, um aus den Fluoroskopiebildern ein besseres Verständnis des Transportverhaltens des Embolisationsmittels herzuleiten. Während mithin bei der Verwendung von Kontrastmittel allgemeine Hämodynamikeigenschaften analysiert werden können, beispielsweise zur Aktualisierung der Dynamikparameter, kann durch Bildgebung der Embolisationsmittelausbreitung eine diesbezügliche Information erhalten werden, die beispielsweise mit einer zeitaufgelösten Embolisationsmittelverteilung einer Vorhersageinformation verglichen werden kann. Anders gesagt kann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung ausgebildet ist, aus einer Folge von bei einer Embolisationsmittelgabe aufgenommenen Fluoroskopiebildern hieraus eine Embolisationsmitteltransportinformation zu ermitteln und bei der Ansteuerung der Eingriffseinrichtung, insbesondere zur Aktualisierung eines Zeitablaufs der Ansteuerinformation, zu berücksichtigen. Ein Teil dieses Smart-Layering-Ansatzes kann verschiedene, bildbasierte Zeitverzögerungen, beispielsweise mit unterschiedlichen Mikrokugeln zu unterschiedlichen Zeiten und sogar bei unterschiedlichen Instrumentenpositionen, realisieren, um die Präzision weiter zu erhöhen.
• Unter Zusammenfassung verschiedener Komponenten der Bildüberwachung, wie oben beschrieben, kann eine sorgfältigere und detailliertere Embolisation des zu behandelnden Zielbereichs erfolgen, nachdem es durch verschiedene Maßnahmen, wie beschrieben, ermöglicht wird, auch kleine, verbleibende Blutflüsse zu identifizieren und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, um die Embolisation zu vervollständigen. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Eingriffsanordnung somit auch bei Notfallprozeduren oder im Fall von ungewollten Schadereignissen eingesetzt werden bzw. zu einem erfolgreichen Abschluss führen.
• Die Eingriffsanordnung kann erfindungsgemäß ferner eine Bedieneinrichtung mit einer Anzeigeeinrichtung und einer Eingabeeinrichtung aufweisen. Mittels einer Anzeigeeinrichtung, auf der wesentliche Informationen und/oder Bilddaten, beispielsweise wenigstens teilweise die Ansteuerinformationen und die Fluoroskopiebilder bei der Überwachung, wiedergegeben werden können, ist es einer menschlichen Bedienperson, insbesondere einer den Eingriff durchführenden und überwachenden Person, problemlos möglich, alles nachzuverfolgen. Dabei erlaubt die Bedieneinrichtung mittels der Eingabeeinrichtung zu jeder Zeit einen Eingriff, mithin eine Einflussnahme beispielsweise eines Arztes. Die Erfindung kann in Ausführungsbeispielen auch vorsehen, bestimmte Informationen und Daten, beispielsweise die Ansteuerinformationen, erst nach einer Bestätigung durch einen Benutzer tatsächlich zu verwenden. Dies kann beispielsweise auch für die Basisinformation gelten, welche beispielsweise durch einen Benutzer noch angepasst/korrigiert werden kann, um eine weitere Verbesserung zu erlauben. Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Eingriffsanordnung insgesamt so ausgebildet sein, dass Benutzer jederzeit die Möglichkeit zum Eingriff und zur Einflussnahme haben.
• Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist direkt in den Speicher einer Recheneinrichtung, insbesondere einer Steueranordnung einer Eingriffsanordnung, ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf der Recheneinrichtung, insbesondere der Steueranordnung, ausgeführt wird. Insbesondere kann das Computerprogramm auch zur Implementierung von durch die Steueranordnung einer erfindungsgemäßen Eingriffsanordnung, insbesondere gemäß der Ansprüche 8 bis 15, sowie wie in der Beschreibung beschrieben, durchführbaren Schritten ausgebildete Programmmittel aufweisen. Mithin gelten für das Computerprogramm nicht nur die Ausführungen bezüglich des Verfahrens, sondern auch bezüglich der Eingriffsanordnung entsprechend fort. Das Computerprogramm kann auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert sein, welcher mithin Steuerinformationen umfasst, die ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen, so dass bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinrichtung, insbesondere einer Steueranordnung einer Eingriffsanordnung, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden. Auch hier gilt selbstverständlich eine mögliche Ausbildung von Programmmitteln zur Durchführung von der Steueranordnung durchgeführten Maßnahmen gemäß der Ansprüche 8 bis 15 fort.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
• 1 ein Ausführungsbeispiel eines neuronalen Netzwerks,
• 2 ein Ausführungsbeispiel eines Convolutional Neural Network (CNN),
• 3 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 4 einen Ablaufplan eines möglichen Trainingsverfahrens für eine trainierte Funktion,
• 5 eine Skizze zur Durchführung von Simulationen,
• 6 eine erfindungsgemäße Eingriffsanordnung, und
• 7 die funktionale Struktur einer Steueranordnung der Eingriffsanordnung.
• 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines künstlichen neuronalen Netzes 1. Englische Ausdrücke für das künstliche neuronale Netz 1 sind „artificial neural network“, „neural network“, „artificial neural net“ oder „neural net“.
• Das künstliche neuronale Netzwerk 1 umfasst Knoten 6 bis 18 (nodes) und Kanten 19 bis 21 (edges), wobei jede Kante 19 bis 21 eine gerichtete Verbindung von einem ersten Knoten 6 bis 18 zu einem zweiten Knoten 6 bis 18 ist. Im Allgemeinen sind der erste Knoten 6 bis 18 und der zweite Knoten 6 bis 18 unterschiedliche Knoten 6 bis 18, es ist jedoch auch denkbar, dass der erste Knoten 6 bis 18 und der zweite Knoten 6 bis 18 identisch sind. Beispielsweise ist in 1 die Kante 19 eine gerichtete Verbindung von dem Knoten 6 zu dem Knoten 9 und die Kante 21 ist eine gerichtete Verbindung von dem Knoten 16 zu dem Knoten 18. Eine Kante 19 bis 21 von einem ersten Knoten 6 bis 18 zu einem zweiten Knoten 6 bis 18 wird als eingehende Kante („ingoing edge“) für den zweiten Knoten 6 bis 18 und als ausgehende Kante („outgoing edge“) für den ersten Knoten 6 bis 18 bezeichnet.
• In diesem Ausführungsbeispiel können die Knoten 6 bis 18 des künstlichen neuronalen Netzes 1 in Schichten 2 bis 5 (layers) angeordnet werden, wobei die Schichten eine intrinsische Ordnung aufweisen können, die durch die Kanten 19 bis 21 zwischen den Knoten 6 bis 18 eingeführt wird. Insbesondere können Kanten 19 bis 21 nur zwischen benachbarten Schichten von Knoten 6 bis 18 vorgesehen sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel existiert eine Eingabeschicht 2, die lediglich die Knoten 6, 7, 8 aufweist, jeweils ohne eingehende Kante. Die Ausgangsschicht 5 umfasst nur die Knoten 17, 18, jeweils ohne ausgehende Kanten, wobei ferner versteckte Schichten 3 und 4 zwischen der Eingangsschicht 2 und der Ausgangsschicht 5 liegen. Im allgemeinen Fall kann die Zahl der versteckten Schichten 3, 4 beliebig gewählt werden. Die Zahl der Knoten 6, 7, 8 der Eingangsschicht 2 entspricht üblicherweise der Zahl der Eingabewerte in das neuronale Netzwerk 1, und die Zahl der Knoten 17, 18 in der Ausgangsschicht 5 entspricht üblicherweise der Zahl der Ausgabewerte des neuronalen Netzwerks 1.
• Insbesondere kann eine (reale) Zahl den Knoten 6 bis 18 des neuronalen Netzwerks 1 zugeordnet werden. Dabei bezeichnet x⁽ⁿ⁾ _i den Wert des i-ten Knotens 6 bis 18 der n-ten Schicht 2 bis 5. Die Werte der Knoten 6, 7, 8 der Eingabeschicht 2 sind äquivalent zu den Eingabewerten des neuronalen Netzwerks 1, während die Werte der Knoten 17, 18 der Ausgangsschicht 5 äquivalent zu den Ausgabewerten des neuronalen Netzwerks 1 sind. Darüber hinaus kann jeder Kante 19, 20, 21 ein Gewicht in Form einer realen Zahl zugeordnet sein. Insbesondere ist das Gewicht eine reale Zahl im Intervall [-1, 1] oder im Intervall [0, 1,] . Dabei bezeichnet w^(m,n) _i,j das Gewicht der Kante zwischen den i-ten Knoten 6 bis 18 der m-ten Schicht 2 bis 5 und den j-ten Knoten 6 bis 18 der n-ten Schicht 2 bis 5. Ferner wird die Abkürzung ${\text{w}}_{\text{i}\text{,j}}^{\left(\text{n}\right)}$

  

  für das Gewicht ${\text{w}}_{\text{i}\text{,j}}^{\left(\text{n}\text{,n}+\text{1}\right)}$

  

  definiert.
• Um Ausgangswerte des neuronalen Netzes 1 zu berechnen, werden die Eingangswerte durch das neuronale Netz 1 propagiert. Insbesondere können die Werte der Knoten 6 bis 18 des (n+1)-ten Schicht 2 bis 5 basierend auf den Werten der Knoten 6 bis 18 der n-ten Schicht 2 bis 5 berechnet werden durch $${\text{x}}_{\text{j}}^{\left(\text{n}+\text{1}\right)}=\text{f}\left({\displaystyle \sum {}_{\text{i}}{\text{x}}_{\text{i}}^{\left(\text{n}\right)}\cdot {\text{w}}_{\text{i}\text{,j}}^{\left(\text{n}\right)}}\right).$$

  

  Dabei ist f eine Transferfunktion, die auch als Aktivierungsfunktion bezeichnet werden kann. Bekannte Transferfunktionen sind Stufenfunktionen, Sigmoidfunktionen (beispielsweise die logistische Funktion, die verallgemeinerte logistische Funktion, der Tangens hyperbolicus, der Arkustangens, die Fehlerfunktion, die Smoothstep-Funktion) oder Gleichrichterfunktionen (Rectifier). Die Transferfunktion wird im Wesentlichen für Normierungszwecke verwendet.
• Insbesondere werden die Werte schichtweise durch das neuronale Netz 1 propagiert, wobei Werte der Eingangsschicht 2 durch die Eingangsdaten des neuronalen Netzes 1 gegeben sind. Werte der ersten versteckten Schicht 3 können basierend auf den Werten der Eingangsschicht 2 des neuronalen Netzes 1 berechnet werden, Werte der zweiten versteckten Schicht 4 können basierend auf den Werten in der ersten versteckten Schicht 3 berechnet werden usw.
• Um die Werte ${\text{w}}_{\text{i}\text{,j}}^{\left(\text{n}\right)}$

  

  für die Kanten 19 bis 21 festlegen zu können, muss das neuronale Netz 1 unter Verwendung von Trainingsdaten trainiert werden. Insbesondere umfassen Trainingsdaten Trainingseingangsdaten und Trainingsausgangsdaten, die im Folgenden als t_i bezeichnet werden. Für einen Trainingsschritt wird das neuronale Netzwerk 1 auf die Trainingseingangsdaten angewendet, um berechnete Ausgangsdaten zu ermitteln. Insbesondere umfassen die Trainingsausgangsdaten und die berechneten Ausgangsdaten eine Zahl von Werten, wobei sich die Zahl als die Zahl der Knoten 17, 18 der Ausgangsschicht 5 bestimmt.
• Insbesondere wird ein Vergleich zwischen den berechneten Ausgangsdaten und den Trainingsausgangsdaten verwendet, um die Gewichte innerhalb des neuronalen Netzes 1 rekursiv anzupassen (Rückpropagierungsalgorithmus - „back propagation algorithm“). Insbesondere können die Gewichte entsprechend $${\text{w'}}_{\text{i}\text{,j}}^{\left(\text{n}\right)}={\text{w'}}_{\text{i}\text{,j}}^{\left(\text{n}\right)}-\mathrm{\gamma }\cdot {\mathrm{\delta }}_{\text{j}}^{\left(\text{n}\right)}\cdot {\text{x}}_{\text{i}}^{\left(\text{n}\right)}$$

  

  geändert werden, wobei γ eine Lernrate ist und die Zahlen ${\mathrm{\delta }}_{\text{j}}^{\left(\text{n}\right)}$

  

  rekursiv berechnet werden können als $${\mathrm{\delta }}_{\text{j}}^{\left(\text{n}\right)}=\left({\displaystyle \sum {}_{\text{k}}{\mathrm{\delta }}_{\text{k}}^{\left(\text{n}+\text{1}\right)}\cdot {\text{w}}_{\text{j}\text{,k}}^{\left(\text{n}+\text{1}\right)}}\right)\cdot \text{f'}\left({\displaystyle \sum {}_{\text{i}}{\text{x}}_{\text{i}}^{\left(\text{n}\right)}\cdot {\text{w}}_{\text{i}\text{,j}}^{\left(\text{n}\right)}}\right)$$

  

  basierend auf ${\mathrm{\delta }}_{\text{j}}^{\left(\text{n}+\text{1}\right)},$

  

  wenn die (n+1)-te Schicht nicht die Ausgangsschicht 5 ist, und $${\mathrm{\delta }}_{\text{j}}^{\left(\text{n}\right)}=\left({\text{x}}_{\text{k}}^{\left(\text{n}+\text{1}\right)}\cdot {\text{t}}_j^{\left(\text{n}+\text{1}\right)}\right)\cdot \text{f'}\left({\displaystyle \sum {}_{\text{i}}{\text{x}}_{\text{i}}^{\left(\text{n}\right)}\cdot {\text{w}}_{\text{i}\text{,j}}^{\left(\text{n}\right)}}\right)$$

  

  falls die (n+1)-te Schicht die Ausgangsschicht 5 ist, wobei f' die erste Ableitung der Aktivierungsfunktion ist und ${\text{y}}_{\text{j}}^{\left(\text{n}+1\right)}$

  

  der Vergleichstrainingswert für den j-ten Knoten 17, 18 der Ausgangsschicht 5 ist.
• Im Folgenden wird im Hinblick auf 2 auch ein Beispiel für ein Convolutional Neural Network (CNN) gegeben. Dabei ist zu beachten, dass der Ausdruck „Schicht“ („layer“) dort auf leicht andere Art und Weise als für klassische neuronale Netze eingesetzt wird. Für ein klassisches neuronales Netz verweist der Ausdruck „Schicht“ nur auf den Satz von Knoten, der eine Schicht bildet, mithin eine bestimmte Generation von Knoten. Für ein Convolutional Neural Network, wird der Ausdruck „Schicht“ oft als ein Objekt benutzt, das aktiv Daten verändert, in anderen Worten als ein Satz von Knoten derselben Generation und entweder den Satz eingehender oder ausgehender Kanten.
• 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Convolutional Neural Network 22. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Convolutional Neural Network 22 eine Eingangsschicht 23, eine Faltungsschicht 24 (Convolutional Layer), eine Pooling-Schicht 25, eine vollständig verbundene Schicht 26 und eine Ausgangsschicht 27. In alternativen Ausgestaltungen kann das Convolutional Neural Network 22 mehrere Faltungsschichten 24, mehrere Pooling-Schichten 25 und mehrere vollständig verbundene Schichten 26, genau wie andere Arten von Schichten, enthalten. Die Reihenfolge der Schichten kann beliebig gewählt werden, wobei üblicherweise vollständig verbundene Schichten 26 die letzten Schichten vor der Ausgangsschicht 27 bilden.
• Insbesondere können innerhalb eines Convolutional Neural Network 22 die Knoten 28 bis 32 einer der Schichten 23 bis 27 als in einer d-dimensionalen Matrix oder als d-dimensionales Bild angeordnet verstanden werden. Insbesondere kann im zweidimensionalen Fall der Wert eines Knotens 28 bis 32 mit den Indizes i, j in der n-ten Schicht 23 bis 27 als x⁽ⁿ⁾ [i,j] bezeichnet werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Anordnung der Knoten 28 bis 31 einer Schicht 23 bis 27 keinerlei Auswirkung auf die Berechnungen innerhalb des Convolutional Neural Network 22 als solches hat, da diese Auswirkungen ausschließlich durch die Struktur und die Gewichte der Kanten gegeben sind.
• Eine Faltungsschicht 24 ist insbesondere dadurch ausgezeichnet, dass die Struktur und die Gewichte der eingehenden Kanten eine Faltungsoperation basierend auf einer bestimmten Zahl von Kernen bildet. Insbesondere können die Struktur und die Gewichte der eingehenden Kanten so gewählt werden, dass die Werte ${\text{x}}_{\text{k}}^{\left(\text{n}\right)}$

  

  der Knoten 29 der Faltungsschicht 24 als eine Faltung ${\text{x}}_{\text{k}}^{\left(\text{n}\right)}={\text{K}}_{\text{k}}*{\text{x}}^{\left(\text{n}-\text{1}\right)}$

  

  basierend auf den Werten x^(n-1) der Knoten 28 der vorangehenden Schicht 23 ermittelt werden, wobei die Faltung * im zweidimensionalen Fall definiert werden kann als $${\text{x}}_{\text{k}}^{\left(\text{n}\right)}\left[\text{i}\text{,j}\right]=\left({\text{K}}_{\text{k}}*{\text{x}}^{\left(\text{n}-\text{1}\right)}\right)\left[\text{i}\text{,j}\right]=\pm {\displaystyle \sum {}_{\text{i}}{\displaystyle \sum {}_{\text{j}}{\text{K}}_{\text{k}}\left[\text{i'}\text{,j'}\right]}\cdot {\text{x}}^{\left(\text{n}-\text{1}\right)}\left[\text{i}-\text{i'}\text{,j}-\text{j'}\right]}.$$

  

  Darin ist der k-te Kern K_k eine d-dimensionale Matrix, in diesem Ausführungsbeispiel eine zweidimensionale Matrix, die üblicherweise klein im Vergleich zur Zahl der Knoten 28 bis 32 ist, beispielsweise eine 3x3-Matrix oder eine 5x5-Matrix. Insbesondere impliziert dies, dass die Gewichte der eingehenden Kanten nicht unabhängig sind, sondern so gewählt sind, dass sie obige Faltungsgleichung erzeugen. Im Beispiel für einen Kern, der eine 3x3-Matrix bildet, existieren nur neun unabhängige Gewichte (wobei jeder Eintrag der Kern-Matrix einem unabhängigen Gewicht entspricht), ungeachtet der Zahl der Knoten 28 bis 32 in der entsprechenden Schicht 23 bis 27. Insbesondere ist für eine Faltungsschicht 24 die Zahl der Knoten 29 in der Faltungsschicht 24 äquivalent der Zahl der Knoten 28 in der vorangehenden Schicht 23 multipliziert mit der Zahl der Faltungskerne.
• Wenn die Knoten 28 der vorangehenden Schicht 23 als eine d-dimensionale Matrix angeordnet sind, kann die Nutzung der Mehrzahl von Kernen als Hinzufügung einer weiteren Dimension, die auch als Tiefendimension bezeichnet wird, verstanden werden, so dass die Knoten 29 der Faltungsschicht 24 als eine (d+1)-dimensionale Matrix angeordnet sind. Wenn die Knoten 28 der vorangehenden Schicht 23 bereits als eine (d+1)-dimensionale Matrix mit einer Tiefendimension angeordnet sind, kann die Nutzung einer Mehrzahl von Faltungskernen als Expansion entlang der Tiefendimension verstanden werden, so dass die Knoten 29 der Faltungsschicht 24 gleichermaßen als eine (d+1)-dimensionale Matrix angeordnet sind, wobei die Größe der (d+1)-dimensionalen Matrix in der Tiefendimension um den durch die Zahl der Kerne gebildeten Faktor größer ist als in der vorangehenden Schicht 23.
• Der Vorteil der Nutzung von Faltungsschichten 24 ist, dass die räumlich lokale Korrelation der Eingangsdaten ausgenutzt werden kann, indem ein lokales Verbindungsmuster zwischen Knoten benachbarter Schichten geschaffen wird, insbesondere dadurch, dass jeder Knoten nur zu einem kleinen Bereich der Knoten der vorangehenden Schicht Verbindungen aufweist.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Eingangsschicht 23 sechsunddreißig Knoten 28, die als eine zweidimensionale 6x6-Matrix angeordnet sind. Die Faltungsschicht 24 umfasst zweiundsiebzig Knoten 29, die als zwei zweidimensionale 6x6-Matrizen angeordnet sind, wobei jede der beiden Matrizen das Ergebnis einer Faltung der Werte der Eingangsschicht 23 mit einem Faltungskern ist. In gleicher Weise können die Knoten 29 der Faltungsschicht 24 als in einer dreidimensionalen 6x6x2-Matrix angeordnet verstanden werden, wobei die zuletzt genannte Dimension die Tiefendimension ist.
• Eine Pooling-Schicht 25 zeichnet sich dadurch aus, dass die Struktur und die Gewichte der eingehenden Kanten sowie die Aktivierungsfunktion ihrer Knoten 30 eine Pooling-Operation basierend auf einer nichtlinearen Pooling-Funktion f definieren. Beispielsweise können im zweidimensionalen Fall die Werte x⁽ⁿ⁾ der Knoten 30 der Pooling-Schicht 25 basierend auf den Werten x⁽ⁿ⁺¹⁾ der Knoten 29 der vorangehenden Schicht 24 als $${\text{x}}_{\text{k}}^{\left(\text{n}\right)}\left[\text{i}\text{,j}\right].=\text{f}\left({\text{x}}^{\left(\text{n}-\text{1}\right)}\left[{\text{id}}_1+{\text{jd}}_2\right],\dots ,{\text{x}}^{\left(\text{n}-\text{1}\right)}\left[{\text{id}}_1+{\text{d}}_{\text{1}}-\mathrm{1,}{\text{ jd}}_2+{\text{d}}_2-1\right]\right)$$

  

  berechnet werden. In anderen Worten kann durch die Verwendung einer Pooling-Schicht 25 die Zahl der Knoten 29, 30 reduziert werden, indem eine Anzahl von d₁ × d₂ benachbarter Knoten 29 in der vorangehenden Schicht 24 durch einen einzelnen Knoten 30 ersetzt werden, der als eine Funktion der Werte der genannten Anzahl benachbarter Knoten 29 berechnet wird. Insbesondere kann die Pooling-Funktion f eine Maximumsfunktion, eine Durchschnittsbildung oder die L2-Norm sein. Insbesondere können für eine Pooling-Schicht 25 die Gewichte der eingehenden Kanten festgelegt sein und nicht durch Training modifiziert sein.
• Der Vorteil der Verwendung einer Pooling-Schicht 25 ist, dass die Zahl der Knoten 29, 30 und die Zahl der Parameter reduziert wird. Dies führt zu einer Reduktion der notwendigen Berechnungsmenge innerhalb des Convolutional Neural Network 22 und somit zu einer Steuerung der Überanpassung.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Pooling-Schicht 25 um eine Max-Pooling-Schicht, in der vier benachbarte Knoten mit nur einem einzigen Knoten ersetzt werden, dessen Wert durch das Maximum der Werte der vier benachbarten Knoten gebildet wird. Das Max-Pooling wird auf jede d-dimensionale Matrix der vorherigen Schicht angewendet; in diesem Ausführungsbeispiel wird das Max-Pooling auf jede der zwei zweidimensionalen Matrizen angewendet, so dass sich die Zahl der Knoten von zweiundsiebzig auf achtzehn reduziert.
• Eine vollständig verbundene Schicht 26 zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mehrzahl, insbesondere alle, Kanten zwischen den Knoten 30 der vorherigen Schicht 25 und den Knoten 31 der vollständig verbundenen Schicht 26 vorhanden sind, wobei das Gewicht jeder der Kanten individuell angepasst werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Knoten 30 der vorangehenden Schicht 25 und der vollständig verbundenen Schicht 26 sowohl als zweidimensionale Matrizen als auch als nichtzusammenhängende Knoten (dargestellt als eine Zeile von Knoten, wobei die Zahl der Knoten zur besseren Darstellbarkeit reduziert wurde) gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zahl der Knoten 31 in der vollständig verbundenen Schicht 26 gleich der Anzahl der Knoten 30 in der vorangehenden Schicht 25. In alternativen Ausführungsformen kann die Zahl der Knoten 30, 31 unterschiedlich sein.
• Darüber hinaus werden in diesem Ausführungsbeispiel die Werte der Knoten 32 der Ausgangsschicht 27 bestimmt, indem die Softmax-Funktion auf die Werte der Knoten 31 der vorangehenden Schicht 26 angewendet wird. Durch Anwendung der Softmax-Funktion ist die Summe der Werte aller Knoten 32 der Ausgangsschicht 27 eins und alle Werte aller Knoten 32 der Ausgangsschicht sind reale Zahlen zwischen 0 und 1. Wenn das Convolutional Neural Network 22 zur Klassifizierung von Eingangsdaten genutzt wird, können insbesondere die Werte der Ausgangsschicht 27 als Wahrscheinlichkeit dafür interpretiert werden, dass die Eingangsdaten in eine der unterschiedlichen Klassen fallen.
• Ein Convolutional Neural Network 22 kann ebenso eine ReLU-Schicht aufweisen, wobei ReLU als Akronym für „rectified linear units“ steht. Insbesondere ist die Zahl der Knoten und die Struktur der Knoten innerhalb einer ReLU-Schicht äquivalent zu der Zahl der Knoten und der Strukturen der Knoten der vorangehenden Schicht. Der Wert jedes Knotens in der ReLU-Schicht kann insbesondere durch Anwendung einer Gleichrichtungsfunktion (rectifier function) auf den Wert des entsprechenden Knoten der vorangehenden Schicht berechnet werden. Beispiele für Gleichrichterfunktionen sind f(x)=max(0,x), der Tangens hyperbolicus oder die Sigmoidfunktion.
• Convolutional Neural Networks 22 können insbesondere basierend auf den Rückpropagierungsalgorithmus trainiert werden. Um eine Überanpassung (overfitting) zu vermeiden, können Verfahren der Regularisierung eingesetzt werden, beispielsweise Dropout einzelner Knoten 28 bis 32, stochastisches Pooling, Nutzen von künstlichen Daten, Gewichtszerfall basierend auf der L1- oder der L2-Norm oder Maximalnorm-Einschränkungen.
• 3 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Planung und Überwachung eines Eingriffs zur Embolisation eines zu behandelnden Zielbereichs in einem Blutgefäßsystemabschnitt eines Patienten, wobei der Blutgefäßsystemabschnitt insbesondere den Zielbereich sowie bezüglich des Zielbereichs afferente und efferente Blutgefäße umfasst. Das dargestellte Verfahren umfasst ein erfindungsgemä-ßes Auswertungsverfahren für Bilddaten. Im konkreten Beispiel wird hier als zu behandelnder Zielbereich eine arteriovenöse Fehlformation (AVM) betrachtet, wobei sich eine ähnliche Vorgehensweise bei der Embolisation der zu einem Tumor führenden Blutgefäße ergibt; im letztgenannten Fall können auch eine weitere Wirkung aufweisende Embolisationsmittel herangezogen werden, beispielsweise zur Bestrahlung des Tumors. Als Embolisationsmittel werden in diesem Ausführungsbeispiel Mikrokugeln („micro spheres“) verwendet, die in unterschiedlichen Durchmessern, mithin unterschiedlichen Größen, vorliegen.
• In einem Schritt S1 wird ein dreidimensionaler, zeitaufgelöster Bilddatensatz des Blutgefäßsystemabschnitts bereitgestellt. Dabei kann es sich allgemein um einen präoperativen Bilddatensatz wie einen Computertomographiebilddatensatz, einen Magnetresonanzbilddatensatz, einen PET-Bilddatensatz und/oder einen Ultraschallbilddatensatz handeln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch wenigstens einer des wenigstens einen dreidimensionalen zeitaufgelösten Bilddatensatzes als ein vierdimensionaler DSA-Bilddatensatz (digitale Subtraktionsangiografie) bereitgestellt, der beispielsweise mit einer interventionellen Röntgeneinrichtung möglichst zeitnah vor der geplanten Durchführung des Eingriffs aufgenommen wird.
• In einem Schritt S2 wird mittels eines Analysealgorithmus der wenigstens eine dreidimensionale zeitaufgelöste Bilddatensatz, der im Beispiel der 4D-DSA Blutflussinformationen aufgrund des Kontrastmittelbolus enthält, zur Ableitung einer Basisinformation, die vorliegend für eine Simulation geeignet wäre, ausgewertet. Die Basisinformation umfasst dabei Strukturparameter, die die Geometrie des Blutgefäßsystemabschnitts beschreiben, beispielsweise als Segmentierungsergebnis in Form eines angepassten Mesh. Strukturparameter können die Größen, den Verlauf und bei Bedarf auch die Wand von Blutgefäßen und den Zielbereich beschreiben. Die Basisinformation umfasst ferner Dynamikparameter, die die Hämodynamik im Blutgefäßsystemabschnitt beschreiben, beispielsweise Blutflussgeschwindigkeiten und dergleichen. Ferner können als Teil der Basisinformation auch weitere, insbesondere hämodynamische Eigenschaften des Zielbereichs beschrieben werden, beispielsweise eine Porosität und/oder eine Permeabilität. Insbesondere Dynamikparameter können auch räumlich aufgelöst betrachtet werden, beispielsweise als Blutflussgeschwindigkeitsverteilung. Die Basisinformation in ihrer Gesamtheit kann als ein patientenspezifisches Patientensurrogatmodell verstanden werden.
• Zusätzlich zu der Basisinformation wird zur Durchführung des Schrittes S3 auch eine Embolisationsinformation bereitgestellt, die mehrere zu verwendende Embolisationsmittel, hier Mikrokugeln unterschiedlicher Durchmesser, die zur Verfügung stehen, beschreibt. Die Embolisationsinformation kann auch weitere Randbedingungen beschreiben, beispielsweise die Anzahl verfügbarer bzw. gleichzeitig einbringbarer Embolisationsinstrumente, hier Mikrokatheter. Letztlich kann also gesagt werden, dass die Embolisationsinformation die Ausstattung beschreibt, mit der für den Embolisationseingriff gearbeitet werden kann.
• Die Embolisationsinformation und die Basisinformation werden im Schritt S3 als Eingangsinformation eines Ermittlungsalgorithmus verwendet, um eine Ansteuerinformation für eine bei dem Eingriff verwendete Eingriffseinrichtung zu ermitteln. Die Eingriffseinrichtung umfasst dabei vorliegend zum einen eine Positioniereinrichtung zum robotischen Positionieren der Embolisationsinstrumente sowie eine Embolisationsmittelausgabevorrichtung, in die Steckmodule, beispielsweise Kartuschen und/oder Spritzen, für die Embolisierungsmittel unterschiedlicher Durchmesser einbringbar sind, die mit wenigstens einem der Embolisationsinstrumente verbindbar sind. Über einen Aktor kann gesteuert durch eine Steuereinrichtung der Eingriffseinrichtung eine äußerst genaue Abgabe von Mengen und auch Mischungen von Embolisationsmitteln, beispielsweise über wenigstens eine Mischkammer, an die Embolisationsinstrumente und somit eine Verabreichung in den Blutgefäßsystemabschnitt erfolgen. Auch die Positioniereinrichtung ist durch die Steuereinrichtung der Eingriffseinrichtung ansteuerbar.
• Vor diesem Hintergrund beschreibt die Ansteuerinformation, die im Schritt S3 ermittelt wird, vorliegend einen zeitlichen Ablauf von Instrumentenpositionen, an denen die Auslassöffnungen der Embolisationsinstrumente, hier Mikrokatheter, anzuordnen sind, und einer entsprechenden Verabreichung von Zusammensetzungen von Embolisierungsmitteln, also Mikrokugeln verschiedenen Durchmessers, von diesen Instrumentenpositionen aus, die sich über die Zeit auch verändern können, wobei die Zusammensetzungen bevorzugterweise auch wenigstens eine Mischung umfassen. Mithin enthält die Ansteuerinformation alle für eine Steuereinheit der Steuereinrichtung der Eingriffseinrichtung notwendigen Steuerparameter, um die Positioniereinrichtung und die Embolisationsmittelausgabevorrichtung während des Eingriffs bzw. zur Durchführung desselben anzusteuern. Es sei angemerkt, dass auch Ausführungsbeispiele denkbar sind, in denen die Ansteuerinformation auch einen Eingriffspfad für die Instrumente zu den entsprechenden Instrumentenpositionen durch das Blutgefäßsystem umfasst, was auch roboterunterstützt mittels der Positioniereinrichtung erfolgen kann und, wie noch dargelegt werden wird, fluoroskopisch überwacht werden kann.
• Vorliegend umfasst die ermittelte Ansteuerinformation ferner eine Vorhersageinformation, die eine erwartete Embolisierungswirkung aufgrund der Zusammensetzung, der Instrumentenpositionen und des zeitlichen Ablaufs beschreibt, die vorliegend einer im Schritt S3 ohnehin entstehenden Information entspricht.
• Um die Ansteuerinformation, die einer zu verwendenden Embolisationskonfiguration mit Instrumentenpositionen, Zusammensetzungen aus Embolisationsmitteln und zeitlichem Verlauf entspricht, zu bestimmen, wird im Schritt S3 im Rahmen des Ermittlungsalgorithmus ein Optimierungsverfahren verwendet. Das Optimierungsverfahren nutzt einen Subalgorithmus, der, auf eine Testkonfiguration (mit Instrumentenpositionen, Zusammensetzungen aus Embolisationsmitteln und zeitlichem Ablauf) in Zusammenhang mit der Basisinformation angewendet, eine zu optimierende Wirkungsinformation, die die Embolisationswirkung der Testkonfiguration beschreibt, ausgibt. Der Subalgorithmus kann hierzu eine Simulation umfassen, nutzt aber im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine trainierte Funktion.
• Das Training der trainierten Funktion des Ermittlungsalgorithmus wird durch den Ablaufplan in 4 sowie die 5 genauer erläutert. Es findet auf Basis einer Simulation statt. Dabei werden in einem Schritt S11 zunächst Kombinationen aus Basisinformation und Trainingskonfigurationen (mit Instrumentenpositionen, Zusammensetzungen von Embolisationsmitteln und zeitlichem Ablauf) als Trainings-Eingangsdaten der trainierten Funktion bereitgestellt. Dabei ist es beispielsweise denkbar, tatsächlich aufgenommene 4D-DSA-Bilddatensätze heranzuziehen und, beispielsweise mittels des Analysealgorithmus, auszuwerten, um die Basisinformation zu erhalten; selbstverständlich sind jedoch grundsätzlich auch „erfundene“ bzw. anderweitig generierte Basisinformationen denkbar. Die Basisinformationen können wiederum als ein Patientensurrogatmodell des Blutgefäßsystemabschnitts verstanden werden, wodurch die Geometrie und die Hämodynamik, die als Grundlage der Simulation, die im Schritt S12 folgt, benötigt werden, beschrieben wird. Trainingskonfigurationen können beispielsweise aufgrund von Vorgaben oder tatsächlich stattgefundenen Eingriffen erzeugt werden, wobei mehrere Trainingskonfigurationen für eine einzige Basiskonfiguration denkbar sind.
• Im Schritt S12 wird für jeden Satz von Trainings-Eingangsdaten eine Simulation, hier aufgrund der Verwendung von als Partikel zu verstehenden Mikrokugeln eine CF-PD-Simulation, durchgeführt, um Trainings-Ausgangsdaten, mithin eine Wirkungsinformation, zu ermitteln. Die Wirkungsinformation umfasst vorliegend eine zeitaufgelöste Verteilung von Embolisationsmitteln im Blutgefäßsystemabschnitt sowie eine dreidimensionale, insbesondere auch zeitaufgelöste Druckverteilung in dem Blutgefäßsystemabschnitt. Schematisch ist derartiges in 5 angedeutet.
• Dort ist zunächst zu erkennen, dass die Basisinformation 33 und die Trainingskonfiguration 34 Eingangsdaten für die Simulation 35 liefern, die zudem über eine Physikinformation 71 (Physikmodell), die die zugrunde liegende Physik beschreibt, parametrisiert ist. Beispielsweise kann ein Phasenmodell mit einer Mischtheorie und einem Konzept von Volumenanteilen kombiniert werden, um ein Mehrphasen-Makromodell im Sinne des Multiphasen-Mischungs-Kontinuummechanik-Modellierens zu erhalten, wobei Modifikationen aufgrund der Partikelnatur von Embolisationsmitteln vorgenommen werden können, oder aber unmittelbar eine physikalische Grundlage und Simulationstechnik herangezogen wird, die sich auf Partikel-Flüssigkeits-Wechselwirkungen in einer vorgegebenen Geometrie bezieht.
• Auf der linken Seite von 5 ist beispielhaft eine durch die Simulation 35 beschreibbare Wirkungssituation im Blutgefäßsystemabschnitt 36 zu einem bestimmten Zeitpunkt angedeutet. Ersichtlich werden Blutgefäße 37 sowie der zu behandelnde Zielbereich 38, also das Zielgebiet, gemäß den Strukturparametern der Basisinformation durch Parenchym 39 begrenzt. Gestrichelte Bereiche 40 entsprechen dabei normalem Blut, gepunktete Bereiche 41, 42 zeigen von unterschiedlichen Embolisationsmitteln belegte Anteile. Dabei können durch Embolisationsmittel bereits für den Durchfluss gesperrte Bereiche im Übrigen dem Parenchym 39 zugerechnet werden, so dass sich die Simulation tatsächlich auf die durchströmbaren Anteile des Blutgefäßsystemabschnitts 36 bezieht. Insbesondere hinsichtlich des zeitlichen Ablaufs, wobei beispielsweise auch mehrere zeitliche Simulationsabschnitte verwendet werden können, ist dies relevant, um den Embolisierungserfolg beurteilen zu können. Aus der Wirkungsinformation am Ende der Simulation lässt sich erschließen, ob die zu verschließenden Anteile des Blutgefäßsystemabschnitts 36 tatsächlich embolisiert wurden oder ob dort noch (dann Blut-)Durchfluss vorliegt. Entsprechend kann es im Übrigen auch zweckmäßig sein, wenn die Wirkungsinformation zusätzlich auch eine räumliche Blutflussgeschwindigkeitsverteilung umfasst.
• Zurückkehrend zu 4 wird in einem Schritt S13 überprüft, ob noch weitere Trainings-Eingangsdatensätze vorliegen. Falls ja, wird mit dem nächsten Satz von Trainings-Eingangsdaten fortgefahren, um im Schritt S12 die Simulation 35 durchzuführen und Trainings-Ausgangsdaten in Form der Wirkungsinformation zu erhalten, mithin einen weiteren Trainingsdatensatz zu bilden. Sind alle Trainings-Eingangsdatensätze bearbeitet worden, wird zu einem Schritt S14 fortgefahren, wo mittels der so erhaltenen Trainingsdatensätze ein Training einer Funktion der künstlichen Intelligenz, hier eines CNN, das durch einen Encoder und einen Decoder gebildet wird, durchgeführt wird, um die trainierte Funktion zu erhalten und in einem Schritt S15 bereitstellen zu können.
• Die trainierte Funktion wirkt also wie die Simulation, lässt sich jedoch weitaus schneller, insbesondere in Echtzeit, durchführen, was bei einer Anwendung zur Überwachung besonders wichtig ist, wie im Folgenden erläutert werden wird.
• Nichtsdestotrotz sei angemerkt, dass, falls sie schnell genug durchführbar ist, die Simulation 35 auch statt der trainierten Funktion als Teil des Subalgorithmus im Schritt S3 verwendet werden kann. Grundsätzlich sind jedoch auch Ausführungsbeispiele denkbar, in denen weder eine Simulation noch eine trainierte Funktion verwendet wird und im Schritt S3 beispielsweise eine Look-Up-Tabelle oder dergleichen eingesetzt werden, was jedoch weniger bevorzugt ist.
• Zurückkehrend zur 3 werden also in dem Optimierungsverfahren für Testkonfigurationen mittels des die trainierte Funktion umfassenden Subalgorithmus Wirkungsinformationen ermittelt, anhand derer ein Optimum für die Wirkungsinformation gefunden wird. Dabei können verschiedene Optimierungskriterien herangezogen werden, neben der möglichst vollständigen Embolisation des Zielgebiets beispielsweise auch eine möglichst kurze Zeit für den Eingriff, eine möglichst geringe Menge von Embolisationsmitteln und/oder ein möglichst geringes Risiko für den Patienten. Diesbezüglich ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedenfalls vorgesehen, hinsichtlich der Minimierung des Risikos für den Patienten auch Randbedingungen des Optimierungsverfahrens vorzusehen, vorliegend in Form eines maximalen Druckwerts, der nicht überschritten werden soll, um ein Blutungs- und Rupturrisiko möglichst gering zu halten. Dies ist möglich, da auch eine Druckverteilung als Wirkungsinformation erhalten wird.
• Die optimale Testkonfiguration kann dann als letztendlich zu verwendende Embolisationskonfiguration angesehen werden. Sie wird in Form der Ansteuerinformation ausgegeben, welche, wie bereits angedeutet, als Vorhersageinformation auch die Wirkungsinformation der Embolisationsinformation umfasst, welche letztlich die erwartete Embolisationswirkung für alle Teilschritte, Zusammensetzungen von Embolisationsmitteln und Instrumentenpositionen enthält.
• In Schritt S4 wird die Ansteuerinformation bereitgestellt, insbesondere der Steuereinrichtung der Eingriffseinrichtung, welche sie zur Ansteuerung der Eingriffseinrichtung nutzen kann, insbesondere zur Ansteuerung der Positioniereinrichtung und/oder der Embolisationsmittelausgabevorrichtung.
• Die folgenden Schritte S5 bis S8 finden während der Durchführung des Embolisationseingriffs statt. In Schritt S5 werden regelmäßig, beispielsweise mit einer bestimmten Aufnahmerate, zweidimensionale Fluoroskopiebilder des Blutgefäßsystemabschnitts mittels der interventionellen Röntgeneinrichtung aufgenommen, welche auf grundsätzlich bekannte Art und Weise für eine bestimmte, geeignete Projektionsgeometrie eingestellt wurde. Die Nutzung der Fluoroskopiebilder zur Eingriffsüberwachung erfolgt dabei bereits bei der Vorbereitung, insbesondere entlang des Eingriffspfads zu den Instrumentenpositionen, um diesen Weg durch das Blutgefäßsystem, wie grundsätzlich bekannt, nachzuverfolgen und gegebenenfalls Hinweise auszugeben und/oder die Ansteuerung der Positioniereinrichtung anzupassen. Die Fluroskopieüberwachung kann sich auch bereits auf vorbereitende Maßnahmen, beispielsweise die Ausgabe von Medikamenten und dergleichen beziehen.
• Doch auch während der Nutzung der Ansteuerinformation zur Verabreichung von Embolisationsmitteln gemäß der Embolisationskonfiguration erfolgt eine Aufnahme und Auswertung von zweidimensionalen Fluoroskopiebildern, insbesondere auch zur Korrektur bezüglich der Instrumentenpositionen und dergleichen, was vorliegend nicht näher erläutert werden muss, da es zumindest in den Grundzügen für die Eingriffsüberwachung bekannt ist. In Ausführungsbeispielen kann bei der Verwendung von Embolisationsmitteln, die in der Röntgenbildgebung sichtbar sind, als eine Art „contrast layering“ ein zeitlicher Ablauf von Kontrastmittelgabe, beispielsweise zur Bewertung des Durchflusses im Zielbereich, und Embolisationsmittelgabe erfolgen, insbesondere derart, dass kein oder nur wenig Kontrastmittel im Blutgefäßsystemabschnitt vorhanden ist, wenn Embolisationsmittel verabreicht wird. Dies ermöglicht es, den Blutdurchfluss und die Embolisationsmittelverteilung getrennt zu beurteilen, wie im Folgenden noch näher dargelegt werden wird. Dabei sei angemerkt, dass Kontrastmittel im Übrigen auch mittels eines Steckmoduls in der Embolisationsmittelausgabevorrichtung über die Embolisationsinstrumente ausgegeben werden kann, was selbstverständlich auch für andere Wirkstoffe, beispielsweise Medikamente, gilt. Denkbar ist es jedoch auch, auch anderen Instrumente, beispielsweise Vorbereitungskatheter, an die Embolisationsmittelausgabevorrichtung anzuschließen und diese zur Ausgabe von Kontrastmittel (oder anderen Wirkstoffen) zu nutzen.
• In einem Schritt S6 wird im Rahmen der Überwachung die in den Fluoroskopiebildern sichtbare Embolisationswirkung mit der durch die Vorhersageinformation beschriebenen Embolisationswirkung verglichen. Nachdem die Vorhersageinformation ja auf einer Simulation bzw. auf einer die Simulation ersetzenden trainierten Funktion beruht, ist aus der Vorhersageinformation auch zeitlich aufgelöst bekannt, wie sich beispielsweise Embolisationsmittel verteilen sollte und welche Verschlusswirkung es haben sollte, was zumindest grundlegend auch den Fluoroskopiebildern entnehmbar ist, wobei hierzu auch eine Blutflussinformation, beispielsweise aus einer Zeitserie von Fluoroskopiebildern mit Kontrastmittel, ermittelt werden kann. Tritt eine Abweichung auf, die ein Aktualisierungskriterium erfüllt, beispielsweise einen Schwellwert überschreitet, wird nicht in Schritt S5 mit der Aufnahme des nächsten Fluoroskopiebilds fortgefahren, sondern eine Aktualisierung der Ansteuerinformation, mithin eine Anpassung auf die geänderte Sachlage, in Echtzeit angestrebt.
• Hierzu werden im Schritt S7 zunächst die Fluoroskopiebilder genutzt, um die Basisinformation als Grundlage der Anwendung der Simulation bzw. trainierten Funktion anzupassen, mithin das patientenspezifische Patientensurrogatmodell zu aktualisieren. Dabei kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass ein Teilverschluss stattgefunden hat und/oder geänderte Blutflussgeschwindigkeiten vorliegen.
• Auf Grundlage dieser geänderten Basisinformation kann, insbesondere unter Nutzung des Ermittlungsalgorithmus, im Schritt S8 eine aktualisierte Ansteuerinformation ermittelt und zur Ansteuerung der Eingriffseinrichtung genutzt werden, wobei insbesondere bei Verwendung einer trainierten Funktion dies echtzeitfähig realisiert werden kann, sodass auf jegliche Vorkommnisse, die eine Abweichung vom ursprünglich geplanten Vorgehen rechtfertigen, schnell reagiert werden kann.
• Dabei sei in diesem Zusammenhang noch angemerkt, dass es auch für anderweitig ermittelte Planungsinformationen/Ansteuerinformationen grundsätzlich denkbar ist, eine derartige Echtzeit-Überwachung durch Fluoroskopiebilder und eine Anpassung, insbesondere unter Nutzung der trainierten Funktion, durchzuführen, so dass quasi unmittelbar bei Auftreten eines unerwarteten Ereignisses oder einer sonstigen Abweichung vom Embolisationsplan dynamisch hinsichtlich der Zusammensetzung aus Embolisationsmitteln, der Instrumentenpositionen und des zeitlichen Ablaufs reagiert werden kann. Dies ist ein besonderer Vorteil der im Folgenden näher erläuterten erfindungsgemäßen Eingriffsanordnung.
• 5 zeigt eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer solchen erfindungsgemäßen Eingriffsanordnung 43. Die Eingriffsanordnung 43 umfasst eine interventionelle Röntgeneinrichtung 44, welche einen C-Bogen 45 aufweist, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler 46 und ein Röntgendetektor 47 angeordnet sind. Beispielsweise kann der C-Bogen 45 um einen Patiententisch bzw. Operationstisch 48 schwenkbar sein. Die Eingriffsanordnung 43 umfasst ferner eine Eingriffseinrichtung 49, die hier nur angedeutete Embolisationsinstrumente 50, insbesondere Mikrokatheter, umfasst, die in das Blutgefäßsystem eines zu behandelnden Patienten eingebracht werden können. Optional kann die Eingriffseinrichtung 49 auch weitere medizinische Instrumente, beispielsweise Vorbereitungskatheter 51, umfassen, welche hier gestrichelt angedeutet sind.
• Die Instrumente 50, 51 können mittels einer Positioniereinrichtung 52 wenigstens teilweise robotisch positioniert werden. Sie sind zudem mit einer Embolisationsmittelausgabevorrichtung 53 verbunden, welche ein Steckmodulsystem für Steckmodule 54 (Kartuschen) mit unterschiedlichen Arten von Embolisationsmitteln, hier Mikrokugeln unterschiedlichen Durchmessers, aufweist, um die entsprechenden Embolisierungsmittel angeschlossenen Embolisierungsinstrumenten 50, insbesondere über wenigstens eine hier nicht näher gezeigte Mischkammer, zuzuführen. Um dies mit hoher Genauigkeit automatisch tun zu können, ist den Steckmodulen 54 jeweils ein Aktor 55 eines Hochpräzisions-Aktorsystems zugeordnet, wobei entsprechende Aktoren bei der Verwendung von Mischkammern auch diesen zugeordnet vorgesehen sein können.
• Sowohl die Röntgeneinrichtung 44 als auch die Eingriffseinrichtung 49 weisen Steuereinrichtungen auf, die Teil einer Steueranordnung 56 der Eingriffsanordnung 43 bilden. Über die Steuereinrichtung der Eingriffseinrichtung 49 kann die Ansteuerinformation, die die Embolisationskonfiguration beschreibt, mit hervorragender Genauigkeit hinsichtlich der Zusammensetzung aus Embolisationsmitteln, der Instrumentenpositionen und des zeitlichen Ablaufs umgesetzt werden.
• 7 zeigt die funktionale Struktur der Steueranordnung 56 der Eingriffsanordnung 43 genauer. Wie bereits erwähnt, weist diese eine Steuereinrichtung 57 der Röntgeneinrichtung 44 auf, welche vorliegend, wie grundsätzlich bekannt, eine Aufnahmeeinheit 58 zur Steuerung der Aufnahme von Bilddaten und eine Rekonstruktionseinheit 59 zur Rekonstruktion dreidimensionaler Bilddatensätze aus zweidimensionalen Projektionsbildern aufweist. Die Steuereinrichtung 57 kann mittels dieser Funktionseinheiten 58, 59 mithin, falls die Röntgeneinrichtung 44 wenigstens einen des wenigstens einen dreidimensionalen, zeitaufgelösten Bilddatensatzes aufnehmen und bereitstellen soll, zumindest teilweise den Schritt S1 ausführen. Mittels der Aufnahmeeinheit 58 kann zudem die Aufnahme von Fluoroskopiebildern im Schritt S5 bewirkt werden.
• Die Steueranordnung 56 umfasst ferner die Steuereinrichtung 60 der Eingriffseinrichtung 49, welche vorliegend eine Steuereinheit 61 zur Ansteuerung insbesondere der Positioniereinrichtung 52 und der Embolisationsmittelausgabevorrichtung 53, insbesondere gemäß der Ansteuerinformation im Schritt S4 bzw. unter Nutzung der im Schritt S8 aktualisierten Ansteuerinformation, aufweist. Beide Steuereinrichtungen 57, 60 sind mittels einer Kommunikationsverbindung 62 verbunden und können zudem ein Speichermittel 63 aufweisen. Die Steueranordnung 56 umfasst ferner eine Analyseeinheit 64 zur Ausführung des Analysealgorithmus, mithin zur Ermittlung der Basisinformation, und eine Ermittlungseinheit 65 zur Durchführung des Ermittlungsalgorithmus, mithin zur Ermittlung der Ansteuerinformation (Schritte S2 respektive S3). Ferner ist auch eine Überwachungseinheit 66 nicht nur zur Positionsüberwachung von Embolisationsinstrumenten 50 bzw. auch weiteren Instrumenten 51 vorhanden, sondern auch zur Überwachung der Embolisationswirkung gemäß den Schritten S6 bis S8, wobei bezüglich des Schrittes S8, wie beschrieben, auch die Ermittlungseinheit 65 genutzt werden kann.
• Die Funktionseinheiten 64, 65 und 66 können in einer der beiden Steuereinrichtungen 57, 60 verortet sein. Möglich ist es aber auch, optional eine weitere, daher hier gestrichelt dargestellte Recheneinrichtung oder Steuereinrichtung 67 vorzusehen, die dann auch über die Kommunikationsverbindung 62 mit den Steuereinrichtungen 57 und 60 verbunden sein kann.
• Spätestens durch die Kommunikationsverbindung 62 und die Nutzung der Überwachungseinheit 66 liegt eine Art geschlossene Steuerschleife vor („closed control loop“), nachdem die Fluoroskopieüberwachung unmittelbare Auswirkungen auf die Steuerung der Eingriffseinrichtung haben kann, um so ein optimales Embolisationsergebnis zu erreichen.
• Die Steueranordnung 56 kann auch mit einer Bedieneinrichtung 68 der Eingriffsanordnung 43 verbunden sein, welche eine Anzeigeeinrichtung 69 und eine Eingabeeinrichtung 70 umfasst. Die Bedieneinrichtung 68 ermöglicht es einem Bediener, ständig über die Vorgänge informiert zu sein, beispielsweise durch Ausgabe der Ansteuerinformation, der Fluoroskopiebilder und dergleichen. Gleichzeitig ist ihm jederzeit die Möglichkeit zum Eingriff gegeben, beispielsweise zur Anpassung automatisch erhaltener Ergebnisse bzw. von deren Grundlagen und dergleichen. Auf diese Weise bleibt der wohlinformierte Benutzer immer Herr des Embolisationseingriffs, der mittels der Embolisationsanordnung 43 durchgeführt werden kann.
• Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 9149605 B2 [0009]
• US 20170290544 A1 [0010]
• US 20210219850 A1 [0019, 0020]

Claims (17)

1. Computerimplementiertes Verfahren zur Auswertung von Bilddaten eines Patienten, die einen mit wenigstens einem Embolisationsmittel zu behandelnden Zielbereich (38), insbesondere eine zu behandelnde Fehlbildung, in einem Blutgefäßsystemabschnitt (36) des Patienten zeigen, aufweisend folgende Schritte: - Bereitstellen wenigstens eines dreidimensionalen zeitaufgelösten Bilddatensatzes des Blutgefäßsystemabschnitts (36) , - Ermitteln wenigstens einer Strukturparameter, die die Geometrie wenigstens des Blutgefäßsystemabschnitts (36) beschreiben, und/oder Dynamikparameter, die die Hämodynamik in dem Blutgefäßsystemabschnitt (36) beschreiben, umfassenden Basisinformation aus dem Bilddatensatz durch einen Analysealgorithmus, - Bereitstellen einer mehrere zu verwendende Embolisationsmittel, insbesondere umfassend Mikrokugeln unterschiedlicher Durchmesser, beschreibenden Embolisationsinformation, - Ermitteln einer wenigstens eine geeignete Zusammensetzung der mehreren Embolisationsmittel beschreibenden Ansteuerinformation für eine zur Durchführung der Behandlung genutzte Eingriffseinrichtung (49) durch einen Ermittlungsalgorithmus, der die Basisinformation und die Embolisationsinformation verwendet, und - Bereitstellen der Ansteuerinformation an die Eingriffseinrichtung (49).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerinformation zusätzlich noch wenigstens eine Instrumentenposition einer Auslassöffnung wenigstens eines Embolisationsinstruments (50) in dem Blutgefäßsystemabschnitt (36) und/oder einen zeitlichen Ablauf der Gabe der Embolisationsmittel über das wenigstens eine Embolisationsinstrument (50) beschreibend ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ermittlungsalgorithmus die Durchführung einer Simulation (35) der Hämodynamik auf der Basis der Basisinformation umfasst und/oder der Ermittlungsalgorithmus eine mittels Trainingsdaten, die aus einer solchen Simulation (35) hergeleitet werden, trainierte Funktion umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulation (35) als computational Fluid Dynamics-Simulation (35) und/oder, im Fall von Mikrokugeln als Embolisationsmittel, als computational Fluid-Particle Dynamics-Simulation (35) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Ansteuerinformation ein Optimierungsverfahren bezüglich wenigstens der Zusammensetzung umfasst, insbesondere auch bezüglich der Instrumentenpositionen und/oder des zeitlichen Ablaufs, wobei ein insbesondere die Simulation (35) und/oder die trainierte Funktion umfassender Subalgorithmus eine die Embolisationswirkung unter Nutzung einer Testkonfiguration der Ansteuerinformation beschreibende, zu optimierende Wirkungsinformation ermittelt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkungsinformation umfassend eine Druckverteilung in dem Blutgefäßsystemabschnitt (36) ermittelt wird, wobei ein vorgegebener Maximaldruck als Randbedingung in dem Optimierungsverfahren nicht überschritten werden darf.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ermittlung der Ansteuerinformation wenigstens ein aktuelles Fluoroskopiebild des Blutgefäßsystemabschnitts (36) bereitgestellt wird, - wobei das Fluoroskopiebild zu einer Aktualisierung der Basisinformation ausgewertet wird, wonach aufgrund der aktualisierten Basisinformation eine aktualisierte Ansteuerinformation ermittelt wird, und/oder - wobei in einem Vorhersagevorgang, insbesondere unter Nutzung des Ermittlungsalgorithmus, und/oder als Teil der Ansteuerinformation eine die Wirkungssituation in dem Blutgefäßsystemabschnitt (36) beschreibende Vorhersageinformation ermittelt wird, welche mit der durch das aktuelle Fluoroskopiebild beschriebenen tatsächlichen Wirkungssituation verglichen wird, wobei bei einer ein Aktualisierungskriterium erfüllenden Abweichungsinformation eine Ermittlung der aktualisierten Ansteuerinformation erfolgt.
8. Eingriffsanordnung (43) zur Durchführung eines Embolisationseingriffs mit wenigstens einem Embolisationsmittel in einem Zielbereich (38), insbesondere einer zu behandelnden Fehlbildung, in einem Blutgefäßsystemabschnitt (36) eines Patienten, aufweisend: - eine interventionelle Röntgeneinrichtung (44), - eine Eingriffseinrichtung (49) aufweisend in dem Blutgefäßsystemabschnitt (36) positionierbare Embolisationsinstrumente (50) und eine Embolisationsmittelausgabevorrichtung (53), die mit den Embolisationsinstrumenten (50) zur Ausgabe wenigstens eines Embolisationsmittels über das verbundene Embolisationsinstrument (50) verbindbar ist, und - eine Steueranordnung (56) umfassend eine Steuereinrichtung (57) der Röntgeneinrichtung (44) und eine Steuereinrichtung (60) der Eingriffseinrichtung (49), wobei die Steuereinrichtungen (57, 60) über eine Kommunikationsverbindung (62) verbunden sind, wobei die Steueranordnung (56) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche durchzuführen und die Eingriffseinrichtung (49) gemäß der Ansteuerinformation anzusteuern.
9. Eingriffsanordnung (43) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Embolisationsmittelausgabevorrichtung (53) eine Genauigkeit der Ausgabe von Embolisationsmittel von kleiner als 1 ml aufweist und/oder ein Steckmodulsystem für mehrere Steckmodule (54), die jeweils ein Embolisationsmittel enthalten, und/oder wenigstens ein weiteres Eingriffsinstrument (51) aufweist.
10. Eingriffsanordnung (43) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffseinrichtung (49) eine robotische Positioniereinrichtung (52) zur Positionierung von zu verwendenden Embolisationsinstrumenten (50) aufweist, wobei bei zusätzlich noch wenigstens eine Instrumentenposition einer Auslassöffnung wenigstens eines Embolisationsinstruments (50) in dem Blutgefäßsystemabschnitt (36) umfassender Ansteuerinformation die Steuereinrichtung (60) der Eingriffseinrichtung (49) zur Ansteuerung der Positioniereinrichtung (52) zur Einnahme der wenigstens einen Instrumentenposition durch wenigstens eines der Embolisationsinstrumente (50) ausgebildet ist.
11. Eingriffsanordnung (43) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung (56) zur Ansteuerung der Röntgeneinrichtung (44) zur Aufnahme zweidimensionaler Fluoroskopiebilder des Blutgefäßsystemabschnitts (36) und zur Auswertung der Fluoroskopiebilder zur Überwachung der Positionierung des wenigstens einen Embolisationsinstruments (50) und/oder der Embolisationswirkung ausgebildet ist.
12. Eingriffsanordnung (43) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung (56) bei einer Abweichung von einer insbesondere die Ansteuerinformation umfassenden Planungsinformation zur Ansteuerung der Eingriffseinrichtung (49) zur wenigstens teilweise automatischen, wenigstens teilweisen Korrektur der Abweichung ausgebildet ist.
13. Eingriffsanordnung (43) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung (56) bei der Überwachung zur Verwendung wenigstens einer patientenbezogenen Zusatzinformation wenigstens einer Messeinrichtung der Eingriffsanordnung (43) ausgebildet ist.
14. Eingriffsanordnung (43) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der wenigstens einen Messeinrichtung ein Flusssensor und/oder ein Bildgebungssensor, insbesondere eine OCT-Einrichtung und/oder eine IVUS-Einrichtung, an wenigstens einem verwendeten Embolisationsinstrument (50) ist.
15. Eingriffsanordnung (43) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffseinrichtung (49) oder die Röntgeneinrichtung (44) ferner eine Kontrastmittelgabeeinrichtung aufweist, wobei die Steueranordnung (56) zur Ansteuerung der Kontrastmittelgabeeinrichtung in Abhängigkeit einer Embolisationsmittelzuführung durch die Eingriffseinrichtung (49) derart ausgebildet ist, dass bei Gabe eines röntgensichtbaren Embolisationsmittels eine reduzierte oder keine Kontrastmittelmenge in dem Blutgefäßsystemabschnitt (36) vorliegt.
16. Computerprogramm, welches die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführt, wenn es auf einer Recheneinrichtung, insbesondere einer Steueranordnung (56) einer Eingriffsanordnung (43), ausgeführt wird.
17. Elektronisch lesbarer Datenträger, auf dem ein Computerprogramm nach dem vorangehenden Anspruch gespeichert ist.

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