DE102006034388A1

DE102006034388A1 - Verfahren zur Erstellung einer Ansicht eines Hohlorgans sowie Katheter dazu

Info

Publication number: DE102006034388A1
Application number: DE102006034388A
Authority: DE
Inventors: Horst KRÖCKEL
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2008-01-31
Also published as: CN101129263A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Ansicht eines Hohlorgans (19), in dem zumindest teilweise ein Katheter (11) eingeführt ist, umfassend folgende Schritte: - Aufzeichnen zumindest eines dreidimensionalen Volumendatensatzes von dem Hohlorgan (19) und dem Katheter (11), - Bestimmen einer Position des in das Hohlorgan (19) eingeführten Katheters (11), und - Erzeugen einer intraluminalen Ansicht des Hohlorgans (19) in Abhängigkeit von der Position des Katheters (11). Weiterhin betrifft die Erfindung einen Katheter (11) zum Einführen in ein Hohlorgan, wobei der Katheter (11) derart ausgebildet ist, dass aus einem Abbild des Katheters (11) in einem dreidimensionalen Volumendatensatz dessen Position und dessen Orientierung ermittelbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung intraluminaler Ansichten sowie einen Katheter für ein derartiges Verfahren.
In der Medizin sind katheterunterstützte Untersuchungs- und Therapieverfahren fest etablierte Verfahren, bei denen meist ein länglicher und dünn ausgebildeter Katheter in ein Hohlorgan des Körpers eingeführt wird.
Katheterunterstützte Verfahren werden beispielsweise oftmals am Gefäßsystem und am Herzen eingesetzt. Hierbei wird ein Katheter meist über gut zugängliche Arm- bzw. Beinvenen bzw. -arterien eingeführt und zu der Stelle, die untersucht und/oder therapiert werden soll, vorgeschoben. Bekannte Untersuchungen, die im Rahmen einer Herzkatheteruntersuchung durchgeführt werden, sind beispielsweise die Darstellung der Hämodynamik durch eingespritzte Kontrastmittel, die Messung der elektrischen Aktivität des Herzens im Rahmen einer elektrophysiologischen Untersuchung, die Durchführung von Druck- und/oder Sauerstoffmessungen in verschiedenen Abschnitten des Kreislaufsystems, die Darstellung der Herzventrikel und der Koronargefäße, die Ballondilatation oder Stentimplantation verengter Gefäße, die Therapie von Herzfehlern und die Ablation von zusätzlichen Erregungsbahnen oder von verdicktem Herzmuskelgewebe.
Üblicherweise wird dabei der Katheter im Gefäß unter Sichtkontrolle vorgeschoben, die bislang meistens anhand einer Durchleuchtung mit Röntgenstrahlen ermöglicht wird. Die Verwendung von Röntgenstrahlen ist jedoch in mehrerlei Hinsicht problematisch. Zum einen wird dadurch der Patient und der behandelnde Arzt einer zum Teil erheblichen Strahlenbelastung ausgesetzt. Zum anderen liefert die Durchleuchtung mitunter Bilder, aus denen die räumlichen Verhältnisse sich nicht unmittelbar erschließen. Je nach anatomischen Verhältnissen erfordert es oftmals mehrere Aufnahmen aus mehreren Richtungen, bis ein Arzt in korrekter Weise über die vorliegenden anatomischen Verhältnisse informiert wird.
Eine Möglichkeit, diesen Problemen zumindest teilweise abzuhelfen, ist der Einsatz der Magnet-Resonanz-Technik bei interventionellen Verfahren anstelle von Röntgendurchleuchtungsverfahren. Die hierbei eingesetzten interventionellen Instrumente, beispielsweise ein eingesetzter Katheter, sind dabei derart ausgebildet, dass sie mit der Magnet-Resonanz-Technik kompatibel sind. Dies bedeutet, dass der Einsatz der Instrumente in einem Umfeld eines Magnet-Resonanz-Gerätes weder zu einer maßgeblichen Beeinträchtigung der Bildqualität noch zu einer Gefährdung des Patienten führt. Der Einsatz der Magnet-Resonanz-Technik bei interventionellen Verfahren weist vornehmlich den Vorteil einer fehlenden Strahlenbelastung auf.
Insgesamt besteht weiterhin das Bestreben, katheterunterstützte Verfahren so weiterzubilden, dass ein Anwender in verbesserter Weise während eines interventionellen Eingriffes unterstützt wird.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das einem Anwender bei katheterunterstützten Verfahren eine gute räumliche Orientierung ermöglicht. Weiterhin ist die Aufgabe der Erfindung einen Katheter bereitzustellen, mit dessen Hilfe ein Anwender während eines katheterunterstützten Verfahrens in guter Weise bei der Interpretation räumlicher Verhältnisse unterstützt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie einen Katheter gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung einer Ansicht eines Hohlorgans, in dem zumindest teilweise ein Katheter eingeführt ist, umfasst folgende Schritte:

– Aufzeichnen zumindest eines dreidimensionalen Volumendatensatzes von dem Hohlorgan und dem Katheter,
– Bestimmen einer Position des in das Hohlorgan eingeführten Katheters, und
– Erzeugen einer intraluminalen Ansicht des Hohlorgans in Abhängigkeit von der Position des Katheters.

Auf diese Weise lässt sich eine dreidimensionale intraluminale Ansicht des Hohlorgans erzeugen, d.h. eine dreidimensionale Darstellung der Innenwand des Hohlorgans, und zwar aus der Sicht des Katheters. Der Blickpunkt für die intraluminale Ansicht wird dabei durch die Position des Katheters festgelegt. Ein Anwender kann so auf verbesserte Weise bei der Beurteilung der Lage des Katheters unterstützt werden, da er das Hohlorgan aus der Sicht des Katheters dargestellt bekommt.
Die intraluminale dreidimensionale Ansicht des Hohlorgans kann dabei das Hohlorgan in einer Ansicht zeigen, wie es durch ein optisches Endoskop gesehen würde. Im Gegensatz zu bekannten endoskopischen Verfahren kann das erfindungsgemäße Verfahren nun auch bei einfachen und dünnen Instrumenten eingesetzt werden, an denen üblicherweise keine Optik angebracht ist, sodass nun auch derartige Instrumente – beispielsweise ein Katheter – endoskopartig betrieben werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich zur Position des Katheters eine Orientierung des Katheters bestimmt, wobei das Erzeugen der intraluminalen Ansicht des Hohlorgans zusätzlich in Abhängigkeit der Orientierung des Katheters erfolgt. Hierdurch kann auch die Richtung der intraluminalen Ansicht durch den Katheter – genau durch dessen Orientierung – festgelegt werden.
Bevorzugterweise wird bei der Erzeugung der intraluminalen Ansicht ein flüssiger und/oder gasförmiger Inhalt des Hohlor gans nicht mit dargestellt. Auf diese Weise kann die intraluminale Ansicht des Hohlorgans auch dann dargestellt werden, wenn das Hohlorgan mit einer Flüssigkeit oder mit einem Gas gefüllt ist, das sich in einem dreidimensionalen Volumendatensatz derart mit abbildet, dass es bei der intraluminalen Ansicht die Sicht auf die Innenwände des Hohlorgans versperren oder zumindest einschränken würde.
In dieser Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in Hohlorganen eingesetzt werden, bei denen ein flüssiger Inhalt üblicherweise eine optische Sicht auf die Innenwände des Hohlorgans unterbinden würde und bei denen daher schon aus diesen Gründen keine optischen Endoskope eingesetzt werden können – beispielsweise bei der intraluminalen Darstellung von Blutgefäßen. Da sich der flüssige (oder ggf. auch gasförmige) Inhalt in einem dreidimensionalen Volumendatensatz unterscheidbar von festen Strukturen des Hohlorgans darstellt, kann bei der Erzeugung der intraluminalen Ansichten der flüssige Inhalt so dargestellt werden, dass er durchsichtig erscheint.
Bevorzugterweise erfolgt das Aufzeichnen des dreidimensionalen Volumendatensatzes mittels Magnet-Resonanz-Bildgebung. Dies ermöglicht einerseits aufgrund des hervorragenden und in vielfacher Weise einstellbaren Weichteilkontrastes die genaue Abbildung dreidimensionaler Verhältnisse des zu untersuchenden Hohlorgans. Weiterhin kann so eine Strahlenbelastung für einen Patienten oder für einen Arzt vermieden werden.
Bevorzugterweise erfolgt das Bestimmen der Position und/oder der Orientierung des Katheters anhand von Markerpunkten, die am Katheter angeordnet sind und die sich in dem dreidimensionalen Volumendatensatz unterscheidbar darstellen. Die Verwendung von am Katheter angeordneten Markerpunkten erlaubt es, herkömmliche Katheter ohne große bauliche Veränderungen derart abzuändern, dass sie in dem Verfahren eingesetzt werden können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird zusätzlich zur intraluminalen Ansicht ein Übersichtsbild erzeugt, an dem die Lage des Katheters im Hohlorgan dargestellt ist. Ein derartiges Übersichtsbild erleichtert einem Anwender die räumliche Orientierung.
Der erfindungsgemäße Katheter zum Einführen in ein Hohlorgan ist derart ausgebildet, dass aus einem Abbild des Katheters in einem dreidimensionalen Volumendatensatz dessen Position und dessen Orientierung ermittelbar sind. Ein derartiger Katheter kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen.
Bevorzugterweise sind an einer Spitze des Katheters Markerpunkte angeordnet, die sich in dem Abbild der Spitze von anderen Strukturen unterscheidbar darstellen. Diese Markerpunkte werden dazu verwendet, um aus einem dreidimensionalen Abbild der Spitze des Katheters dessen Orientierung und dessen Position zu bestimmen.
In einer einfachen Ausführungsform sind am Katheter drei Markerpunkte angeordnet, die ein unregelmäßiges Dreieck bilden. Dadurch, dass die Markerpunkte ein unregelmäßiges Dreieck bilden, lässt sich die Orientierung und die Position des Katheters aus einem Abbild des Katheters bestimmen.
Vorteilhafterweise ist am Katheter ein vierter Markerpunkt angeordnet, der außerhalb der von den drei Markerpunkten aufgespannten Ebene liegt. Auf diese Weise lässt sich die Position und die Orientierung nochmals einfacher bestimmen.
Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katheters, und
3 ein Gefäßsystem mit einem eingeführten Katheter.
Anhand von 1 werden nun schematisch die Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
In einem ersten Verfahrensschritt 1 wird ein zu untersuchendes Objekt in einem MR-Gerät positioniert und ein Katheter zumindest teilweise in ein Hohlorgan des Objektes eingeführt.
In einem zweiten Verfahrensschritt 3 wird ein Abbild des Hohlorgans mit dem Katheter in einem dreidimensionalen Volumendatensatz aufgezeichnet.
In einem dritten Verfahrensschritt 5 wird die Position des Katheters im Hohlorgan anhand des dreidimensionalen Volumendatensatzes bestimmt. In einem optionalen vierten Verfahrensschritt 6 wird zusätzlich die Orientierung des Katheters bestimmt. Bevorzugte Methoden der Bestimmung werden nachfolgend anhand von 2 und 3 erläutert.
Die Position und gegebenenfalls die Orientierung des Katheters dienen nun in einem fünften Verfahrensschritt 7 als Grundlage für die Erzeugung einer intraluminalen Ansicht des Hohlorgans. Die intraluminale Ansicht des Hohlorgans kann dabei beispielsweise einer Ansicht des Hohlorgans von der Katheterspitze aus entsprechen. Eine derartige Ansicht würde dabei einer virtuellen endoskopischen Ansicht des Hohlorgans entsprechen, wobei die Lage eines virtuellen Endoskops durch die Position und Orientierung des Katheters gegeben ist. Die erzeugten Ansichten können dabei verschiedene Sichten aus Sicht des Katheters simulieren. Nur beispielhaft genannt sei eine Weitwinkelperspektive oder die Richtung des Blickwinkels nach vorne, schräg zur Seite oder zur Seite hin. Zur Erzeugung der intraluminalen Ansichten des Hohlorgans können beispielsweise bekannte Volumen-Rendering-Techniken eingesetzt werden.
In einem sechsten Verfahrensschritt 9 werden die erzeugten intraluminalen Ansichten einem Anwender dargestellt, der so – aufgrund der nun erzeugten dreidimensionalen Ansicht – auf einfache und verbesserte Weise über die räumlichen Verhältnisse im Hohlorgan informiert wird. Insbesondere, wenn die Katheterspitze flexibel und durch einen Anwender biegbar ausgebildet ist, kann ein Anwender, wenn er den Katheter vorschieben will, durch derartige Ansichten auf einfache Weise über die vorliegenden räumlichen Verhältnisse informiert werden, so dass das Vorschieben des Katheters wesentlich sicherer und einfacher vorgenommen werden kann. Das Vorschieben des Katheters in Verbindung mit den intraluminalen Ansichten entspricht dabei dem bekannten Vorschieben eines optischen Endoskops in einem Hohlorgan.
2 zeigt den Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katheters 11. Der Katheter weist dabei eine Spitze 13 auf, die beispielsweise als HF-Antenne zur kathetergestützten Ablation eingesetzt werden kann. An der Spitze sind drei Markerpunkte 15 in einer Ebene angeordnet, wobei die Markerpunkte 15 ein asymmetrisches Dreieck bilden. Die Winkel α, β und γ sind dabei entsprechend gewählt. Außerhalb dieser durch die drei Markerpunkte 15 aufgespannten Ebene befindet sich ein vierter Markerpunkt 17, der ebenfalls im Bereich der Spitze 13 angeordnet ist.
Die Markerpunkte 15, 17 weisen dabei die Eigenschaft auf, dass sie gut unterscheidbar in dem dreidimensionalen Volumendatensatz abgebildet werden können. Je nach eingesetzter Technik zur Anfertigung des dreidimensionalen Volumendatensatzes sind die Markerpunkte 15, 17 entsprechend ausgebildet.
Auf diese Weise lassen sich die Abbilder der Markerpunkte 15, 17 aus dem dreidimensionalen Volumendatensatz automatisch extrahieren, so dass hierdurch die Position und die Orientierung der Markerpunkte 15, 17 im dreidimensionalen Volumendatensatz automatisch ermittelt werden können. Hierdurch können alle sechs Freiheitsgrade (Position x, y, z und Orientierung rot_x, rot_y, rot_z) der Spitze 13 des Katheters 11 ermittelt werden.
Aufgrund der speziellen Anordnung der Markerpunkte 15, 17 lassen sich so auch die Position und Orientierung des Katheters 11, insbesondere dessen Spitze 13, ermitteln. Die Position und die Orientierung des Katheters 11 dienen als Grundlage für die Erzeugung der intraluminalen Ansichten.
Bei der Erzeugung der intraluminalen Ansichten wird vorzugsweise ein gasförmiger oder flüssiger Inhalt des Hohlorgans nicht mit dargestellt (oder durchsichtig dargestellt), da dieser Inhalt für die Beurteilung der vorliegenden räumlichen Verhältnisse nicht erforderlich ist. Dies ist üblicherweise auch ohne weiteres möglich, da sich feste Strukturen eines Hohlorgans und dessen flüssiger und/oder gasförmiger Inhalt in dem dreidimensionalen Volumendatensatz deutlich unterscheidbar darstellen.
Die asymmetrische Ausbildung der Spitze 13 des Katheters 11 mit den Markerpunkten 15, 17 ist lediglich eine mögliche vorteilhafte Ausgestaltung. Letztlich eignen sich alle möglichen asymmetrischen Ausbildungen der Spitze des Katheters, bei denen aus einem Abbild des Katheters auf dessen Orientierung während der Anfertigung des Abbildes geschlossen werden kann.
3 zeigt ein Gefäßsystem 19 mit einem in das Gefäßsystem 19 eingeführten Katheter 11. Ein derartiges Übersichtbild kann einem Anwender mit dargestellt werden, sodass er hierdurch zusätzlich bei der Beurteilung der räumlichen Lage des Katheters unterstützt wird.
An der Spitze 13 des Katheters 11 ist ein virtueller Strahlengang 21 angedeutet, der die intraluminale Ansicht charakterisieren soll. Wenn der Katheter 11 bewegt wird, ändern sich die Position und die Orientierung seiner Spitze 13 und damit auch die Orientierung des virtuellen Strahlenganges 21 und die erzeugte intraluminale Ansicht.
Wenn der Katheter 11 nun vorgeschoben wird, kann ein Anwender so auf einfache Weise überprüfen, ob der Vorschub in gewünschter Weise erfolgt, d.h., ob der Katheter bei einer Abzweigung in das gewünschte Gefäß vorgeschoben wird oder nicht. Insbesondere bei komplexeren Verzweigungen, bei denen mehrere Gefäßstämme abzweigen, kann eine derartige dreidimensionale intraluminale Ansicht einen einfacheren Rückschluss auf die vorliegenden Verhältnisse ermöglichen als eine Darstellung der Verhältnisse mittels Durchleuchtung.

Claims

Verfahren zur Erstellung einer Ansicht eines Hohlorgans (19), in dem zumindest teilweise ein Katheter (11) eingeführt ist, umfassend folgende Schritte: – Aufzeichnen zumindest eines dreidimensionalen Volumendatensatzes von dem Hohlorgan (19) und dem Katheter (11), – Bestimmen einer Position des in das Hohlorgan (19) eingeführten Katheters (11), und – Erzeugen einer intraluminalen Ansicht des Hohlorgans (19) in Abhängigkeit von der Position des Katheters (11).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Position des Katheters (11) eine Orientierung des Katheters (11) bestimmt wird, und dass das Erzeugen der intraluminalen Ansicht des Hohlorgans (19) zusätzlich in Abhängigkeit der Orientierung des Katheters (11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der intraluminalen Ansicht ein flüssiger und/oder gasförmiger Inhalt des Hohlorgans (19) nicht mit dargestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufzeichnen des dreidimensionalen Volumendatensatzes mittels Magnet-Resonanz-Bildgebung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Position und/oder der Orientierung des Katheters (11) anhand von Markerpunkten (15, 17) erfolgt, die am Katheter (11) angeordnet sind und die sich in dem dreidimensionalen Volumendatensatz unterscheidbar darstellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Übersichtsbild erzeugt wird, an dem die Lage des Katheters (11) im Hohlorgan (19) dargestellt ist.
Katheter zum Einführen in ein Hohlorgan, wobei der Katheter (11) derart ausgebildet ist, dass aus einem Abbild des Katheters (11) in einem dreidimensionalen Volumendatensatz dessen Position und dessen Orientierung ermittelbar sind.
Katheter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Spitze (13) des Katheters (11) Markerpunkte (15, 17) angeordnet sind, die sich in dem Abbild der Spitze (13) von anderen Strukturen unterscheidbar darstellen.
Katheter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Katheter (11) drei Markerpunkte (15) angeordnet sind, die ein unregelmäßiges Dreieck bilden.
Katheter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Katheter (11) ein vierter Markerpunkt (17) angeordnet ist, der außerhalb der von den drei Markerpunkten (15) aufgespannten Ebene liegt.