DE102004054023A1 - Herzbildgebungssystem und Verfahren zur Quantifizierung von Herzkammerdyssynchronie zur biventrikulären Stimulation - Google Patents

Herzbildgebungssystem und Verfahren zur Quantifizierung von Herzkammerdyssynchronie zur biventrikulären Stimulation Download PDF

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Jasbir S. Pewaukee Sra
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Abstract

Ein Verfahren (200) zur Quantifizierung von Herzdyssynchronie des rechten und linken Ventrikels enthält das Gewinnen von Herzaquisitionsdaten von einem medizinischen Bildgebungssystem (202) und das Bestimmen eines Bewegungsprofils aus den Herzaqusitionsdaten (206). Das Bewegungsprofil ist auf das Identifizieren eines Kontraktionsparameters auf Zeitbasis für einen Bereich des linken Ventrikels (LV) und/oder eines Kontraktionsparameters auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV gerichtet. Das bestimmte Bewegungsprofil wird durch das Erzeugen eines 3-D-Modells desselben (208) sichtbar angezeigt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Herzrhythmusbehandlungssysteme und spezieller auf ein Herzbildgebungssystem und ein Verfahren zur Quantifizierung von Herzkammerdyssynchronie zur biventrikulären Stimulation.
  • Es wird geschätzt, dass allein in den Vereinigten Staaten und Europa ungefähr 6 Mio. bis 7 Mio. Menschen kongestive Herzinsuffizienz (CHF) haben, wobei ischämische und ideopatische Kardiomyopathie die häufigsten Gründe für CHF sind. Bei ungefähr 20% bis 50% der Patienten, die CHF haben, sind die zugehörigen Elektrokardiogramme durch verlängerte PR-Intervalle und breite QRS-Komplexe gekennzeichnet. Ferner haben ungefähr 29% dieser Patienten Linksschenkelblock (LBBB).
  • Bei einem normalen Herzschlag beginnt die elektrische Übertragung in dem Sinoatrial (SA)-Knoten (einer kleinen Gruppe von Muskelzellen in dem oberen rechten Teil der oberen rechten Herzkammer, z.B. dem rechten Atrium). Die von dem SA-Knoten ausgesandten Impulse breiten sich schnell durch die obere Herzkammer und über den Atrioventrikulär (AV)-Knoten. Sobald die elektrischen Signale den AV-Knoten passiert haben, bewegen sie sich durch ein als His'sches Bündel bezeichnetes Faserbündel, das die Signale den Rest des Weges durch die die obere und die untere Herzkammer trennende und die rechten und linken Bündelzweige zum Erreichen jedes -Teils der Ventrikel aufspaltende Wand passieren lässt.
  • Bei den Patienten mit CHF und LBBB führt jedoch eine lange mechanische Verzögerung auf der linken Seite des Herzen zu einer verzögerten linken ventrikulären Ejektion, passend zu einer verzögerten linken ventrikulären Depolarisation. Mit anderen Worten, verursacht LBBB eine asymmetrische Kontraktion der rechten und linken Ventrikel. Zusätzlich kann dieser Zustand (auch als Dyssynchronie bekannt) auch dazu führen, dass sich unterschiedliche Bereiche des linken Ventrikels nicht in einer koordinierten Weise zusammenziehen. Diese unregelmäßige Bewegung ist durch eine Verkürzung der Scheidewand, gefolgt von einer Streckung der Seitenwand, gekennzeichnet. Anschließend verkürzt sich die Seitenwand und die Scheidewand dehnt sich aus, wodurch eine ineffiziente Kontraktion des linken Ventrikels hervorgerufen wird.
  • Die auch als biventrikuläre Stimulation bekannte Herzresynchronisationstherapie ist ein Eingriffsverfahren, bei dem sowohl der rechte Ventrikel als auch der linke Ventrikel des Herzen simultan stimuliert werden, um die Pumpeffizienz des Herzen zu verbessern. In einem Beispiel eines konventionellen biventrikulären Stimulationsverfahrens werden sowohl die Leitung des rechten Ventrikels als auch die des rechten Atriums zuerst positioniert. Danach wird eine Hülle innerhalb des Koronarsinus (CS) platziert, und ein CS-Angiogramm wird ausgeführt, um einen geeigneten Zweig für die Verlegung der Leitung des zweiten Ventrikels abzugrenzen. Nach dem ein geeigneter Zweig gefunden worden ist, wird die Leitung des zweiten Ventrikels in dem hinteren oder dem posterolateralen Zweig des CS angeordnet. Nachdem die rechten und linken Ventrikelleitungen angeordnet sind, werden sie simultan stimuliert, wodurch eine Synchronisation mit der Vorhofkontraktion erreicht wird.
  • Für viele Patienten ist das Kanülieren des CS das Ein-Schritt-Verfahren der Wahl zur Verlegung der biventrikulären Leitungen. Bei über 20% dieser Patienten kann die Leitungsverlegung in dem CS jedoch erfolglos oder ein sehr langwieriger Vorgang sein, oder die Leitung kann sich von dem CS lösen. Andere Schwierigkeiten bei diesem Verfahren zur Leitungsverlegung können auch die Nichtverfügbarkeit eines geeigneten CS-Zweiges, eine erheblichen Drehung des CS gemäß der Verzögerung des linken Vorhofes und des linken Ventrikels und das Vorhandenseins des Tebesianischen Ventils darin einschließen. In den meisten Fällen werden diese Probleme erst zum Zeitpunkt der Eingriffsoperation erkannt, und daher wird die Operation typischerweise entweder vollständig abgebrochen, oder der Patient wird für eine zweite Operation zurück in den Operationssaal gebracht, wo durch einen chirurgischen Schnitt (ein teures und invasives Verfahren) die linke Ventrikelleitung epikardial verlegt wird.
  • Leider ist die Epikardleitungsverlegung nicht ohne ihre eigenen Fallen, von denen einige enthalten: Eine beschränkte Sicht auf die posterolaterale Fläche des linken Ventrikels bei Anwendung der Minithorakotomie, die Begrenzung der Anbringungsstellen, die annehmbare Stimulations- und Messparameter aufweisen, das Unvermögen, den Abstand des linken Ventrikels von der Thoraxwand zu bestimmen, das Unvermögen, die posterolaterale oder andere Flächen des linken Ventrikels zu identifizieren, die sich zuletzt zu sammenziehen, das potenzielle Risiko der Beschädigung der Koronararterien und -venen, der erhöhte Schwierigkeitsgrad durch das Vorhandensein von extraperikardialem Fett, das Fehlen einer Visualisierung von normalem gegenüber vernarbtem Gewebe und die Schwierigkeit beim Auffinden der idealen Stimulationsposition in Folge von einem oder mehreren des oben Genannten.
    •
  • Demnach besteht Bedarf an einem verbesserten System und Verfahren zum Quantifizieren der Dyssynchronie des rechten und linken Ventrikels, um Informationen zur Planung von Eingriffsoperationen zur biventrikulären Stimulation zu liefern.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
  • Das oben Erörterte und andere Nachteile und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik werden durch ein Verfahren zum Quantifizieren der Herzdyssynchronie des rechten und linken Ventrikels überwunden oder gemindert. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Verfahren das Gewinnen von Herzaquisitionsdaten von einem medizinischen Bildgebungssystem und das Bestimmen eines Bewegungsprofils aus den Herzaquisitionsdaten. Das Bewegungsprofil ist auf das Identifizieren eines Kontraktionsparameters auf Zeitbasis für einen Bereich des linken Ventrikels (LV) und/oder eines Kontraktionsparameters auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV gerichtet. Das bestimmte Bewegungsprofil wird durch Erzeugen eines 3D-Modells desselben sichtbar angezeigt.
  • In einer anderen Ausführungsform weist ein Verfahren zum Planen der Leitungsverlegung zur biventrikulären Stimu lation eines Patienten das Gewinnen von Herzaquisitionsdaten von einem medizinischen Bildgebungssystem und das Bestimmen eines Bewegungsprofils von den Herzaquisitionsdaten auf. Das Bewegungsprofil ist auf das Identifizieren eines Kontraktionsparameter auf Zeitbasis für einen Bereiches des linken Ventrikels (LV) und/oder eines Kontraktionsparameters auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV gerichtet. Das bestimmte Bewegungsprofil wird durch Erzeugen eines 3D-Modells desselben sichtbar angezeigt, und ein oder mehrere Herzkranzgefäße werden in dem erzeugten 3D-Modell abgebildet. Wenigstens ein geeigneter Bereich auf der linken Ventrikelwand wird zur Epikardleitungsverlegung identifiziert.
  • In noch einer anderen Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Planen der Leitungsverlegung zur biventrikulären Stimulation für einen Patienten das Gewinnen der Herzaquisitionsdaten von einem medizinischen Bildgebungssystem und das Bestimmen eines Bewegungsprofils aus den Herzaquisitionsdaten. Das Bewegungsprofil ist auf das Identifizieren eines Kontraktionsparameter auf Zeitbasis für einen Bereich des linken Ventrikels (LV) und/oder eines Kontraktionsparameter auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV gerichtet. Das bestimmte Bewegungsprofil wird durch Erzeugen eines 3D-Modells davon sichtbar angezeigt und ein oder mehrere Herzkranzgefäße werden in dem erzeugten 3D-Modell angezeigt. Wenigstens ein geeigneter Bereich zur epikardialen Leitungsverlegung wird auf der linken Ventrikelwand identifiziert. Zusätzlich werden die dem wenigstens einen geeigneten Bereich am nächsten liegenden Koronarsinuszweige erkannt und angezeigt, oder weitere anatomische Markierungen des linken Ventrikels werden in dem 3D-Modell identifiziert, und die gespeicherten Ansichten des 3D-Modells wer den auf einem Interventionssystem zur Visualisierung und Identifizierung einer minimalinvasiven Route zur epikardialen Leitungsverlegung registriert.
  • In noch einer anderen Ausführungsform weist ein System zum Quantifizieren von Herzdyssynchronie des rechten und linken Ventrikels ein medizinisches Bildgebungssystems zum Gewinnen von Herzaquisitionssdaten auf. Ein Bilderzeugungsteilsystem ist dazu eingerichtet, die Aquisitionssdaten zu empfangen und ein Bewegungsprofil aus den Herzaquisitionsdaten zu bestimmen. Das Bewegungsprofil ist darauf gerichtet, einen Kontraktionsparameter auf Zeitbasis für einen Bereich des linken Ventrikels (LV) und/oder einen Kontraktionsparameter auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV zu identifizieren. Eine Bedienerkonsole ist dazu eingerichtet, das bestimmte Bewegungsprofil durch das Erzeugen eines 3D-Modells desselben sichtbar anzuzeigen.
  • In noch einer anderen Ausführungsform weist ein System zum Planen der Leitungsverlegung zur biventrikulären Stimulation an einem Patienten ein medizinisches Bildgebungssystem zum Erzeugen der Aquisitionsdaten auf. Ein Bilderzeugungsteilsystem ist dazu eingerichtet, die Aquisitionsdaten zu empfangen und ein Bewegungsprofil von den Herzaquisitionsdaten zu bestimmen. Das Bewegungsprofil ist darauf gerichtet, einen Kontraktionsparameter auf Zeitbasis für einen Bereich des linken Ventrikels (LV) und/oder einen Kontraktionsparameter auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV zu identifizieren. Eine Bedienerkonsole ist dazu eingerichtet, das bestimmte Bewegungsprofil durch Erzeugen eines 3D-Modells desselben sichtbar anzuzeigen, und die Bedienerkonsole ist weiterhin dazu eingerichtet, ein oder mehrere Herzkranzgefäße in dem erzeugten 3D-Modell zu visualisieren. Eine Workstation weist Nachbearbeitungssoftware zum Registrieren der gespeicherten Ansichten des 3D-Modells auf dem Interventionssystem auf. Das Interventionssystem ist dazu eingerichtet, eine oder mehrere der mit demselben registrierten gespeicherten Ansichten sichtbar zu machen und einen minimalinvasiven Weg zur Epikardleitungsverlegung zu identifizieren.
    •
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
  • Es wird Bezug auf die beispielhaften Zeichnungen genommen, in denen gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren gleich nummeriert sind:
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines medizinischen Bildgebungssystems, wie z.B. eines Computertomographie (CT)-Systems, das zum Planen der Leitung zur biventrikulären Stimulation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung geeignet ist.
  • 2 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Pla nen der Epikardleitungsverlegung zur biventrikulären Stimulation gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3 zeigt ein fluoroskopisches Bild, das ein typisches Verfahren zur biventrikulären Stimulation darstellt.
  • 4 stellt ein durch automatische Erkennung des Endokard und des Epikard des linken Ventrikels gewonnenes Bild dar.
  • 5 zeigt ein Paar von 3D-CT-Bildern des Herzen in Drahtgeflechtdarstellung, die das Epikard (äußere Wand) und das Endokard (innere Wand) des LV bei der Präsystole und der Endsystole darstellen.
  • 6 zeigt einen Graph, der ein Beispiel des LV-Wandauslenkungsprofils von einer mittleren Schicht des LV in sechs vorbestimmten Bereichen darstellt.
  • 7 zeigt ein beispielhaftes Angiogramm des Koronarsinus und seiner Zweige.
  • 8 zeigt ein segmentiertes 3D-Modell des Koronarsinus und seiner Zweige.
  • 9 zeigt ein segmentiertes durchscheinendes CT-Modell des Herzen mit überlagertem Koronarsinus und seinen Zweigen.
  • 10 zeigt ein CT-Bild des Herzen, das einen abgestorbenen LV gemäß einem Myokardinfarkt zeigt, und
  • 11 zeigt ein Bild, das Messungen des Abstandes von dem CS-Eingang zu dem posterolateralen Zweig darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
  • Hierin offenbart ist ein Herzbildgebungssystem und ein Verfahren zum Quantifizieren der Dyssynchronie der rechten und linken Ventrikel, um Informationen zum Planen der Eingriffsoperationen zur biventrikulären Stimulation zu lie fern, die den Arzt (z.B. Elektrophysiologe, Kardiologe, Chirurg) in die Lage versetzen, im Voraus die für die Operation zu nehmende Route zu planen. Die LV-Kontraktilität kann sichtbar gemacht werden, um den besten Ort für die Anordnung der epikardialen LV-Stimulationsleitung zu erkennen, z.B. durch Bestimmen des LV-Bereiches der der "letzte beim Kontrahieren" (z.B. ein Kontraktionsparameter auf Zeitbasis) ist. Wenn ein Ausdruck wie "zuletzt kontrahieren" anschließend hierin benutzt wird, kann er durch das unten genauer beschriebene beispielhafte Verfahren entweder als "zuletzt mit der Kontraktion beginnen" oder als "zuletzt die Kontraktion vollenden" quantifiziert werden. Alternativ kann die LV-Kontraktilität durch Bestimmen der LV-Region, die im Hinblick auf eine Startposition an einem gegebenen Punkt in dem Herzzyklus (z.B. ein Kontraktionsparameter auf Auslenkungsbasis) den größten/kleinsten Betrag der Auslenkung zeigt, sichtbar gemacht werden.
  • Wie zuvor festgestellt, hat die Herzresynkronisationstherapie (bei der sowohl der rechte Ventrikel (RV) als auch der linke Ventrikel (LV) simultan stimuliert werden) gezeigt, dass Sie zum Verbessern der Herzfunktion bei Patienten mit CHF und LBBB wirksam ist. 3 zeigt ein fluoroskopisches Bild, das ein typisches Verfahren zu biventrikulären Stimulation darstellt, das das Anordnen der Stimulationselektroden in dem rechten Atrium und dem RV und das Anordnen einer anderen Stimulationselektrode auf dem LV über den Koronarsinus oder epikardial bei einer intrathorakalen Operation enthält.
  • Ohne Rücksicht auf das spezielle Verfahren, das zum Platzieren der LV-Stimulationselektrode angewandt wird, ist es jedoch wichtig, den Bereich des LV zu bestimmen, der zuletzt kontrahiert, oder der am meisten/wenigsten ausgelenkt wird. Dieser Bereich ist die optimale Lage der Stimulationsleitung, weil er dem Patienten den größten Nutzen bringt. Demnach beschreibt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Quantifizieren der mechanischen Verzögerungen von verschiedenen Teilen des LV und zum Identifizieren des Bereiches, der zuletzt kontrahiert und/oder zum Identifizieren des Bereiches, der am stärksten ausgelenkt wird. Außerdem kann dieser Ansatz in ähnlicher Weise verwendet werden, um die Kontraktion in dem RV ebenso zu bestimmen. Obwohl die hierin anschließend dargestellten beispielhaften Ausführungsformen im Zusammenhang mit einem Computertomografie (CT)-Bildgebungssystem beschrieben worden sind, wird erkannt, dass andere nach dem Stand der Technik bekannte Bildgebungssysteme (z.B. Magnetresonanz, Ultraschall, 3D-Fluoroskopie) im Hinblick auf das Planen einer biventrikulären Epikardleitungsverlegung auch ins Auge gefasst werden können.
  • Zusätzlich kann der Arzt mit einer detaillierteren dreidimensionalen (3D) geometrischen Darstellung des LV und seiner Beziehung zu der Thoraxwand die Kontraktionsverzögerungen der LV-Wand, das Vorhandensein von Fett, die Lage und die Orientierung der Hauptblutgefäße und ihrer Zweige und lebensfähiges Gewebe, das für die Anordnung der LV-Leitung verwendet werden kann, erkennen. Auf diese Weise beseitigen die von dem Herzbildgebungssystem gewonnenen Informationen die Notwendigkeit, die Leitung blind zu verlegen, wodurch viele der mit dem Anwenden dieser Vorgehensweise zusammenhängenden Probleme vermieden werden, und ermöglicht eine direkte Epikardleitungsverlegung durch einen chirurgischen Schnitt oder einem endoskopischen Zugang an der günstigsten Stelle. Außerdem kann die Epikardleitung mit einem Interventionssystem oder Fluoroskopie registriert werden, um eine genaue Verlegung der Leitung zu ermöglichen.
  • Indem nun auf 1 Bezug genommen wird, ist eine Übersicht über ein beispielhaftes Herzcomputertomographie (CT)-System 100 mit Unterstützung für Herzbildgebung gezeigt. Wieder sollte es verstanden werden, dass das Herz-CT-System 100 nur als Beispiel vorgestellt worden ist, weil andere nach dem Stand der Technik bekannte Bildgebungssysteme (z.B. Magnetresonanz, Ultraschall, 3D-Fluoroskopie) auch in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Ein Scannerbereich 102 des Systems 100 weist einen EKG-Monitor 104 auf, der R-Zacken durch eine Scannerschnittstelleneinheit 108 an den Scanner 106 ausgibt. Ein geeignetes Beispiel für eine Scannerschnittstelleneinheit 108 ist eine Gantry-Schnittstelleneinheit, die verwendet werden kann, um ein EKG-System mit dem Scanner zu verbinden. Das aus dem Scannerbereich 102 gebildete Herz-CT-Teilsystem verwendet EKG-getriggerte Aquisitions- oder Bildwiederherstellungsfähigkeiten, um das Herz frei von Bewegung während seiner diastolischen Phase, wie auch in vielen Phasen der Systole und beginnende Diastole, abzubilden.
  • Die Daten werden von dem Scannerbereich 102 zu einem Teilsystem 110 ausgegeben, das Software zum Durchführen der Datenaquisition, Datensteuerung und Bilderzeugung aufweist. Zusätzlich werden die Daten die von dem Scanner 106 ausgegeben, einschließlich den R-Zacken-Zeitmarken, in der Aquisitionsdatenbank 112 gespeichert. Die Aquisition wird gemäß eines oder mehrerer Aquisitionsprotokolle durchgeführt, die für die Bildgebung des Herzen, und speziell der LV-Diastole und viele Phasen in der Systole und beginnenden Diastole optimiert sind. Die Bilderzeugung wird durch Verwendung eines oder mehrerer optimierter 3D-Protokolle zur automatisierten Bildsegmentierung der CT-Bilddatenmenge für den LV und die Thoraxwand durchgeführt.
  • Der Bilddatenstrom 114 wird an eine Bedienerkonsole 116 gesendet. Die von der Software auf der Bedienerkonsole 116 für die Untersuchungsvorschrift und Visualisierung verwendeten Daten werden in einer Bilddatenbank 118 mit den Daten aus dem Bilddatenstrom 114 gespeichert. Anzeigebildschirme 120 werden dem Anwender der Untersuchungsvorschrifts- und Visualisierungsverfahren zur Verfügung gestellt. Die Bilddaten können archiviert, auf Film aufgenommen oder über ein Netzwerk 122 zur Analyse und Nachprüfung einschließlich 3D-Nachbearbeitung an eine Workstation 124 gesendet werden. Die in die Workstation 124 aufgenommene Nachbearbeitungssoftware weist ein oder mehrere optimierte 3D-Protokolle und Kurzachsenprotokolle einer automatischen Bildsequenzierung der CT-Bilddatenmenge für die LV-Anatomie, Bewegung der LV-Wände während der Systole (z.B. LV-Kontraktilität), epikardiale Fettaufenthaltsorte, Stellen mit lebensfähigem Gewebe, Blutgefäßen und ihren Zweigen und Orientierungen auf.
  • Die 3D-Protokolle und Kurzachsenprotokolle der Nachbearbeitungssoftware ermöglichen der Software, Ansichten des LV, einschließlich der Blutgefäße, Zweige und einen Zeitlupenfilm des LV, speziell der posterolateralen Wand oder anderer Bereiche des LV, zur Verfügung zu stellen. Diese speziellen Ansichten und Video (Film)-Sequenzen können in einer 3D-Wiedergabe von Ventrikel-Dateien 126 und LV-Kurzachsenbildern 128 zur Verwendung durch den Arzt zur Eingriffsplanung und -durchführung gespeichert werden. Die Nachbearbeitungssoftware ermöglicht auch den Export von detaillierten 3D-Modellen 130 der Thoraxwand und der Ventrikeloberflächen. Die 3D-Modelle 130 (die durch Farbcodierung, Umrissbildung, Filmdarstellungen etc. ausgeführt sein können) können auf dem der Workstation 124 zugeordneten Anzeigebildschirm 132 betrachtet werden und sind dazu eingerichtet, an interessierenden Markierungsstellen in das Volumen eingebrachte geometrische Markierungsmittel aufzuweisen, so dass die Thoraxwand und der LV in einer durchscheinenden Gestalt mit den undurchsichtigen geometrischen Markierungen sichtbar gemacht werden.
  • Zusätzlich können die 3D-Modelle 130 in ein beliebiges von verschiedenen Formaten exportiert werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt: Ein geometrisches Drahtgeflechtmodell, eine Menge von Umrissen, ein segmentiertes Volumen von Binärbildern und ein DICOM (digitale Bildgebung und Kommunikationen in der Medizin) -Objekt, das den Strahlungstherapie (RT)-DICOM-Objektstandard oder ein ähnliches Objekt verwendet. Andere nach dem Stand der Technik bekannte Formate können auch verwendet werden, um die 3D-Modelle 130 zu speichern und zu exportieren.
  • Indem nun auf 2 Bezug genommen wird, ist ein Flussdiagramm 200 gezeigt, dass ein Verfahren zur Eingriffsplanung bei der Leitungsverlegung zur biventrikulären Stimulation gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt. Beginnend bei Block 202 wird zu Beginn auf einem Herz-CT-System unter Benutzung eines Protokolls, das vorzugsweise für die Thoraxwand RV- und LV-Bereiche des Herzen optimiert ist, eine Datenmenge erfasst. Bei Block 204 wird die Bilddatenmenge mit der Nachbearbeitungssoftwa re, die ein 3D-Protokoll und zum Herausheben der Oberflächen der RV, LV und des RV- und LV-Myokard eingerichtete Kurzachsenprotokolle verwendet, aufgeteilt. Automatisierte oder halbautomatisierte Verfahren können, wo es zweckmäßig ist, mit oder ohne Warteschlangen von dem Bediener angewandt werden (z.B. eine Stelle in anteroposteriorer, linksanterior schräger, posterolateraler, schräger und rechtsanterior schräger Ansicht). 4 stellt ein durch automatische Erkennung des Endokard und des Epikard des linken Ventrikels gewonnenes Bild dar. Dieser Vorgang kann an auf Kurzachsen zurückformatierten Herzbildern für jede Phase und Schichtstelle zum Gewinnen eines Auslenkungsprofils oder an auf lange Achsen zurückformatierten Multiphasen-Herzbildern durchgeführt werden.
  • In dem wieder auf 2 Bezug genommen wird, und wie in Block 206 gezeigt ist, wird danach ein Bewegungsprofil (z.B. ein Auslenkungs- und/oder Geschwindigkeitsprofil) an jeder von einer bestimmten Anzahl von Stellen auf dem Epikard und Endokard des LV und des RV durch Vergleichen der Wandbewegung in jeder Herzphase im Hinblick auf eine Referenzphase gewonnen. Z.B. kann dies mit Bezug auf 5, die ein Paar von 3D-Herz-CT-Bildern in das Epikard (äußere Wand) und das Endokard (innere Wand) des LV bei der Präsystole und der Endsystole darstellende Drahtgeflechtdarstellung zeigt, zur Anwendung gebracht werden. Ähnliche Bilder werden für unterschiedliche dazwischen liegende Phasen erzeugt, um den Bereich des posterolateralen LV zu bestimmen, der zuletzt kontrahiert. Mit diesen Informationen kann schließlich der günstigste Ort für eine epikardiale Leitungsverlegung bestimmt werden.
  • 6 zeigt einen Graph der ein Beispiel für ein LV- Wandauslenkungsprofil einer mittleren Schicht des LV in sechs vorbestimmten Bereichen darstellt, (obwohl auch eine zusätzliche Anzahl von Bereichen verwendet werden könnte). In einer beispielhaften Ausführungsform werden die sechs Bereiche auf dem LV als ISEP (Inferiorseptal), ASEP (Anteriorseptal), ANT (Anterior), ALAT (Anteriorlateral), ILAT (Inferiorlateral) und INF (Inferior) bezeichnet. Wie aus dem Graph ersichtlich ist, erreicht die ILAT-Stelle ihre maximale Auslenkung (stärkste Kontraktion) mit der größten Verzögerung (z.B. die letzte Region, die die Kontraktion vollendet), und kann daher später als die günstigste Stelle zur Leitungsverlegung identifiziert werden.
  • Nachdem die LV- und RV-Bewegungsprofile bestimmt worden sind, (ob durch minimale/maximale Auslenkungs- oder Geschwindigkeitsprofile), werden diese Informationen, wie in Block 208 der 2 gezeigt, bei der Erzeugung eines 3D-Modells derselben verwendet. In einer Ausführungsform können die erzeugten 3D-Modelle des LV und des RV von einer farbcodierten Darstellung überlagert werden, die die maximale (oder minimale) Auslenkung oder Geschwindigkeit jedes Bereiches zeigt. Auch kann der die Kontraktion zuletzt beginnende (oder vollendende) Bereich durch Anzeigen der Zeitverzögerung der maximalen Geschwindigkeit (oder Auslenkung) jeder Region an dem Modell unter Verwendung zusätzlicher Numerik, Konturlinien und/oder farbcodierter Anzeigen sichtbar gemacht werden.
  • Danach schreitet das Verfahren 200 zur Visualisierung der Hauptherzkranzgefäße und Strukturen (z.B. des Koronarsinus, Koronararterien, Thoraxwand, LV-Wand, Blutgefäße und epikardialen Fettes) an einem durchscheinenden 3D-Modell des Herzen unter Verwendung einer 3D-Oberflächen- oder Vo lumenwiedergabe zum Block 210 fort. Ungeachtet der Stelle(n) der gewünschten Leitungsverlegung zur epikardialen Stimulation werden die Hauptgefäßlagen auch verwendet, um zu bestimmen, ob die Leitung tatsächlich durch minimalinvasive Techniken an der gewünschten Stelle platziert werden kann. Dies kann die Verlegung von Leitungen an Bereichen nahe bei Hauptgefäßen vermeiden, die anderenfalls Komplikationen verursachen könnten. Z.B. zeigt 7 ein beispielhaftes Angiogramm des Koronarsinus und seiner Zweige, das ferner die Position der RV-Leitung in Bezug auf die Gefäßlagen darstellt. 8 zeigt ein CT segmentiertes 3D-Modell des Koronarsinus und seiner Zweige, während 9 ein segmentiertes durchscheinendes CT-Modell des mit dem Koronarsinus und seinen Zweigen überlagerten Herzen darstellt.
  • Wie in Block 212 von 2 gezeigt, erkennt und visualisiert das Verfahren 200 ferner existierendes abgestorbenes Gewebe an dem LV/RV mit einer Perfusionsuntersuchung oder Koronarabbildungsuntersuchung. Wenn solches abgestorbenes Gewebe erkannt wird, wird sein Ort als am Besten geeigneter Standort zur Leitungsverlegung ausgeschlossen, um das Verlegen der Leitungen an ineffizienten Bereichen zu vermeiden. Die Lage von jeglichem abgestorbenen Gewebe wird auch an dem 3D-Modell des LV und des RV sichtbar gemacht. Ein Beispiel für solch eine Visualisierung ist in 10 dargestellt, die ein einen abgestorbenen LV bei einem Myokardinfarkt zeigendes Herz-CT-Bild darstellt. Demgemäß werden, wenn die Lage des zuletzt kontrahierenden Bereichs des posterolateralen LV, die Visualisierung der Hauptgefäße und die Lage von abgestorbenem Gewebe, falls vorhanden, gegeben sind, die Erkennung der am besten geeigneten und am nächstbesten geeigneten Stelle(n) zur Leitungsverlegung auf der posterolateralen Wand des LV abgeschlossen, wie in Block 14 der 2 gezeigt ist.
  • Obwohl die am besten geeignete und die am nächstbesten geeigneten Stellen zur Leitungsverlegung durch die oben beschriebene Abbildung und Visualisierung des sich zuletzt zusammenziehenden Bereiches der Hauptblutgefäße und des abgestorbenen Gewebes bestimmt werden können, bleibt immer noch die praktische Aufgabe, in der Lage zu sein, die Stimulationsleitungen mit minimalinvasiven Mitteln an diese gefundenen gewünschten Stellen zu führen. Demgemäß schreitet das Verfahren 200 zur Erkennung der Koronarsinuszweige, die der gefundenen am besten geeigneten bzw. am nächstbesten geeigneten Stelle am nächsten liegen, zu dem Block 216 fort. Diese Identifizierung kann durch Benutzung von Bildverarbeitungs- und Mustererkennungstechniken vollständig automatisch, wie auch durch eine Kombination aus Bedienereinwirkung und automatischem Verfahren ablaufen. Wie in dem Block 218 gezeigt, wird jede automatisierte Berechnung des besten Weges zur Stimulationsleitungsverlegung in dem 3D-Koronarsinusmodell, zusammen mit bestimmten Quantifizierungsdaten angezeigt, die Gefäßdurchmesser, den Grad der Verengung, die Länge des Weges und den Winkel zwischen dem Hauptzweig und einem Nebenzweig enthalten, aber nicht darauf beschränkt sind.
  • Die Darstellung der Ergebnisse der Koronarsinusidentifizierung können in der Form von farbcodierten Gefäßzweigen an einem durchscheinenden 3D-Herzen und undurchsichtigen dyssynchronisierten Bereichen erfolgen. Alternative Darstellungen können in Form von Pfeilen mit Text oder numerischen Angaben zu den CS-Zweigen erfolgen, die einem durchscheinenden Herzen und undurchsichtigen dyssynchronisierten Bereichen überlagert sind. Anstelle des Anzeigens des Her zen und der dyssynchronisierten Bereiche in durchsichtigen und undurchsichtigen Formaten, können andere Farben und Schattierungen benutzt werden.
  • Zusätzlich kann das Verfahren 200, wie in dem Block 220 gezeigt, ferner die Quantifizierung bestimmter relevanter Größen enthalten wie: den Durchmesser/Umfang der Hauptgefäße (z.B. Koronarsinus, posteriore Vene und posterolaterale Vene), den Abstand und Winkel von dem Koronarsinus (CS)-Eingang zu dem posterioren CS-Zweig und posterolateralen Zweig (wie in 11 gezeigt) und den Abstand von der nächsten von jedem der zuvor genannten Zweige zu der beabsichtigten Leitungsverlegungsstelle. Diese Messungen können beim Wählen der zweckmäßigen Kathetergröße und dem Einschätzen des Abstandes helfen, den der Katheter braucht, um während einer Leitungsverlegungsoperation in den CS vorgeschoben zu werden, bevor er in die Äste geleitet wird.
  • Wie in dem Block 222 gezeigt, bestimmt der Arzt danach die am besten geeignete Fläche für die Platzierung der epikardialen Stimulationselektrode auf der LV-Wand, wie auch die nächstbeste(n) Stelle(n) für deren Platzierung. Speziell kann der Arzt die Blutgefäße auf dem Epikard des linken Ventrikels erkennen und die Blutgefäße und/oder das Myokard direkt unter den Blutgefäßen als einen geeigneten Bereich ausschließen. Die Modelle dienen auch dazu, einen Chirurgen mit einem LV-Modell und einem Bewegungsprofil zum Verlegen einer Epikardleitung durch eine intrathorakale Operation (z.B. eine vorsorgliche Ersatzoperation zur Leitungsverlegung in dem Fall, dass der Koronarsinusweg nicht gangbar ist) zu versorgen.
  • Indem nun zu dem Block 224 fortgeschritten wird, wer den deutliche geometrische Markierungsmittel an interessierenden Markierungen in das Volumen eingegeben, wobei die Thoraxwand und der LV in einer durchscheinenden Weise mit den eingefügten undurchsichtigen geometrischen Markierungen sichtbar gemacht werden können. Wie in dem Block 226 dargestellt, werden spezifische 3D-Wiedergaben und axiale Bilder (wie DICOM-Bilder/3D-Modelle, Videosequenzen, Filme, Multimediaformate etc.) wie gewünscht für anschließende visuelle Bezugnahme während der Eingriffsplanung gespeichert. Die gespeicherten Abbildungen werden danach exportiert und mit dem Projektionsbild auf dem Fluoroskopiesystem oder alternativ mit den Thomosynthesebildern des 3D-Fluoroskopiesystems, wie in Block 228 gezeigt, registriert. Die Registrierung versorgt den Elektrophysiologen mit einer Echtzeit-3D-Visualisierung des Katheters im Bezug auf die optimale Leitungsverlegung.
  • Nachdem auf das Eingriffssystem zugegriffen worden ist, werden schließlich die durch den Arzt die damit importierten und registrierten Modelle sichtbar gemacht. Wie in dem Block 230 gezeigt, kann das Verfahren 200 auch verwendet werden, um spezielle grafische und numerische Berichte (z.B. Kontraktilitätsprofile, farbig angelegtes 3D-Modell, Größenmessungen, etc.) zu erzeugen, die zur Diagnose und Eingriffsplanung verwendet werden können.
  • Es wird erkannt, dass automatische Techniken verwendet werden können, um jeden der oben genannten Schritte durch Verwenden von computerunterstützter Erkennung verfügbaren Lokalisierungs- und Visualisierungsverfahren, wie z.B. quantitativer Analyse von Perfusionsdefekten, lokalisierten Kontraktilitätsprofilen (LV-Wandbewegung), Erkennung von Blutgefäßen unter Verwendung der Kontinuität des gleichen Intensitätsniveaus durchzuführen. Darüber hinaus könnten diese verfahren entweder vollständig automatisch, wenn das Verfahren und das interessierende Organ bestimmt sind, oder mit Benutzereingaben teilweise interaktiv sein.
  • Es wird ferner erkannt, dass durch die Benutzung der oben beschriebenen Verfahrens- und Systemausführungsformen die Planung der biventrikulären Stimulation dadurch verbessert worden ist, dass die erzeugten und registrierten Abbildungsinformationen einen in zweckmäßigerweise angepassten Zugang zu dem Eingriffsverfahren erlauben. Durch die Wahl des zweckmäßigen Zugangs wird die Dauer der Operation selbst verkürzt, und unnötige Operationen werden ausgeschlossen. Spezieller erhöht eine detaillierte geometrische und axiale 3D-Darstellung der quantifizierten Verzögerungen der mechanischen Kontraktionen des LV die Genauigkeit des biventrikulären Stimulationsverfahrens. Die Erkennung von gegebenenfalls vorhandenem abgestorbenem Myokard ermöglicht dem Arzt, solche Gebiete zu meiden, und die epikardiale LV-Leitung an dem gesunden, lebensfähigen Myokard zu verlegen.
  • Ein Verfahren zur Quantifizierung von Herzdyssynchronie des rechten und linken Ventrikels enthält das Gewinnen von Herzaquisitionsdaten von einem medizinischen Bildgebungssystem und das Bestimmen eines Bewegungsprofils aus den Herzaquisitionsdaten. Das Bewegungsprofil ist auf das Identifizieren eines Kontraktionsparameter auf Zeitbasis für einen Bereich des linken Ventrikels (LV) und/oder eines Kontraktionsparameters auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV gerichtet. Das bestimmte Bewegungsprofil wird durch das Erzeugen eines 3D-Modells desselben sichtbar angezeigt.
  • Obwohl die Erfindung im Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, wird von Fachleuten verstanden, dass vielfältige Änderungen gemacht und Äquivalente für ihre Elemente eingesetzt werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne ihren wesentlichen Bereich zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle als den besten Weg zum Ausführen dieser Erfindung angesehene offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (10)

  1. Verfahren (200) zum Quantifizieren von Herzdyssynchronie des rechten und linken Ventrikels, wobei das Verfahren (200) enthält: Gewinnen von Herzaquisitionssdaten von einem medizinischen Bildgebungssystem (202), Bestimmen eines Bewegungsprofils aus den Herzaquisitionsdaten (206), wobei das Bewegungsprofil auf das Bestimmen eines Kontraktionsparameter auf Zeitbasis für einen Bereich des linken Ventrikels (LV) und/oder eines Kontraktionsparameters auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV gerichtet ist, und sichtbares Anzeigen des bestimmten Bewegungsprofils (208) durch das Erzeugen eines 3D-Modells desselben.
  2. Verfahren (200) nach Anspruch 1, bei dem der Kontraktionsparameter auf Auslenkungsbasis ferner ein Auslenkungsprofil für jeden von einer Vielzahl von ausgewählten Bereichen aufweist.
  3. Verfahren (200) nach Anspruch 2, bei dem das Auslenkungsprofil für jeden von einer Vielzahl von ausgewählten Bereichen verwendet wird, um einen aus der Vielzahl von ausgewählten Bereichen zu identifizieren, der eine maximale Auslenkung im Bezug auf eine Anfangsposition desselben bei einem gegebenen Herzzykluspunkt aufweist.
  4. Verfahren (200) nach Anspruch 1, bei dem der Kontraktionsparameter auf Zeitbasis ferner Informationen über das Zuletzt-Kontrahieren gestützt auf Informationen über die Auslenkung gegenüber der Zeit im Verlauf eines Herzzyklus für jeden von einer Vielzahl von ausgewählten Bereichen aufweist.
  5. Verfahren (200) nach Anspruch 4, bei dem ein Bereich aus der Vielzahl von ausgewählten Bereichen, der zuletzt kontrahiert, identifiziert wird, indem bestimmt wird, welcher aus der Vielzahl von ausgewählten Bereichen zuletzt eine maximale Auslenkung desselben erreicht.
  6. Verfahren (200) nach Anspruch 1, bei dem der Kontraktionsparameter auf Zeitbasis ferner Informationen über das Zuletzt-Kontrahieren gestützt auf ein Geschwindigkeitsprofil für jeden von einer Vielzahl von ausgewählten Bereichen aufweist.
  7. Verfahren (200) nach Anspruch 6, bei dem das Geschwindigkeitsprofil ferner Informationen über die Geschwindigkeit gegenüber der Zeit im Verlauf eines Herzzyklus für jeden von einer Vielzahl von ausgewählten Bereichen aufweist.
  8. Verfahren (200) nach Anspruch 7, bei dem die Informationen über das Zuletzt-Kontrahieren von der Vielzahl von ausgewählten Bereichen identifiziert werden, indem bestimmt wird, welcher aus der Vielzahl von ausgewählten Bereichen zuletzt eine maximale Geschwindigkeit desselben erreicht.
  9. Verfahren (200) zum Planen der Leitungsverlegung zur biventrikulären Stimulation an einem Patienten, wobei das Verfahren enthält: Gewinnen der Herzaquisitionsdaten von einem medizinischen Bildgebungssystem (202), Bestimmen eines Bewegungsprofils aus den Herzaquisitionsdaten (206), wobei das Bewegungsprofil auf das Bestimmen eines Kontraktionsparameters auf Zeitbasis für einen Bereich des linken Ventrikels (LV) und/oder eines Kontraktionsparameters auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV gerichtet ist, sichtbares Anzeigen des bestimmten Bewegungsprofils (208) durch Erzeugen eines 3D-Modells desselben, Visualisieren eines oder mehrerer Koronargefäße an dem erzeugten 3D-Modell (210) und Identifizieren wenigstens eines geeigneten Bereiches auf der Wand des linken Ventrikels zur Epikardleitungsverlegung (214).
  10. Verfahren (200) zum Planen der Leitungsverlegung zur biventrikulären Stimulation an einem Patienten, wobei das Verfahren enthält: Gewinnen der Herzaquisitionsdaten von einem medizinischen Bildgebungssystem (202), Bestimmen eines Bewegungsprofils aus den Herzaquisitionsdaten (206), wobei das Bewegungsprofil auf das Bestimmen eines Kontraktionsparameters auf Zeitbasis für einen Bereich des linken Ventrikels (LV) und/oder eines Kontraktionsparameters auf Auslenkungsbasis für einen Bereich des LV gerichtet ist, sichtbares Anzeigen des bestimmten Bewegungsprofils (208) durch Erzeugen eines 3D-Modells desselben, Visualisieren eines oder mehrerer Koronargefäße an dem erzeugten 3D-Modell (210), Identifizieren wenigstens eines geeigneten Bereiches auf der Wand des linken Ventrikels zur Epikardleitungsverlegung (214), Identifizieren der Koronarsinuszweige, die dem wenigstens einen geeigneten Bereich (216) am nächsten liegen, und Anzeigen der identifizierten Koronarsinusbereiche an dem 3D-Modell (218), Identifizieren einer oder mehrerer anatomischer Markierungen des linken Ventrikels an dem 3D-Modell (224), Registrieren der gespeicherten Ansichten des 3D-Modells (130) auf einem Interventionssystem (228) und Visualisieren einer oder mehrerer der registrierten gespeicherten Ansichten mit dem Interventionssystem (226) und Identifizieren einer minimalinvasiven Route zur Epikardleitungsverlegung an dem wenigstens einen geeigneten Bereich an der Wand des linken Ventrikels (222).
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