DE112008001642T5 - Verfahren zum Bestimmen der Position einer Elektrode zur tiefen Hirnstimulation - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen der Position einer Elektrode zur tiefen Hirnstimulation Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen der Position einer Elektrode zur tiefen Hirnstimulation (DBS), welches die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen tiefen Hirn-Zielbereich mittels eines ersten Volumendatensatzes, der Informationen über den tiefen Hirn-Zielbereich enthält, und eines zweiten Volumendatensatzes, der Informationen über die DBS-Elektrode enthält, die zu dem tiefen Hirn-Zielbereich hin implantiert wird, bestimmt, wobei das Verfahren zum Bestimmen der Position der DBS-Elektrode umfasst:
einen ersten Schritt des Erzeugens eines Teilvolumens des tiefen Hirn-Zielbereichs aus dem ersten Volumendatensatz und auch des Erzeugens eines Teilvolumens der DBS-Elektrode aus dem zweiten Volumendatensatz; und
einen zweiten Schritt des Übereinanderlegens und Anzeigens des Teilvolumens des tiefen Hirn-Zielbereichs und des Teilvolumens der DBS-Elektrode.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer Elektrode zur tiefen Hirnstimulation (DBS) und insbesondere ein Verfahren zum Lokalisieren der Position einer mittels Teilvolumen-Rendering dargestellten DBS-Elektrode in Bezug auf einen mittels Teilvolumen-Rendering dargestellten Nucleus subthalamicus (STN) durch Abgleichen eines Präimplantations-MRT-Volumendatensatzes und eines Postimplantations-CT-Volumendatensatzes.
  • [Stand der Technik]
  • Bei einer DBS-Therapie wird ein abnormaler Zustand eines Patienten durch Befestigen einer Elektrode an einem anvisierten Ziel (z. B. einem STN) eines tiefen Gehirns und kontinuierliches Anlegen von elektrischer Stimulation daran über einen vorgegebenen Zeitraum behandelt.
  • Seit der ersten Zulassung durch die US-Zulassungsbehörde FDA im Jahr 1998 hat sich die DBS-Therapie bei der Behandlung verschiedener vom Hirn gesteuerter Erkrankungen, einschließlich Bewegungsstörungen, großer Beliebtheit erfreut. Die DBS-Therapie wird für die Behandlung von arzneimittelinduzierten Nebenwirkungen bei Patienten, die an essenziellem Tremor, Rigor, Parkinson-Krankheit und Parkinson-Tremor leiden, eingesetzt. Im Allgemeinen umfasst diese Therapie das Positionieren einer DBS-Elektrodenleitung durch ein in einen Schädel eines Patienten gebohrtes Bohrloch und das Anlegen geeigneter Stimulationssignale an ein physiologisches Ziel über die Elektrodenleitung. Das Positionieren, welches stereotaktische neurochirurgische Verfahren mit einschließt, ist bei dieser Therapie sehr wichtig, erweckt großes Interesse und wird zum Gegenstand von Forschungsarbeiten. Es ist insbesondere wesentlich, ein Ziel im tiefen Hirn zu finden, eine Elektrodenleitung kontinuierlich zu positionieren und Stimulation effizient an das Ziel anzulegen.
  • Bei einer DBS-Implantation zum Behandeln einer Bewegungsstörung, insbesondere bei der Behandlung von Symptomen, die nicht während einer Implantation einer Elektrodenleitung auf einem Operationstisch getestet werden können, ist es sehr schwierig, ein optimales physiologisches Ziel zu finden. Beispielsweise sind in dem Fall eines Patienten mit Parkinson-Krankheit während einer Implantation einer DBS-Leitung Standstabilitätsüberprüfung und Gehtests im Wesentlichen unmöglich. Es ist auch bekannt, dass Rigor und Akinesie, zwei andere Hauptsymptome der Parkinson-Krankheit, während einer Implantation einer DBS-Leitung schwierig quantitativ zu evaluieren sind. Indessen umfassen vorgesehene Operationsziele tiefen Hirn-Nuclei oder -Unterbereiche im Globus pallidus internus oder Subthalamus. Derartige Strukturen sind anhand jedweder gegenwärtig verwendeter Bildgebungsmodalitäten, beispielsweise Magnetresonanztomografie (MRT), Computertomografie (CT) und Positronenemissionstomografie (PET), nicht einfach zu beobachten.
  • Demnach wird bei einer herkömmlichen DBS-Implantation ein Verfahren verwendet, wobei ein Zielbereich mit Hilfe einer Art von Schablone für eine Hirnstruktur, beispielsweise mit Hilfe des Atlas von Schaltenbrand und Wahren, bestimmt wird.
  • Darüber hinaus schaffen St.-Jean et al. durch Übereinanderstapeln mehrerer Schichten durch Digitalisieren des Atlas von Schaltenbrand und Wahren eine 3D-Struktur und registrieren die 3D-Struktur durch Verwendung von Orientierungspunkten in einen Prä-DBS-Implantations-MRT-Volumendatensatz eines Patienten, wodurch ein Präimplantations-MRT-Volumendatensatz mit der darauf gelegten Atlas-3D-Struktur erzeugt wird und bei der DBS-Implantation ein Zielbereich gemäß dem Datensatz bestimmt wird.
  • Neuerdings wird ein Zielbereich auf einem Magnetresonanz(MR)-Bild auf der Grundlage von Vorderkommissur(AC)-Hinterkommissur(PC)-Koordinaten ermittelt.
  • Das US-Patent Nr. 7,167,760 liefert gesamthafte Erläuterungen der DBS-Therapie und schlägt ein Verfahren zum Bestimmen eines Zielbereichs vor einer Implantation vor, das die oben genannten im Stand der Technik auftretenden Probleme löst.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine DBS-Elektrodenleitung darstellt. Die DBS-Elektrodenleitung 100 umfasst vier Platin/Iridium-Kontaktelektroden 110, 120, 130 und 140. Diese Elektroden 110, 120, 130 und 140 werden in einem Zielbereich positioniert und für die Behandlung wird an einige der Elektroden 110, 120, 130 und 140 elektrische Stimulation angelegt.
  • 2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein CT-Bild nach einer Implantation einer DBS-Elektrode darstellt, insbesondere ein Postimplantations-CT-Bild 400 eines Patienten nach bilateraler DBS-Implantation unter Verwendung von zwei DBS-Elektrodenleitungen 410. Drahtleitungen 420 sind von den DBS-Elektrodenleitungen 410 an einen internen Impulsgenerator (nicht dargestellt) gelegt.
  • Indessen sollte, nachdem die DBS-Elektrodenleitung 400 oder die DBS-Elektrode implantiert wurde, oder nachdem die DBS-Behandlung fertiggestellt wurde, evaluiert werden, ob die DBS-Elektrode normal positioniert wurde. Im Fall des Verwendens eines CT-Bildes lässt sich auf Grund der Eigenschaften des CT eine DBS-Elektrode relativ leicht bestimmen, jedoch lässt sich ein Zielbereich, bei dem es sich um ein Weichgewebe handelt, nicht leicht bestimmen. Im Fall des Verwendens eines MRT-Bildes geht man davon aus, dass auf Grund von Eigenschaften des MRT ein Zielbereich, bei dem es sich um ein Weichgewebe handelt, gut abgebildet wird. Allerdings ist es auf Grund einer Interferenz der DBS-Elektrodenleitung 400 oder DBS-Elektrode, die aus Metall hergestellt sind, nicht einfach, die Lagebeziehung zwischen einer DBS-Elektrode und dem Zielbereich zu sehen.
  • [Offenbarung]
  • [Technische Aufgabe]
  • Demzufolge dient die vorliegende Erfindung dazu, die oben beschriebenen im Stand der Technik auftretenden Unzulänglichkeiten zu beheben, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer DBS-Elektrode bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen Zielbereich klar zu bestimmen. Dieses Verfahren kann zweckdienlich eingesetzt werden, um nach einer Implantation der DBS-Elektrode die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf den Zielbereich zu bestimmen. Darüber hinaus kann dieses Verfahren verwendet werden, um während der Implantation der DBS-Elektrode die DBS-Elektrode unter Zuhilfenahme eines medizinischen Navigationssystems in Bezug auf den Zielbereich zu positionieren.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer DBS-Elektrode bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen tiefen Hirn-Zielbereich, beispielsweise einen STN, klar zu bestimmen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer DBS-Elektrode bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen Zielbereich mittels Teilvolumen-Rendering des Zielbereichs und der DBS-Elektrode klar zu bestimmen.
  • Ferner ist es auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer DBS-Elektrode bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen Zielbereich durch Fusionieren eines Präimplantations-Volumendatensatzes und eines Postimplantations-Volumendatensatzes klar zu bestimmen.
  • Ferner ist es auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer DBS-Elektrode bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen Zielbereich durch Abgleichen eines Präimplantations-Volumendatensatzes und eines Postimplantations-Volumendatensatzes durch Transinformationen (Mutual Information) davon klar zu bestimmen.
  • Ferner ist es auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer DBS-Elektrode bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen Zielbereich durch Abgleichen eines Präimplantations-MRI-Volumendatensatzes und eines Postimplantations-CT-Volumendatensatzes klar zu bestimmen.
  • [Technische Lösung]
  • In weiterer Folge werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Das Verfahren nach Anspruch 1: Hier sind erste Volumendaten und zweite Volumendaten nicht speziell auf MRT und CT beschränkt, sondern können auf Volumendaten wie PET ausgedehnt werden. Darüber hinaus ist dieses Verfahren, falls erforderlich, auf erste und zweite Volumendaten, welche dieselbe Modalität aufweisen, anwendbar.
  • Das Verfahren nach Anspruch 3: Dieses Verfahren dient dazu, eine Abgleichzeit zu reduzieren.
  • Das Verfahren nach Anspruch 6: Dieses Verfahren entspricht einer der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
  • Das Verfahren nach Anspruch 7: Dieses Verfahren umfasst einen Reslicing-Schritt, um dadurch einen tiefen Hirn-Zielbereich einfach zu identifizieren und durch Teilvolumen-Rendering darzustellen.
  • Das Verfahren nach Anspruch 16: Dieses Verfahren zeigt allgemeine Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung.
  • Das Verfahren nach Anspruch 17: Vorzugsweise werden sowohl ein tiefen Hirn-Zielbereich als auch eine Elektrode durch Teilvolumen-Rendering dargestellt.
  • Das Verfahren nach Anspruch 20: Bei diesem Verfahren wird die vorliegende Erfindung auf ein medizinisches Navigationssystem angewandt.
  • Indessen können Schritte S5 und S6 jederzeit nach Schritt S1 durchgeführt werden.
  • [Vorteilhafte Wirkungen]
  • Gemäß einem Verfahren zum Bestimmen der Position der DBS-Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen tiefen Hirn-Zielbereich, beispielsweise einen STN, klar bestimmen. Das Lokalisieren der Position wird zweckmäßig eingesetzt, um ein Implantation der DBS-Elektrode zu planen, die DBS-Elektrode zu implantieren und die Implantation der DBS-Elektrode zu evaluieren.
  • Darüber hinaus lässt sich gemäß einem Verfahren zum Bestimmen der Position der DBS-Elektrode ein tiefen Hirn-Zielbereich leicht identifizieren, und eine durch die Elektrode verursachte Störung der Identifizierung des tiefen Hirn-Zielbereichs kann durch Erfassen der Lagebeziehung zwischen dem tiefen Hirn-Zielbereich und der Elektrode mittels Bildabgleich zwischen einem Präimplantations-Volumendatensatz und einem Postimplantations-Volumendatensatz überwunden werden.
  • Darüber hinaus lässt sich gemäß einem Verfahren zum Bestimmen der Position der DBS-Elektrode die Lagebeziehung zwischen einem tiefen Hirn-Zielbereich und einer Elektrode mittels eines Teilvolumen-Rendering-Verfahrens einfach darstellen.
  • Darüber hinaus lässt sich gemäß einem Verfahren zum Bestimmen der Position der DBS-Elektrode ein Bildabgleich durch Abgleichen eines Präimplantations-Volumendatensatzes und eines Postimplantations-Volumendatensatzes durch Transinformationen davon rasch durchführen.
  • Darüber hinaus lässt sich gemäß einem Verfahren zum Bestimmen der Position der DBS-Elektrode ein STN und die DBS-Elektrode mittels eines Präimplantations-MRT-Volumendatensatzes und eines Postimplantations-CT-Volumendatensatzes effizient bestimmen und anzeigen.
  • Darüber hinaus können das Volumen-Rendering-Verfahren, das Bildabgleichverfahren und das Teilvolumen-Rendering-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein medizinisches Navigationssystem angewandt werden. In diesem Fall kann die vorliegende Erfindung erweitert auf ein medizinisches Navigationsverfahren einer DBS-Elektrode bei einer Implantation der DBS-Elektrode angewandt werden.
  • [Beschreibung der Zeichnungen]
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine DBS-Elektrodenleitung darstellt.
  • 2 ist eine Ansicht, die ein CT-Bild nach einer Implantation einer DBS-Elektrode darstellt.
  • 3 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zum Evaluieren der Lagebeziehung zwischen einem Zielbereich und einer DBS-Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht von 3.
  • 5 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus 3 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 6 und 7 sind erläuternde Ansichten, die ein Teilvolumen-Rendering-Verfahren darstellen.
  • 8 ist eine erläuternde Ansicht, die Reslicing darstellt.
  • 9 ist eine Ansicht, die medizinische Bilder vor und nach einer Fusion darstellt.
  • 10 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Vorgang zum Fusionieren medizinischer Bilddaten darstellt.
  • [Durchführung der Erfindung]
  • In der Folge wird die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 3 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zum Evaluieren der Lagebeziehung zwischen einem Zielbereich und einer DBS-Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Eine DBS-Elektrode 20 ist an einem subthalamischen Nucleus (STN) 10 positioniert.
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht von 3. Drei freiliegende DBS-Elektroden 12, 13 und 14 sind an einem rechtsseitigen STN 10 dargestellt. Daher kann ein Arzt informiert werden, dass eine der vier DBS-Elektroden in dem STN 10 vorliegt. Da der Mediziner die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf den STN 10 genau kennt, kann er klar abschätzen, ob eine Implantation der DBS-Elektrode erfolgreich ist, welche DBS-Elektrode der elektrischen Stimulierung bedarf usw., um dadurch eine Behandlungszeit eines Patienten zu reduzieren. Darüber hinaus wird die Grundlage zum genauen Verstehen der Korrelation zwischen dem elektrischen Reiz und dem Zielbereich geschaffen, was bislang nicht offenbart worden war.
  • 5 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus 3 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Zunächst werden in Schritt S1 ein Präimplantations-MRT-Volumendatensatz und ein Postimplantations-CT-Volumendatensatz erfasst. Der Präimplantations-MRT-Volumendatensatz wird durch Durchführen von MRT-Aufnahmen vor einer Implantation einer DBS-Elektrode erfasst, und der Postimplantations-CT-Volumendatensatz wird durch Durchführen von CT-Aufnahmen nach der Implantation oder nach der DBS-Behandlung über einen vorgegebenen Zeitraum (z. B. drei Monate, sechs Monate) ab der Implantation erfasst.
  • In Schritt S2 wird eine Koordinatenachse des Präimplantations-MRT-Volumendatensatzes auf der Grundlage einer Linie, die AC und PC verbindet, welche Indexpunkte in einem menschlichen Körper sind, neu ausgerichtet. Dies wird als ”Reslicing” bezeichnet. Ein Zielbereich (hier ein STN) lässt sich mittels des Reslicing (mittels Neuausrichten der Koordinatenachse) einfach bestimmen.
  • In Schritt S3 wird der Postimplantations-CT-Volumendatensatz auf der Grundlage von AC-PC Reslicing unterzogen. Das heißt, dass eine Koordinatenachse des Postimplantations-CT-Volumendatensatzes zum Reduzieren einer nachfolgenden Abgleichzeit des Präimplantations-MRT-Volumendatensatzes und des Postimplantations-CT-Volumendatensatzes auf der Grundlage von AC-PC neu ausgerichtet wird.
  • In Schritt S4 werden der Präimplantations-MRT-Volumendatensatz und der Postimplantations-CT-Volumendatensatz, die unterschiedliche Modalitäten aufweisen, abgeglichen. Der Bildabgleich schafft die Grundlage zum Übereinanderlegen und Anzeigen von zwei Volumendatensätzen auf einem Bildschirm und kann als Vorgang zum Finden einer linearen Transformation T verstanden werden, welche Voxel des Postimplantations-CT-Volumendatensatzes mit Voxeln des Präimplantations-MRT-Volumendatensatzes übereinstimmt. Dies wird später ausführlicher beschrieben.
  • In Schritt S5 wird der STN, wobei es sich um Weichgewebe handelt, als spezieller Volumendatensatz, d. h. ein Teilvolumen auf dem Präimplantations-MRT-Volumendatensatz, wo der STN einfach zu sehen ist, gerendert. Dieser Vorgang wird durch Zuweisen einer entsprechenden Intensität zu dem STN auf dem Präimplantations-MRT-Volumendatensatz durchgeführt. Ein Atlas kann während des Vorgangs des Lokalisierens des STN verwendet werden. Das Teilvolumen des STN, wobei es sich um einen nur schwer zu identifizierbaren tiefen Hirn-Weichgewebezielbereich handelt, wird aus dem Präimplantations-MRT-Volumendatensatz erzeugt. Demzufolge kann das Teilvolumen ohne Störung der aus Metall hergestellten DBS-Elektrode erfasst werden.
  • In Schritt S6 wird die aus Metall hergestellte DBS-Elektrode zu einem speziellen Volumendatensatz, d. h. einem Teilvolumen auf dem Postimplantations-CT-Volumendatensatz, wo die DBS-Elektrode einfach zu sehen ist, gerendert. Dieser Vorgang wird durch Zuweisen einer entsprechenden Intensität zu der DBS-Elektrode auf dem Postimplantations-CT-Volumendatensatz durchgeführt.
  • In Schritt S7 werden, wie aus 3 hervorgeht, das Teilvolumen 10 des STN, das in Schritt S5 erfasst wurde, und das Teilvolumen 20 der DBS-Elektrode, das in Schritt S6 erfasst wurde, miteinander angezeigt. Hier müssen, da das Teilvolumen 10 des STN aus dem Präimplantations-MRT-Volumendatensatz und das Teilvolumen 20 der DBS-Elektrode aus dem Postimplantations-CT-Volumendatensatz erzeugt wird, diese abgeglichen werden. Zu diesem Zweck wird die lineare Transformation T, die bei Schritt S4 erfasst wurde, verwendet.
  • Teilvolumen-Rendering und Resclicing
  • Computergrafik wird hauptsächlich verwendet, um die grafische 2D- oder 3D-Darstellung eines Objekts auf einem 2D-Bildschirm anzuzeigen. Volumengrafik, ein Teilbereich der Computergrafik, befasst sich mit der Visualisierung eines Objekts, das als drei- oder mehrdimensionale Abtastdaten dargestellt wird. Derartige Abtastungen werden als Volumenelemente oder Voxel bezeichnet und enthalten digitale Informationen, die physikalische Eigenschaften des Objekts ausdrücken. Beispielsweise können Voxeldaten eines spezifischen Objekts Dichte, Objekttyp, Temperatur, Geschwindigkeit oder eine andere Eigenschaft als diskrete Punkte in einem Raum über dem Inneren und der Umgebung des Objekts zum Ausdruck bringen.
  • Vor kurzem wurde ein Volumengrafikverfahren eingeführt, das als Volumen-Rendering bezeichnet wird. Volumen-Rendering ist eine Art digitaler Signalverarbeitung und verleiht den jeweiligen Voxeln in der voxelbasierten Darstellung Farbe und Transparenz. Die jeweiligen mit Farben und Transparenz versehenen Voxel werden auf eine 2D-Betrachtungsoberfläche, beispielsweise einen Rechnerbildschirm, projiziert. Hier werden Hintergrundvoxel durch undurchsichtige Vordergrundvoxel verdeckt. Die Anhäufung der projizierten Voxel ergibt ein visuelles Abbild des Objektes.
  • Das heißt, dass Volumen-Rendering bedeutet, ein Volumen oder einen Volumendatensatz zu rendern. Der Volumendatensatz umfasst ein 3D-Array aus Datenpunkten, die als Volumenelemente oder Voxel bezeichnet werden. Das Voxel, bei denen es sich um das 3D-Äquivalent eines Pixels handelt, enthält Farb- und Transparenzinformationen. Wenn die Farbe und die Transparenz, bei denen es sich um Datenwerte eines spezifischen Voxels handelt, geändert werden, kann das Äußere und das Innere des Objekts auf verschiedenerlei Arten dargestellt werden. Wenn beispielsweise ein Arzt ein Ligament, eine Sehne oder einen Knochen eines Knies vor einer Operation betrachten möchte, kann dieser Blut, Haut und Muskeln als in dem CT-Abtastbild des Knies vollkommen transparent darstellen lassen.
  • Indessen erhält ein Arzt, vor dem Vornehmen eines chirurgischen Eingriffs, Informationen über Form und Lage eines abnormalen Teils (z. B. Tumors) aus medizinischen Bildern wie CT-Bildern oder MRT-Bildern. Daher wird es weitaus zweckmäßiger sein, wenn ein 3D-Objekt oder -Volumendatensatz, das/der aus den medizinischen Bildern, beispielsweise aus den CT- oder MRT-Bildern, erstellt wird, den abnormalen Teil als von anderen Geweben unterschieden darzustellen imstande ist. Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wurde ein Multi-Teilvolumen-Rendering- oder Teilvolumen-Rendering-Verfahren vorgeschlagen. Kurz gesagt, das Multi-Teilvolumen-Rendering stellt einen abnormalen Teil (oder interessierenden Teil) in einer anderen Farbe dar, so dass ein Arzt einfach Lage und Form des abnormalen Teils beurteilen kann. Derzeit wird eine Volumen-Rendering-Hardwarelösung wie VolumeProTM von TeraRecon verwendet, um Multi-Teilvolumen-Rendering zu implementieren.
  • Das Teilvolumen-Rendering-Verfahren wird mit Bezugnahme auf 6 erläutert. Ein Volumen oder Volumendatensatz 102 wird aus medizinischen Bildern 101, beispielsweise aus CT- oder MRT-Bildern, die in geeigneter Anzahl aufgenommen wurden, erzeugt. Das Volumen oder der Volumendatensatz 102 kann einfach als Stapel aus mehreren medizinischen Bildern 101 angesehen werden. Pixel 103 der jeweiligen medizinischen Bilder 101 entsprechen Voxeln 104 des Volumens oder Volumendatensatzes 102. Jedes Voxel 104 enthält Informationswerte für Farbe und Transparenz als Datenwerte.
  • Auf 7 Bezug nehmend werden gemäß dem Multi-Teilvolumen-Rendering ein Teilvolumen 105, ein Teilvolumen 106 und ein Gesamtvolumen 102 einzeln gerendert, so dass die Teilvolumina 105 und 106 derart gerendert werden können, dass sie von dem Gesamtvolumen 102 unterschieden werden. Daraufhin werden die jeweiligen gerenderten Bilder fusioniert. Hier bedeutet, das Teilvolumen 105 oder das Teilvolumen 106 einzeln zu rendern, das entsprechende Teilvolumen nach dem Einstellen einer Farbe, die für das Teilvolumen geeignet ist, mittels Voxeln, die zu einem spezifischen Teilvolumenbereich gehören, zu rendern. Was das Gesamtvolumen betrifft, ist es wie das Erstellen eines 2D-Bildes durch Rendern von lediglich einem Bereich (dem entsprechenden Teilvolumenbereich).
  • 8 ist eine erläuternde Ansicht, welche Reslicing veranschaulicht. Reslicing bedeutet Neukonstituierung durch Umstapeln zuvor gestapelter Voxel der linken Seite auf der Grundlage von AC-PC. Demzufolge wird konzeptuell das bestehende Koordinatensystem (x0, y0 und z0) in ein neues Koordinatensystem (x1, y1 und z1) umdefiniert.
  • Bildfusion
  • Wie in 9 dargestellt ist, ist das Fusionieren medizinischer Bilddaten A und B, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, zu einem Bild C, das alle Informationen enthält, wesentlich, um eine medizinische Diagnose effizient stellen zu können. Einer der grundlegenden Schritte der Bildfusion ist, Stellungen von Bildvolumina abzugleichen.
  • Wie in 10 dargestellt ist, umfasst ein Prozess zum Fusionieren von medizinischen Bilddaten einen Schritt S100 des Normalisierens von zwei Bilddatensätzen A und B mit unterschiedlichen Eigenschaften, einen Schritt S200 des Erfassens von Transinformationen zwischen den normalisierten Bilddatensätzen A und B, einen Optimierungsschritt S300 des Berechnens einer linearen Transformation T, welche die Transinformationen maximiert, und einen Schritt S400 des Fusionierens der normalisierten Bilddatensätze A und B mittels der in Schritt S300 berechneten linearen Transformation T. In der Folge wird der erfindungsgemäße Schritt S300 des Berechnens der linearen Transformation T, welche die Transinformationen maximiert, erläutert. Die Schritte S100, S200 und S400 sind bestens bekannte Vorgänge, weshalb auf Erläuterungen derselben verzichtet wird.
  • Der Abgleichvorgang, der ein früherer Schritt des Vorgangs zum Fusionieren von zwei medizinischen 3D-Bilddatensätzen A und B zu einem Bilddatensatz ist, gleicht die Positionen und Stellungen der zwei medizinischen 3D-Bilddatensätze A und B in einem 3D-Raum ab. Bei dem Abgleichvorgang kann die lineare Transformation T folgendermaßen definiert werden: T = argmaxMI(T(A), B)
  • (Hier stellt MI die Transinformationen zwischen den medizinischen 3D-Bilddatensätzen A und B dar).
  • Der Bildabgleich kann durch Berechnen der linearen Transformation T, welche die Transinformationen zwischen den medizinischen 3D-Bilddaten, d. h. den Volumendatensätzen A und B, maximiert, durchgeführt werden.
  • 1995 versuchte Viola als erster, Transinformationen, das ist ein Konzept einer Informationstheorie, für den 3D-Volumenabgleich zu verwenden. Seit damals finden Transinformationen vielerorts Anwendung bei der Analyse medizinischer Bilder wie CT und MRT. Auf Erläuterungen eines konkreten Verfahrens zum Maximieren von Transinformationen wird verzichtet. Ein im koreanischen Patent 10-0529119 durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung offenbartes Abgleichsverfahren kann als gutes Beispiel dienen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer Elektrode zur tiefen Hirnstimulation (DBS), welches durch Verwenden eines ersten Volumendatensatzes, der Informationen über den tiefen Hirn-Zielbereich enthält, und eines zweiten Volumendatensatzes, der Informationen über die DBS-Elektrode enthält, die zu dem tiefen Hirn-Zielbereich implantiert wird, die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen tiefen Hirn-Zielbereich bestimmt und welches umfasst: einen ersten Schritt des Erzeugens eines Teilvolumens des tiefen Hirn-Zielbereichs aus dem ersten Volumendatensatz und auch des Erzeugens eines Teilvolumens der DBS-Elektrode aus dem zweiten Volumendatensatz; und einen zweiten Schritt des Übereinanderlegens und Anzeigens des Teilvolumens des tiefen Hirn-Zielbereichs und des Teilvolumens der DBS-Elektrode.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 7167760 [0008]
    • - KR 10-0529119 [0064]

Claims (20)

  1. Verfahren zum Bestimmen der Position einer Elektrode zur tiefen Hirnstimulation (DBS), welches die Position der DBS-Elektrode in Bezug auf einen tiefen Hirn-Zielbereich mittels eines ersten Volumendatensatzes, der Informationen über den tiefen Hirn-Zielbereich enthält, und eines zweiten Volumendatensatzes, der Informationen über die DBS-Elektrode enthält, die zu dem tiefen Hirn-Zielbereich hin implantiert wird, bestimmt, wobei das Verfahren zum Bestimmen der Position der DBS-Elektrode umfasst: einen ersten Schritt des Erzeugens eines Teilvolumens des tiefen Hirn-Zielbereichs aus dem ersten Volumendatensatz und auch des Erzeugens eines Teilvolumens der DBS-Elektrode aus dem zweiten Volumendatensatz; und einen zweiten Schritt des Übereinanderlegens und Anzeigens des Teilvolumens des tiefen Hirn-Zielbereichs und des Teilvolumens der DBS-Elektrode.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: einen Schritt des Abgleichens des ersten Volumendatensatzes und des zweiten Volumendatensatzes mindestens vor dem zweiten Schritt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Abgleichens mittels Transinformationen zwischen dem ersten Volumendatensatz und dem zweiten Volumendatensatz durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Volumendatensatz vor der Implantation der DBS-Elektrode erfasst wird und der zweite Volumendatensatz nach der Implantation der DBS-Elektrode erfasst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der erste Volumendatensatz eine erste Modalität aufweist und der zweite Volumendatensatz eine zweite Modalität, die sich von der ersten Modalität unterscheidet, aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der erste Volumendatensatz ein MRT-Bild und der zweite Volumendatensatz ein CT-Bild ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, umfassend: einen Schritt des Reslicing des ersten Volumendatensatzes auf der Grundlage der interkommissuralen Linie von Vorderkommissur (AC) zu Hinterkommissur (PC) vor dem Schritt des Abgleichens, um die Identifizierung des tiefen Hirn-Zielbereichs zu verbessern.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, umfassend: einen Schritt des Reslicing des zweiten Volumendatensatzes auf der Grundlage von AC-PC vor dem Schritt des Abgleichens, um eine Abgleichzeit zu reduzieren.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Abgleichens mittels Transinformationen zwischen dem ersten Volumendatensatz und dem zweiten Volumendatensatz durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Volumendatensatz ein MRT-Bild und der zweite Volumendatensatz ein CT-Bild ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 2, umfassend: einen Schritt des Berechnens einer linearen Transformation T, welche den ersten Volumendatensatz und den zweiten Volumendatensatz mindestens vor dem zweiten Schritt abgleicht, wobei der zweite Schritt das Teilvolumen des tiefen Hirn-Zielbereichs und das Teilvolumen der DBS-Elektrode durch Verwenden der linearen Transformation T übereinanderlegt und anzeigt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Schritt das Teilvolumen des tiefen Hirn-Zielbereichs aus dem ersten Volumendatensatz mittels eines Atlas erzeugt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der tiefen Hirn-Zielbereich ein subthalamischer Nucleus (STN) ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der tiefen Hirn-Zielbereich ein STN ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der tiefen Hirn-Zielbereich ein STN ist.
  16. Verfahren zum Bestimmen der Position einer DBS-Elektrode, umfassend: einen ersten Schritt des Erfassens eines ersten Volumendatensatzes, der Informationen über einen tiefen Hirn-Zielbereich enthält, und eines zweiten Volumendatensatzes, der Informationen über eine Elektrode enthält, die zu dem tiefen Hirn-Zielbereich hin implantiert wird; einen zweiten Schritt des Findens der Korrelation zwischen dem ersten Volumendatensatz und dem zweiten Volumendatensatz zum Abgleich; und einen dritten Schritt des Heranziehens von mindestens dem tiefen Hirn-Zielbereich aus dem ersten Volumendatensatz, des Heranziehens von mindestens der Elektrode von dem zweiten Volumendatensatz und des Anzeigens des tiefen Hirn-Zielbereichs und der Elektrode durch die Korrelation.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei mindestens eine aus der Gruppe umfassend den tiefen Hirn-Zielbereich und die Elektrode vor dem dritten Schritt einem Teilvolumen-Rendering unterzogen wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der zweite Schritt die Korrelation mittels Transinformationen findet.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste Volumendatensatz aus einem MRT-Image erfasst wird und der zweite Volumendatensatz aus einem CT-Bild erfasst wird.
  20. Verfahren zum Bestimmen der Position einer DBS-Elektrode, umfassend: einen ersten Schritt des Anzeigens eines Schirmbildes, das Informationen über einen mittels Teilvolumen-Rendering dargestellten tiefen Hirn-Zielbereich enthält und aus einem MRT-Bild erfasst wurde; einen zweiten Schritt des Verfolgens der DBS-Elektrode, die zu dem tiefen Hirn-Zielbereich hin implantiert wird; und einen dritten Schritt des Anzeigens der Position der DBS-Elektrode nach der Implantation in Bezug auf den mittels Teilvolumen-Rendering dargestellten tiefen Hirn-Zielbereich.
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