-
Diese
Erfindung betrifft ein Computer-gestütztes System und Verfahren
zur Visualisierung der Strömung
in Fluid-führenden
Gefäßen im Gewebe von
Lebewesen, und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Visualisierung
und Identifizierung einer Richtung des Blutflusses in Gefäßen, die
Blut zu einer Läsion
liefern, wie einer neovaskulären
Läsion,
die mit der altersbeding-ten Makuladegeneration verbunden ist, um
die Diagnose und Behandlung solcher Läsionen zu unterstützen.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Läsionen werden
normalerweise als abnorme Gewebestruktur, die sich in einem Organ
oder anderen Körperteil
befindet, definiert, und sie sind häufig eine Manifestation eines
gesundheitsgefährdenden
Zustands, eines Leidens oder einer Krankheit. Läsionen können spezielle Formen annehmen,
wie Choroidale Neovaskularisationen („CNVs"), die man im Auge findet. Im Allgemeinen
ist jedes abnorme Gefäßsystem
in einem Körper
eine Art von Läsion.
-
Eine
CNV ist eine Manifestation der altersbedingten Makuladegeneration
(„AMD") und ist eine allgemeine
Ursache für
den Sehverlust bei Menschen, die über 50 Jahre alt sind. Im Jahr
1995 hatten von den geschätzten
34 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten, die 65 Jahre oder älter waren,
etwa 1,7 Millionen irgendeine Sehbehinderung infolge von AMD. Die
rechtzeitige Diagnose und Behandlung von CNV ist ein wichtiges therapeutisches
Ziel, weil, wenn eine Blutung der CNV auftritt, diese zu einem dauerhaften
Sehverlust führen
kann.
-
Visualisierung der CNV
-
Die
Visualisierung ist ein Verfahren zum Erhalten und Betrachten einer
angiographischen Bilddarstellung der Blutgefäße in einer interessierenden Region,
nachdem ein Sicht-verbesserndes Material in solche Gefäße eingebracht
worden ist.
-
Gewöhnlich kann
das choroidale Gefäßsystem
des Auges nicht leicht sichtbar gemacht werden, weil die Pigmente
in der retinalen Pigment-Epithel(„RPE")-Schicht
(zwischen der sensorischen Retina und der Choriocapillaris angeordnet) und
die Pigmente in der Choroidea sichtbare Lichtwellenlängen nicht
leicht durchlassen. Daher zeigt sogar die routinemäßig verwendete
Natrium-Fluorescein-Angiographie
zur Darstellung des retinal-vaskulären Blutflusses, deren Anregungs- und Emissions-Spektren
aus sichtbaren Wellenlängen
bestehen, nur einen schwachen, diffusen Flush infolge der vaskulären Färbung mit
Fluorescein-Farbstoff während
des Durchlaufens des choroidalen Kreislaufs vor dem Eintritt des
Farbstoffs in das oberflächlichere
Gefäßsystem
der Retina.
-
Eine
andere, Indocyanin-Grün(„ICG")-Farbstoff-Angiographie
(„ICGA") genannte Methodik
wird verwendet, um den choroidalen Blutfluss routinemäßig zu visualisieren.
Sie beruht auf der Verwendung von Infrarot-nahen Fluoreszenzlicht-Wellenlängen, die
von ICG emittiert werden, welche leicht in die pigmentierten Augengewebe
eindringen. Der Anstoß für die Entwicklung
der ICGA vor etwa 30 Jahren war, ein Werkzeug für die Untersuchung der choroidalen Hämodynamik
und die Blutfluss-Physiologie vorzusehen, jedoch wurde während der
letzten 5 Jahre ihre klinische Verwendung für den Nachweis und die Überwachung
von AMF-assoziierter
CNV weit verbreitet, weil die Geräte zu ihrer Durchführung im
Handel erhältlich
geworden sind.
-
Das
Visualisieren und Überwachen
des CNV-Blutflusses wurde zu einen wichtigen Teil der Diagnose und
Behandlung von CNV, insbesondere, wenn die Läsionen direkt unterhalb des
Fovea-Bereichs der Retina oder unmittelbar angrenzend an diesen
sind.
-
Die
Erhältlichkeit
des Scanning-Laser-Ophthalmoskops (SLO) im Handel trug zu einem
steigenden Interesse an der ICGA bei. Im Vergleich zu vorwiegend
erhältlichen
kommerziellen ICGA-Systemen auf Basis der Fundus- bzw. Netzhautkamera-Optik, die
in der Lage ist, Bilder mit einer Geschwindigkeit von etwa einem
pro Sekunde zu erzeugen, bot die SLO die Möglichkeit, einer Hochgeschwindigkeits-Bildgebung.
Der leichte Zugang zu Hochgeschwindigkeits-ICG-Abbildungssystemen war eine wichtige
Komponente des Interesses an einer neuen AMD-Behandlungsmodalität, nämlich der
Fotokoagulationsbehandlung der zur CNV hinführenden Gefäße, den sogenannten CNV-"feeder vessels".
-
CNV-Feeder Vessel-Fotokoagulation
-
Ein
in jüngster
Zeit verfolgter Ansatz ist die so genannte Feeder- Vessel(„FV")-Fotokoagulation, wobei
das afferente Gefäß, das der
subfovealen CNV Blut zuführt,
an einer Stelle außerhalb
des Fovea-Bereiches fotokoaguliert wird. Bisher hat sich die FV-Fotokoagulation
als offensichtlich wirksame Behandlung für CNVs erwiesen, die häufig zu
einer verbesserten Sehschärfe
führte – einem
Ergebnis, das gewöhnlich
nicht mit anderen bisher verwendeten oder in Erwägung gezogenen Behandlungsformen
verbunden war. Diese Behandlungsmethode ist für okkulte subfoveale CNVs,
für welche
es derzeit keinen anderen Behandlungsansatz gibt, von besonderem Interesse.
-
Wie
früher
erwähnt,
sind die FVs die Gefäße, die
als jene identifiziert sind, die Blut in einen CNV-Bereich liefern.
Die Länge
dieser Gefäße liegt
in der Größenordnung
von einem halben bis zu mehreren Millimetern, und man denkt, dass
sie in der Sattlerschen Schicht der Choroidea liegen (vgl. Flower R.W.,
Experimental Studies of Indocyanine Green Dye-Enhanced Photocoagulation
of Choroidal Neovascularization Feeder Vessels, Am. J. Ophthalmol., 2000,
129:501–512).
Es wird festgehalten, dass die Sattlersche Schicht die mittlere
Schicht choroidaler Gefäße ist,
die die arteriellen und venösen
Gefäße enthält, die
der dünnen
Schicht der choroidalen Kapillargefäße, die direkt unter der sensorischen
Retina liegen, Blut zuführen
und von diesen ableiten. Nach der Visualisierung eines CNV-Feeder
Vessels, beispielsweise mittels ICGA, wird dann die Fotokoagulation
des Feeder Vessels vorgenommen, um den Blutfluss zum CNV zu verringern
oder zu stoppen.
-
Untersuchungen
weisen auf eine häufig drastische
Auflösung
des CNV-verbundenen
retinalen Ödems
und eine Stabilisierung oder sogar Verbesserung der Sehschärfe hin,
oft innerhalb von Stunden nach der Fotokoagulation des Feeder Vessels.
-
Ein
wesentlicher Nachteil der FV-Behandlung, wie sie derzeit durchgeführt wird,
ist, dass sie notwendigerweise durch die genaue Identifizierung und
Visualisierung der FVs, die Blut zu einer bestimmten Läsion liefern,
eingeschränkt
ist. Somit hängt
der Erfolg sowohl der FV-Fotokoagulation als auch von Alternativen,
wie der FV-Fotokoagulation mit Farbverstärkung („Dye-Enhanced Photocoagulation”, DEP)
von der korrekten Identifizierung der FVs ab. Herkömmlicherweise
wird ein einziges Angiogramm nach einer einzigen großen ICG-Bolus-Injektion
verwendet, um die Feeder-Vessel zu lokalisieren und zu identifizieren.
Dieses einzige An giogramm (eine Sequenz angiographischer Bilder)
unter Verwendung herkömmlicher
Methoden genügt
nicht, um korrekte Blutfluss-Daten zu erhalten und erfordert somit die
Verwendung mehrfacher angiographischer Sequenzen am selben Auge.
Weiters erzeugt die durch einen einzigen großen Farb-Bolus erzeugte Färbung des
choroidalen Gewebes unter Verwendung herkömmlicher Methoden Bilder von
so schwachem Kontrast, dass eine genaue FV-Indentifizierung schwierig
ist. Somit ist es nach Durchführung
eines Angiogramms häufig
notwendig, ein zweites Angiogramm vorzunehmen, um einen zweiten
Satz angiographischer Bilder zu erhalten. Dies ist oft nötig, weil der
erste Satz Bilder von unzureichender Qualität ist, um ein FV zu identifizieren.
Somit werden die Parameter für
das zweite Angiogramm auf Basis des Ergebnisses des ersten Satzes
von Bildern eingestellt, um Bilder in besserer Qualität und somit
adäquate Daten über den
Läsions-Blutfluss
zu erhalten. Demgemäß muss,
wenn der zweite Satz der angiographischen Bilder des zweiten Angiogramms
noch immer unzureichend für
die FV-Identifizierung ist, ein drittes Angiogramm durchgeführt werden.
Außerdem
führen wiederholte
Angiogramm-Untersuchungen
zu einer abnehmenden Kontrast- und Bild-Qualität.
-
Selbst
nach dem Erhalt technisch adäquater angiographischer
Bildsequenzen ist eine sichere Identifizierung von CNV-FVs (im Gegensatz
zu den ableitenden Gefäßen) oft
schwierig, insbesondere wenn Farbstoff die FVs auf pulsatile Weise
passiert und in Anwesenheit von signifikanter Hintergrund-Farb-Fluoreszenz
aus darunter liegenden choroidalen Gefäßen. Unter solchen Umständen ist
es gewöhnlich
nicht möglich,
entweder spezifische Feeder-Vessel oder die Richtung der Strömung durch diese
hindurch zu identifizieren.
-
Derzeitige
Methoden zur Identifizierung und Visualisierung von FVs sind eingeschränkt. Es
besteht daher ein Bedarf und ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
eine verbesserte Identifizierung von Feeder Vessels und eine Visualisierung
der Richtung der Strömung
von Blut durch Gefäße zu bieten.
-
Ein
Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und
11 wird von der
US 6,350,238 gelehrt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist ein Ziel dieser Erfindung, ein System und ein Verfahren zur
Visualsierung von Fluid-führenden
Gefäßen im Gewebe
von Lebewesen vorzusehen, und insbesondere ein System und ein Verfahren zur
Visualisierung und Identifizierung einer Richtung eines Blutflusses
in Gefäßen, die
Blut zu einer Läsion führen, vorzusehen,
wie in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert.
-
Ein
weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, die Häufigkeit, mit welcher potentiell
behandelbare Feeder-Vessel einer Läsion nachgewiesen werden können, signifikant
zu erhöhen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, die Häufigkeit, mit welcher potentiell behandelbare
Feeder-Vessel der mit einer CNV verbundenen juxta- oder subfovealen
altersbezogenen Makuladegeneration nachgewiesen werden können, signifikant
zu erhöhen.
-
Das
Verfahren der Erfindung basiert auf der Prämisse, dass man FVs leichter
identifizieren kann und die Visualisierung eines Farbstoffs durch
die Blutgefäße hindurch
allgemein unterstüzt
wird durch wiederholendes serielles Anzeigen einer Serie angiographischer
Bilder des Farbstoffs, der durch den interessierenden Bereich fließt, während man
bestimmte Parameter in Echtzeit beeinflussen kann. Die serielle
Anzeige von Bildern wird allgemein als „Phi-Motion" bezeichnet.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Visualisieren
des Fluidstroms durch Gefäße vorgesehen,
mit einer visualisierenden Zusammensetzung, die durch diese hindurch
fließt.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Auswählen einer
Subsequenz angiographischer Bilder aus einer Sequenz angiographischer
Bilder. Lesen einer Vielzahl dynamischer Parameter, wobei die dynamischen
Parameter zum Steuern der Anzeige der angiographischen Bilder dienen.
Wiederholendes serielles Anzeigen der Subsequenz entsprechend den
dynamischen Parametern. Und Bereitstellen einer Schnittstelle für eine dynamische
Benutzer-Aktualisierung der dynamischen Parameter, während die
Subsequenz angezeigt wird. Dieses Verfahren wird als interaktive
Phi-Motion (IPM) bezeichnet.
-
Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung werden dynamische Parameter, bestehend aus Geschwindigkeit,
Intervall, Richtung und Pixel-Helligkeit verwendet und sind dynamisch
einstellbar. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Pixelhelligkeit zwischen aufgenommenen
und angezeigten Intensitätswerten durch
eine Nachschlagetabelle („Look-Up
Table", LUT) repräsentiert
und durch diese manipulierbar.
-
Ebenso
vorgesehen ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein
Computerprogramm-Produkt, welches einen Speicher mit darauf befindlichem
Code, der dem Verfahren entspricht, aufweist, und ein Computer-lesbarer
Speicher, der dem Verfahren entsprechende Instruktionen speichert.
-
Gemäß einem
anderen breiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln
einer Läsion
mit mindestens einem, dieser Läsion
Blut zuführenden
Blutgefäß vorgesehen.
Dieses Verfahren umfasst: das Verabreichen einer Visualisierungszusammen-setzung,
die einen fluoriszierenden Farbstoff aufweist; das Aufnehmen einer
Mehrzahl angiographischer Bilder eines vorgewählten, die Läsion umgebenden
Bereichs; das Visualisieren des Fließens der Visualisierungszusammensetzung
durch die Läsion
unter Verwendung von IPM; das Identifizieren des Blutgefäßes; das
Aufbringen von Energie auf das Blutgefäß in einer Art und Menge, die
ausreicht, die Rate der Blutströmung
durch dieses Blutgefäß hindurch
zu verringern.
-
Vorteilhafterweise
bieten die Verfahren der vorliegenden Erfindung viele Vorteile gegenüber herkömmlichen
Verfahren. Erstens kann durch Anzeigen der angiographischen Bilder
in Phi-Motion und Beeinflussen der dynamischen Parameter in Echtzeit die
Visualisierung der interessierenden Gefäße und der in die Gefäße eindringenden
und diese auffüllenden
Farbstoff-Front optimiert werden. Zweitens muss nur ein Satz Hochgeschwindigkeits-Angiographie-Bilder
gemacht werden, wodurch die Notwendigkeit des Einstellens von Parametern
zwischen den Aufnahmen zur Optimierung der Visualisierung auf Basis
des vorherigen Angiogramms wegfällt.
Drittens kann durch die Möglichkeit,
die Farbstoff-Wellenfront zu visualisieren, die Strömungsrichtung
im Gefäß mit Sicherheit
bestimmt werden und dadurch sicherzugehen, dass afferente und nicht
efferente Gefäße behandelt
werden.
-
Noch
weitere Vorteile und Nutzen der vorliegenden Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann
nach dem Lesen und Verstehen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
offensichtlich werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Diese
und andere Merkmale der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, in welcher
auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird, offensichtlicher, worin:
-
1 ein
Verfahren zur Behandlung einer von einem Blutgefäß versorgten Läsion durch
Fotokoagulation unter Einbeziehung der Verwendung von IPM in Flussdiagramm-Form
veranschaulicht;
-
2 das
Verfahren der IPM in Flussdiagramm-Form veranschaulicht;
-
3 die
LUT in Standardeinstellung gemäß einer
Ausführungsform
der IPM veranschaulicht;
-
4 eine
modifizierte LUT gemäß einer Ausführungsform
der IPM veranschaulicht;
-
5 eine
zweite modifizierte LUT gemäß einer
Ausführungsform
der IPM veranschaulicht;
-
6 ein
Systemüberblick-Schema
einer bevorzugten Ausführungsform
der Diagnosen und Behandlung eines Patienten mit einer AMD-bezogenen
CNV unter Verwendung von IPM zeigt.
-
7 eine
graphische Benutzer-Schnittstelle einer bevorzugten Ausführungsform
der IPM zeigt.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In
der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details
für ein
genaues Verständnis
der Erfindung angeführt.
Verständlicherweise kann
jedoch die Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden.
In anderen Fällen
wurden gut bekannte Prozesse nicht im Detail beschrieben oder gezeigt,
um die Erfindung nicht zu verschleiern. In der Beschreibung und
in den Zeichnungen beziehen sich gleiche Ziffern auf gleiche Konstruktionen und/oder
Prozesse.
-
Die
Verfahren der vorliegenden Erfindung sind als eine Reihe von Schritten
hierin beansprucht und beschrieben. Es sei jedoch verstanden, dass
diese Verfahren und die zugehörigen
Schritte in jeder logischen Reihenfolge durchgeführt werden können. Außerdem können die
Verfahren alleine oder gemeinsam mit anderen Vorgangsweisen und
Behandlungen, die zuvor, während
oder nach solchen hierin angeführten
Methoden und Schritten verabreicht wurden, durchgeführt werden,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Weiters wird in Erwägung gezogen,
dass der Ausdruck Lebewesen, wie hierin verwendet, Menschen inkludiert,
jedoch nicht auf diese eingeschränkt
ist.
-
Es
zeigte sich, dass Läsionen,
wie die AMD-bedingte CNV, durch Fotokoagulation oder DEP des die
Läsion
speisenden Blutgefäßes erfolgreich
behandelt wird. Die erfolgreiche Behandlung gründet jedoch auf der korrekten
und präzisen
Identifizierung des FV, das der Läsion Blut zuführt. Zu
diesem Zweck ist es vorteilhaft, sowohl Gefäße, die zur Läsion führen, als
auch die Richtung des Blutes durch dieses Gefäß zu identifizieren, um festzustellen,
ob es ein zuführendes
(afferentes) oder ableitendes (efferentes) Gefäß ist. Die Möglichkeit,
eine noch wirksamere Behandlung von Läsionen, wie der AMD-bedingten
CNV, zu erreichen, liegt in der verbesserten Visualisierung und
Identifizierung von FVs unter Verwendung Interaktiver Phi-Motion
vor der Behandlung. Die IPM liefert eine verbesserte Visualisierung
der Farbstoffströmung
durch Blutgefäße in einem
interessierenden Bereich, indem eine Subsequenz zuvor aufgenommener
Hochgeschwindigkeits-Angiographie-Bilder
repetitiv, wie in einer kontinuierlichen Schleife, abgespielt werden,
während
die Möglichkeit
geboten wird, bestimmte Parameter dynamisch zu manipulieren. Durch
die dynamische Veränderung
dieser Parameter kann man die präzise Kombination
solcher Parameter herausfinden, die die Visualisierung von FVs für jeden
gegebenen Fall optimieren. Dies ist wichtig, da der Grad, bis zu
welchem diese Parameter eingestellt werden müssen, für jeden Satz von Angiogrammen
verschieden sein wird, da die Visualisierung in Abhängigkeit
von vielen Variablen, wie dem speziellen Patienten, der Dosis des
Visualisierungsfarbstoffs, der Geschwindigkeit, mit welcher die
Bilder aufgenommen wurden ... etc. verschieden sein wird.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 sieht ein Aspekt, der nicht
Teil der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Behandlung
einer Läsion
bei einem Lebewesen 100 vor. Damit das Verfahren effektiv
ist, sollte die Läsion
ein Blutgefäß haben,
das Blut in die Läsion
bringt. Das erfindungsgemäße Verfahren
inkludiert die folgenden Schritte, ohne jedoch auf diese eingeschränkt zu sein.
Das Durchführen
einer Hochgeschwindigkeitsangiographie an der Läsion 200. Das Ausführen der
Interaktiven Phi-Motion 300. Das Identifizieren des FV 400.
Das Fotokoagulieren des FV 500. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Verfahren 100 verwendet, um AMD-bedingte
CNVs bei Menschen zu behandeln.
-
Die
Hochgeschwindigkeitsangiographie 200 wird unter Verwendung
irgend einer geeigneten Visualisierungszusammensetzung und Erhalten
von Hochgeschwindigkeits-Bildern, die die Gefäße füllende Visualisierungszusammensetzung
im interessierenden Bereich zeigen, durchgeführt. Vorzugsweise werden eine
CNV und ihre zugehörigen
Feeder Vessels unter Verwendung der Indocyanin-Grün-Farbstoff-Fluoreszenz-Angiographie
sichtbar gemacht. Der ICG-Farbstoff wird dem Subjekt intravenös verabreicht
und durch das Gefäßsystem
des Subjekts perfundieren lassen. Die Visualisierung wird vorzugsweise
bewirkt durch Bestrahlen des interessierenden Bereichs mit einem
Laser-Licht einer Art und in einer Menge, die ausreicht, um den
ICG-Farbstoff zu veranlassen zu fluoreszieren.
-
Eine
bevorzugte Dosierung des ICG für
die Visualisierung von FVs sind etwa 7,5 mg, die in einer Konzentration
von etwa 25mg/ml in einem Volumen von etwa 0,3 ml intravenös verabreicht
gegeben werden. Nur ein Bolus ist pro Bildgebungssequenz notwendig,
jedoch können
mehrere Boli verwendet werden. Eine Konzentration von etwa 0,025mg/ml
im Blut erzeugt theoretisch die größte Fluoreszenz vom Augenhintergrund
eines Säugers.
Außerdem
folgt bei einigen Ausführungsformen
der Erfindung auf die intravenöse
Verabreichung von ICG eine 5 ml Kochsalz-Spülung. Die Kochsalz-Spülung wird
verwendet, um den Bolus rasch aus der kubitalen Vene heraus und
in das Gefäßsystem
in der Brusthöhle
zu forcieren.
-
Die
Aktivierung des Farbstoffs wird vorzugsweise unter Verwendung einer
Laser-Lichtquelle im Bereich von etwa 780nm–830nm bewirkt. Beim Visualisieren
einer CNV und ihrer zugehörigen
Feeder Vessel in einen Säuger-Auge
bestrahlt das zum Anregen des Farbstoffs verwendete Laser-Licht
vorzugsweise eine Zielstelle von etwa 1 cm2,
wobei etwa 20–100
mW durchschnittliche Leistung verwendet werden, obwohl bis zu 230
mW verwendet werden können.
Die Bestrahlung des Zielbereichs mit Laser-Licht erfolgt vorzugsweise
etwa 10–20
Sekunden lang.
-
Das
Aufnehmen der Sequenz der Hochgeschwindigkeitsbilder des fluoreszierenden
Gefäßsystems
kann mit zahlreichen Mitteln erfolgen, die bekannt sind und für einen
Fachmann offensichtlich sind. Die Bilder werden vorzugsweise als
Hochgeschwindigkeitsangiographie-Bilder auf einer CCD-Kamera aufgenommen
und als eine Subjekt-Sequenz im Speicher gespeichert. Unter Verwendung
der bevorzugten obigen Dosierungen werden Hochgeschwindigkeits-Bilder
typischerweise mit einer bevorzugten Rate von etwa 30 frames/s etwa 10–20 s lang
aufgezeichnet, um die das Gefäß füllende Fluoreszenz
aufzunehmen. Gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht daher eine typische Subjekt-Sequenz aus etwa
300 Bildern.
-
Während das
Obige die bevorzugten Parameter für das Aufnehmen von Hochgeschwindigkeitsangiographie-Bildern
einer CNV darstellt, ist es auf dem Gebiet bekannt, dass andere
Dosierungen, Lichtparamter und Aufnahmegeschwindigkeiten auch effektiv
sind, um eine Fluoreszenz im Auge zu erzeugen, so dass die CNV und
die zugehörigen Feeder
Vessel visualisiert und angiographisch aufgenommen werden können.
-
Nach
der Aufnahme der Hochgeschwindigkeitsangiographie-Bilder der Läsion und
ihrer zugehörigen
FVs 200 wird dann die Interaktive Phi-Motion 300 an
der Sequenz der Hochgeschwindigkeitsbilder durchgeführt. Phi-Motion
ist ein Phänomen,
das erstmals von Wertheimer im Jahr 1912 identifiziert wurde; es
bezieht sich auf die visuelle Wahrnehmung von Bewegung, wo keine
existiert, wie ein Film. Durch Verwendung der Phi-Motion in Verbindung
mit dynamisch manipulierbaren Parametern ermöglicht die IPM 300 eine
nachfolgende verbesserte Identifizierung und Visualisierung eines
FVs und vor allem der Richtung des Blutflussess durch das FV, 400.
-
Nach
der Identifizierung eines zur Behandlung geeigneten FVs wird die
Fotokoagulation des die Läsion
speisenden Gefäßes durchgeführt, 500. Das
Zielen des Fotokoagulationsbehandlungsstrahls basiert auf den Informationen,
die zuvor aus der Visualisierung und Indentifizierung der Läsion und
ihrer zugehörigen
FVs 400 bis IPM 300 hergeleitet wurden. Die Fotokoagulation
erfolgt durch Anlegen von Strahlung einer Art und Menge, die ausreicht,
um einen Verschluss des Ziel-Gefäßes zu bewirken.
Man nimmt an, dass ein solcher Verschluss durch Erhöhen der
Temperatur des Feeder-Vessels erfolgt, was entweder zu einer Kauterisation
des Gefäßes oder zur
Gerinnung des Bluts innerhalb des Gefäßes führt. Infolgedessen wird die
Rate des Blutflusses durch das Gefäß hindurch verringert.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird DEP durchgeführt,
indem dem Subjekt zuerst ein Strahlungs-absorbierender Farbstoff, wie
ICG-Farbstoff, injiziert
wird. Die Fotokoagulation wird somit durch Nutzung der Strahungs-absorbierenden
Eigenschaften des ICG-Farbstoffs verbessert, um eine Farb stoff-verstärkte Fotokoagulation des
FV durchzuführen.
Vorzugsweise wird ein etwa 810nm Behandlungs-Laser mit etwa 400–600 mW etwa
1,0–1,5
Sekunden lang verwendet. Dies erzeugt etwa 0,4J–0,9J an Energie, was zur Fotokoagulation
des Gefäßes in Anwesenheit
von ICG ausreicht.
-
Die
Läsion
wird daher angegriffen, indem man die Blutversorgung der Läsion abschneidet. Dies
bewirkt, dass die Läsion
ausgehungert wird und der hämodynamische
Druck sofort verringert wird. Typische Parameter für die Fotokoagulation
und die DEP wurden als bevorzugte Werte vorgesehen und sollten nicht
als Einschränkung
der Patentansprüche der
vorliegenden Erfindung angesehen werden.
-
Unter
Bezugnahme auf 2 sieht ein weiterer Aspekt
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Visualisierung des
Blutflusses durch Blutgefäße unter
Verwendung von IPM 300 vor. IPM besteht aus den folgenden
Schritten. Eine Subjekt-Sequenz von zuvor aufgenommenen Hochgeschwindigkeitsangiographie-Bildern wird abgerufen, 310.
Grenzen, die eine sequentielle Subsequenz definieren, die eine interessierende
Zeitspanne darstellen, werden erhalten, 320. Danach werden
dynamische Parameter empfangen, 330. Sobald eine Programmstart-Instruktion
empfangen ist, 340, wird die Subsequenz in Phi-Motion gezeigt, 350,
bis sie gestoppt wird, 360. Während dieser Anzeige 350 werden
Parameter-Änderungen 370 als
Reaktion auf Veränderungen
in diesen dynamischen Parametern seitens eines Benutzers dynamisch
aktualisiert, 380.
-
Die
Subjekt-Sequenz wird typischerweise als Antwort auf die Auswahl
eines spezifischen Sequenz-Identifikators seitens eines Benutzers
aus dem Speicher abgerufen. Die Subjekt-Sequenz von zuvor aufgenommenen
Hochgeschwindigkeitsangiographie-Bildern, die abgerufen wird, 310,
für IPM
sollte die interessierende Zeitspanne enthalten. Daher sollte die
Sequenz die Farbstoff-Front zeigen, die in die Gefäße in der
Läsion
eintritt und diese füllt.
Typischerweise wird eine Subjekt-Sequenz
von einem Benutzer ausgewält
und von einem Speichermittel abgerufen.
-
Grenzen,
die eine Subsequenz der Subjekt-Sequenz darstellen, werden dann
erhalten, 320. Typischerweise werden diese Grenzen von
einem Benutzer ausgewählt,
indem er einen Frame und eine Anzahl von Frames, die den definierten
Frame umgeben, auf ihn folgen oder ihm vorhergehen, festlegt, oder
vorzugsweise indem er einen ersten und einen letzten Frame festlegt.
Die Subsequenz sollte die interessierende Zeitspanne festlegen,
die Subsequenz sollte nämlich
jenen Teil der Sequenz enthalten, der zeigt, wie der visualisierende
Farbstoff in die Gefäße, insbesondere
in das der Läsion
zugehörige FV,
eintritt. Die Subsequenz wird der einzige Teil der Sequenz sein,
der eine IPM durchmacht, somit wird die IPM umso länger dauern,
je länger
die Subsequenz ist. Typischerweise werden bei Verwendung der obigen
bevorzugten Aufnahmegeschwindigkeiten und Parameter etwa 30 Frames
als Subsequenz definiert, obwohl jede Anzahl von Frames gewählt werden
kann, je nachdem, was der Benutzer visualisieren möchte.
-
Nach
dem Definieren der Subsequenz werden die dynamischen Parameter empfangen, 330. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gibt es vier dynamische Parameter, die mit der IPM
verbunden sind: Geschwindigkeit, Intervall, Richtung und Pixel-Helligkeit.
Die dynamischen Parameter können
jederzeit als Reaktion auf die Eingabe des Benutzers in Echtzeit
aktualisiert werden, inklusive während
der Anzeige in Phi-Motion.
-
Der
Geschwindigkeitsparameter definiert die Geschwindigkeit, mit welcher
die Angiographie-Bilder in Phi-Motion gezeigt werden. Typischerweise wird
der Geschwindigkeitsparameter in Frames pro Sekunde quantifiziert,
wobei ein Frame ein Angiographiebild in der Subsequenz repräsentiert.
-
Der
Intervaliparameter legt fest, ob jedes Bild in der Subsequenz gezeigt
wird. Beispielsweise führt bei
einer Ausführungsform
der Erfindung die Eingabe eines Wertes von zwei (2) zur Anzeige
jedes zweiten Bildes in der Subsequenz in Phi-Motion. Der Intervaliparameter
kann somit eingestellt werden, um eine Anzeige jedes n-ten Bildes
(d.h. zweiten, dritten, vierten ... usw.) während der Phi-Motion-Anzeige zu
bewirken.
-
Der
Richtungsparameter definiert die Richtung der Phi-Motion-Anzeige.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann der Richtungsparameter das Ablaufen der Phi-Motion
in einer kontinuierlichen Vorwärtsschleife,
in einer kontinuierlichen Rückwärtsschleife
oder in einer kontinuierlichen Hubschwingung ("bounce") festlegen. Die Wahl des kontinuierlichen
Schwingens würde
zu einer kontinuierlichen Anzeige der Subsequenz angiographischer Bilder
vorn ersten Bild bis zum letzten Bild, vom letzten bis zum ersten,
vom ersten zum letzten ... usw. in Phi-Motion ergeben.
-
Der
Helligkeitsparameter definiert das Verhältnis zwischen den aufgenommenen
Intensitätswerten
und angezeigten Intensitätswerten.
Durch Manipulieren des Helligkeitsparameters weren Pixel, die eine
spezifische Intensität
auf dem aufgenommenen angiographischen Bild haben, auf eine andere Intensität auf dem
in Phi-Motion angezeigten angiographischen Bild eingestellt.
-
Unter
Bezugnahme auf 3 wird bei einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung der Helligkeitsparameter empfangen und durch Manipulation
einer Nachschlage-Tabelle eingestellt. Die x-Achse repräsentiert
den aufgenommenen Intensitätswert,
und die y-Achse repräsentiert
den angezeigten Intensitätswert.
Typischerweise wird standardmäßig der
Helligkeits-Paramter so festgesetzt, dass der aufgenommene und der
wiedergegebene Intensitätswert
direkt proportional und durch eine lineare Linie mit einer Neigung
von eins repräsentiert
sind. Bei diesem Beispiel gibt es drei Kontrollpunkte in der LUT. Es
gibt zwei Kontrollpunkte an gegenüberliegenden Ecken und einen
Kontrollpunkt in der Mitte. Durch Verschieben der Kontrollpunkte
kann der Benutzer das Verhältnis
zwischen den aufgenommenen und den angezeigten Intensitätswerten
manipulieren. Unter Bezugnahme auf 4 wurde
der Kontrollpunkt in der Mitte der Linie als Reaktion auf eine Benutzer-Manipulation
nach oben bewegt, typischerweise durch Anklicken und Ziehen einer
Zeigeeinrichtung. Die neue Linie, die noch immer an gegenüberliegenden
Ecken fixiert ist, besteht nun aus 2 Liniensegmenten und definiert
ein neues und eingestelltes Verhältnis
zwischen aufgenommenen und angezeigten Intensitätswerten. Unter Bezugnahme
auf 5 können
auch neue Punkte durch einen Benutzer hinzugefügt werden, beispielsweise durch
Klicken einer Zeigeeinrichtung auf einen Teil der LUT um die Linie weiter
zu segmentieren und das Verhältnis
zwischen aufgenommenen und angezeigten Intensitätswerten weiter zu manipulieren.
Es ist wichtig anzumerken, dass es bei dieser Ausführungsform
der Erfindung nicht möglich
ist, aufeinanderfolgende Punkte auf der Linie hinter einander zu
bewegen, das heißt,
die Linie auf solche Weise zurückzubiegen,
dass ein aufgenommener Intensitätswert
mehr als einem angezeigten Intensitätswert entspricht.
-
Diese
Parameter können
während
der Phi-Motion-Anzeige dynamisch modifiziert werden, um die Blutströmung durch
den interessierenden Bereich besser sichtbar zu machen. Dies ermöglicht eine
bessere Identifizierung eines Gefäßes, das eine Läsion versorgt,
und eine Visualisierung der Richtung der Blutströmung.
-
Für die Fachleute
wird es offensichtlich sein, dass zusätzliche Parameter, wenn sie
während
der Phi-Motion dynamisch eingestellt werden, verwendet werden können, um
Feeder Vessel und die Richtung des Blutflusses durch diese hindurch
besser zu visualisieren und identifizieren.
-
Nach
Erhalt einer Instruktion, die Anzeige in Phi-Motion zu beginnen, 340,
werden die Angiographie-Bilder in Phi-Motion 350 angezeigt.
Die Anzeige in Phi-Motion
wird durch Anzeigen der Angiographie-Bilder der definierten Subsequenz
in Serie und gemäß den dynamischen
Parametern bewirkt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die
Phi-Motion in einem Anzeige-Fenster auf einem Monitor angezeigt.
-
Veränderungen
irgendwelcher der dynamischen Parameter werden in Echtzeit detektiert, 370 und
aktualisiert, 380, so dass die Phi-Motion weiterläuft. Daher
kann man durch Durchführen
der IPM die aufeinanderfolgenden Angiographie-Bilder ansehen, die in Phi-Motion angezeigt
werden, während
man dynamisch Parameter, wie Geschwindigkeit, Intervall, Richtung
und Pixel-Helligkeit in Echtzeit verändert.
-
Bezeichnenderweise
hat die vorliegende Erfindung der IPM mehrere vorteilhafte Effekte über herkömmliche
Methoden hinaus. Erstens kann man durch Phi-Motion-Visualisierung eines Farbstoffs,
der die Gefäße in einem
bestimmten Bereich füllt,
Gefäße in Verbindung
mit der CNV und die Richtung des Blutflusses in diesen leicht indentifizieren
und folglich die zuführenden
(afferenten) Gefäße (Feeder
Vessels) zum Unterschied von den ableitenden (efferenten) Gefäßen identifizieren.
Die Identifizierung der FVs ist für den Erfolg der Fotokoagulation
als Behandlung für
Läsionen
essentiell. Zweitens wird eine verbesserte Visualisierung und Identifizierung
von FVs erreicht, indem es möglich
ist, die dynamischen Parameter in Echtzeit zu manipulieren, währen die Phi-Motion-Anzeige
der Angiographie-Bilder
weiterhin in der Schleife laufen. Die Manipulation dieser vier Parameter
(Geschwindigkeit, Intervall, Richtung und Pixel-Helligkeit) verbessert
die Fähigkeit
zur Visualisierung des in die Gefäße im interessierenden Bereich
eintretenden Farbstoffs drastisch und verbessert somit die FV-Identifizierung.
Schließlich
wird all das oben gesagte erreicht, indem ein Hochgeschwindigkeits-Set
von Angi ographie-Bildern erhalten wird. Es ist nicht nötig, separate
aufeinanderfolgende Angiogramme aufzunehmen, gegebenenfalls mit
mehreren Boli, während
man versucht, die Parameter zwischen den Aufnahmen auf Basis des
vorherigen Angiogramm-Sets zu verstellen.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird die sequenzielle Subtraktion von Bildern in der
definierten Subsequenz bewirkt, bevor man die Phi-Motion laufen lässt, um
das Rauschen zu verringern. Die sequentielle Subtraktion kann mit
der Registrierung vorgenommen werden, welche das Ausmaß der Verschiebung
und der Drehung zwischen aufeinander folgenden Bildern bestimmt,
was ermöglicht,
dass aufeinander folgende Bilder zum Fluchten gebracht werden und
somit die sequentielle Subtraktion optimiert wird. Um das Rauschen
weiter zu verringern, kann ein Fourier-Filter auf die subtrahierten Bilder
angewendet werden. Verfahren, die sich auf die sequentielle Subtraktion,
Registrierung und Fourier-Filterung
beziehen, wie im
U.S. Patent
Nr. 5,394,199 (welches durch Hinweis hierin mit einbezogen
ist) geoffenbart, sind auf dem Gebiet wohl bekannt.
-
Unter
Bezugnahme auf 6 ist ein Gesamtsystem-Überblicksschema
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung unter Miteinbeziehen der Verwendung von IPM, 600,
gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
ist der Kopf 605 des Subjekts, der das Auge 610 des
Subjekts enthält,
gezeigt. Eine Vorrichtung, die betriebsbereit ist, um Hochgeschwindigkeitsbilder 620 aufzunehmen,
besteht aus einem Betrachtungsmonitor 621, einer Kopfhalterung 622,
einer CCD-Kamera 623, einem Kamera-Halterungsadapter 624,
einer modifizierten Netzhaut-Kamera 625, einer Kamera-Positionssteuerung 626 und einem
Leistungs- und Ausstattungsschrank 627. Ein Computer-System 650 weist
eine CPU 651, einen Speicher 652, wie eine Festplatte
und beliebigen Zutrittsspeicher, einen Bildgebungs-Prozessor 653,
einen PC-Monitor 654 und
ein oder mehrere Eingabevorrichtungen 655 auf.
-
In
der Praxis enthält
das Auge 610 des Subjekts die Läsion, an der ein Interesse
besteht, wie eine AMD-verbundene CNV. An sich ist das Auge des Subjekts
ein Anwärter
für eine
Behandlung durch Fotokoagulation des FV der CNV. Das Subjekt platziert seinen
Kopf 605 in die Kopfhalterung 622, die eingestellt
werden kann, um das Subjekt mit der restlichen Vorrichtung 620 auszurichten.
Die Kamera-Positionssteuerung 626 wird verwendet, um die
modifizierte Netzhaut-Kamera 625 einzustellen, um die Netzhaut-Kamera 625 mit
dem interessierenden Gebiet, das die CNV enthält, abzustimmen. Dieses Ausrichten
wird unter Verwendung des Betrachtungsmonitors 621, welcher
an der Kopfhalterung 622 montiert ist und die Ansicht durch
die Netzhaut-Kamera 625 anzeigt, visualisiert.
-
Sobald
dem Subjekt ein visualisierender Farbstoff, wie ICG, verabreicht
worden ist, nimmt die CCD-Kamera 623, die über einen
Kamera-Halterungsadapter 624 montiert ist, eine Reihe von
Hochgeschwindigkeits-Angiographiebildern auf, die im Speicher 652 am
Computer-System 650 gespeichert werden. Die Umwandlung
von Analog-Aufnahmen in Digital-Form ist sowohl allgemein als auch
durch die Verwendung von Graphikkarten-Zwischenspeichern („imaging
board buffers")
(z.B. EPIXTM) auf dem Gebiet wohlbekannt.
Jede Serie von Hochgeschwindigkeitsbildern erhält einen eindeutigen Identifikator,
so dass sie aus dem Speicher 652 abgerufen werden kann.
Jedes Bild in einer Serie erhält
auch einen eindeutigen Identifikator, so dass es aus dem Speicher 652 abgerufen
werden kann.
-
Entsprechend
einer Anfrage seitens eines Benutzers durch eine oder mehrere Eingabe-Vorrichtungen 655 wird
eine Reihe von Hochgeschwindigkeitsbildern aus dem Speicher 652 abgerufen
und am PC-Monitor unter Verwendung eines Bild-Prozessors 653 angezeigt. Das
Computersystem 650 enthält
ein Betriebssystem, das „Run-Time"-Operationen durchführen kann.
Ein Computer-Programm ist im Speicher 652 gespeichert,
welches, wenn es durch die CPU 651 ausgeführt wird,
aus Instruktionen besteht, die dem Verfahren der IPM 200 entsprechen.
Der Benutzer legt über
die Eingabevorrichtungen 655 fest, dass eine Subsequenz
einer IPM unterzogen wird. Dynamische Parameter werden festgelegt,
indem ein oder mehrere Eingabevorrichtungen 655 verwendet werden.
Als Reaktion auf ein Start-Signal seitens des Benutzers durch eine
Eingabevorrichtung 655 zeigt die CPU 651 die Subsequenz
in Phi-Motion entsprechend den dynamischen Parametern am PC-Monitor 654 unter
Verwendung eines Bild-Prozessors 653 an. Die dynamischen
Parameter werden durch die CPU 651 während der Phi-Motion aktualisiert.
-
Unter
Bezugnahme auf 7 ist eine graphische Benutzer-oberfläche („graphical
user interface", GUI) 700 einer
Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Die GUI 700 wird am PC-Monitor 654 angezeigt.
Die GUI 700 weist ein Anzeige-Fenster 780, einen
entsprechenden Schiebe-Balken 785, eine LUT-Anzeige 790,
ein Gespeicherte-Sequenz-Fenster 710, ein Phi-Motion-Segment-Fenster 715,
ein Behandlungsbild-Fenster 740, eine Start-Phi-Motion-Schaltfläche und
eine Speicher-Phi-Motion-Subset-Schaltfläche auf.
-
Das
Anzeige-Fenster 780 zeigt Bilder in der gespeicherten Sequenz.
Das Anzeige-Fenster 780 zeigt auch die Subsequenz in Phi-Motion,
wenn die Phi-Motion-Anzeige
läuft.
Der Schiebe-Balken 785 wird verwendet, um einzelne Angiographiebilder
in der gespeicherten Sequenz oder Subsequenz auszuwählen, die
angezeigt werden sollen. Die LUT-Anzeige 790 ist die Schnittstelle,
die vom Benutzer verwendet wird, um das Verhältnis zwischen den aufgenommenen
und den gezeigten Intensitätswerten
für die
Phi-Motion-Subsequenz zu manipulieren, auf die hinsichtlich der 3–5 Bezug
genommen wurde. Das Standardverhältnis
zwischen den aufgenommenen und den angezeigten Intensitätswerten,
nämlich
ein direkt proportionales Verhältnis,
kann wiederhergestellt werden, indem ein Reset-Transfer-Funktionsschalter 792 gewählt wird.
Kontrollpunkte können zur
LUT hinzugefügt
werden, durch rechtes Anklicken einer Maus am LUT-Linien-Segment
innerhalb der LUT-Anzeige 790. Kontrollpunkte können durch die
Wahl eines Kontrollpunkt-entfernen-Schalters 793 entfernt
werden. Kontrollpunkte werden automatisch in der umgekehrten Reihenfolge
ihrer Platzierung entfernt. Nach Entfernen, Hinzufügen oder
Verstellen jedes Kontrollpunkts wird die LUT mit den modifizierten
Punkten wiederum berechnet.
-
Das
Gespeicherte-Sequenz-Fenster 710 zeigt numerisch die Nummern
des ersten und letzten Frames in der gespeicherten Sequenz an. Das Phi-Motion-Fenster 715 weist
die folgenden Bereiche auf, in die ein Benutzer Limits und Parameter
eingeben kann. Die Phi-Motion-Subsequenz wird durch ein erstes und
ein letztes Bild und durch Eingeben der entsprechenden Frame-Zahlen
in die Kästchen 720 bzw. 725 für das erste
bzw. das letzte Bild im Phi-Motion-Segment-Fenster 715 definiert.
Der Geschwindigkeitsparameter wird in einem Geschwindigkeitsparameter-Kästchen 730 in
Frames pro Sekunde eingegeben. Der Intervallparameter wird in einem Intervallparameter-Kästchen 735 eingegeben.
Der Richtungsparameter wird durch Wahl eines passenden Richtungsschalters,
vorwärts 751,
rückwärts 752 oder
Hubschwingung 753, definiert.
-
Die
Phi-Motion-Anzeige kann durch Wahl des Phi-Motion-Schalters 760 in Gang
gesetzt werden, und eine Phi-Motion-Subsequenz mit zugehörigen Parametern
kann im Speicher 652 aufgehoben werden, indem man den Speicher-Phi-Motion-Subset-Schalter 770 wählt.
-
Die
Behandlungsbilder können
manipuliert werden, indem man das Behandlungsbild-Fenster 740 benutzt.
Ein einzelnes Behandlungsbild kann mit einem Marker markiert werden,
indem man einen Bild-markieren/auswählen-Schalter 741 wählt und die
Maus benützt,
um das im Anzeige-Fenster 780 angezeigte Behandlungsbild
anzuklicken. Der zuletzt hinzugefügte Marker kann entfernt werden,
indem die Letzten-Merker-entfernen-Schaltfläche 742 gewählt wird.
Ein einzelnes Behandlungsbild kann im Speicher 652 gespeichert
werden, indem eine Behandlungsbild-speichern-Schaltfläche 743 gewählt wird.
Schließlich
kann ein Benutzer aus dem Programm durch Wahl eines Ausstieg-Schalters 800 aussteigen.
-
Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte spezifische Ausführungsformen
beschrieben wurde, werden für
die Fachleute verschiedene Modifikationen derselben offensichtlich
sein, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den hier beigefügten Ansprüchen umrissen
ist, abzuweichen.