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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung,
insbesondere zur Unterstützung
des medizinischen Personals bei Behandlungen im Zusammenhang mit
so genannten endoluminalen Gefäßprothesen.
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Gefäßprothesen,
die mit einem Katheter eingeführt
werden, werden heutzutage zur Behandlung von einigen Arterienerkrankungen
verwendet, insbesondere zur Behandlung von Gefäßverschlüssen – auch Stenosen genannt – oder sackförmigen Gefäßerweiterungen – so genannten
Aneurysmen. Nach ihrem Einsetzen schmiegt sich die Prothese von
innen an die Gefäßwand an,
um das Gefäß für den Blutfluss
offen zu halten (bei einer Stenose) oder den auf die Gefäßwände wirkenden
Blutdruck zu verringern (bei einem Aneurysma).
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Eine
Gefäßprothese
ist in der Regel schlauchförmig
und besteht zumeist aus einem flexiblen Drahtgeflecht, das – je nach
Anwendungsbeispiel – auch
mit einem Kunststoff, textilem Gewebe oder ähnlichen in den Körper implantierbaren
Materialien überzogen
ist. Für
spezielle Anwendungsgebiete, z. B. im Falle eines abdominalen Aneurysmas
im Bereich der Verzweigung der Aorta in die Beckenarterien, werden
auch verzweigte, so genannte Y-Prothesen, eingesetzt. Die Gefäßprothesen
können
einstückig
ausgebildet sein oder im Falle einer komplexen Prothesengeometrie,
wie z. B. einer Y-Prothese, können
sie aus mehreren Einzelmodulen zusammengesetzt sein.
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Bei
einer endoluminalen Behandlung einer Arterienerkrankung wird die
zusammengefaltete Gefäßprothese
mit Hilfe des Katheters in den Patienten eingeführt. Unter Röntgendurchleuchtung
wird der Katheter samt der Prothese, deren Position leicht mittels
röntgendichter
Markierungen erkennbar gemacht wird, an die zu behandelnde Stelle
des Gefäßes vorgeschoben.
Anschließend
wird die Prothese mit Hilfe eines Ballon-Katheters aktiv expandiert,
wobei die Prothese durch plastische Verformungen an die Gefäßwand angepresst
wird. Alternativ ist die Prothese unter einer Schutzhülle elastisch
vorgespannt und diese Schutzhülle
wird an der Einsatzposition der Prothese langsam zurückgezogen,
so dass die Prothese sich aufweiten kann.
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Für die endoluminale
Behandlung ist es entscheidend, eine passende Gefäßprothese
auszuwählen,
da ein Wechsel nach der Expansion der Prothese ohne eine offene
Operation nicht möglich
ist. Eine Prothese mit falschen Abmaßen könnte sich nach dem Implantieren,
z. B. durch den Blutstrom, verschieben bzw. Gefäßabzweigungen verdecken.
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Aus
der
DE 101 59 332
A1 ist ein Verfahren zur Simulation der Durchmessererweiterung
einer Läsion
eines Blutgefäßes mittels
einer endovaskularen Prothese zu entnehmen. Dabei wird ein dreidimensionales
simuliertes Bild dargestellt, welches das Ergebnis des Zusammenwirkens
zwischen der Läsion
und der Prothese nach deren Entfaltung zeigt. Das Bild wird durch Überlagerung
von zwei dreidimensionalen Bildern erhalten, von den das erste Bild die
entfaltete Prothese unter Berücksichtigung
des Widerstands der Läsion
und das zweite Bild die erweiterte Läsion nach der Entfaltung der
Prothese zeigt.
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Ein
weiteres Verfahren zur Diagnose und Therapie eines Aortenaneurysmas
durch Darstellung des betroffenen Bereichs der Aorta mittels eines
bildgebenden Verfahrens ist in der
DE 10 2004 044 435 A1 beschrieben.
Aus den vorliegenden Bildern wird ein digitales Modell des Aortenaneurysmas
erstellt, aus dem über
eine interative Anpassung ein digitales Modell eines Stent-Grafts
erstellt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer voroperativen Phase
die Auswahl einer geeigneten Gefäßprothese
zu erleichtern.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur medizinischen Bilddarstellung, bei dem auf einem
Anzeigeelement ein Diagnosebild einer Gefäßstruktur dargestellt wird,
wobei im Diagnosebild ein Prothesenmodell überlagert zur dargestellten
Gefäßstruktur
angezeigt wird, wobei zur Auswahl einer geeigneten Gefäßprothese
mit Hilfe des Diagnosebilds die Gefäßstruktur vermessen wird und
zur Ermittlung der Gefäßabmaße eine
Gefäßmittellinie
und der Abstand einer Gefäßwand der Gefäßstruktur
zur Gefäßmittellinie
bestimmt wird und wobei für
verzweigte Gefäßstrukturen
ein verzweigtes Prothesenmodell herangezogen wird, wobei das Prothesenmodell
im Bereich der Verzweigung, welche auf Grundlage der Gefäßmittellinie
erkannt wird, auf ein einzelnes Modul zurückgreift, indem die Freischnittkräfte zwischen
mehreren Modulelementen simuliert werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
eine Software-Unterstützung des
medizinischen Personals, insbesondere eines behandelnden Arztes bei
der Auswahl einer geeigneten realen Gefäßprothese bzw. einer Konstellation
aus bestehenden Einzelmodulen einer Gefäßprothese vor dem endoluminalen
Eingriff. Hierbei wird das Diagnosebild der Gefäßstruktur, die ein Abschnitt
eines Gefäßes darstellt, benutzt,
um überlagert
zur dargestellten Gefäßstruktur
ein virtuelles Modell einer optimalen Gefäßprothese zu modellieren, wobei
mit Hilfe des Prothesenmodells eine geeignete reale Gefäßprothese
bestimmt wird. Bei der Modellierung der Gefäßprothese im Diagnosebild werden
hierbei Daten über
reale Gefäßprothesen
berücksichtigt,
so dass das festgelegte Prothesenmodell einer vorgefertigten Gefäßprothese oder
einer Kombination aus bestehenden Gefäßprothesen entspricht und eine
aufwändige
Herstellung einer individuellen Gefäßprothese nicht zwingend erforderlich
ist.
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Der
Aufbau der Gefäßstruktur
wird mit einer hohen Präzision
erfasst, indem bevorzugt zur Ermittlung der Gefäßabmaße eine Gefäßmittellinie und der Abstand
einer Gefäßwand der
Gefäß struktur
zur Gefäßmittellinie
bestimmt wird. Mit Hilfe der Gefäßmittellinie
kann insbesondere der Verlauf der Gefäßstruktur ermittelt werden,
der von großer
Bedeutung für
die Konstruktion des virtuellen Prothesenmodells ist. Über den
Verlauf der Gefäßmittelinie
können
insbesondere Verzweigungen der Gefäßstruktur erfasst werden. Der
Abstand der Gefäßwand zur
Gefäßmittellinie
liefert außerdem
zusätzliche
Information über Verengungen
oder Erweiterungen der Gefäßstruktur, die
wichtig ist für
die Bestimmung der Einsatzstelle und der Abmaße der Gefäßprothese.
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Das
medizinische Personal erkennt also anhand des eingeblendeten virtuellen
Prothesenmodells in einfacher Art und Weise das Verhältnis und Zusammenwirken
in Relation zu der Gefäßstruktur. Dies
bietet besondere Vorteile bei den unterschiedlichen Phasen während der
medizinischen Behandlung. So wird mit diesem Verfahren in einer
vor-operativen Phase in einfacher Art und Weise die Bestimmung und
Auswahl einer geeigneten realen Gefäßprothese ermöglicht,
so dass nach deren Implantierung später möglichst wenige Komplikationen
zu erwarten sind.
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Zudem
dient die überlagerte
Darstellung des virtuellen Prothesenmodells im Diagnosebild in weiteren
Phasen der Behandlung zur Kontrolle und Überprüfung der Position und der Funktion
der realen Gefäßprothese,
die sich in der Gefäßstruktur
befindet. Diese Kontrollfunktion wird hierbei einerseits während der
Implantierung der Gefäßprothese
(intra-operativ) oder im Rahmen von Nachfolgeuntersuchungen (post-operativ)
eingesetzt.
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Um
eine geeignete Gefäßprothese
auszuwählen,
werden genaue Angaben über
die Größe und Form
der Gefäßstruktur
berücksichtigt,
welche die Visualisierung der Gefäßstruktur im Diagnosebild ergänzen. Somit
werden bevorzugt die ermittelten Gefäßabmaße zur Bestimmung des Prothesenmodells
herangezogen.
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Vorzugsweise
wird aus den Gefäßabmaßen ein
geometrisches Modell der Gefäßstruktur
ermittelt und anhand dieses geometrischen Modells wird das Prothesenmodell
bestimmt. Die anatomischen Maße der
Gefäßstruktur
können
semi- oder vollautomatisch aus dem Bildmaterial extrahiert werden.
Auf Grundlage des so bestimmten vereinfachten geometrischen Modells
der Gefäßstruktur
können
besonders einfach und schnell relevante Abmaße für die Modellierung und das
Einsetzen der Prothese bestimmt werden.
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Zur
weiteren Unterstützung
des behandelnden Arztes bei der Wahl einer passenden Gefäßprothese
können
außerdem
die Eigenschaften der physikalischen Gefäßprothesen herangezogen werden. Somit
wird gemäß einer
bevorzugten Variante bei der Bestimmung des Prothesenmodells ein
maximaler und/oder minimaler Abstand einer Wand des Prothesenmodells
zu seiner Prothesen-Mittellinie vorgegeben. Die Prothesen-Mittellinie
fällt in
den meisten Fälle
mit der Gefäßmittellinie
zusammen. Das Prothesenmodell kann bei einem Aneurysma ausgehend von
der Prothesen-Mittellinie der Gefäßstruktur konstruiert werden,
indem Suchstrahlen zur Gefäßwand in
mehreren zur Prothesen-Mittellinie
orthogonalen Ebenen ausgesendet werden. Die Schnittpunkte dieser
Strahlen mit der Gefäßwand ergeben
die Stellen, an denen die Prothese an der Gefäßwand anliegen würde. Indem
die Suchstrahlen auf eine bestimmte Länge begrenzt sind, die durch
den maximalen Abstand der Wand des Prothesenmoduls zur Prothesen-Mittellinie
vorgegeben ist, weitet sich das Modell im Bereich eines Aneurysma
nur zu einem vorgegebenen maximalen Durchmesser auf, der dem physikalischen
maximalen Durchmesser der expandierten realen Prothese entspricht.
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Durch
Vorgabe eines Mindestdurchmessers der expandierten Gefäßprothese
kann hingegen die Aufweitung des Gefäßes im Bereich einer Stenose infolge
der eingesetzten Gefäßprothese
simuliert werden.
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Alternativ
kann die Modellierung insbesondere durch ein Blow-Up des virtuellen
Prothesenmodells erfolgen, bei dem das Modell – ohne Beschränkung auf
einen vorgegebenen maximalen Durchmesser – im gesamten Gefäßverlauf
an die Gefäßwand angepresst
wird und das Modell daher die Gefäß-Geometrie widerspiegelt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Variante wird aus den Gefäßabmaßen ein Drahtmodell als Prothesenmodell
bestimmt, wobei im Drahtmodell insbesondere einzelne virtuelle Drähte dargestellt werden,
die mit den realen Drähten
der Gefäßprothese übereinstimmen.
Ein solches Drahtmodell stellt eine hochgenaue virtuelle Reproduktion
einer realen Prothese dar, welche Reproduktion nicht nur die Form
und die Abmaße
der realen Prothese, sondern zusätzlich
auch annährend
ihre Struktur, ihre Porosität
und ihre Längsverkürzung im
expandierten Zustand, in dem die Drähte der realen Prothese nicht mehr
nahezu parallel zur Mittellinie verlaufen und sich die Prothese
dadurch verkürzt,
wiedergibt.
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Vorteilhafterweise
werden prothesenspezifische Daten der realen Gefäßprothese aus einer hinterlegten
Tabelle entnommen. In der Tabelle, die eine Art Herstellerdatenbank
darstellt, sind die Maße
und Verformungsparameter insbesondere sämtlicher Prothesen verschiedener
Hersteller abgelegt, so dass eine umfangreiche Auswahl für den behandelnden
Arzt zusammengestellt ist. Zusätzlich
kann diese Tabelle Verknüpfungen
der relevanten anatomischen Abmaße des zu behandelnden Gefäßabschnittes
der Gefäßstruktur
mit dafür
empfohlenen Prothesen bzw. Prothesenmodulen enthalten.
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Eine
besonders gute Reproduktion der physikalischen Bedingungen der implantierten
Gefäßprothese
erfolgt, indem am Prothe senmodell zumindest eine auf die Gefäßprothese
wirkende Kraft simuliert und dargestellt wird. Hierbei können z.
B. innere Kräfte
bzw. Verformungsspannungen des Materials; Dehnungskräfte, die
beim Einsetzen durch einen Ballon-Katheter ausgeübt werden; Widerstandskräfte der
Gefäßwand; Kräfte aufgrund
der Strömung
des Bluts um die Prothese simuliert werden, so dass die Verformung
des Prothesenmodells besonders realitätsnah angegeben wird. Die Simulation
der Strömung
zur Bestimmung der auf die Prothese einwirkenden Strömungskräfte wird
insbesondere mit Hilfe einer etablierten Methode der numerischen
Strömungsmechanik,
wie z. B. eines CFD-Verfahrens durchgeführt. Die Simulation des Verhaltens
der Prothese aufgrund der extern einwirkenden Kräfte und der internen Spannungen
erfolgt z. B. durch die Finite-Elemente-Methode.
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Erfindungsgemäß wird für verzweigte
Gefäßstrukturen
ein verzweigtes Prothesenmodell herangezogen, wobei das Prothesenmodell
im Bereich der Verzweigung auf ein einzelnes Modul zurückgreift. Ein
verzweigtes Prothesenmodell kommt beispielsweise im Bereich der
Verzweigung der Aorta in die Beckenarterien oder auch im Aortenbogen
zum Einsatz.
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Zweckdienlicherweise
werden im Diagnosebild definierte Bereiche optisch gekennzeichnet,
wie beispielsweise Bereiche, für
die anhand des Prothesenmodells zu erwarten ist, dass die Gefäßprothese an
einer Gefäßwand anliegt,
dass die Gefäßprothese durch
ihre Vorspannung die Gefäßstruktur
offen hält (bei
einer Stenose), dass die Gefäßwände vom
Blutdruck entlastet sind (bei einer Aneurysma), dass die Gefäßprothese
einen Gefäßabgang
verdeckt, oder dass die Gefäßprothese
einem erhöhten
lokalen Blutdruck ausgesetzt ist. Die oben genannten Bereiche können beispielsweise
durch unterschiedliche Farbkodierungen gekennzeichnet sein, wobei
insbesondere kritische Bereiche, wie z. B. Bereiche, in denen ein
Gefäßabgang
durch die Gefäßprothese
verdeckt werden kann oder in denen die Gefäßprothese infolge der Strömungsparameter
einem hohen Blutdruck ausgesetzt ist, hervorgehoben sind.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform wird
das Prothesenmodell mit seiner Zuordnung zur Gefäßstruktur in einer Datenbank
abgelegt und für Diagnosen
in nachfolgenden Behandlungsschritten abgerufen. Das abgespeicherte
Diagnosebild mit dem visualisierten Prothesenmodell stellt eine
Vergleichsbasis dar, anhand der sich der Arzt während des Einsetzens oder während einer
Nachuntersuchung orientieren kann, ob die zu implantierende bzw.
implantierte Prothese richtig positioniert ist und in ihrer Soll-Stellung
geblieben ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird anhand des Prothesenmodells der medizinische Eingriff der Implantierung
der Gefäßprothese
simuliert. Die Simulation des Eingriffs auf der Grundlage des Prothesenmodells
erfolgt insbesondere an einem computerbasierten System. Durch die
Simulation können
ein optimaler Ablauf des medizinischen Eingriffs und eine optimale
Strecke zum Einführen
eines Katheters bestimmt werden.
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Zweckdienlicherweise
wird aus den Bilddaten der Gefäßstruktur
unter Heranziehung von prothesenspezifischen Daten ein aufgeweiteter
Zustand der Gefäßprothese
simuliert und dargestellt. Für
eine besonders realitätsnahe
Simulation der aufgeweiteten Prothese können zudem die Kräfte berücksichtigt werden,
welche auf die aufgeweitete Prothese wirken.
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Vorteilhafterweise
wird zur Überprüfung und Kontrolle
der Positionierung einer realen implantierten Gefäßprothese
im Diagnosebild eine aktuelle Ist-Position der realen Gefäßprothese
und überlagert hierzu
das Prothesenmodell in einer Soll-Position dargestellt. Bei einer post-operativen
Nachuntersuchung wird das Modell der Prothese aus der Datenbank
ausgelesen und in das Diagnosebild der am Tag der Nachuntersuchung
durchgeführten
Bildgebung eingeblendet. So kann der tatsächliche Sitz der Gefäßprothese
mit der geplanten Position besonders einfach verglichen werden.
Durch den Vergleich können
Verformungen und Verschiebungen leicht erkannt und vermessen werden.
Die Verformungen können
außerdem
auf Leckagen der Prothese hindeuten, die bei der Visualisierung
entsprechend hervorgehoben werden.
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Weiterhin
von Vorteil ist, dass bei einer Übereinstimmung
der Ist-Position der Gefäßprothese
mit einer Soll-Position ein Signal ausgegeben wird. Der Vergleich
erfolgt bei einer Verifizierung der die Position der realen Gefäßprothese
in Bezug auf die des virtuellen Prothesenmodells im inter-operativen und/oder
post-operativen Stadium. Beispielsweise wird während der Implantierung der
Gefäßprothese bei
Erkennung einer Übereinstimmung
der Position der Gefäßprothese
mit ihrer geplanten Position, die durch das Prothesenmodell im Diagnosebild
angegeben ist, ein akustisches Signal ausgegeben.
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Ein
Soll-Ist-Vergleich der Positionen kann außerdem verwendet werden, um
den Vorgang des Einsetzens der Prothese auch teil- oder vollautomatisch
durch ein roboter-basiertes System durchzuführen. Hierzu wird bevorzugt
während
des Einsetzens der Prothese kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen der
Soll-Ist-Vergleich durchgeführt
und durch den Vergleich werden Steuersignale zur automatischen Navigation
des Katheters bzw. der Gefäßprothese
erzeugt.
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Um
eine Verformung oder Verschiebung der implantierten Gefäßprothese
in Bezug auf das Modell erfassen zu können, ist eine Verifizierung
der Position der Gefäßprothese
in der inter- und
post-operativen Phase in Bezug auf ihre Lage im Diagnosebild vorgesehen.
Somit wird das Prothesenmodell in den unterschiedlichen Bildern
(vor, während
und nach dem medizinischen Eingriff) dargestellt, wobei die Bilder
zueinander registriert sind, so dass einzelne Bildpunkte der unterschiedlichen
Bilder einander zugeordnet sind. Hierbei erfolgt eine Registrierung
der Position des Patienten, z. B. rein bild-basiert oder auch mittels
auf dem Patienten angebrachter Marker, so dass die Lage der Prothese
durch Erkennung der Marker identifiziert wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird mittels einer Vorrichtung zur medizinischen Bilddarstellung.
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Die
Vorrichtung stellt insbesondere das computerbasierte System dar,
mit dessen Hilfe die Planung des medizinischen Eingriffs durchgeführt und der
Eingriff sowie die Nachuntersuchungen unterstützt werden. Dabei umfasst die
Vorrichtung die Tabelle, welche die prothesenspezifischen Daten
der Gefäßprothese
enthält,
sowie die Datenbank zum Ablegen von dem modellierten Prothesenmodell
mit seiner Zuordnung zur Gefäßgeometrie.
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Die
im Hinblick auf das Verfahren aufgeführten Vorteile und bevorzugten
Ausführungsformen lassen
sich sinngemäß auf das
Verfahren übertragen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin
zeigen:
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1a, 1b in
perspektivischer Darstellung eine reale Gefäßprothese,
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2 schematisch
ein geometrisches Modell eines Gefäßabschnitts mit einem Prothesenmodell,
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3 ein
Modell einer Drahtprothese,
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4a–4d die
auf eine Gefäßprothese wirkenden
Kräfte,
und
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5 anhand
eines Blockschaltbilds den Ablauf eines Verfahrens zur medizinischen
Bilddarstellung im Zusammenhang mit dem Einsetzen einer endoluminalen
Gefäßprothese.
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Gleiche
Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
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In 1a und 1b ist
jeweils eine schlauchförmige
Gefäßprothese 2 zum
Einsetzen bei einer Arterienerkrankung, wie z. B. Stenose oder Aneurysma,
entsprechend im zusammengefalteten und im aufgeweiteten Zustand
gezeigt. Die Gefäßprothese 2 besteht
in diesem Ausführungsbeispiel
aus einem flexiblen Drahtgeflecht aus Metall (z. B. aus einer Nickel-Titan-Legierung), wobei
im expandierten Zustand gemäß 1a die
einzelnen Drähte
eine netzförmige
Struktur bilden.
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Die
zusammengefaltete Prothese 2 gemäß 1a wird
mit Hilfe eines hier nicht näher
gezeigten Katheters in ein Gefäß eines
Patienten, beispielsweise in die Beinarterie eingeführt. Wenn
die zu behandelnde Stelle der Arterie erreicht ist, wird die Prothese 2 mit
Hilfe eines Ballon-Katheters oder durch Zurückziehen einer Schutzhülse expandiert.
Bei einer solchen endoluminalen Behandlung kann sich eine Prothese 2 mit
falschen Abmaßen
nach dem Einsetzen, z. B. durch den Blutstrom, verschieben und dadurch
sogar Gefäßabzweigungen
verdecken. Daher werden vor der Behandlung durch eine geeignete Bildgebungsmethode,
z. B. Computertomographie, Angiographie oder Ultraschall, Diagnosebilder
erstellt, so dass anhand der Bilddaten entschieden werden kann,
ob der endoluminale Eingriff am Patienten möglich ist und welche Prothese 2 für den konkreten Einsatz
besonders geeignet ist.
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Zum
Unterstützen
des behandelnden Arztes bei dieser Entscheidung ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein computergestütztes
System vorgesehen, das den klinischen Ablauf des endoluminalen Einsetzens
von Gefäßprothesen,
von der Diagnose über die
Behandlungsplanung, den Eingriff bis zu den Nachkontrollen unterstützt. Hierbei
werden in einem ersten Schritt auf Grundlage der Bilddaten die Gefäßabmaße vor dem
Eingriff ermittelt. Mit Hilfe der Gefäßabmaße wird ein virtuelles Prothesenmodell 10 simuliert,
welches vor, während
und nach dem Eingriff in die Diagnosebilder eingeblendet wird, so
dass seine Form und Lage die Form und eine Soll-Position der physikalischen
Gefäßprothese 2 vorgeben.
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Aus 2 ist
ein geometrisches Modell 6a einer Gefäßstruktur 6 zu entnehmen,
das in diesem Ausführungsbeispiel
auf Basis der Diagnose-Bilddaten ermittelt und zur vereinfachten
Darstellung der Gefäßstruktur 6 herangezogen
wurde. Der dargestellte Gefäßabschnitt
weist eine Erweiterung 8 auf, ein so genanntes Aneurysma.
Vor der eigentlichen endoluminalen Behandlung des Aneurysmas 8 wird in
dem Diagnosebild, das Prothesenmodell 10 erzeugt und angezeigt.
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Zur
Modellierung des Prothesenmodells 10 sowie des geometrischen
Modells 6a der Gefäßstruktur 6 wird
die Gefäßstruktur 6 im
Diagnosebild vermessen. Dies erfolgt über eine Gefäßmittellinie 12,
die den Verlauf der Gefäßstruktur 6 angibt
und in diesem Ausführungsbeispiel
mit einer Prothesen-Mittellinie 12a zusammenfällt. Ausgehend
von der Gefäßmittellinie 12 werden
Strahlen 14 in Radialrichtung zu einer Gefäßwand 16 der
Gefäßstruktur 6 ausgesendet.
Die Schnittpunkte dieser Strahlen 14 mit der Gefäßwand 16 ergeben
die Oberflächenpunkte für das geometrische
Modell 6a der Gefäßstruktur 6. Die
dadurch erhaltenen Abmaße
der Gefäßstruktur 6 dienen
insbesondere zur Bestimmung eines maximalen Aneurysmendurchmessers
Dmax. Weiterhin von Bedeutung für die Behandlung
ist ein hier nicht näher gezeigter
minimaler Durchmesser des Gefäßes auf der
Strecke des Katheters zwischen der Stelle, an der er in das Gefäß 6 eingeführt wird
und der Stelle des Aneurysmas 8. Ein Vergleich des minimalen Durchmessers
der Gefäßstruktur 6 in
diesem Bereich mit einem Durchmesser der zusammengefalteten Gefäßprothese 2 gibt
aussagekräftige
Information darüber,
ob die Gefäßprothese 2 durch
das Gefäß 6 vorgeschoben
werden kann oder Gefäßverengungen vorliegen,
die dies verhindern.
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Ausgehend
von der Gefäßmittellinie 12 wird im
Diagnosebild das virtuelle Prothesenmodell 10 ebenfalls über Suchstrahlen 18 konstruiert,
wobei in diesem Fall die prothesenspezifischen Daten der realen
Gefäßprothese 2 herangezogen
werden: beispielsweise wird ihr maximal erreichbarer Durchmesser
beim Expandieren berücksichtigt,
so dass ein maximaler Durchmesser dmax des
Prothesenmodells 10 festgelegt wird. Entsprechend kann
im Falle einer Stenose durch die Vorgabe eines Mindestdurchmessers
des Prothesenmodells 10, welcher Mindestdurchmesser dem
physikalischen Mindestdurchmesser der realen Gefäßprothese 2 entspricht,
die Aufweitung der Gefäßstruktur 6 im
Bereich der Stenose simuliert werden.
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Das
virtuelle Prothesenmodell 10 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus einer Reihe von Oberflächenpunkten,
die in den zur Gefäßmittellinie 12 orthogonalen
Ebenen jeweils ein Polygon bilden. Hierbei ist jedem Punkt der Gefäßmittellinie 12 ein
solches Polygon zugeordnet, das durch die Reihe von einzelnen diskreten
Oberflächenpunkten,
die eine Kontur in der entsprechenden orthogonalen Ebene bilden,
angegeben ist. Durch eine große
Anzahl von Oberflächenpunkten
kann das Polygon in jeder der Gefäßmittellinie 12 orthogonal
zugeordneten Ebene annähernd
einen Kreis bilden. Durch Verbinden der Oberflächenpunkte in Richtung entlang
der Gefäßmittellinie 12 entsteht
somit ein dreidimensionales Oberflächenmodell der Gefäßprothese 2.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
ein Drahtmodell 20 der Gefäßprothese 2 zu modellieren,
wie es aus 3 ersichtlich ist, bei dem die
einzelnen Drähte 4 der
realen Prothese 2 durch virtuelle Drähte 4a angegeben sind.
Somit weist das Drahtmodell 20 die gleiche Netzstruktur
und die gleiche Porosität
wie die reale Gefäßprothese 2 auf,
und die entfaltete virtuelle Prothese 10 verkürzt sich
entsprechend der realen Prothese 2.
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Um
eine besonders realistische Simulation der Gefäßprothese 2 zu ermöglichen,
werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zusätzlich
die auf die eingesetzte Gefäßprothese 2 wirkenden
Kräfte,
wie z. B. innere Kräfte
bzw. Spannungen durch Verformung des Materials, Dehnungskräfte, die
beim Einsetzen durch einen Ballon-Katheter ausgeübt werden, Widerstandskräfte der
Gefäßwand, Kräfte aufgrund
der Strömung
des Blutes durch und um die Prothese simuliert. Eine solche Simulation
kann bei spielsweise durch ein aktives Konturmodell oder mit Hilfe
der Methode der Finitenelemente (FE) erfolgen.
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Infolge
der Form der Gefäßstruktur 6 kann außerdem erforderlich
sein, dass eine verzweigte Gefäßprothese
zum Einsatz kommt. Eine solche Prothese wird üblicherweise als Y-Prothese
bezeichnet und kann eine Zusammensetzung mehrerer einzelner Prothesen
darstellen. Die Verzweigung selbst besteht jedoch physikalisch aus
einem einzelnen Prothesenmodul.
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Das
Erkennen einer Verzweigung der Gefäßstruktur 6 erfolgt
in diesem Ausführungsbeispiel
semi- oder vollautomatisch (z. B. mittels eines automatischen Bildverarbeitungsprozesses)
auf Grundlage der zuvor definierten Gefäßmittellinie 12. Hierbei
wird auf Basis der Gefäßabmaße in einem
ersten Schritt das Prothesenmodell 10a konstruiert. Die
Verbindungen zwischen einzelnen Oberflächenpunkten im Bereich der
Verzweigung sind durch die in 4a gezeigte
abgerollte Oberfläche
des Prothesenmodells 10a dargestellt. Die durchgezogenen
Linien auf der Oberfläche
stellen hierbei die Schnittlinien zwischen einzelnen Modulelementen
(Segmente) 22a, 22b, 22c, 22d dar.
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Zur
Simulation des physikalischen Verhaltens der Prothese 2 wird
das verzweigte Prothesenmodul durch die mehreren Modulelemente 22a, 22b, 22c, 22d modelliert,
zwischen denen die in 4b dargestellten Freischnittkräfte K wirken.
Diese Kräfte K
werden in diesem Ausführungsbeispiel
simuliert und stellen die geometrische Kontinuität zwischen den Oberflächen der
Modulelementen 22a, 22b, 22c, 22d her.
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Ähnliche
Kräfte
KO wirken an den Übergangsstellen zwischen zwei
Prothesen 2, wenn die Prothesen 2 überlappend
in das Gefäß eingebracht werden,
wie es aus 4c ersichtlich ist. Diese Kräfte KO werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls
simuliert.
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Darüber hinaus
können
Kollisionskräfte
KK an Berührungsstellen einzelner nicht
miteinander durch Überlappung
verbundener Prothesensegmente auftreten (siehe 4d),
die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ebenfalls simuliert werden.
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Das
Prothesenmodell 10, 10a wird mit Hilfe des computergestützten Systems
in Zusammenschau mit Standard-Ansichten, die während der Diagnose erhalten
wurden, oder dem geometrischen Modell 6a der Gefäßstruktur 6 dargestellt.
Dabei können
durch Farbkodierungen definierte Bereiche, in denen das Prothesenmodell 10, 10a bzw.
die Gefäßprothese 2 auf
unterschiedlicher Weise mit der Gefäßstruktur 6 zusammenwirkt,
sichtbar gemacht werden. Insbesondere werden die Bereiche optisch
gekennzeichnet, in denen das Prothesenmodell 10, 10a bzw.
die implantierte Gefäßprothese 2 an
der Gefäßwand 16 anliegt
(z. B. Versiegelungsbereich an einem Aneurysmen-Hals), durch Vorspannung
das Gefäß offen
hält (bei
einer Stenose), die Gefäßwand 16 vom
Blutdruck entlastet (Aneurysma 8), einen Gefäßabgang
verdeckt oder einem hohen lokalen Blutdruck infolge der Blutströmung ausgesetzt
ist.
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Auf
Grundlage des Prothesenmodells 10, 10a kann weiterhin
an dem computerbasierten System eine Simulation des endoluminalen
Eingriffs erfolgen. Unter Berücksichtigung
der anatomischen Eigenschaften der Gefäßstruktur 6 wird hierbei
ein Einführen
und Vorschieben der zusammengefalteten Prothese 2 bis zur
Behandlungsstelle simuliert. Zudem wird unter Heranziehung der prothesenspezifischen
Daten ein aufgeweiteter Zustand der Gefäßprothese 2 an ihrer
Einsatzstelle simuliert. Die prothesenspezifischen Daten der Gefäßprothese 2 werden
in diesem Ausführungsbeispiel
aus einer hinterlegten Tabelle 34 entnommen. Diese Tabelle 34 (siehe 5)
ist dem computerbasierten System zugeordnet und enthält Maße und Verformungsparameter sämtlicher
Prothesen verschiedener Hersteller.
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Das
virtuelle Prothesenmodell 10 und das computerbasierte System
können
nicht nur im pre-operativen Stadium der Behandlung, sondern auch
während
der Operation und bei den postoperativen Nachuntersuchungen verwendet
werden. Dies ist insbesondere aus 5 ersichtlich,
aus der ein beispielhafter Ablauf einer Diagnose und einer endoluminalen
Behandlung, die durch ein Bildgebungsverfahren unterstützt sind,
anhand eines Blockschaltbilds zu entnehmen ist. Zum Beginn erfolgt
die Einlieferung 24 des Patienten sowie seine Untersuchung 26 mittels
eines bildgebenden Verfahrens wie z. B. Computertomographie, Angiographie,
etc. Mit Hilfe der dadurch erhaltenden Bilddaten, die auf einem hier
nicht näher
dargestellten Anzeigeelement angezeigt werden, wird im Diagnoseschritt 28 eine
Diagnose gestellt, bzw. wird das von einer Gefäßerkrankung betroffene Gefäß vermessen.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird zudem im Diagnoseschritt 28 das geometrische Modell 6a der
Gefäßstruktur 6 erstellt.
Im nachfolgenden Schritt 30 entscheidet ein Arzt auf Grundlage
der Diagnose und Besonderheiten der Gefäßstruktur 6, ob der
Patient für
eine endoluminalen Behandlung geeignet ist.
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Wenn
sich der Patient als geeignet für
einen solchen medizinischen Eingriff erweist, trifft der Arzt eine
Auswahl 32 einer Prothese 2, wobei die prothesenspezifischen
Daten der Tabelle 34 des computerbasierten Systems zu entnehmen
sind. Unter Berücksichtigung
der prothesenspezifischen Eigenschaften erfolgt in dem Diagnosebild
eine Modellierung 36 und Visualisierung 38 des
Prothesemodells 10 in der zuvor beschriebenen Weise. Der
Prozess des Modellierens kann mehrmals mit unterschiedlichen Prothesen 2 wiederholt
werden, wobei auf Grundlage der Vermessungen ggf. eine oder mehrere
Prothesen 2 oder Prothesenkonstellationen aus der Tabelle 34,
unter Abgleich mit dem aktuellen Bestand in einem Lager 40 bzw.
sonstiger Verfügbarkeitskriterien
wie Preis oder Lieferzeit, ausgewählt werden können. Ist
eine Auswahl durch den Arzt getroffen, erfolgt eine Bestellung 42 der
Prothese 2 und das Prothesenmodell 10 wird in
einer Datenbank 44 des computerbasierten Systems für weitere
Zugriffe abgelegt.
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Die
Verfahrensschritte 24 bis 42 sind gemäß 5 in
einem Block 46 zusammengefasst, der die vor-operative Phase
der Behandlung symbolisiert. Das computerbasierte System wird jedoch
zusätzlich bei
einer inter-operativen Phase 48 sowie ei ner post-operativen
Phase 50 zur Unterstützung
des medizinischen Personals benutzt.
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Die
inter-operative Phase 48 stellt der eigentliche endoluminale
Eingriff 52 dar, der durch eine Bildgebung 54 unterstützt ist.
Das in der Datenbank 44 gespeicherte Prothesenmodell 10 wird
hierbei aufgerufen und überlagert
zur Gefäßstruktur 6 im Verfahrensschritt 56 visualisiert,
um eine Soll-Position der Prothese 2 anzugeben.
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Um
das Prothesenmodell 10, das zunächst für die pre-operativen Bilddaten
berechnet wurde, an der entsprechenden Position in den intra- oder post-operativen
Bilddaten modellieren und darstellen zu können, ist eine so genannte
Registrierung der Bilddaten notwendig. Dabei wird eine mathematische Zuordnung
jedes Punktes im Diagnosebild in das später aufgenommene Bild bestimmt.
Ein solches Registrierungsverfahren dient dazu, die Position des Patienten
anhand der Bilddaten oder zusätzlicher
auf dem Patienten angebrachten Marker bestimmen zu können, um
die Ist-Position der realen Prothese 2 während des
Eingriffs mit ihrer Soll-Position, die durch das Prothesenmodell 10 angegeben
ist, abzugleichen. Beim Implantieren der Gefäßprothese 2 werden
also im selben Bild die aktuelle Ist-Postion der Gefäßprothese 2 und überlagert
hierzu das Prothesenmodell 10 angezeigt. Das computerbasierte System
ist insbesondere derart ausgebildet, dass bei einer Übereinstimmung
der Ist-Position der Gefäßprothese 2 mit
ihrer Sollposition ein akustisches Signal ausgegeben wird. Ein akustisches
oder optisches Signal kann weiterhin während der Nachuntersuchung
vorgesehen sein, um ebenfalls eine Übereinstimmung der aktuellen
Lage der eingesetzten Gefäßprothese 2 mit
der Position des Prothesenmodells 10 anzuzeigen. Darüber hinaus
kann der Soll-Ist-Vergleich der Positionen der Gefäßprothese 2 und
des Prothesenmodells 10 während des Eingriffs benutzt werden,
um Steuersignale zur automatischen Navigation der Gefäßprothese 2 zu
erzeugen. Der Vorgang des endoluminalen Einsetzens kann also auch teil-
oder vollautomatisch durch ein roboterbasiertes System erfolgen.
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Unmittelbar
nach einer erfolgten endoluminalen Behandlung sowie in regelmäßigen Zeitabständen (ca.
nach 3, 6, 12 und 24 Monaten nach dem Eingriff) muss der Patient
einer Nachkontrolle 58 unterzogen werden, bei der das richtige
Sitzen und die Funktion der Prothese 2 überprüft werden. Auch hierbei wird
der Patient mittels geeigneter Bildgebung 60 untersucht,
und die dabei gewonnenen Bilddaten werden mit dem in der Datenbank 44 des
Steuersystems abgelegten Diagnosebild gemäß Verfahrensschritt 62 verglichen.
Das Diagnosebild, in dem das Prothesenmodell 10 modelliert
wurde, wird aus der Datenbank 44 ausgelesen und in die
neu gewonnenen Bilddaten eingeblendet. Der Sitz der Gefäßprothese 2 wird
mit der geplanten Position verglichen und gegebenenfalls wird das
Prothesenmodell 10 in Übereinstimmung
mit der aktuellen Lage der realen Gefäßprothese 2 gebracht.
Dank dem optischen Vergleich der Lage der Gefäßprothese 2 mit der
des Prothesenmodells 10, werden wichtige Informationen über Verformungen
und Verschiebungen der Gefäßprothese 2,
die leicht zu erkennen und zu berechnen sind, erhalten. Falls das
Prothesenmodell 10 während
der Nachuntersuchung an die Form und Lage der Gefäßprothese 2 angepasst
werden sollte, wird das aktualisierte Modell 18 ebenfalls
in der Datenbank 44 abgespeichert, um bei zukünftigen
Planungen verwendet zu werden, da es wichtige Informationen über den
Sitz der Gefäßprothese 2 unter
realen Bedingungen liefert.