DE60031616T2

DE60031616T2 - Vorichtung zur intrakardialen Vermessung des Zustandes einer Herzkammer

Info

Publication number: DE60031616T2
Application number: DE60031616T
Authority: DE
Inventors: Margarita Osadchy; Daniel Reisfeld
Original assignee: Biosense Webster Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: DK1086649T3; ATE343962T1; EP1086649A1; DE60031616D1; CA2320068A1; PT1086649E; CA2320068C; CY1105906T1; KR100700904B1; AU768279B2; ES2275475T3; IL138546A; JP4836314B2; KR20010067202A; JP2001137206A; EP1086649B1; US6385476B1; IL138546A0; AU5950700A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zur Untersuchung des Zustandes eines Organs eines Patienten und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Untersuchung der elektrischen Aktivität einer oder mehrerer Herzkammern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kardiale Arrhythmien, die gewöhnlichste davon eine ventrikuläre Tachykardie (VT), stellen eine hauptsächliche Todesursache dar. Bei den meisten Patienten wird die VT durch eine 1 mm bis 2 mm große Läsion verursacht, die sich nahe an der Innenfläche der Herzkammer befindet. Eine Behandlung für VT beinhaltet die Abbildung der elektrischen Pfade des Herzens, um die Läsion aufzufinden, worauf eine Ablation des aktiven Zentrums erfolgt.
Das US-Patent 5.546.951 und die PCT-Anmeldung WO96/05768 offenbaren Methoden zum Abtasten einer elektrischen Eigenschaft des Herzgewebes, wie zum Beispiel eine lokale Aktivationszeit als Funktion der präzisen Position innerhalb des Herzens. Die Daten werden mit einem oder mehreren Kathetern erfasst, die in das Herz eingeführt werden, wobei die Katheter elektrische und Positionssensoren in ihren distalen Spitzen haben. Methoden zum Erstellen einer Abbildung der elektrischen Aktivität des Herzens, die auf diesen Daten basieren, sind angegeben in EP-A-0974936 und der gemeinsamen europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-1070480. Wie in diesen Anmeldungen angegeben, werden die Position und elektrische Aktivität anfänglich vorzugsweise an ca. 10 bis ca. 20 Stellen an der Innenfläche des Herzens gemessen. Diese Datenpunkte reichen dann gewöhnlich aus, um eine vorbereitende Rekonstruktion oder Abbildung der Herzoberfläche einer zufriedenstellenden Qualität zu erstellen. Die vorbereitende Abbildung kann mit Daten kombiniert werden, die an zusätzlichen Stellen erfasst wurden, um eine umfangreichere Abbildung der elektrischen Aktivität des Herzens zu erstellen. Die somit enststandene ausführliche Abbildung kann dann als Grundlage für die Entscheidung darüber dienen, welche therapeutischen Maßnahmen getroffen werden sollen, wie zum Beispiel eine Gewebeablation, um die Fortleitung der elektrischen Aktivität des Herzens zu ändern und wieder einen normalen Herzrhythmus herzustellen.
Katheter, die Positionssensoren enthalten, können verwendet werden, um die Trajektorie der Punkte auf der Herzoberfläche zu bestimmen. Diese Trajektorien können zum Ableiten der Bewegungseigenschaften, wie zum Beispiel der Kontraktilität des Gewebes, verwendet werden. Wie in US-Patent 5.738.096 angegeben, können Abbildungen solcher Bewegungseigenschaften konstruiert werden können, wenn die Trajektorieninformationen an einer ausreichenden Anzahl von Stellen im Herzen erfasst werden. Eine hochwertige vorbereitende Abbildung der Bewegungseigenschaften ist von der Erfassung einer ausreichenden Anzahl von Stellen abhängig, die innerhalb des Volumens der Herzkammer dargestellt sind.
Bei der Erstellung dieser vorbereitenden Abbildungen ist es wünschenswert, dass die Daten an Stellen erfasst werden, die ausreichende Abstände haben, um das gesamte Volumen der zu untersuchenden Kammer darzustellen. Wenn die vorbereitende Abbildung das Herzvolumen ausreichend darstellt, ermöglicht eine Erfassung von zusätzlichen Stellen gewöhnlich eine detaillierte Rekonstruktion, um eine genaue Diagnose und Behandlung zu ermöglichen. Gewöhlich führt eine unvollständige Erfassung, wie zum Beispiel durch Lokalisierung der Probenstellen auf nur einem Teil des Herzvolumens jedoch zur Erstellung einer unvollständigen Abbildung. Eine weitere Erfassung könnte zu einer ausführlicheren Abbildung des teilweisen Herzvolumens führen, was aber für eine richtige Diagnose und Behandlung unzureichend sein könnte.
Bei der Erstellung von Abbildungen des Herzens unter Verwendung des oben angegebenen Systems werden die ursprünglichen Datenpunkte für die vorbereitende Rekonstruktion gewöhnlich mithilfe einer Imaging-Modalität, wie zum Beispiel der Fluoroskopie erfasst, die dem Kardiologen ermöglicht, die Einführung des Kathetherspitze in die Herzkammer zu beobachten. Nachdem die vorbereitende Abbildung erstellt wurde, können anschließend weitere Stellen mithilfe der vorbereitenden Abbildung und einem Positionssystem, das zum Beispiel auf elektromagnetischen oder akustischen Sensoren basiert, erfasst werden. Leider bietet eine nicht unterstützte Fluoroskopie eine relativ schlechte Visualisierung der topografischen Merkmale innerhalb des Herzens. Obwohl eine kontrastunterstützte Fluoroskopie, bei der ein Kontrastmittel in die zu untersuchende Herzkammer injiziert wird, die Betrachtung der Topografie bedeutend verbessert, verschleiert das Kontrastmittel die Betrachtung der Katheterspitze. Somit reicht eine Fluoroskopie nicht aus, um den Kardiologen richtig an die Stellen im Inneren des Herzens zu leiten, was erforderlich ist, um eine vorbereitende Abbildung der elektrischen Aktivität, die ungefähr das gesamte Herzvolumen umfasst, zu erstellen. Die potenziell schädlichen Auswirkungen der ionisierenden Strahlung auf den Patienten beschränken auch die Datenmenge, die untere Fluoroskopie erfasst werden kann.
Die elektrische Aktivität an einer Stelle im Herzen wird typischerweise durch Einführen eines Katheters, der einen elektrischen Sensor an oder nahe an seiner distalen Spitze hat, zu dieser Stelle im Herzen gemessen, wobei das Gewebe einen guten Kontakt mit dem Sensor hat, der an dieser Stelle Daten erfasst. Anderenfalls kann eine elektrische Aktivität mit Kathetern gemessen werden, die mehrere Elektroden enthalten.
Es ist gewöhnlich wichtig, einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden und dem Gewebe aufrechtzuerhalten, um einen zuverlässigen und stabilen elektrischen Wert zu erhalten. Mithilfe der Fluoroskopie werden Bilder erzeugt, die einen Mangel an topografischem Detail aufweisen. Somit ist die Katheterspitze bei den Messungen mithilfe dieser Imaging-Modalität möglicherweise nicht tatsächlich mit dem Gewebe in Berührung. Anderenfalls könnte es möglich sein, während der Durchführung dieser Messungen das intrakardiale Gewebe durch einen übermäßigen Druck der Katheterspitze auf das Gewebe zu verletzen.
Eine Abbildungsvorrichtung, welche die Merkmale der Einleitung von Anspruch 1, die hieran angehängt ist, beinhaltet, ist in US 5.694.945 angegeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur intrakardialen Untersuchung des Zustandes einer Herzkammer eines Patienten, wie in Anspruch 1 definiert. Die Vorrichtung der Erfindung führt die Untersuchung mithilfe eines Katheters mit einer distalen Spitze aus, in der oder in deren Nähe sich ein Zustandssensor befindet. Der Zustandssensor ist in der Lage, Informationen über den Zustand der Herzkammer zu ermitteln. Eine Methode zum Einsatz der Vorrichtung der Erfindung beinhaltet folgende Schritte:

a) Erfassung eines ersten Bildes der Kammer, das topografische Informationen über die Kammer enthält;
b) Einschieben der distalen Spitze des Katheters in die Kammer;
c) Erfassung eines zweiten Bildes, das eine Darstellung der distalen Spitze des Katheters in der Kammer beinhaltet;
d) Anzeige einer Überlagerung der topografischen Informationen, die unter Schritt (a) erfasst wurden, mit dem zweiten Bild von Schritt (c), um ein angezeigtes, überlagertes Bild, das Darstellungen der topografischen Informationen und der distalen Spitze des Katheters beinhaltet, zu erstellen;
e) Erfassung der Zustandsinformationen an einer Erfassungsstelle an der Kammer mit dem Zustandssensor, wobei der Erfassungspunkt von den Punkten am angezeigten überlagerten Bild von Schritt (d) gewählt wird, die nahe den topografischen Informationen liegen;
f) Wiederholung des Schrittes (e) an einer oder mehreren zusätzlichen Erfassungsstellen, wobei diese Stellen eine ausreichende Anzahl und ausreichende Abstände in der ganzen Kammer haben, um die Erstellung einer Übersichtsabbildung des Zustandes in der Kammer zu ermöglichen.

Eine bevorzugte Methode beinhaltet folgende Schritte:

a) Erfassung eines ersten, kontrastunterstützten fluoroskopischen Bildes der Kammer;
b) Erstellung eines Konturbildes des Inneren der Kammer vom kontrastunterstützten fluoroskopischen Bild;
c) Einführung der distalen Spitze des Katheters in die Kammer;
d) Erfassung eines zweiten, nicht kontrastunterstützten fluoroskopische Bildes, das eine Darstellung der distalen Spitze des Katheters in der Kammer beinhaltet. Das erste Bild und das zweite Bild werden durch eine gemeinsame Projektion relativ zum Patienten erfasst;
e) Anzeige einer Überlagerung des Konturbildes von Schritt (b) mit dem fluoroskopischen Bild von Schritt (d), um ein überlagertes Bild zu generieren;
f) Erfassung von Zustandsinformationen an einer Erfassungsstelle an der Kammer mit dem Zustandssensor, wobei die Erfassungsstelle von den Punkten auf dem angezeigten überlagerten Bild von Schritt (e) gewählt wird, die nahe den topografischen Informationen liegen;
g) ein- bzw. mehrmalige Wiederholung von Schritt (f) an einer oder mehreren zusätzlichen Erfassungsstellen, wobei diese Stellen eine ausreichende Anzahl und ausreichende Abstände in der ganzen Kammer haben, um die Erstellung einer Übersichtsabbildung des Zustandes in der Kammer zu ermöglichen.

Eine weitere bevorzugte Methode beinhaltet folgende Schritte:

a) Erfassung eines ersten kontrastunterstützten fluorokopischen Bildes der Kammer, wobei das erste kontrastunterstützte fluoroskopische Bild von einer ersten Projektion relativ zum Patienten erfasst wird;
b) Erstellung eines ersten Konturbildes des Inneren der Kammer vom ersten kontrastunterstützten fluoroskopischen Bild;
c) Erfassung eines zweiten kontrastunterstützten fluoroskopischen Bildes der Kammer, wobei das zweite kontrastunterstützte fluoroskopische Bild von einer zweiten Projektion relativ zum Patienten erfasst wird;
d) Erstellung eines zweiten Konturbildes des Inneren der Kammer vom zweiten kontrastunterstützten fluoroskopischen Bild;
e) Einführung der distalen Spitze des Katheters in die Kammer;
f) Erfassung eines ersten nicht kontrastunterstützten fluoroskopischen Bildes, das eine Darstellung der distalen Spitze des Katheters in der Kammer beinhaltet, wobei das erste nicht kontrastunterstützte fluoroskopische Bild von der ersten Projektion relativ zum Patienten erfasst wird;
g) Anzeige einer Überlagerung des ersten Konturbildes von Schritt (b) mit dem ersten, nicht kontrastunterestützten fluoroskopischen Bild von Schritt (f), um ein erstes überlagertes Bild zu generieren;
h) Erfassung der Zustandsinformationen an einer Erfassungsstelle an der Kammer mit dem Zustandssensor, wobei die Erfassungsstelle von Punkten am angezeigten überlagerten Bild von Schritt (g) gewählt wird, die dem ersten Konturbild naheliegen;
i) Erfassung eines zweiten nicht kontrastunterstützten fluoroskopischen Bildes, das eine Darstellung der distalen Spitze des Katheters in der Kammer beinhaltet, wobei das zweite nicht kontrastunterstützte fluoroskopische Bild von der zweiten Projektion relativ zum Patienten erfasst wird;
j) Anzeige einer Überlagerung des zweiten Konturbildes von Schritt (d) mit dem zweiten nicht kontrastunterstützten fluoroskopischen Bild von Schritt (i), um ein zweites überlagertes Bild zu erstellen;
k) Erfassung der Zustandsinformationen an einer Erfassungsstelle an der Kammer mit dem Zustandssensor, wobei die Erfassungsstelle von Punkten am angezeigten überlagerten Bild von Schritt (i) gewählt wird, die dem zweiten Konturbild naheliegen;
l) Wiederholung der Schritte (h) und (k) an einer oder mehreren zusätzlichen Erfassungsstellen, wobei diese Stellen eine ausreichende Anzahl und ausreichende Abstände in der ganzen Kammer haben, um die Erstellung einer Übersichtsabbildung des Zustandes in der Kammer zu ermöglichen.

Noch eine weitere bevorzugte Methode beinhaltet außerdem den Schritt zur Markierung der Anzeige des überlagerten Bildes, um die Stellen an der Kammer zu identifizieren, an denen die Zustandsinformationen erfasst wurden.
Die Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zur intrakardialen Untersuchung des Zustandes einer Herzkammer eines Patienten, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert. Die Vorrichtung der Erfindung beinhaltet Folgendes:

a) Mittel zur Anzeige einer Überlagerung von topografischen Informationen eines ersten erfassten Bildes mit einem zweiten Bild; und
b) Mittel zur Erfassung von Zustandsinformationen an einer Reihe von Stellen in der Kammer, wobei diese Stellen eine ausreichende Anzahl und ausreichende Abstände in der ganzen Kammer haben, um die Erstellung einer Übersichtsabbildung des Zustandes in der Kammer zu ermöglichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung der Erfindung außerdem Mittel zur Markierung der Anzeige, um die Stellen in der Kammer zu identifizieren, an denen die Zustandsinformationen erfasst wurden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung der Erfindung außerdem Mittel zur Erstellung der topografischen Informationen vom ersten Bild. Es ist ein Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die für die Untersuchung des Zustandes einer Herzkammer geeignet ist, um die Erstellung einer vorbereitenden Abbildung des Zustandes in der Kammer zu ermöglichen.
Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die für die Untersuchung einer Herzkammer geeignet ist, wobei vermieden wird, dass die Datenerfassung nur an einem lokalisierten Teil des Entnahmevolumens erfolgt.
Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die für die Untersuchung des Zustandes einer Herzkammer geeignet ist, um die Rekonstruktion detaillierter Abbildungen zu ermöglichen, die wiederum eine genauere Diagnose und Behandlung des Herzens ermöglichen.
Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die zur Untersuchung einer Herzkammer geeignet ist, wobei die Wahrscheinlichkeit einer Verletzung des Herzgewebes während der Erfassung von Zustandsdaten reduziert wird.
Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die für die Untersuchung des Zustandes einer Herzkammer geeignet ist, und die die nachteiligen Auswirkungen der ionisierenden Strahlung während der Erfassung der Untersuchungsdaten auf ein Minimum beschränkt.
Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die für die Untersuchung des Zustandes einer Herzkammer geeignet ist, und die die Fähigkeit zum Markieren der angezeigten Informationen bereitstellt, um die Stellen am Herzen, an dem diese Informationen erfasst wurden, anzuzeigen.
Es ist der Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung zur Untersuchung des Zustandes einer Herzkammer in einem Prozess, der die oben aufgeführten Eigenschaften besitzt, bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein LV-Diagramm (LV-gram) des linken Ventrikels eines humanen Herzens, das von der rechts-schrägen Projektion (RAO) aufgenommen wurde;
2 ist ein fluoroskopisches Bild eines Kathethers im Herz von 1, das der rechts-schrägen Projektion entnommen wurde;
3 ist das LV-Diagramm von 1, in der ein Konturbild über dem Inneren des linken Ventrikels erstellt wurde;
4 ist das extrahierte Konturbild von 3;
5 ist eine Überlagerung des Konturbildes von 4 und des fluoroskopischen Bilds von 2;
6 ist das Bild von 5, in dem die Anzeige so markiert wurde, dass Stellen in der Kammer, an denen die Zustandsinformationen erfasst wurden, angezeigt werden;
7 ist das Äquivalent des Bildes von 6, das in der links-schrägen Projektion aufgenommen wurde;
8 ist eine Darstellung eines Algorithmus, der zur automatischen Suche einer Katheterspitze in einem angezeigten Bild eingesetzt wird; und
9 zeigt eine Vorrichtung der Erfindung zur Durchführung der Methode, wie vorangehend beschrieben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur intrakardialen Untersuchung des Zustandes einer Herzkammer eines Patienten. Die Vorrichtung der Erfindung eignet sich zur Untersuchung des Zustandes einer beliebigen Herzkammer, ist aber besonders für die Untersuchung des Zustandes des linken Herzventrikels geeignet.
Die Vorrichtung der Erfindung kann zur Untersuchung eines oder mehrerer Zustände oder einer oder mehrerer Eigenschaften des Gewebes, aus dem die Herzkammern bestehen, verwendet werden. Wenn in diesem Dokument der Begriff „Zustand" verwendet wird, bezieht er sich entweder auf eine skalare oder Vektorgröße und könnte zum Beispiel eine elektrische Eigenschaft, eine Temperatur, einen Druck, einen pH-Wert, eine Messung der lokalen Herzbewegung oder beliebige andere Zustände oder Kombinationen davon beinhalten. Die Vorrichtung der Erfindung ist besonders für die Untersuchung der elektrischen Eigenschaften einer Herzkammer geeignet, einschließlich der Spannung, Impedanz, Leitgeschwindigkeit und lokalen Aktivierungszeit (LAT), aber nicht darauf beschränkt.
Wenn in diesem Dokument der Begriff „Untersuchung" verwendet wird, bezieht er sich auf die Erfassung von Daten über den Zustand der Herzkammer an repräsentativen Stellen in der ganzen Kammer. Die Zustandsinformationen können individuell erfasst werden, oder sie können zusammen mit Positionsinformationen erfasst werden, damit jeder Datenpunkt die Zustandsinformationen an einer bestimmten dreidimensionalen Koordiate innerhalb der Kammer widerspiegelt. Wenn bei der Untersuchung viele Punkte erfasst werden, könnte die Untersuchung dabei nützlich sein, eine umfassende Darstellung der Zustandsinformationen in der ganzen Herzkammer bereitzustellen. Alternativ könnte die Untersuchung vorbereitend sein, und in diesem Fall werden relativ wenige Punkte in der Kammer erfasst. Jedoch könnten die resultierenden Daten auch im Fall einer vorbereitenden Untersuchung zur Erstellung einer „Randabbildung" der Kammer verwendet werden, vorausgesetzt, dass die Anzahl und die Verteilung der Punkte in der Kammer ausreichend sind, wobei der detaillierte Zustand dieser Abbildung mithilfe von mehreren nachfolgenden und umfangreichen erfassten Daten bestimmt werden kann. Die Vorrichtung der Erfindung ist besonders für die Durchführung dieser Art von vorbereitenden Untersuchungen nützlich.
Die Erfindung wird nun bezüglich einer Vorrichtung zur Messung der elektrischen Eigenschaften des Herzens beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass unter Verwendung der entsprechenden Sensoren die Vorrichtung der Erfindung gleichermaßen auf die Messung beliebiger, oben angegebener Zustände angewandt werden kann.
Der Zustand der Herzkammer wird durch einen oder mehrere Sensoren gemessen, die sich an oder nahe bei der distalen Spitze eines Katheters befinden, der in die zu untersuchende Kammer eingeführt wird. Im Fall eines Katheters, der einen einzelnen Zustandssensor hat, wird der Sensor vorzugsweise an der distalen Spitze des Katheters gehalten. Unter Verwendung eines solchen Katheters mit einem einzigen Zustandssensor werden die Zustandsinformationen bezüglich des Gewebes in der Herzkammer punktweise abgetastet und erfasst. Der Zustand an jeder beliebigen Stelle in der Herzkammer wird bestimmt, indem der Katheter an diese Stelle geschoben wird, wobei er vorzugsweise das Gewebe an dieser Stelle mit dem Sensor berührt, der sich an der distalen Spitze des Katheters befindet, und die Zustandsinformationen über einen bestimmten Zeitraum erfasst. Typischerweise werden die Daten an jedem Punkt als eine Funktion der Zeit für einen oder mehrere Herzzyklen erfasst. Diese Daten werden dann in einem Computer zur zukünftigen Verwendung gespeichert, wie zum Beispiel zur Erstellung einer zwei- oder dreidimensionalen Abbildung, die den gemessenen Zustand in der ganzen oder in einem Teil der Kammer darstellt.
Katheter, die in der Vorrichtung der Erfindung verwendet werden, können mehr als nur einen Zustandssensor enthalten. Katheter, die mehrere Sensoren enthalten, die zum Charakterisieren der elektrischen Eigenschaften des Herzgewebes nützlich sein könnten, werden zum Beispiel in den US-Patenten 5.409.000, 5.588.432, 5.931.863, 5.931.835 und 5.921.924 beschrieben. Der Einsatz von Kathetern mit mehreren Sensoren in der Vorrichtung der Erfindung ermöglicht die gleichzeitige Messung von Zustandsinformationen an mehreren Punkten in der Herzkammer, wodurch der Zeitraum, der für die Beurteilung des Allgemeinzustandes der Herzkammer erforderlich ist, potenziell reduziert werden kann.
Der Katheter, der in der Vorrichtung der Erfindung verwendet wird, beinhaltet vorzugsweise außerdem einen oder mehrere Sensoren, die nahe an seiner distalen Spitze sind, und die zur genauen Messung der Position bzw. der Orientierung der Katheterspitze im Körper, und insbesondere im Herzen des Patienten, verwendet werden können. Der Positionssensor kann beispielsweise durch das Abtasten oder durch die Übertragung von akustischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feldern betrieben werden. Ein Sensor für elektromagnetische Felder wird als Positionssensor bevorzugt. Vorzugsweise werden Positionsinformationen von den Positionssensoren abgetastet und gleichzeitig mit dem Abtasten der Zustandsinformationen durch den Zustandssensor erfasst. Katheter mit Sensoren, die zur Messung von elektrischen Eigenschaften des Herzgewebes fähig sind, und die Position der Katheterspitze werden beispielsweise beschrieben in der PCT-Anmeldung WO96/05768. Als Beispiel ist der Katheter NAVI-STAR^TM, der von Biosense-Webster, Inc., Diamond Bar, Kalifornien, erhältlich ist, ein Katheter, der sowohl elektrische Zustandssensoren als auch Positionssensoren enthält und der nützlich sein kann.
Der Katheter, der in der Vorrichtung der Erfindung verwendet wird, könnte außerdem Mittel zur Durchführung von Behandlungen des Gewebes der Herzkammer beinhalten. Eine endokardiale Ablation ist im Fachbereich zum Beispiel gut als therapeutische Technik zur Korrektur einer kardialen Arrhythmie bekannt. Eine solche Therapie könnte zum Beispiel durch die Zuführung von Hochfrequenzenergie zum erkrankten Gewebe von einer Elektrode, die an der distalen Spitze des Katheters angebracht ist, bewirkt werden.
Eine Methode zum Einsatz der Erfindung beinhaltet allgemein folgende Schritte:

a) Erfassung eines ersten Bildes der Kammer, das topografische Informationen über die Kammer enthält;
b) Einschieben der distalen Spitze des Katheters in die Herzkammer;
c) Erfassung eines zweiten Bildes, das eine Darstellung der distalen Spitze des Katheters in der Kammer beinhaltet;
d) Anzeige einer Überlagerung der topografischen Informationen, die in Schritt (a) erfasst wurden, mit dem zweiten Bild von Schritt (c), um ein angezeigtes überlagertes Bild zu erstellen, das Darstellungen der topografischen Informationen und der distalen Spitze des Katheters beinhaltet;
e) Erfassung von Zustandsinformationen an einem Erfassungspunkt an der Kammer mit dem Zustandssensor, wobei die Erfassungsstelle aus Punkten am angezeigten überlagerten Bild von Schritt (d) ausgewählt wird, die den topografischen Informationen naheliegen;
f) Wiederhoung von Schritt (e) an einer oder mehreren zusätzlichen Erfassungsstellen, wobei die Stellen eine ausreichende Anzahl und ausreichende Abstände in der ganzen Kammer haben, um die Erstellung einer Übersichtsabbildung des Zustandes in der Kammer zu ermöglichen.

Der erste Schritt bei dieser Methode ist die Erfassung eines ersten Bildes der Herzkammer, das topografische Informationen enthält. Die topografischen Merkmale, die typischerweise im Bild enthalten sind, sind u. a. die Grenze bzw. Kontur des Inneren der Kammer, obwohl andere topografische oder pathologische Merkmale ebenfalls dargestellt werden können. Beispielhafte Imaging-Modalitäten, die verwendet werden können, um das erste Bild zu erfassen, sind u. a. Single-Photon-Emissionscomputertomografie (SPECT), Positronenemissionstomografie (PET), zwei- oder dreidimensionale Echokardiografie, Kernspintomografie (MRI), Computertomografie (CT) und Fluoroskopie. Einige dieser Modalitäten, wie zum Beispiel Fluoroskopie, erfordern evtl. die Injektion eines Kontrastmittels in den Blutstrom oder in die Herzkammer, um die topografischen Merkmale der Herzkammer zu visualisieren. Aufgrund der Tatsache, dass die Fluoroskopie eine häufig verwendete Imaging-Modalität in Katheterisierungslabors ist, ist die kontrastunterstützte Fluoroskopie die bevorzugte Imaging-Modalität zur Erfassung des ersten Bildes, das topografische Informationen enthält.
Im Fall der kontrastunterstützten Fluoroskopie, und evtl. auch mit anderen Imaging-Modalitäten wird das erste Bild der Kammer, das topografische Informationen enthält, dynamisch erfasst, d. h. Sequenzbilder werden nach der Injektion des Kontrastmittels erfasst. Sequenzbilder werden für mindestens einen und vorzugsweise für mehrere Herzzyklen erfasst. Im Effekt wird ein „bewegliches Bild" der Herzkammer mit mehreren Einzelbildern (Frames) erfasst. Bei einigen Anwendungen wird die Wahl eines einzelnen Frames des dynamisch erfassten Bildes zur späteren Verwendung bevorzugt. Für diese Anwendungen wird der einzelne Frame, der mit dem enddiastolischen Teil des Herzzyklus korrespondiert, bevorzugt. Andererseits kann jeder beliebige andere Frame gewählt werden, vorausgesetzt, dass er konsistent für die Extrahierung der Kontur und für die spätere Anzeige von Bildern, die Darstellungen der Katheterspitze enthalten, verwendet wird.
Die enddiastolische Stelle im Herzzyklus ist diejenige Stelle, an der die Ventrikel vor der Kontraktion maximal dilatiert sind. Der Frame, der mit der Kammer in der Enddiastole korrespondiert oder sie anzeigt, kann mithilfe verschiedener Methoden gewählt werden. Die Frames können manuell besichtigt werden, und der enddiastolische Frame kann unmittelbar vor der ventrikulären Kontraktion als der Frame gewählt werden. Anderenfalls kann der enddiastolische Frame automatisch unter Verwendung von Bildverarbeitungstechniken bestimmt werden. Beispielsweise kann die Grenze bzw. die Kontur der Kammer in jedem Frame mithilfe eines Algorithmus wie zum Beispiel Schlangen (snakes) extrahiert werden. Der Frame, dessen Konturen den maximalen Bereich umgrenzen, korrespondiert mit dem enddiastolischen Frame. Anderenfalls kann der Frame, der mit der Enddiastole korrespondiert, mit einem an der Körperoberfläche ableitbaren Elektrokardiogramm (EKG) korreliert werden. Besonders der enddiastolische Frame kann durch ein bestimmtes Merkmal der QRS-Welle der an der Körperoberfläche ableitbaren EKG definiert werden.
In dem Fall, in dem der linke Ventrikel (LV) der Gegenstand der Untersuchung ist, beinhaltet das erste Bild vorzugsweise ein kontrastunterstütztes Fluoroskopiebild des linken Ventrikels, das gewöhnlich LV-Diagramm (LV-gram) genannt wird. Ein LV-Diagramm des humanen Herzens, das das Ventrikel in der Enddiastole anzeigt, die von der rechts-schrägen Projektion aufgenommen wurde, ist in 1 gezeigt. Wie aus 1 ersichtlich, stellt der dunkle Bereich das Innere des linken Ventrikels dar, das mit einem Kontrastmittel gefüllt ist. Da der Ventrikel vollständig mit dem Kontrastmittel gefüllt ist, sind die topografischen Merkmale des Ventrikels, d. h. die Ventrikelgrenze bzw. -kontur (12) im LV-Diagramm deutlich sichtbar.
Nachdem der Katheter, der den Zustandssensor beinhaltet, in die zu untersuchende Herzkammer eingeschoben wurde, beihaltet der nächste Schritt die Erfassung eines zweiten Bildes der Kammer, das den darin vorhandenen Katheter anzeigt. Das zweite Bild kann mithilfe verschiedener Imaging-Modalitäten, wie zum Beispiel Fluoroskopie, Echokardiografie, Kernspintomografie (MRI) oder Computertomogafie (CT) erfasst werden. Aufgrund der Allgegenwart der Fluoroskopie im Katheterisierungslabor ist sie die bevorzugte Modalität für die Aufnahme des zweiten Bildes. 2 enthält ein Fluoroskopiebild des Herzens von 1, das in einer rechts-schrägen Projektion aufgenommen wurde. Das Bild in 2 zeigt den Katheter (21), der eine distale Spitze (22) mit einem darin enthaltenen elektrischen Sensor (23) hat. Wie in 2 gezeigt, ist das nicht kontrastunterstützte Bild für die Bereitstellung einer gut sichtbaren visuellen Führung bezüglich der internen Ventrikelwände jedoch nicht besonders nützlich. Außerdem erstreckt sich das fluoroskopische Bild bis zum Epikardium. Dementsprechend könnte eine Erfassung der Zustandsinformationen am Endokardium unter fluoroskopischer Kontrolle allein zu einer unvollständigen Erfassung in nur einem Teil der Herzkammer erfolgen, und könnte bezüglich der Identifikation von Erfassungspunkte an der Herzwand weniger informativ sein.
Der nächste Schritt bei der Anwendung dieses Verfahrens beinhaltet die Anzeige einer Überlagerung der topografischen Informationen vom ersten Bild mit dem zweiten Bild, das eine Darstellung der distalen Spitze (22) des Katheters beinhaltet. Bei der Anwendung des Verfahrens, bei dem dynamisch erfasste Imaging-Modalitäten verwendet werden, können verschiedene Überlagerungen zur Anzeige der topografischen Informationen zusammen mit dem Bild, das die Katheterspitze (22) enthält, erfolgen. Im Fall der kontrastunterstützten Fluoroskopie als Modalität für die Erfassung des ersten Bildes, das topografische Informationen über die Herzkammer enthält, wird das kontrastunterstützte Bild dynamisch erfasst. Dementsprechend könnte entweder ein dynamisch bewegliches Bild der Herzkammer oder ein statisches Bild an einer einzelnen Stelle im Herzzyklus in der angezeigten Überlagerung verwendet werden. Ebenso wird eine nicht kontrastunterstützte Fluoroskopie, die zur Abbildung der Katheterspitze (22) in der Herzkammer verwendet wird, ebenfalls dynamisch erfasst, so dass entweder ein dynamisches oder ein statisches Bild, das die Katheterspitze enthält, verwendet werden kann.
Die Erstellung eines überlagerten, angezeigten Bildes erfüllt einen doppelten Zweck: Erstens wird das Führen der Katheterspitze (22) an die Wand der zu untersuchenden Herzkammer erleichtert, und zweitens wird eine Visualisierung bereitgestellt, die dem Kardiologen ermöglicht, Daten an maßgeblichen Stellen in der ganzen Kammer zu erfassen. Eine einfache Überlagerung der Bilder in 1 und 2 wäre für diese Zwecke unzureichend, da der dunkle Bereich des LV-Diagramms von 1, das das Innere des linken Ventrikels anzeigt, das Bild der Katheterspitze (22) vollständig verdunkeln würde. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Konturinformationen von 1 vor der Überlagerung mit dem Bild von 2 zu extrahieren oder abzuleiten.
3 ist ein LV-Diagramm des in 1 gezeigten Ventrikels, in dem das Konturbild (31) über der Kontur der Innenwand des Ventrikels (11) erstellt wurde. Das Konturbild kann zum Beispiel auf eine von drei verschiedenen Weisen erstellt werden:
A. Manuelle Erstellung des Konturbildes:
Das kontrastunterstützte Bild wird in ein Zeichnungsprogramm importiert, und ein kontinuierliches Konturbild wird mithilfe des Zeichnungstools um die gesamte Kontur des Ventrikels gezeichnet, indem man den Mauszeiger oder ein ähnliches Zeigegerät vollständig um die Kontur herum zieht. Anderenfalls kann das kontrastunterstützte Bild an diskreten Stellen mit dem Zeichnungstool manuell markiert werden, und die Kontur kann zum Beispiel unter Verwendung von Spline-Kurven zwischen diesen Punkten interpoliert werden.
B. Automatische Erstellung des Konturbildes:
Das Konturbild wird erstellt und automatisch mithilfe eines Konturverfolgungsalgorithmus, wie Schlangen (Snakes) extrahiert. Diese Schlangen wurden ursprünglich als Regulierungsansatz zum Anordnen von Konturen eingebracht (siehe M. Kass, A. Witkin & D. Terzopoulos, „Snakes: Active Contour Models," Proceedings of First International Conference Vision. 1998, pp. 259–269, and D. Terzopoulos, „Regularization of Inverse Visual Problems Involving Discontinuities," IEEE Trans. Pat. Anal. Mach. Intell. Vol. PAMI-8, no. 4, 1998, pp. 413–424).
Die Kontur V kann als eine Anordnung von einem Satz Punkten dargestellt werden: V = [v₁, v₂, .... v_n], wobei v₁ durch ein Koordinatenpaar (x, y) definiert wird. Eine Schlange kann entweder offen oder geschlossen sein, was davon abhängig ist, ob die Endpunkte verbunden sind. Bei der vorliegenden Erfindung verwenden wir vorzugsweise geschlossene Schlangen.
Wir bezeichnen zwei Funktionale mit E_int und E_ext. E_int (V₁) erlegt Einschränkungen hinsichtlich der Kontinuität und Glätte, wobei E_ext (v₁) die Schlange zu herausragenden Merkmalen des Bildes zieht, wie zum Beispiel die Größe des Intensitätsgradienten. Wir trachten danach, sowohl E_int als auch E_ext zu minimieren. Das Minimieren beider Funktionen mittels der Schlange verwandelt dann das Problem der Extrahierung der Grenzen in das folgende Problem der Minimierung der Energie: VΛ = argminvΣλiEint(vi) + (1 – λi)Eext(vi) (1)wobei λ ∊ [0, 1] ein Kompromissparameter ist. Die Einstellung von λ auf 0 bedeutet, dass wir nur die Komponente E_ext der Gleichung minimieren. Die Einstellung von λ auf 1 bedeutet, dass nur die Komponente E_int minimiert wird. Zwischenwerte von λ resultieren in einem Kompromiss von E_int im Vergl. zu E_ext.
Der Parameter λ kann empirisch oder durch eine parametrische Auswahlstrategie auf der Basis des minimax-Kriteriums gefunden werden (siehe H. Freeman, „Computer processing of Line Drawing Images." Computer Survey 6, 1974, pp. 57–98).
Bei der ursprünglichen Formulierung wurde die interne Energie E_int durch die erste und die zweite Ableitung entlang der Grenze entlang definiert, wodurch der Schlange das Verhalten einer Gummimembran (rubber-sheet) bzw. einer dünnen Metallscheibe (thin-plate) verliehen wird und die durch folgende Formel angeglichen wird: Eint(Vi) = ||Vi – Vi-1||2 + ||Vi-1 – 2Vi + Vi+1||2
Anderenfalls können E_int (v₁) und E_ext (v₁) auf verschiedene Weisen definiert werden, wie zum Beispiel wie von K. F. Lai & R. T. Chin in „Deformable Contours: Modeling and Extraction", PAMI-17, No. 11, November 1995, S. 1084–1090, beschrieben.
C. Semiautomatische Erstellung des Konturbildes:
In einer Variation der semiautomatischen Methode wird dem Arzt eine Schlangenkontur zum Annehmen bzw. Ablehnen vorgelegt. Eine Ablehnung der Kontur führt zu einer weiteren Verarbeitung, die zur Darstellung einer anderen möglichen Kontur führt. Das geht so weiter, bis der Arzt das Konturbild akzeptiert. Anderenfalls könnte ein modifizierter Snake-Algorithmus eingesetzt werden, wodurch das Konturbild zu einem oder mehreren Punkten gezogen wird, die vom Benutzer im Voraus ausgewählt wurden.
Das somit erstellte Konturbild (31), das vom LV-Diagramm extrahiert wurde, ist in 4 gezeigt. Die XY-Koordinaten des extrahierten Konturbildes werden vorzugsweise zur Verwendung bei der Anzeige der Überlagerung topografischer Informationen und des Bildes, das die Katheterspitze (22) enthält, im Computer gespeichert.
Wie oben angegeben können die Konturinformationen und das Bild mit der Katheterspitze (22) entweder dynamisch oder statisch sein. Informationen über die Kontur (31) und die Katheterspitze (22) können zum Beispiel auf folgende Weisen überlagert werden:
A. Statisches Konturbild auf statischem Bild der Katheterspitze
Ein statisches Konturbild wird von einem dynamischen Bild durch eine der oben beschriebenen Methoden erfasst; zum Beispiel wird der enddiastolische Frame durch Synchronisierung mit dem Signal des an der Körperoberfläche ableitbaren EKG erfasst. Das fluoroskopische Bild, das die Katheterspitze (22) anzeigt, wird außerdem gattergesteuert, um denselben Frame wie denjenigen, der für das Konturbild gewählt wurde, anzuzeigen. Die Überlagerung des Konturbildes auf das Bild, das die Katheterspitze (22) enthält, wird durch Änderung der Farbe oder Intensität der Pixel, die dem gespeicherten Konturbild entsprechen, auf dem Bild, das die Katheterspitze (22) enthält, bewirkt.
B. Statisches Konturbild auf dynamischem Bild der Katheterspitze
Das statische, Konturbild, wie oben beschrieben, wird einem dynamischen Bild der Katheterspitze (22) im Herzen überlagert. In diesem Fall wird die Farbe oder Intensität eines jeden Frames des dynamischen, fluoroskopischen Bildes wie oben beschrieben verarbeitet, um das Konturbild (31) der Kammer (11) zu zeigen.
C. Dynamisches Konturbild auf dynamischem Bild der Katheterspitze
Anstatt einen einzelnen Frame des kontrastunterstützten Bildes auszuwählen, wird die gesamte Sequenz verarbeitet, um die Kontur eines jeden Frames zu extrahieren. Die gespeicherten Konturen werden dann mit den dynamischen Live-Bildern der Kammer (11) und der Katheterspitze (22) synchronisiert, und jeder Frame der Live-Bilder wird zur Einstellung der Farbe oder Intensität verarbeitet, die mit der Kontur an dieser Stelle im Herzzyklus korrespondieren.
Die sich daraus ergebenden verarbeiteten Bilder, die die Kontur und die Katheterspitze (22) zeigen, werden auf dem Display angezeigt. 5 ist ein Foto der angezeigten Überlagerung des Konturbildes (31) von 4, wobei das fluoroskopische Bild einen Teil des Katheters (21) und der Katheterspitze (22) von 2 zeigt.
Da das erste Bild, das die topografischen Informationen enthält (1), und das zweite Bild, das die Katheterspitze (22) anzeigt (2), beide mithilfe derselben Imaging-Modalität (Fluoroskopie) und mit derselben rechts-schrägen Projektion erfasst wurden, stellt das Konturbild (31) in dem angezeigten überlagerten Bild Stellen an der Innenwand der Kammer (11) dar. Zur Erfassung der Zustandsinformationen über das Gewebe der Herzkammer schiebt der Kardiologe nun die Katheterspitze (22), geführt von den angezeigten überlagerten Bildes von 5, an einen Erfassungspunkt, der auf dem angezeigten Bild als auf oder nahe an der Grenze des Bildes (31) gezeigt wird. An diesem Erfassungspunkt ist die Katheterspitze (22) in Kontakt mit oder nahe an der Wand der Herzkammer, und die Zustandsinformationen – vorzugsweise zusammen mit den Positionsinformationen – können nun erfasst werden. Beim Betrachten des angezeigten, überlagerten Bildes kann der Kardiologe die Zustands- und/oder die Positionsinformationen zum Beispiel durch Betätigen eines Fußpedals erfassen, wodurch der Computer angewiesen wird, eine Datenerfassung einzuleiten. Die Zustands- und/oder Positionsinformationen werden vorzugsweise wiederholt an jedem Punkt an der Wand der Herzkammer für mindestens einen oder vorzugsweise für mehrere vollständige Herzzyklen erfasst. Daten werden vorzugsweise mit einer Frequenz von mindestens ca. 10 pro Sekunde erfasst, noch stärker bevorzugt wird eine Frequenz von mindestens ca. 20 pro Sekunde, und am meisten bevorzugt wird eine Frequenz von mindestens ca. 50 pro Sekunde.
Nach der Erfassung der Daten an der ersten Erfassungsstelle erfasst der Kardiologe die nachfolgenden Daten durch Schieben der Katheterspitze (22) an aufeinanderfolgende Stellen in der Herzkammer, wobei diese Stellen auf dem angezeigten überlagerten Bild als auf dem oder nahe am Konturbild gezeigt werden. Die Gesamtanzahl der erfassten Datenpunkte ist hängt von dem beabsichtgten Zweck der Untersuchung ab. Wenn nur eine vorbereitende Untersuchung durchgeführt wird, um die Grenze der Kammer für eine weitere Führungs- oder Navigationstechnik zu definieren, müssen mithilfe des angezeigten überlagerten Bildes mindestens 3 und vorzugsweise mindestens 5 Stellen erfasst werden.
Wie in diesem Dokument beschrieben, werden das erste Bild, das die topografischen Informationen enthält, und das zweite Bild, das eine Darstellung der Katheterspitze (22) enthält, vorzugsweise mithilfe derselben Imaging-Modalität, d. h. Fluoroskopie, erfasst. Außerdem werden beide Bilder vorzugsweise in derselben Projektion erfasst, d. h., dass die Bilder von 1 und 2 beide in der rechts-schrägen Projektion erfasst wurden. Eine Erfassung beider Bilder unter Verwendung derselben Modalität und derselben Position wird bevorzugt, da dabei die Notwendigkeit zur Registrierung der Bilder ausgeschlossen wird. Andererseits könnten das erste und das zweite Bild mithilfe unterschiedlicher Imaging-Modalitäten und/oder in verschiedenen Positionen erfasst werden. Solche Bilder erfordern jedoch eine Registrierung während der Überlagerung, wenn das angezeigte überlagerte Bild als Vorlage für die Kontur der Herzkammer dient.
Zur Unterstützung des Kardiologen bei der Erfassung maßgeblicher Zustandsinformationen in der ganzen Kammer beinhaltet diese Methode vorzugsweise die Markierung der Anzeige an den Stellen, an denen die Zustandsinformationen erfasst werden. Diese Fähigkeit bietet dem Kardiologen eine optische Anzeige aller Punkte oder Stellen an der Herzwand, an denen die Informationen erfasst wurden, und hilft beim Leiten des Kardiologen an Stellen, an denen die Erfassung noch durchzuführen ist.
Die Anzeige wird vorzugsweise automatisch markiert, wenn Mittel wie zum Beispiel das Fußpedal betätigt werden, um die Datenerfassung einzuleiten. Die Position der Katheterspitze (22) auf der Anzeige wird vorzugsweise automatisch durch den folgenden Algorithmus positioniert. Der Positionsalgorithmus der Katheterspitze basiert auf den folgenden Voraussetzungen:

1) Die Katheterspitze (22) wird auf dem Bild als dunkel angezeigt.
2) Der stärkste Kontrast auf dem angezeigten, überlagerten Bild besteht zwischen der Katheterspitze (22) und ihrer Umgebung.
3) Die Größe der Katheterspitze (22) kann bei der Analyse aller Bilder festgelegt sein.

Der Algorithmus ist unter Bezug auf 8 besser verständlich, in der die Katheterspitze (22) durch eine festgelegte geometrische Form einer bestimmten Größe approximiert wird, wie zum Beispiel Quadrat 81 in 8. Jedes Quadrat hat dieselbe Größe, d. h. zwischen ca. 10 bis ca. 20 Pixel. Um zu testen, ob die Katheterspitze in Quadrat 81 visualisiert wird, wird die durchschnittliche Intensität der Pixel, aus denen das Quadrat (81) besteht, berechnet. Ähnlicherweise wird die durchschnittliche Intensität für die Pixel, aus denen die vier Quadrate (82, 83, 84 und 85) bestehen und die das Quadrat 81 umgeben, bewertet. Der Kontrast zwischen Quadrat 81 und seinen Nachbarn (82, 83, 84 und 85) ist der Unterschied der durchschnittlichen Intensität zwischen Quadrat 81 und der durchschnittlichen Intensität der Quadrate (82, 83, 84 und 85). Die Berechnung wird für alle Pixel im Bild iteriert. Die Position der Katheterspitze wird dem Quadrat zugeordnet, das den größten Kontrast bzw. die stärkste Intensitätsdifferenz mit seiner Umgebung hat.
Eine Markierung der Anzeige hilft dem Kardiologen dabei, ein Übersehen von Bereichen des Herzens zu vermeiden, wenn der Zweck eine Untersuchung der Herzkammer als Ganzes ist. Eine Markierung der Anzeige zur Angabe der Datenerfassungsstellen ermöglicht dem Kardiologen, zu einer bereits erfassten Stelle zurückzukehren, um zum Beispiel bereits erfasste Zustandsinformationen zu bestätigen.
Das angezeigte überlagerte Bild kann mit einem geometrischen Symbol (zum Beispiel einem Quadrat, einem Kreis, etc.) markiert werden, um jede Stelle darzustellen, an der Zustandsinformationen erfasst wurden. Anderernfalls kann die Anzeige mit einer Ziffer oder Farbe markiert werden, die das Ausmaß der an dieser Stelle erfassten Zustandsinformationen darstellt. Die Anzeige kann zum Beispiel markiert werden, indem der Computer angewiesen wird, die Anzeige mit der Position der Katheterspitze zu markieren, wenn das Fußpedal, das die Datenerfassung einleitet, betätigt wird. Anderenfalls hat der Kardiologe evtl. ein Markierungsmittel, das ihm die Auswahl ermöglicht, welche der erfassten Stellen auf dem angezeigten überlagerten Bild markiert werden sollen.
6 stellt das angezeigte überlagerte Bild von 5 dar, in dem geometrische Symbole (61) auf dem angezeigten Bild markiert wurden, die mit denjenigen Stellen in der Kammer, in der die Zustandsinformationen erfasst wurden, korrespondieren.
Die topografischen Informationen, die in der in diesem Dokument beschriebenen Methode verwendet wurden, sind zweidimensionaler An. Dementsprechend stellt das im angezeigten überlagerten Bild verwendete Konturbild nur Stellen an der Innenwand der Herzkammer in einer einzelnen Ebene dar. Wenn der Zweck der Untersuchung eine umfangreichere Charakterisierung der Herzkammer ist, wird evtl. bevorzugt, die Methode mithilfe von Bildern, die von einer Vielzahl von Projektionen erfasst wurden, durchzuführen. Kurz gesagt, die Methode, in der Bilder und Zustandsinformationen mithilfe der Fluoroskopie, der bevorzugten Imaging-Modalität, von zwei Projektionen erfasst werden, beinhaltet folgende Schritte:

a) Erfassung eines ersten, kontrastunterstützten fluoroskopischen Bildes der Kammer, wobei das erste kontrastunterstützte, fluoroskopische Bild von einer ersten Position relativ zum Patienten erfasst wird;
b) Erstellen eines ersten Konturbildes des Inneren der Herzkammer vom ersten kontrastunterstützten, fluoroskopischen Bild;
c) Erfassung eines zweiten kontrastunterstützten, fluoroskopischen Bildes der Herzkammer, wobei das zweite kontrastunterstützte, fluoroskopische Bild von einer zweiten Position relativ zum Patienten erfasst wird;
d) Erstellen eines zweiten Konturbildes des Inneren der Herzkammer vom zweiten kontrastunterstützten, fluoroskopischen Bild;
e) Einschieben der distalen Spitze des Katheters in die Herzkammer;
f) Erfassung eines ersten nicht kontrastunterstützten, fluoroskopischen Bildes, das eine Darstellung der distalen Spitze des Katheters in der Herzkammer beinhaltet, wobei das erste nicht kontrastunterstützte, fluoroskopische Bild von der ersten Projektion relativ zum Patienten erfasst wird;
g) Anzeige einer Überlagerung des ersten Konturbildes von Schritt (b) mit dem ersten nicht kontrastunterstützten, fluoroskopischen Bild von Schritt (f) zum Erstellen eines ersten überlagerten Bildes;
h) Erfassung der Zustandsinformationen an einem Erfassungspunkt an der Kammer mit dem Zustandssensor, wobei die Erfassungsstelle aus Punkten auf dem ersten überlagerten Bild von Schritt (g) ausgewählt wird, die dem ersten Konturbild naheliegen;
i) Erfassung eines zweiten nicht kontrastunterstützten, fluoroskopischen Bildes, das eine Darstellung der distalen Spitze des Katheters beinhaltet, wobei das zweite nicht kontrastunterstützte, fluoroskopische Bild von der zweiten Projektionen relativ zum Patienten erfasst wird;
j) Anzeige einer Überlaerung des zweiten Konturbildes von Schritt (d) mit dem zweiten nicht kontrastunterstützten, fluoroskopischen Bild von Schritt (i), um ein zweites überlagertes Bild zu erstellen;
k) Erfassung der Zustandsinformationen an einer Erfassungsstelle an der Kammer mit dem Zustandssensor, wobei die Erfassungsstelle von Punkten auf dem zweiten überlagerten Bild von Schritt (j) ausgewählt wird, die dem zweiten Konturbild naheliegen;
l) Wiederholung von Schritt (h) und (k) an einer oder mehreren zusätzlichen Erfassungsstellen, wobei die Stellen eine auszeichende Anzahl und ausreichende Abstände in der ganzen Kammer haben, um die Erstellung einer Übersichtsabbildung des Zustandes in der Kammer zu ermöglichen.

Vorzugsweise werden alle Daten, die mithilfe einer der angezeigten überlagerten Bilder erfasst werden, gesammelt, bevor Daten mithilfe des zweiten angezeigten überlagerten Bildes erfasst werden.
Wenn nur eine vorbereitende Untersuchung durchgeführt wird, um die Grenze der Kammer für eine andere Führungs- oder Navigationstechnik zu definieren, müssen mindestens 3 und vorzugsweise mindestens 5 Stellen mithilfe aller angezeigten überlagerten Bilder erfasst werden.
Wie in diesem Dokument beschrieben, beinhaltet diese Methode außerdem eine Markierung der Stellen (61) auf dem überlagerten Bild, an dem die Zustandsinformationen erfasst wurden. 7 zeigt eine deutliche Überlagerung der Konturbilder und fluoroskopischen Bilder des linken Ventrikels, die in 1–6 sichtbar sind, in denen die Bilder in einer links-schrägen Projektion (LAO) erfasst wurden. Es wird erwartet, dass eine Erfassung des Zustandes der Herzkammer von mehreren Projektionen die Genauigkeit einer vorbereitenden Abbildung der Herzkammer auf der Basis der Daten erhöht.
Wenn die Methode mit einem Katheter, der einen Sensor zur Erfassung von Positionsinformationen enthält, durchgeführt wird, könnte jeder Datenpunkt der Zustandsinformationen, die über den Zustandssensor erhalten wurden, von einer dreidimensionalen Koordinate des Gewebes begleitet sein, an dem der Datenpunkt erfasst wurde. Die resultierenden Untersuchungsdaten der Zustands- und Positionsinformationen, die durch die Anwendung dieser Erfindung erhalten wurden, sind besonders für die Erstellung von Abbildungen, und insbesondere dreidimensonalen Abbildungen des Herzens, nützlich. Methoden für die Erstellung solcher Abbildungen sind in EP-A-0974936 und in der gemeinsamen europäischen Patentanmeldung EP-A-1070480 enthalten.
Diese Methode beinhaltet außerdem wahlweise den Schritt der Erstellung einer Abbildung des Zustandes des Herzens auf der Basis der Positions- und Zustandsinformationen, die durch die Anwendung der Methode der Erfindung erhalten wurden.
9 enthält die bevorzugte Vorrichtung der Erfindung. Diese Vorrichtung beinhaltet den Katheter (21) zur Einführung in den humanen Körper. Das distale Ende (24) des Katheters (21) beinhaltet einen funktionellen Teil (23) zur Durchführung der diagnostischen und/oder therapeutischen Funktionen nahe an der distalen Spitze (22). Der funktionelle Teil (23) beinhaltet vorzugsweise Elektroden oder Sensoren für die Durchführung elektrophysiologischer Messungen, wie zum Beispiel im US-Patent 5.391.199 oder in der PCT-Anmeldung WO97/24983 beschrieben. Anderenfalls oder zusätzlich könnte der funktionelle Teil (23) eine andere diagnostische Vorrichtung zur Aufzeichnung der Parameterwerte an Stellen innerhalb des Körpers beinhalten. Der funktionelle Teil (23) könnte auch eine therapeutische Vorrichtung beinhalten, wie in diesem Fachbereich bekannt.
Vorzugsweise beinhaltet das distale Ende (22) außerdem einen Sensor (28), der Signale generiert, die zur Bestimmung der Position und vorzugsweise der Orientierung des Katheters innerhalb des Körpers verwendet werden. Der Sensor (28) befindet sich vorzugsweise neben dem funktionellen Teil (23) in einer festgelegten Beziehung mit der Spitze (22). Der Sensor (28) beinhaltet vorzugsweise drei Spulen, wie in der PCT-Anmeldung WO96/05768 beschrieben. Dieser Sensor ermöglicht eine kontinuierliche Erstellung von sechs Dimensionen der Positions- und Orientierungsinformationen bezüglich der extern angelegten magnetischen Felder. Anderenfalls könnte der Sensor (28) andere Positions- und/oder Koordinatensensoren beinhalten, wie in US-Patent 5.391.199, US-Patent 5.443.489 und der PCT-Anmeldung WO94/04938 beschrieben. Außerdem könnte die Spitze (22) mit einem undurchlässigen Markierungsmaterial beschichtet sein, um die Spitze unter einer Imaging-Vorrichtung, wie zum Beispiel einem Fluoroskop zu visualisieren.
Der Katheter (21) enthält vorzugsweise einen Griff (30) mit Reglern (32), die zum Lenken des distalen Endes (24) von Katheter (21) in einer gewünschten Richtung verwendet werden. Der Katheter (21) beinhaltet vorzugsweise einen Lenkmechanismus im distalen Ende (24), von dem in diesem Fachbereich bekannt ist, dass er das erneute Positionieren der Spitze (22) erleichtert.
Der Katheter (21) ist über ein Verlängerungskabel (25) an eine Konsole (34) angeschlossen, was dem Benutzer ermöglicht, die Funktion des Katheters (21) zu beobachten und zu steuern. Die Konsole (34) beinhaltet vorzugsweise einen Computer (36), eine Tastatur (38) und einen Signalverarbeitungskreis (40), die sich typischerweise im Computer (36) und in der Anzeige (42) befinden. Die Signalverarbeitungskreise (40) empfangen, verstärken, filtern und digitalisieren typischerweise Signale vom Katheter (21), einschließlich der Signale vom Sensor (28) und dem funktionellen Teil (23), wobei diese digitalisierten Signale vom Computer (36) verwendet werden, um die Zustandsinformationen sowie die Position und/oder die Orientierung der Katheterspitze (22) zu berechnen. Anderenfalls können entsprechende Schaltkreise dem Katheter (21) selbst zugeordnet sein, so dass die Schaltkreise (40) Signale erhalten, die bereits verstärkt, gefiltert und/oder digitalisiert sind. Vorzugsweise enthält der Computer (36) einen Speicher für die Positions- und Zustandsinformationen. Der Computer (36) beinhaltet auch Mittel für die Erfassung von Bildern von einer Imaging-Modalität, wobei entweder eine Video- oder eine DICOM-Protokoll-Schnittstelle verwendet wird. Der Computer (36) beinhaltet vorzugsweise eine spezifische Grafik-Hardware zum schnellen Extrahieren topografischer Informationen und zur Überlagerung von topografischen Bildern mit anderen Bildern, auf denen die Katheterspitze (22) im Körper angezeigt wird. Bilder, die Konturinformationen enthalten, Bilder, auf denen die Katheterspitze (22) und die Überlagerungen dieser Bilder angezeigt werden, erscheinen auf der Anzeige (42). Der Computer ist vorzugsweise zum Empfang von an der Körperfläche ableitbaren EKG-Signalen vom EKG-Monitor (73) ausgestattet, der an einer Vielzahl von EKG-Kabeln (52) an der Körperoberfläche angeschlossen ist. Anderenfalls kann die EKG-Überwachung auch direkt über die Schaltkreise (40) erfolgen.
Obwohl diese Erfindung in Zusammenhang mit ihren am stärksten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird den Personen, die diese ausführliche Patentschrift lesen, schnell klar, dass zahlreiche zusätzliche Ausführungsformen ohne weiteres in den Umfang der beanspruchten Erfindung fallen, wie in den nachfolgenden Ansprüchen ausgeführt.

Claims

Vorrichtung zum intrakardialen Untersuchen eines Zustands einer Herzkammer (11) eines Individuums, wobei die Vorrichtung umfaßt: a) einen Katheter (21) zum Erfassen von Zustandsinformation an einer Anzahl von Punkten in der Kammer, wobei der Katheter (21) eine distale Spitze (22) und einen Sensor (23) aufweist, der darin enthalten ist, wobei der Sensor (23) in der Lage ist, die Zustandsinformation zu erfassen und die Anzahl und der Abstand der besagten Punkte in der Kammer ausreichend ist, um die Erzeugung einer Untersuchungskarte dieses Zustands in der Kammer (11) zu gestatten, b) eine Einrichtung, welche topographische Information der Kammer aus einem ersten Bild der Kammer (11) gewinnt, und c) eine Einrichtung, welche überlagert und eine Überlagerung der gewonnenen topographischen Information mit einem zweiten Bild anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bild ein Bild der distalen Katheterspitze (22) in der Kammer (11) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Einrichtung zum Markieren der angezeigten Überlagerung zum Identifizieren der Punkte in der Kammer (61), bei denen diese Zustandsinformation aufgenommen wurde, umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die topographische Information eine Kontur der Herzkammer umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der Zustandssensor (23) ein elektrischer Sensor (23) ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Katheter (21) weiterhin einen Positionssensor (28) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Positionssensor (28) ein elektromagnetischer Positionssensor (28) ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche eine Einrichtung zum Gewinnen von topographischer Information aus einer Abfolge von Bildern der Kammer und zum Überlagern und Anzeigen der gewonnenen Sequenz von topographischer Information mit einer Sequenz von der Kammer umfaßt, wobei die Sequenz von zweiten Bildern dynamische Live-Bilder der Kammer (11) und der distalen Katheterspitze (22) sind und wobei die Sequenz von topographischer Information mit den dynamischen Live-Bildern derart synchronisiert ist, daß sie auf den Herzzyklus des Herzens abgestimmt sind.