Es
besteht deshalb ein Bedürfnis
nach einem integrierten Bildgebungs- und Ablationskatheter, der eine
intrakorporale Bildgebung liefert und der die Ablation, die Beurteilung,
und falls nötig
eine neue Ablation ohne Ablationspunktkontakt erlaubt. Außerdem besteht
ein Wunsch nach einer Ablationsvorrichtung, die gleichzeitig mehrere
Ablationspunkte ablatieren kann.
Kurze Beschreibung
der Erfindung
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine therapeutische Vorrichtung mit
einem Array von unabhängig
voneinander steuerbaren Therapieelementen, die den vorbeschriebenen
Nachteilen abhilft. Die therapeutische Vorrichtung weist mehrere
Therapieelemente auf, die unabhängig
voneinander und wahlweise aktiviert werden können um mehrere Therapievorgänge gleichzeitig
auszuführen,
um mehrere Therapievorgänge
von einer gegebenen Position der therapeutischen Vorrichtung aus
auszuführen
oder um im Zusammenhang mit einer Ablationsvorrichtung eine lineare
oder gekrümmte
Ablationsläsion
zu erzeugen. Unter einem Aspekt ist die therapeutische Vorrichtung
zusammen mit einer Bildgebungsvorrichtung, etwa einem Ultraschallwandler,
längs einer Längsachse
eines Katheters angeordnet der in einem Subjekt, z.B. einer medizinischen
Patienten intrakorporell verschiebbar ist.
Demgemäß wird gemäß einem
Aspekt der Erfindung eine Ablationsvorrichtung angegeben. Die Ablationsvorrichtung
beinhaltet ein Array von Ablationselementen, die unabhängig voneinander
ansteuerbar sind. Die Ablationsvorrichtung als solche beinhaltet
eine Steuereinrichtung, die mit den Ablationselementen verbunden
und dazu eingerichtet ist, verschiedenen Ablationselementen während eines
gegebenen Ablationsvorgangs verschiedene Anregungssignale (waveforms)
zuzuführen.
Die Anregungssignale können
sich bspw. in der Frequenz, der Phasenlage, der Zeitverzögerung und/oder
der Amplitude unterscheiden.
Gemäß einem
anderen Aspekt beinhaltet die Erfindung einen integrierten Therapie-
und Bildgebungskatheter. Der Katheter ist so konstruiert, dass er
einen Ultraschallwandler und ein Ablationsarray mit mehreren Ablationselementen
aufweist. Das Ablationsarray ist so aufgebaut, dass die Ablationselemente
zu einer Mehr-Läsionenablation
wahlweise aktiviert werden können.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bildgebungs- und Ablationssystem
erläutert,
das versehen ist mit einem Display, das zur Darstellung von Bildern
eingerichtet ist, einer Bildgebungsvorrichtung, die zur Akquisition
von Bildern eingerichtet ist und einer Ablationsvorrichtung mit
einer Anzahl unabhängig
voneinander ansteuerbarer Ablationselemente. Eine Steuereinrichtung
ist mit der Bildgebungsvorrichtung funktionell verbunden, um die
Bildakquisition zu steuern und sie steht mit der Ablationsvorrichtung
funktionell in Verbindung um für einen
gegebenen Ablationsvorgang die mehreren unabhängig voneinander ansteuerbaren
Ablationselemente wahlweise zu aktivieren.
Entsprechend
einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung eine Ablationsvorrichtung
mit einer Anzahl Ablationselemente.
Die
Vorrichtung beinhaltet eine Steuereinrichtung, die so geschaltet
ist, dass sie für
eine vorgegebene Ablation einen ersten Satz und einen zweiten Satz
Ablationselemente definiert. Der erste Satz Ablationselemente beinhaltet
dabei von den Elementen des zweiten Satzes verschiedene Ablationselemente.
Zahlreiche
andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnung.
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
Die
Zeichnung veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform, die gegenwärtig zur
Ausführung
der Erfindung in Betracht gezogen wird. In der Zeichnung gilt:
1 ist
ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ultraschallbildgebungs- und
Therapiesystems, gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung;
2 ist
eine Draufsicht auf einen Displaybereich des Bildgebungs- und Therapiesystems
nach 1, gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung;
3 ist
eine Darstellung eines beispielhaften Bildgebungs- und Therapiewandlers
zur Verwendung bei dem in 1 dargestellten
System, gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung;
4 ist
eine Darstellung eines anderen beispielhaften Bildgebungs- und Therapiewandlers
zur Verwendung bei dem in 1 dargestellten
System, gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung;
5 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Bildgebung
und zur Therapierung eines oder mehrerer interessierender Gebiete,
gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 zeigt
einen integrierten Bildgebungs- und Therapiekatheter bei dem sich
das Therapiearray längs
der Katheterlängsachse
erstreckt, gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung;
7 veranschaulicht
voneinander getrennte Betriebsfrequenzen eines beispielhaften Therapiearrays
und eines beispielhaften Bildgebungsarrays;
8 veranschaulicht
einander überlappende
Betriebsfrequenzen eines beispielhaften Therapiearrays und eines
beispielhaften Bildgebungsarrays;
9 veranschaulicht
einen beispielhaften Katheter gemäß Aspekten der vorliegenden
Erfindung, bei dem das Therapie- und das Bildgebungsarray in dem
Katheter untergebrachte, separate Arrays sind;
10 veranschaulicht
einen anderen beispielhaften Katheter gemäß Aspekten der vorliegenden
Erfindung, bei dem das Therapie- und das Bildgebungsarray Untergruppen
eines gemeinsamen Arrays und in dem Katheter untergebracht sind;
11 veranschaulicht
einen weiteren beispielhaften Katheter gemäß Aspekten der vorliegenden
Erfindung, bei dem das Bildgebungsarray bezüglich des Therapiebereichs
gekippt ist;
12 veranschaulicht
eine mechanische 4D-Scansonde mit einem integrierten Therapiearray, gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung;
13 veranschaulicht
eine elektronische 4D-Scansonde mit einem integrierten Therapiearray, gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
14 veranschaulicht
die Ablation mehrerer Therapiepunkte von einer einzigen Katheterposition
aus, gemäß weiteren
Aspekten der vorliegenden Erfindung;
15 veranschaulicht
ein integriertes Bildgebungs- und Therapiearray gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei dem das Bildgebungsarray bezüglich des
Therapiearrays zentriert ist;
16 veranschaulicht
ein beispielhaftes Therapieprofil für das beispielhafte Therapiearray
mit einem oder mehreren deaktivierten Therapieelementen, das eine
Rasterkeule ergibt, die zusätzlich
zu einer Haupttherapiekeule zur Therapie verwendet werden kann,
gemäß weiteren
Aspekten der Erfindung;
17 veranschaulicht
die gleichzeitige Behandlung mehrere Therapiepunkte unter Verwendung
einer Hauptkeule und einer oder mehrere Rasterkeule(n), gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung
18 veranschaulicht
die gleichzeitige Behandlung mehrerer Therapiepunkte;
19 ist
ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Verfahrens
zur Verwendung eines in tegrierten Bildgebungs- und Therapiearrays
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
20 ist
ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines anderen beispielhaften
Verfahrens zur Verwendung eines integrierten Bildgebungs- und Therapiearrays
mit umschaltbaren Therapieelementen, gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung.
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Wie
im Einzelnen im Nachfolgenden beschrieben, werden ein automatisiertes
bildgeführtes Therapiesystem
und ein Verfahren gemäß beispielhaften
Ausführungsformen
der vorliegenden Technik erläutert.
Basierend auf Bilddaten, die von dem bildgeführten Therapiesystem über einen
Bildgebungs- und Therapiekatheter akquiriert werden, kann ein Benutzer
die Notwendigkeit einer Therapie in einem anatomischen Gebiet beurteilen
und eine Nutzerschnittstellenvorrichtung, wie etwa eine Maus, dazu benutzten,
die Therapie über
das bildgeführte
Therapiesystem zweckentsprechend zu leiten.
1 ist
ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems 10 zur Verwendung
bei der Bildgebung und zur Therapierung eines oder mehrerer interessierender
Gebiete, gemäß Aspekten
der vorliegenden Technik. Das System 10 kann dazu eingerichtet
sein, Bilddaten von einem Patienten 12 über einen Bildgebungs- und
Therapiekatheter 14 zu akquirieren. Wie er hier verwendet
wird, wird der Ausdruck „Katheter" im breiten Sinne
benutzt, so dass er gebräuchliche
Katheter, Wandler (Transducer) oder Vorrichtungen umfasst, die zur
Anwendung einer Therapie geeignet sind. Außerdem wird, so wie er hier
verwendet wird, der Ausdruck „Bildgebung" im breiten Sinne
dazu benutzt, so dass er zweidimensionale Bildgebung, dreidimensionale
Bildgebung oder vorzugsweise dreidimensionale Echtzeit-Bildgebung mit
umfasst. Das Bezugszeichen 16 deutet einen Teil des Bildgebungs-
und Therapiekatheters 14 an, der in dem Gefäßsystem
des Patienten 12 angeordnet ist.
Bei
bestimmten Ausführungsformen
kann eine Bildgebungsorientierung des Bildgebungs- und Therapiekatheters 14 einen
nach vorne schauenden oder einen zur Seite schauenden Katheter umfassen. Es
kann aber auch eine Kombination eines nach vorne schauenden und
eines zur Seite schauenden Katheters als Bildgebungs- und Therapiekatheter 14 benutzt
werden. Der Bildgebungs- und Therapiekatheter 14 kann auch
einen (nicht dargestellten) Echtzeit-Bildgebungs- und Therapiewandler
aufweisen. Gemäß Aspekten
der vorliegenden Technik kann der Bildgebungs- und Therapiewandler
integrierte Bildgebungs- und Therapiekomponenten enthalten. Alternativ
kann der Bildgebungs- und Therapiewandler von einander getrennte
Bildgebungs- und Therapiekomponenten beinhalten. Der Bildgebungs- und der Therapiewandler
wird in größerem Detail
unter Bezugnahme auf die 3 bis 4 und 6 bis 18 beschrieben.
Zu bemerken ist, dass wenngleich die dargestellten Ausführungsformen
im Zusammenhang mit einem katheterbasierten Wandler (Transducer)
beschrieben werden, auch andere Wandler, wie etwa Transösophageale
Wandler, transthoraxale Wandler, laparoskopische Wandler oder intraoperative
Wandler ebenfalls in Betracht gezogen werden.
Gemäß Aspekten
der vorliegenden Technik kann der Bildgebungs- und Therapiekatheter 14 zur Bildgebung
eines anatomi schen Gebietes eingerichtet sein, um die Beurteilung
eines Therapiebedarfes in einem oder mehreren interessierenden Gebieten in
dem anatomischen Bereich des abgebildeten Patienten 12 zu
erleichtern. Außerdem
kann der Bildgebungs- und Therapiekatheter 14 zur Anwendung
einer Therapie auf das oder die identifizierten interessierenden
Gebiete ausgelegt sein. So wie hier verwendet, bedeutet „Therapie", Ablation, Hyperthermie,
perkutane Ethanolinjektion (PEI), Kryotherapie, ultraschallunterstützte oder
thermisch unterstützte Medikamentenanwendung
und laserinduzierte Thermotherapie. Darüberhinaus kann „Therapie" auch die Anwendung
von Werkzeugen, bspw. von Nadeln zur Anwendung von Gentherapie beinhalten.
Schließlich kann „Anwenden" so wie der Ausdruck
hier verwendet, wird, verschiedene Mittel zur Anwendung einer Therapie
auf eine oder mehrere interessierende Beeiche beinhalten, wie etwa
das Übertragen
einer Therapie auf das eine oder die mehreren interessierenden Gebiete.
Es versteht sich, dass bei bestimmten Ausführungsformen die Anwendung
einer Therapie, etwa einer HF-Ablation einen physikalischen Kontakt mit
dem einen oder den mehreren einer Therapie bedürftigen interessierenden Gebieten
erforderlich macht. Bei bestimmten anderen Ausführungsformen, etwa von fokussierter
Ultraschallenergie hoher Intensität (HIFU), erfordert die Therapieanwendung
aber keinen physikalischen Kontakt mit dem einen oder den mehreren,
einer Therapie bedürftigen
Gebieten.
Das
System 10 kann ein medizinisches Bildgebungssystem 18 beinhalten,
das mit dem Bildgebungs- und Therapiekatheter 14 in Wirkverbindung steht
und dazu eingerichtet ist, einen Therapiepfad zu definieren, um
die Übertragung
der Therapie auf das eine oder das andere interessierende Gebiet
zu erleichtern. Das Bildgebungssystem 10 kann dazu eingerichtet sein,
den Therapiepfad in Abhängigkeit von
Benutzereingaben oder automatisch zu definieren, wie dies in größeren Einzelheiten
unter Bezugnahme auf 5 noch beschrieben wird. Demgemäß kann bei
einer Ausführungsform
das medizinische Bildgebungssystem 18 so konfiguriert sein, dass
es Steuersignale an den Bildgebungs- und Therapiekatheter 14 abgibt,
um die Therapiekomponente des Bildgebungs- und Therapiekatheters
anzuregen und eine Therapie auf das eine oder die mehreren interessierenden
Gebiete anzuwenden. Außerdem kann
das medizinische Bildgebungssystem 18 dazu eingerichtet
sein, für
das anatomische Gebiet des Patienten 12 repräsentative
Bilddaten über
den Bildgebungs- und Therapiekatheter 14 zu akquirieren. Das
medizinische Bildgebungssystem 18 beinhaltet darüberhinaus
eine Systemsteuereinrichtung, die den Funktionsablauf des Systems
und dessen Komponenten steuert.
Wie
in 1 dargestellt, kann das Bildgebungssystem 10 einen
Displaybereich 20 und einen Benutzerschnittstellenbereich 22 beinhalten.
Bei bestimmten Ausführungsformen
etwa bei einem Touchscreen können
sich der Displaybereich 20 und der Benutzerschnittstellenbereich 22 überlappen.
Außerdem
können
bei einigen Ausführungsformen
der Displaybereich 20 und der Benutzerschnittstellenbereich 22 einen
gemeinsamen Bereich beinhalten. Gemäß Aspekten der vorliegenden
Technik kann der Displaybereich 20 des medizinischen Bildgebungssystems 18 dazu
eingerichtet sein, ein von dem medizinischen Bildgebungssystem 18 auf
der Grundlage der über den
Bildgebungs- und Therapiekatheter 14 akquirierten Bilddaten
erzeugtes Bild darzustellen. Außerdem kann
der Displaybereich 20 so konfiguriert sein, dass er dem
Benutzer bei der Definition und Visualisierung eines benutzerdefinierten
Therapiepfades unterstützt,
wie dies in größeren Einzelheiten
noch beschrie ben werden wird. Zu bemerken ist, dass der Displaybereich 20 auch
einen dreidimensionalen Displaybereich umfassen kann. Bei einer
Ausführungsform
kann das dreidimensionale Display dazu ausgelegt sein, die Identifizierung
und Visualisierung von dreidimensionalen Formen zu unterstützen.
Außerdem kann
der Benutzerschnittstellenbereich 22 des medizinischen
Bildgebungssystems 18 eine (nicht dargestellte) menschliche
Schnittstellenvorrichtung beinhalten, die dazu eingerichtet ist, dem
Benutzer die Identifizierung des einen oder der mehreren für eine Therapieanwendung
interessierenden Gebiete durch Verwendung des auf dem Displaybereich 20 dargestellten
Bildes des jeweiligen anatomischen Bereiches zu erleichtern. Die
menschliche Schnittstellenvorrichtung kann eine mausartige Vorrichtung,
einen Trackball, einen Joystick, einen Stylus oder einen Touchscreen
umfassen, die dazu ausgelegt sind dem Benutzer die Identifizierung
des einen oder der mehreren einer Therapie bedürftigen interessierenden Gebiete
zu erleichtern und einen geeigneten Therapiepfad auf dem auf dem
Displaybereich 20 dargestellten Bild zu definieren. Die menschliche
Schnittstellenvorrichtung kann auf einen benutzerdefinierten Pfad
bspw. dadurch antworten, dass sie z.B. eine Linie darstellt; sie
wird in größeren Einzelheiten
unter Bezugnahme auf 2 noch beschrieben werden. Außerdem kann
die menschliche Schnittstellenvorrichtung dazu eingerichtet sein
die Therapieanwendung auf ein oder mehrere identifizierte interessierende
Gebiete zu erleichtern. Zu bemerken ist aber, dass auch andere menschliche
Schnittstellenvorrichtungen wie etwa, ohne darauf beschränkt zu sein,
ein Touchscreen, benutzt werden können.
Zu
bemerken ist, dass obgleich die im Nachfolgenden veranschaulichten
beispielhaften Ausführungsformen
im Zusammenhang mit einem Ultraschallsystem beschrieben werden,
auch andere medizinische Bildgebungssysteme, wie etwa, ohne darauf
beschränkt
zu sein, optische Bildgebungssystem oder elektroanatomische Bildgebungssysteme, ebenso
in Betracht gezogen werden, um einen Therapiepfad zur Erleichterung
der Therapieanwendung auf das eine oder die mehreren interessierenden
Gebiete zu erleichtern.
Wie
in 1 dargestellt, kann das System 10 ein
optionales Katheterpositioniersystem 24 beinhalten, das
zur Repositionierung des Bildgebungs- und Therapiekatheters 14 in
dem Patienten 12 in Abhängigkeit
einer Benutzereingabe und bezüglich
des definierten Therapiepfads eingerichtet ist. Das Katheterpositioniersystem 24 wird
in größerem Detail
im Nachfolgenden beschrieben. Darüberhinaus kann das System 10 ein
optionales Rückmeldesystem 26 enthalten,
das in Wirkverbindung mit dem Katheterpositioniersystem 24 und
dem medizinischen Bildgebungssystem 18 steht. Das Rückmeldesystem 26 kann
dazu eingerichtet sein, die Kommunikation zwischen dem Katheterpositioniersystem 24 und
dem medizinischem Bildgebungssystem 18 zu erleichtern wie
dies ebenfalls in größeren Einzelheiten
erläutert werden
wird.
Bezugnehmend
nun auf 2 ist dort eine Draufsicht auf
den Displaybereich 20 des medizinischen Bildgebungssystems 18 der 1 veranschaulicht.
Das Bezugszeichen 28 bezeichnet ein von dem medizinischen
Bildgebungssystem 18 (vgl. 1) auf der
Grundlage von über
den Bildgebungs- und Therapiekatheter 14 (vgl. 1)
von einem anatomischen Gebiet des Patienten 12 (vgl. 1)
akquirierter Bilddaten er zeugtes Bild. Außerdem gibt das Bezugszeichen 30 ein
oder mehrere einer Therapie bedürftige
interessierende Gebiete an, die von dem Benutzer unter Verwendung
des dargestellten Bildes 28 identifiziert wurden. Der Benutzer
kann auf dem Bild 28 einen Therapiepfad 32 definieren,
um das eine oder die mehreren einer Therapie bedürftigen interessierenden Gebiete
auszuwählen.
Wie bereits vermerkt, kann der Benutzer den Therapiepfad 32 auf
dem Bild 28 mittels einer menschlichen Schnittstellenvorrichtung 34,
wie z.B. eines Stylus, eines Trackballs, einer Mause, eines Touchscreens oder
eines Joysticks definieren. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist die menschliche Schnittstellenvorrichtung so gezeigt, dass sie
einen Stylus 34 aufweist. Darauf hinzuweisen ist, dass
ein gerade ausgewähltes
interessierendes Gebiet 36 durch die augenblickliche Position
des Stylus 34 abgebildet ist.
3 ist
eine Darstellung eine beispielhaften Ausführungsform 38 eines
Bildgebungs- und Therapiekatheters 40 zur Verwendung in
dem in 1 dargestellten System 10. Außerdem ist
in 3 der Bildgebungs- und Therapiekatheter 40 so veranschaulicht,
dass er einen Bildgebungs- und Therapiewandler 42 aufweist.
Wie bereits vermerkt, kann der Bildgebungs- und Therapiekatheter 40 einen
Bildgebungs- und Therapiewandler mit integrierten oder voneinander
getrennten Bildgebungs- und Therapiekomponenten enthalten. Die in 3 veranschaulichte
Ausführungsform
des Bildgebungs- und Therapiekatheters 40 weist einen integrierten
Bildgebungs- und Therapiewandler 42 mit integrierten Bildgebungs-
und Therapiekomponenten auf. Bei einer Ausführungsform kann der dargestellte
integrierte Bildgebungs- und Therapiekatheter 40 dazu eingerichtet
sein, die dreidimensionale Echtzeit-Bildgebung eines anatomischen
Bereiches zu erleichtern und außerdem
The rapie auf ein oder mehrere interessierende Gebiete in dem anatomischen
Bereich zur Anwendung zu bringen. So kann z.B. im Falle eines integrierten
Ultraschallbildgebungs- und Therapiekatheters ein dreidimensionales
Echtzeit-Ultraschallbild unter Verwendung eines zweidimensionalen
Arrays oder eines mechanisch scannenden eindimensionalen Arrays
als Bildgebungskomponente des Bildgebungs- und Therapiewandlers 42 erhalten werden.
Zusätzlich
kann der integrierte Ultraschallbildgebungs- und Therapiekatheter 40 auch
dazu eingerichtet sein, Therapie in Form von Ultraschallablationsenergie über eine
Therapiekomponente des Bildgebungs- und Therapiewandlers 42 anzuwenden.
Weiterhin
verweist das Bezugszeichen 44 auf ein in Echtzeit abgebildetes
dreidimensionales Volumen (RT3D). Bei der dargestellten Ausführungsform
ist das in Echtzeit abgebildete dreidimensionale Volumen 44 als
ein pyramidales Volumen dargestellt. Bei einer gegenwärtig in
Betracht gezogenen Konfigurierung bezeichnet das Bezugszeichen 46 einen lenkbaren
Strahl, der eine Therapie auf das eine oder die mehreren (nicht
dargestellten) identifizierten interessierenden Gebiete anwenden
kann. Zu bemerken ist, dass der Ablationsstrahl 46 von
Hand oder elektronisch gelenkt werden kann. Der Ablationsstrahl 46 kann
innerhalb des abgebildeten dreidimensionalen Volumens 44 gelenkt
werden. Alternativ kann der Ablationsstrahl 46 einen Ablationsstrahl
aufweisen, der an einem festen Ort bezüglich des Bildgebungs- und Therapiekatheters 40 positioniert
ist. Der in 3 dargestellte Bildgebungs- und Therapiekatheter 40 kann
außerdem
Elektroden 48 enthalten. Die Elektroden 48 können dazu
eingerichtet sein, kardiale elektrische Signale (Wellenformen) zu
erfassen, um bspw. die elektrische Aktivität des Herzen zu überwachen.
Zusätz lich
kann bei bestimmten Ausführungsformen
der Bildgebungs- und
Therapiekatheter 40 einen Positionssensor 50 enthalten,
der an oder nahe einer Spitze eines Bildgebungs- und Therapiekatheters 40 angeordnet
ist. Der Positionssensor 50 kann dazu eingerichtet sein,
die Bewegung des Bildgebungs- und Therapiekatheters 40 in
der Anatomie des Patienten zu verfolgen. Das medizinische Bildgebungssystem 18 (vgl. 1)
kann dazu ausgelegt sein, anschließend Ortsinformationen von
dem Positionssensor 50 zu akquirieren.
Bezugnehmend
nun auf 4 ist dort eine beispielhafte
Ausführungsform 52 eines
Bildgebungs- und Therapiekatheters 54 mit einem großen Gesichtsfeld
veranschaulicht. Das große
Gesichtsfeld kann bei einer Ausführungsform
360° umfassen. Wie
in 4 dargestellt, weist der Bildgebungs- und Therapiekatheters 54 einen
Bildgebungs- und Therapiewandlers 56 auf. Bei bestimmten
Ausführungsformen
kann der Bildgebungs- und
Therapiekatheter 54 einen einzigen Bildgebungs- und Therapiewandler mit
einem großen
Gesichtsfeld aufweisen. Alternativ können bei anderen Ausführungsformen
eine Anzahl Bildgebungs- und Therapiewandler in dem Bildgebungs-
und Therapiekatheter 54 verwendet werden. Außerdem bezeichnet
das Bezugszeichen 58 ein in Echtzeit abgebildetes dreidimensionales
Volumen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das in Echtzeit
dargestellte dreidimensionale Volumen 58 mit einem zylindrischen
Volumen veranschaulicht. Der Bildgebungsstrahl wird mechanisch und/oder elektronisch
innerhalb des abgebildeten Volumens 58 gescannt. Bei einer
gegenwärtig
in Betracht gezogenen Konfiguration bezeichnet das Bezugszeichen 60 einen
lenkbaren Strahl, der auf das eine oder die mehreren (nicht dargestellten)
identifizierenden interessierenden Gebiete eine Therapie anwenden
kann. Der Ablationsstrahl 60 kann inner halb des abgebildeten
dreidimensionalen Volumens 58 gelenkt werden. Ebenso kann,
wie bereits vermerkt, der Ablationsstrahl 60 von Hand oder
elektronisch gelenkt werden. Alternativ kann der Ablationsstrahl 60 einen
an einen festen Ort bezüglich
des Bildgebungs- und Therapiekatheters 54 positionierten
Ablationsstrahl beinhalten. Wie ebenfalls in 4 dargestellt,
kann der Ultraschallwandler eine Anzahl Wandlerteilgruppenelemente 57 aufweisen,
die, wie dies noch beschreiben werden wird, unabhängig voneinander
und selektiv aktiviert werden können.
Wenngleich
die in den 3, 4 dargestellten
Ausführungsformen
im Zusammenhang mit einer Ultraschallablation beschrieben werden
so ist doch darauf hinzuweisen, dass auch andre Ablationsverfahren
verwendet werden können.
So kann z.B. eine HF-Ablation benutzt werden. Demgemäß kann der
Benutzer Orte des einen oder der mehreren, einer Therapie bedürftigen
interessierenden Gebiete auf dem dargestellten Bild 28 (vgl. 2)
identifizieren. Das medizinische Bildgebungssystem 18 (vgl. 1)
kann dabei so ausgelegt sein, dass es das Positioniersystem 24 so
steuert, dass dieses den Bildgebungs- und Therapiekatheter an die
jeweils gewünschten
Orte hinleitet und dass dort dieser Ablationsenergie zur Anwendung
bringt.
5 ist
ein Flussdiagramm eines exemplarischen Programms 62 zur
Bildgebung und zur Anwendung einer Therapie auf ein oder mehrere
interessierende Gebiete. Gemäß beispielhaften
Aspekten der vorliegenden Technik wird ein Verfahren zur Bildgebung
und zur Therapieanwendung auf das eine oder die mehreren interessierenden
Gebiete vorgestellt. Das Verfahren beginnt mit dem Schritt 64,
bei dem ein Bild, basierend auf von dem medizinischen Bildgebungssystem 18 (vgl. 1)
basierenden Daten erzeugt wird. Wie bereits vermerkt, können die
für einen
anatomischen Bereich des Patienten 12 (vgl. 1)
repräsentativen
Bilddaten über
einen Bildgebungs- und Therapiekatheter, wie etwa den in den 3 bzw. 4 dargestellten
Therapiekatheter 40, 54 akquiriert werden. Die
Bilddaten können
in Echtzeit unter Verwendung des Bildgebungs- und Therapiekatheters akquiriert werden.
Diese
Akquisition von Bilddaten über
den Bildgebungs- und
Therapiekatheter hilft einem Benutzer bei der Beurteilung der Therapienotwendigkeit in
dem abgebildeten anatomischen Bereich. Darüberhinaus können mechanische Mittel, elektronische Mittel
oder deren Kombinationen eingesetzt werden, um die Akquisition von
Bilddaten über
den Bildgebungs- und Therapiekatheter zu erleichtern. Alternativ
können
früher
gespeicherte, für
den anatomischen Bereich repräsentative
Bilddaten von dem medizinischen Bildgebungssystem 18 akquiriert
werden. Der Bildgebungs- und Therapiekatheter kann einen Bildgebungs-
und Therapiewandler enthalten. Außerdem kann eine Bildgebungsorientierung
des Bildgebungs- und Therapiekatheters einen nach vorne schauenden
Katheter, einen zur Seite schauenden Katheter oder deren Kombinationen
beinhaltet, wie dies bereits erläutert
wurde.
Bei
einem Schritt 64 wird außerdem das generierte Bild,
wie das Bild 28 (vgl. 2), auf
dem Displaybereich (vgl. 1) des medizinischen Bildgebunssystems 18 dargestellt.
Bei bestimmten Ausführungsformen
kann das dargestellte Bild ein in Echtzeit abgebildetes dreidimensionales
Volumen beinhalten.
Anschließend können in
einem Schritt 66 eine oder mehrere einer Therapie bedürftige interessierende
Gebiete auf dem dargestellten Bild identifiziert werden. Bei bestimmten
Ausführungsformen kann
der Benutzer visuell das eine oder die mehreren interessierenden
Gebiete unter Verwendung des dargestellten Bildes identifizieren.
Alternativ können,
gemäß Aspekten
der vorliegenden Technik, Techniken zur Darbietung der Gewebeelastizität oder der
Gewebebelastung (tissue strain) dazu verwendet werden, den Benutzer
bei der Beurteilung der Notwendigkeit einer Therapie in dem einen
oder den mehreren interessierenden Gebieten zu unterstützen. Die Techniken
zur Bildgebung der Gewebeelastizität können z.B. akustische Strahlungskraft,
Impulsbildgebung (ARFI = Acoustic Radiation Force Impulse) oder
Vibroakustographie umfassen. Belastungsbildgebungstechniken können Belastungsbildgebung (Strain
Imaging), Strain Rate Bildgebung, Gewebegeschwindigkeitsbildgebung
oder Gewebesynchronisationsbildgebung umfassen. Der Bildgebungs-
und Therapiewandler kann dazu verwendet werden, die Elastizitäts- oder Überbeanspruchungsbildgebung
zu erleichtern. Es kann aber auch ein getrenntes, jeweils speziell
zugeordnetes Array, das in dem Bildgebungs- und Therapiekatheter
integriert ist, zur Erzielung einer Elastizitäts- oder Beanspruchungsbildgebung
eingesetzt werden.
Anschließend an
den Schritt 66 kann der Benutzer einen Therapiepfad, wie
etwa den Therapiepfad 32 (2), auf
dem dargestellten Bild bei einem Schritt 68 definieren.
Der Therapiepfad wird in Abhängigkeit
von dem einen oder den mehreren interessierenden Gebieten identifiziert.
Demgemäß kann sich
der Therapiepfad bei einer Ausführungsform über einen
Bereich hinaus erstrecken, der von einer einzigen Katheterposition
aus abgebildet und behandelt werden kann, womit mehre re Katheterpositionen erforderlich
werden. Es können
Bilddaten, die für
ein größeres Betrachtungsfeld
repräsentativ
sind, akquiriert und gespeichert werden. Dieser Vorgang des Akquirierens
und Speicherns von Bilddaten, die das größere Betrachtungsfeld wiedergeben
wird im Nachfolgenden noch in größeren Einzelheiten
beschrieben. Wie bereits vermerkt, kann der Benutzer eine auf dem
Benutzerstützstellenbereich 22 ( 1) des
medizinischen Bildgebungssystems 18 angeordnete mausartige
Eingabevorrichtung benutzen, um den Therapiepfad aufzuzeichnen.
Alternativ kann der Benutzer zum Aufzeichnen des Therapiepfads einen Stylus,
einen Joystick, einen Trackballvorrichtung oder einen Touchscreen
benutzt. Das medizinische Bildgebungssystem 18 nimmt dann
den Therapiepfad auf und bietet den Therapiepfad auf dem dargestellten
Bild in der Weise dar, dass es den definierten Therapiepfad auf
das dargestellte Bild überlagert. Die Überlagerung
des Therapiepfads auf dem dargestellten Bild gestattet es dem Benutzer,
den Therapiepfad in Echtzeit zu visualisieren.
Zu
bemerken ist, dass wenngleich die dargestellten Ausführungsformen
im Zusammenhang mit einem benutzerdefinierten Therapiepfad beschrieben werden,
bei dem der Benutzer von Hand den Therapiepfad vorzeichnet, doch
auch ein automatisch definierter Therapiepfad in Betracht gezogen
wird. Das Bildgebungs- und Therapiesystem 10 (1)
kann dazu eingerichtet sein einen von dem System erzeugten, vorgeschlagenen
Therapiepfad auf der Basis von ausgewählten speziellen Merkmalen
der Bilddaten zu liefern. Demgemäß kann das
System 10 dazu eingerichtet sein, auf der Basis der ausgewählten Merkmale
automatisch ein oder mehrere, einer Therapie bedürftige Gebiete in dem abgebildeten
Volumen zu identifizieren. Anschließend kann das System 10 dann,
basierend auf Orten der identifizierten, einen oder mehreren, einer
Therapie bedürftigen
Gebiete, automatisch einen Therapiepfad vorschlagen. Zu den ausgewählten Merkmalen
können
gehören: Mechanische
Gewebeeigenschaften, wie etwa, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein,
Dichte, Glanz oder Gewebesteifigkeit, dazu könne auch Blutflusseigenschaften
in dem Gewebe, wie Blutgeschwindigkeit, Perfusion oder Dopplerleistung
oder irgendeine Kombination davon gehören, die für bestimmte Krankheiten oder
eine bestimmte Anatomie, die auf eine Therapie ansprechen würden, hinweisen
oder dafür
repräsentativ
sind.
Der
Schritt 70 bezeichnet einen Vorgang zur Anwendung einer
Therapie auf das eine oder die mehreren identifizierten interessierenden
Gebiete gemäß dem definierten
Pfad. Während
des Schrittes 70 verarbeitet das medizinische Bildgebungssystem 18 den
bei dem Schritt 68 definierten Therapiepfad und konvertiert
den definierten Therapiepfad in eine Folge von Aktionen, die die
Durchführung
der Therapie gemäß dem in
dem Schritt 68 definierten Therapiepfad zur Folge haben.
Die bei der Durchführung der
Therapie sich ergebende Abfolge von Aktionen hängt von der speziellen Ausführungsform
ab und wird in größerem Detail
noch beschrieben. Demgemäß ist das
medizinische Bildgebungssystem 18 dazu ausgelegt, eine
Ortsinformation von jedem des einen oder der mehreren interessierenden
Gebiete zu akquirieren. Das medizinische Bildgebungssystem 18 kann
dazu eingerichtet sein, eine Ortsinformation von jedem des einen
oder der mehreren interessierenden Gebiete in der Weise zu bestimmen, dass
es den definierten Therapieweg in Kombination mit einer bekannten
Ortsinformation jedes Punktes auf dem dargestellten Bild bezüglich der
bekannten Positionen der Bildgebungs- und Therapiekomponenten des
Katheters verarbeitet.
Immer
noch auf den Schritt 70 Bezug nehmend, kann, wenn das eine
oder mehrere interessierende Gebiete in dem betrachtungs- oder Gesichtsfeld
des Bildgebungs- und Therapiewandlers liegen, das medizinische Bildgebungssystem 19 dazu
eingerichtet sein, eine Therapie über die Therapiekomponente
des Bildgebungs- und Therapiewandlers in dem Bildgebungs- und Therapiekatheter
auf das eine oder die mehreren identifizierten interessierenden Gebiete
anzuwenden. Bei einer Ausführungsform kann
die Therapie eine fokussierte Ultraschallenergie hoher Intensität (HIFU)
beinhalten. Das medizinische Bildgebungssystem kann die Therapie
durch entsprechendes Lenken eines Ablationsstrahls, etwa des Ablationsstrahls 46 (vgl. 3)
bzw. 60 (vgl. 4) innerhalb des abgebildeten
Volumens anwenden. Demgemäß kann der
Ablationsstrahl bei einer Ausführungsform
einen lenkbaren Ablationsstrahl beinhalten- Der Ablationsstrahl
kann unter Verwendung gebräuchlicher
Phasentechniken gelenkt werden zu denen die phasenverschobene Anregung
des Ablationsarrays zählt,
um so eine Ausbreitung des Ultraschallstrahls in einer gewünschten
Richtung zu erlangen. Zu bemerken ist, dass wenn der Ablationsstrahl
lenkbar ist, das eine oder die mehreren interessierenden Gebiete
innerhalb des Gesichtsfeldes des Bildgebungs- und Therapiewandlers
ohne Repositionieren des Bildgebungs- und Therapiekatheters ablatiert
werden können,
was vorteilhafterweise weniger Bewegung des Bildgebungs- und Therapiekatheters in
dem Patienten zur Folge hat. Außerdem
können, wenn
der Bildgebungs- und Therapiewandler ein großes Gesichtsfeld hat, wie etwa
der in 4 dargestellte Bildgebungs- und Therapiekatheter 54,
das eine oder die mehreren interessierenden Gebiete ablatiert werden,
während
der Bildgebungs- und Therapiekatheter an einem einzigen Ort positioniert
ist.
Alternativ
kann, wenn der Ablationsstrahl ortsfest ist, die Notwendigkeit bestehen,
dass der Bildgebungs- und Therapiekatheter vor der Therapieanwendung
repositioniert wird. Es kann dazu bei einem optionalen Schritt eine Überprüfung vorgenommen
werden, um festzustellen, ob das eine oder die mehreren, einer Therapie
bedürftigen,
interessierenden Gebiete in einem Gesichtsfeld des Bildgebungs- und
Therapiewandlers liegen. Wenn das eine oder die mehreren, einer
Therapie bedürftigen
interessierenden Gebiete im Augenblick außerhalb des Gesichtsfelds des
Bildgebungs- und Therapiewandlers liegen, kann der Bildgebungs-
und Therapiekatheter so repositioniert werden, dass das eine oder
die mehreren interessierenden Gebiete in dem Gesichtsfeld des Bildgebungs-
und Therapiewandlers enthalten sind. Diese Repositionierung des
Bildgebungs- und Therapiekatheters erleichtert die Bildgebung und
die Therapieanwendung auf das eine oder die mehreren interessierenden
Gebiete, das bzw. die augenblicklich außerhalb des Gesichtsfelds des
Bildgebungs- und Therapiekatheters liegen. Zusätzlich könnte, wenn das eine oder die
mehreren einer Therapie bedürftigen
interessierenden Gebiete eine dreidimensionale Gestalt umfassen,
ein Repositionieren des Bildgebungs- und Therapiekatheters erforderlich sein,
um die dreidimensionale Gestalt abzudecken.
Außerdem können gemäß Aspekten
der vorliegenden Technik, dreidimensionale Volumina mit einem größeren Gesichtsfeld
(Field of View) unter Verwendung eines Bildgebungs- und Therapiekatheters mit
einem beschränkten
Gesichtsfeld zusammengesetzt werden. Darüberhinaus kann z.B. die dreidimensionalen
Volumina und definierte Therapiepfade betreffende Information in
einem Speicher abgespeichert werden. Demgemäß kann ein zu sammengesetztes
Bild durch Zusammenfügen
mehrerer Bilder erzeugt werden, wobei die Bilder für mehrere
Positionen des Bildgebungs- und Therapiekatheter repräsentativ
sind. Das zusammengesetzte Bild kann in dem Speicher abgespeichert
werden. Das Zusammenfügen
der dreidimensionalen Volumina mit einem größeren Gesichtsfeld kann in
der Weise geschehen, dass Bildmerkmale, wie Fleckenziele (Speckle
Targets) oder andere Bildmerkmale verfolgt werden. Das augenblickliche
Gesichtsfeld, das von den Bildgebungs- und Therapiekatheter abgebildet
wird, kann dann mit dem größeren gespeicherten
dreidimensionalen Volumen in Echtzeit zur Deckung gebracht werden.
Dies ermöglicht
es einem Benutzer festzustellen wo der lokalisierte Behandlungspfad bezüglich eines
Gesamtbehandlungspfades liegt, wenn der Gesamtbehandlungspfad sich über das
hinaus erstreckt was in einem einzigen vorgegebener Augenblick sichtbar
ist. Bei einer Ausführungsform können ein
oder mehrere, von dem Benutzer ausgewählte interessierende Bereiche
außerhalb
eines Gesichtsfeldes der gegenwärtigen
Stellung des Bildgebungs- und Therapiekatheters liegen. Der Bildgebungs-
und Therapiekatheter kann dann entsprechend repositioniert werden,
so dass das augenblickliche Gesichtsfeld das eine oder die mehreren,
gegenwärtig
außerhalb
des Gesichtsfeldes des Bildgebungs- und Therapiekatheters liegenden
interessierenden Gebiete einschließt, während er das eine oder die
mehreren bereits behandelten interessierenden Gebiete aus den Gesichtsfeld
herausbewegt.
Bei
einer Ausführungsform
kann der Bildgebungs- und Therapiekatheter einen Positionssensor 50 (3)
beinhalten, der an oder nahe der Spitze des Bildgebungs- und Therapiekatheters
angeordnet ist. wie bereits vermerkt kann der Positionssensor 50 dazu
eingerichtet sein, die Bewegung des Bildge bungs- und Therapiekatheters
in der Anatomie des Patienten zu verfolgen. Das medizinische Bildgebungssystem
kann sodann so konfiguriert sein, dass es Ortsinformation von dem
Positionssensor akquiriert.
Bei
bestimmten Ausführungsformen
kann der Bildgebungs- und
Therapiekatheter von Hand repositioniert werden. Alternativ kann
der Bildgebungs- und Therapiekatheter unter Verwendung des in 1 dargestellten
Katheterpositioniersystems 24 automatisch zur Bildgebung
und dazu repositioniert werden, eine Therapie auf das eine oder
die mehreren interessierenden Gebiete anzuwenden. Das Katheterpositioniersystem 24 kann
ein (nicht dargestelltes) Untersystem aufweisen, das dazu ausgelegt sein
kann, eine Ortsinformation hinsichtlich der Spitze des Bildgebungs-
und Therapiekatheters zu liefern. So wie hier verwendet, gibt „Spitze" des Bildgebungs-
und Therapiekatheters eine Länge
von etwa 10 cm oder weniger vom distalen Ende des Bildgebungs- und
Therapiekatheters aus an. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Spitze
des Bildgebungs- und
Therapiekatheters auch die Bildgebungs- und Therapiekomponenten
des Bildgebungs- und Therapiekatheters enthalten. Außerdem kann
das Kathederpositioniersystem 24 auch ein (nicht dargestelltes)
Betätigungsteilsystem
enthalten, das dazu eingerichtet ist, die Spitze des Katheters zu
betätigen.
Demgemäß kann die
Ortsinformation, die in dem einen oder den mehreren interessierenden
Gebieten, die augenblicklich außerhalb
des Gesichtsfeldes des Bildgebungs- und Therapiekatheters liegen, dem
Katheterpositioniersystem 24 über das Rückmeldesystem 26 (1) übermittelt
werden. Der Benutzer kann die menschliche Schnittstellenvorrichtung
dazu verwenden, eine Information hinsichtlich des Ortes eines nachfolgend
abzubildenden Volumens dem Katheterpositioniersystem 24, bspw. über das
Rückmeldesystem 26,
zu übermitteln.
Demgemäß kann das
Katheterpositioniersystem 24 dazu eingerichtet sein, den
Bildgebungs- und Therapiekatheters automatisch an den jeweils gewünschten
Ort zu repositionieren, um damit sicherzustellen, dass das eine
oder die mehreren interessierenden Gebiete innerhalb des Gesichtsfelds
des Bildgebungs- und Therapiekatheters positioniert sind.
Zu
bemerken ist auch, dass der Vorgang der Anwendung einer Therapie
vorzugsweise in Echtzeit ausgeführt
werden kann. Demgemäß kann der
Bildgebungs- und Therapiekatheter eine Therapie in Echtzeit auf
das eine oder die mehreren interessierenden Gebiete in Abhängigkeit
von einer Eingabe des Benutzers anwenden. Mit anderen Worten heißt das,
dass eine Therapie auf das eine oder die mehreren interessierenden
Gebiete angewandt werden kann, während
der Benutzer den Therapiepfad auf dem dargestellten Bild aufzeichnet.
Im Hinblick darauf kann das medizinische Bildgebungssystem dazu eingerichtet
sein, den definierten Therapiepfad nachzuverfolgen, während dieser
auf dem dargestellten -Bild aufgezeichnet wird. Der Bildgebungs-
und Therapiekatheter kann sodann dazu eingerichtet sein, den Ablationsstrahl
derart zu lenken, dass die Therapie angewandt wird. Alternativ kann
das medizinische Bildgebungssystem so konfiguriert sein, dass es
die Therapie auf das eine oder die mehreren interessierende Gebiete
erst anwendet nachdem der Therapiepfad bis zu einer vorbestimmten
Erstreckung aufgezeichnet ist.
Zusätzlich kann
die Wirksamkeit der Therapie nach ihrer Anwendung durch Benutzung
von Gewebeelastizitäts-
oder Beanspruchungsbildgebungstechniken überwacht werden. Das medizinische
Bildgebungssystem kann auch dazu eingerichtet sein, Bildverarbeitungsalgorithmen
zur genauen Überwachung
der mit der Therapie behandelten Örtlichkeiten zu benutzen. Die
Bildgebungsverarbeitungsalgorithmen können auch dazu verwendet werden,
eine Bewegung des abgebildeten und behandelten Gewebes zu überwachen.
Bei bestimmten Ausführungsformen
können
die Bildverarbeitungsalgorithmen Fleckverfolgungsalgorithmen (Speckle
Tracking Algorithms) oder andere korrelationsbasierte Algorithmen umfassen.
Zu
bemerken ist, dass der Vorgang der Bildgebung und der therapeutischen
Behandlung des einen oder der mehreren einer Therapie bedürftigen
interessierenden Gebiete von einem entfernten Ort aus durchgeführt werden
kann, nachdem der Bildgebungs- und Therapiekatheter einmal in dem
Patienten positioniert worden ist. Der Benutzer kann auf die Bilddaten
von einem entfernten Ort aus zugreifen, was für den Benutzer in vorteilhafter
Weise bei der Fernüberwachung
der Therapieanwendung hilfreich sein kann. Die über den Bildgebungs- und Therapiekatheter
akquirierten Bilddaten können über ein
verdrahtetes oder drahtloses Medium zu einem zentralen Überwachungssystem übertragen
werden, das in einer Pflegeeinrichtung angeordnet sein kann. Der Benutzer
kann dann auf das zentrale Überwachungssystem
zugreifen, um von der Ferne aus die Bilddaten zu betrachten, das
eine oder die mehreren Gebiete, die einer Therapie bedürfen, identifizieren
und die Therapie entsprechend anwenden. Generell können Displays,
Drucker, Arbeitsstationen und ähnliche
Vorrichtungen, die in dem System vorhanden sind, lokal bei den Bildakquisitionskomponenten
oder von diesen Komponenten entfernt, etwa irgendwo in einer Pflegeeinrichtung
oder an einem vollständig
verschiedenen Ort, angeordnet sein, der mit dem medizinischen Bildgebungssystem über ein
oder mehrere konfigurierbare Netz werke, wie das Internet, virtuelle private
Netzwerke usw. verlinkt sind.
Für den Fachmann
versteht sich, dass die im Vorstehenden erläuterten Beispiele, Darstellungen und
Verfahrensschritte mittels eines geeigneten Codes auf einem prozessorbasierten
System, wie einem Allzweck- oder Spezialcomputer implementiert sein
können.
Darauf hinzuweisen ist auch, dass verschiedene Implementierungen
der vorliegenden Technik einige oder alle der hier beschriebenen Schritte
in verschiedenen Reihenfolgen oder im Wesentlichen gleichzeitig,
d.h. parallel ausführen
können.
Außerdem
können
die Funktionen in verschiedenen Programmsprachen, wie C++ oder Java,
implementiert werden. Ein derartiger Code kann, wie an sich bekannt,
auf einem oder mehreren tangiblen maschinenlesbaren Medien, wie
etwa Speicherchips, lokal oder entfernt angeordneten Harddisks,
optischen Disks (d.h. CDs oder DVDs) oder anderen Medien, auf die
von einem prozessorbasierten System zur Ausführung des gespeicherten Codes
zugegriffen werden kann, abgespeichert werden oder sie können zu
dieser Abspeicherung geeignet sein. Darauf hinzuweisen ist, dass
zu den tangiblen Medien Papier und auch irgendein anderes geeignetes
Medium, auf dem Instruktionen aufgedruckt sind, zählen können. Die
Instruktionen können
z.B. durch optisches Scannen des Papiers oder des anderen Mediums
elektronisch erfasst, sodann kompiliert, interpretiert oder, falls
erforderlich, in irgendeiner anderen Weise verarbeitet und anschließend in
einem Computerspeicher abgespeichert werden.
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Bildgebungs-
und Ablationskatheter, der mit dem im Vorstehenden beschriebenen,
integrierten Bildgebungs- und Therapiesystem eingesetzt werden kann.
Wie leicht zu erkennen, verbessert die Erfindung in vorteilhafter
Weise die Ausrichtung der Bildgebungsebene auf ein Ablationsziel, was
die präzise
Platzierung von Ablationsläsionen auf
der angezielten Anatomie unterstützt.
Darüberhinaus
verbessert die Erfindung die Fähigkeit
eines Bedieners Ablationsfadenkreuze auf einem Bild vor der Ablation
zu visualisieren. Darüberhinaus
gibt die Erfindung einem Bediener Flexibilität bei der Ausführung einer
vorgegebenen Ablation. Das heißt,
dass die Möglichkeit
besteht, dass ein Ablationsstrahl an eine von dem Bediener spezifizierte
Operationsstelle gelenkt werden kann, ohne dass der Bediener den Katheter
repositionieren muss. Demgemäß erlaubt die
Erfindung eine Ablationsstrahllenkung mit einem verhältnismäßig statischen
Katheter.
Es
wird noch gezeigt werden, dass die vorliegende Erfindung auch eine
kontaktlose Ablation gestattet. Das heißt, dass mittels verbesserter
Visualisierung die vorliegende Erfindung die übliche Notwendigkeit entbehrlich
macht, den Ablationspunkt oder das Ablationsgewebe physikalisch
mit dem Katheter zu berühren,
um einen Ablationsort zu identifizieren. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform weist
der integrierte Ablations- und Bildgebungskatheter unabhängig voneinander
ansteuerbare Ablationsarrayelemente auf, die mit unterschiedlichen
Frequenzen, Phasenlagen, Zeitverzögerungen oder Amplituden angesteuert
werden können,
so dass mehrere Ablationsstellen gleichzeitig ablatiert werden können. Die
vorliegende Erfindung gestattet auch eine automatische Beurteilung
der Wirksamkeit einer Ablation unter Verwendung einer Strain Rate
Bildgebung oder ARFI und, falls erforderlich, eine automatische
Reapplikation der Ablationsenergie.
Die
integrierten Ablations- und Bildgebungsarrays können auch zusammen hergestellt
werden, womit die Herstellungskosten und der Herstellungszeitaufwand
reduziert werden. Möglich
ist es auch, dass eine 3D-Bildgebung in Echtzeit während eines Ablationseingriffs
integral oder gleichzeitig ausgeführt wird.
Bezugnehmend
nun auf 6 ist dort ein beispielhafter
integrierter Ultraschallbildgebungs- und Ablationskatheter oder
eine entsprechende Sonde dargestellt. Der Katheter 72 weist
einen Katheterkörper 74 auf,
in dem ein Ablationsarray 76 und ein Bildgebungsarray 78 untergebracht
sind. Das Ablationsarray 76 ist von einer Anzahl Ablationselementen 80 gebildet,
während
das Bildgebungsarray eine Anzahl Wandlerelemente 82 aufweist.
Das Ablationsarray und das Bildgebungsarray werden durch Steuerbefehle
gesteuert, die über
Verbindungsleitungen 84 eingegeben werden. Zusätzlich zur
Lieferung von Steuerbefehlen umfassen die Verbindungsleitungen 84 Leseleitungen,
die Bildgebungsdaten von den Bildgebungsarrayelementen zu dem Bildgebungssystem
(1) übertragen.
Wie bei der beispielhaften Ausführungsform
nach 6 dargestellt, sind das Ablationsarray und das
Bildgebungsarray, obwohl sie gemeinsam in dem Katheter untergebracht sind,
voneinander getrennte und unterscheidbare Arrays; beide Arrays erstrecken
sich aber längs
der Längsachse
des Katheterkörpers,
was eine große Apertur
ergibt, die für
eine wirksame Ablation bevorzugt ist. Das Ablationsarray kann dazu
verwendet werden, den Ultraschallablationsstrahl so zu lenken, wie
dies durch die Frequenz und Geometrie des Ablationsarrays ermöglicht ist.
Bezugnehmend
nun auf 7 können die Betriebsfrequenzen
des Ablations- und des Bildgebungsarrays voneinander ver schieden
sein. Wie dargestellt, überlappt
die Frequenzantwort des Ablationsarrays 66 nicht die Frequenzantwort
des Bildgebungsarrays 88. Wie im Weiteren noch beschreiben werden
wird, kann diese Nichtüberlappung
der Frequenzantworten dazu ausgenutzt werden eine gleichzeitige
Bildgebung und Ablation zu erreichen. Wie in 8 dargestellt,
können
aber auch die Frequenzantworten einander überlappen. Auf diese Weise
können
Bildgebungsframes mit Ablationsstrahlen verschachtelt sein.
Wie
in 9 dargestellt, besteht auch die Möglichkeit,
dass das Ablations – und
das Bildgebungsarray voneinander getrennt in einem einzigen Katheterkörper untergebracht
sind. Trotz der Trennung zwischen den Arrays 76,78 ist
das Bildgebungsarray so konstruiert, dass es einen Bildgebungsbereich 90 hat,
der den Ablationsstrahl 92 des Ablationsarrays 76 mit
beinhaltet. Wie in 10 dargestellt, besteht auch
die Möglichkeit,
dass das Ablations- und das Bildgebungsarray 76, 78 in
einem gemeinsamen Array 94 eingebaut sind. Bei beiden Konstruktionen
ist der Bildgebungsbereich 90 des Bildgebungsarrays 78 ausreichend
groß,
um das Ablationsziel 96 mit zu umfassen und demgemäß ist das
Ablationsziel (Target) inhärent
in der Bildgebungsebene (im abgebildeten Gebiet) ausgerichtet.
Bezugnehmend
nun auf 11 ist dort eine weitere beispielhafte
Ausführungsform
eines integrierten Ablations- und Bildgebungskatheters veranschaulicht.
Bei dieser Ausführungsform
sind das Ablationsarray und das Bildgebungsarray relativ zueinander
gekippt, um die Zentrierung des Ablationsstrahls in dem abgebildeten
Gebiet zu verbessern. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bildgebungsarray 78 in
einer bezüglich
des Ablationsarrays 76 gekippten Position veran schaulicht.
Es besteht aber auch die Möglichkeit
dass das Ablationsarray bezüglich
des Bildgebungsarray gekippt ist. Wegen des Kippens des Bildgebungsarrays 78 ist auch
das abgebildete Gebiet 90 des Bildgebungsarrays 78 in
gleicher Weise bezüglich
des Ablationsstrahls 92 des Ablationsarray 76 gekippt.
Das Maß der
Kippung des Bildgebungsarrays definiert naturgemäß den Winkelversatz des abgebildeten
Gebietes. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bildgebungsarray
so aufgebaut, dass es in dem Bereich von 0° bis 90° bezüglich des Ablationsarrays gekippt
ist.
Es
besteht die Möglichkeit,
dass von einer Anzahl Betätigungsvorrichtungen
eine oder mehrere dazu verwendet werden, das Bildgebungsarray und/oder
das Ablationsarray zu kippen. Die Arrays könnten z.B. dadurch gekippt
werden, dass der flexible Verbindungsschaltkreis, an den die Arrays
angeschlossen sind abgebogen und dann die Arrays in eine jeweils
gewünschte
Kippstellung eingestellt oder auf diese ausgerichtet werden. Bei
einer anderen möglichen
Ausführungsform
kann ein mit den Arrays verbundener und sich durch den Katheter
erstreckender mechanischer Zugdraht von einem Techniker dazu verwendet
wird, die Arrays zu kippen. Auch kann ein (nicht dargestellter)
elektromechanischer Aktuator mit dem Zugdraht oder direkt mit den
Arrays verbunden sein, um die gewünschte Kippbewegung zu erzeugen.
Möglich
ist es auch, einen Hydraulikschaltung zum Kippen der Arrays zu verwenden,
die darauf beruht, dass ein Fluid in einen Ballon oder eine Blase
eingepresst oder aus dieser abgezogen wird. Zum Kippen der Arrays
können
auch andere Vorrichtungen verwendet werden.
Es
besteht weiterhin die Möglichkeit,
dass entweder das Ablationsarray oder das Bildgebungsarray oder
beide Arrays Echtzeit-3D(4D)-Arrays sein können. Zwei beispielhafte Ausführungsformen
sind in den 12 und 13 dargestellt. 12 veranschaulicht
ein ID-Bildgebungsarray mit mechanischem Scannen, mit einem integrierten
ID-Ablationsarray. Es ist vorgesehen, dass der Motor 97 das
Ablationsarray, das Bildgebungsarray oder beide drehen kann. Bei
der Ausführungsform
bei der sowohl das ID-Bildgebungsarray, als auch das ID-Ablationsarray verdreht
werden, sind eine Echtzeit-3D-Bildgebung
und eine Echtzeit-3D-Ablation möglich,
ohne dass der Katheter bewegt wird. 13 veranschaulicht
ein 2D-Bildgebungsarray
mit elektronischem Scannen mit einem integrierten ID-Ablationsarray. Eine
solche Konfiguration gestattet eine Echtzeit-3D-Bildgabe und -aolation
in zwei Dimensionen längs
einer einzigen Ebene innerhalb des abgebildeten 3D-Volumens. Es besteht
auch die Möglichkeit, dass
das integrierte Array ein 2D-Bildgebungs- und ein 2D-Ablationsarray
ist (nicht dargestellt). Eine derartige Konstruktion würde auch
eine vollständige Echtzeit-3D-Bildgebung
und eine Echtzeit-3D-Ablation ermöglichen, ohne dass eine Katheterbewegung erforderlich
ist.
Wie
in 14 dargestellt, erlaubt die elektronische Steuerung
des Ablationsstrahls, dass mehrere Ablationsstellen 96(a), 96(b) und 96(c) in
einer einzigen Katheterposition ablatiert werden. Dadurch wird nicht
nur die Zeit verkürzt,
die ein Operateur benötigt,
um die mehreren Ablationsstellen anzusteuern, sondern es wird dadurch
auch der Zeitaufwand verringert, indem die Zahl der für einen
vorgegebenen Eingriff erforderlichen Katheterbewegungen verringert
wird.
Bezugnehmend
nun auf 15 besteht die Möglichkeit,
dass das Bildgebungsarray 78 zentral zwischen Ablationsele menten 80 des
Ablationsarrays 76 angeordnet ist. Bei dieser Konstruktion
ist das Ablationsziel 96 in dem abgebildeten Gebiet 90 zentriert.
Bei
gebräuchlichen
Ablationsarrays sind alle Ablationselemente entweder EIN oder AUS.
Dabei steht lediglich die Hauptkeule des Ablationsstrahls zur Ablation
zur Verfügung.
Dies rührt
daher, dass Rasterkeulen des Ablationsstrahls stark achsversetzt sind
und verglichen mit der Hauptkeule, eine wesentlich geringere Amplitude
aufweisen. Gemäß einem weiteren
Aspekt der Erfindung ist das Ablationsarray so konstruiert, dass
es schaltbare Ablationselemente aufweist. Dazu ist jedes Ablationselement
separat mit der Systemsteuereinrichtung 23 nach 1 verbunden,
und die Systemsteuereinrichtung aktiviert selektiv jedes Ablationselement
entsprechend der jeweiligen Notwendigkeit. Diese Selektivität kann zur gleichzeitigen
Ablation mehrerer Ablationsstellen ausgenutzt werden. Das Erregungssignal (Waveform)
mit dem jedes Element beaufschlagt wird, kann sich hinsichtlich
der Frequenz, der Phasenlage, der Zeitverzögerung oder der Amplitude von dem
andere Elemente beaufschlagenden Signal (Waveform) unterscheiden,
um so die Zahl, Größe, Gestalt
und den Ort der Ablationspunkte entsprechend anzusteuern. Bei einem
Ausführungsbeispiel sind
die Ablationselemente in Gruppen auf einer Ablationsbasis angeordnet.
Dadurch können
unterschiedliche Erregungswaveforms von den verschiedenen Gruppen
erzeugt werden.
Bezugnehmen
nun auf 16 ist dort ein beispielhaftes
Ablationsstrahlprofil für
ein beispielhaftes Ablationsarray veranschaulicht, das ein oder mehrere
deaktivierte Ablationselemente aufweist. Wie dargestellt, ist das
Strahlprofil durch eine Hauptkeule 102 und eine Anzahl
Rasterkeulen 104 gekennzeichnet. Die Rasterkeulen 104 haben
zwei Hauptunterschiede zu den Rasterkeulen, die sich ergeben, wenn
alle Ablationselemente EIN sind. Zum Ersten sind die Amplituden
der Rasterkeulen vergleichbar mit der Amplitude der Hauptkeule.
Zum Zweiten ist der Abstand zwischen den Rasterkeulen verhältnismäßig gering.
Demzufolge können
die Rasterkeulen zusätzlich
zu der Hauptkeule zur aktiven Ablation benutzt werden. Bei einem
Ausführungsbeispiel
führt die
Kombination der Rasterkeulen mit der Hauptkeule dazu, dass eine
lineare oder gekrümmte Ablationsläsion erzeugt
wird.
Dies
ist in den 17 bis 18 dargestellt. In 17 ist
der integrierte Ablations- und Bildgebungskatheter in einer bereits
unter Bezugnahme auf 9 beschriebenen Weise mit schaltbaren
Ablationsarrayelementen konstruiert, während der in 18 veranschaulichte
Katheter in einer anhand von 15 beschriebenen
Weise mit den schaltbaren Ablationsarrayelementen aufgebaut ist.
Bezugnehmend nun auf 17 gestatten die durch selektive
Aktivierung der Ablationsarrayelemente erzeugten Rasterkeulen eine
gleichzeitige Ablation mehrerer Ablationspunkte 96, 106,
wobei die sich ergebende Ablationsläsion linear gestaltet ist.
Der zentrale Ablationspunkt 96 wird von der Hauptkeule
des Ablationsstrahls ablatiert, während die peripheren Ablationspunkte 106 von
den Rasterkeulen ablatiert werden. In ähnlicher Weise wird in 18 die
Hauptkeule des Ablationsstrahls dazu verwendet, den zentralen Ablationspunkt 96 zu
ablatieren, während
die Rasterkeulen dazu benutzt werden, die peripheren Ablationspunkte 106 zu
ablatieren. Bei beiden Konstruktionen werden der zentrale und die
peripheren Ablationspunkte gleichzeitig ablatiert.
Zusätzlich zu
dem im Vorstehenden beschriebenen integrierten Ablations- und Bildgebungskatheter
beinhaltet die vorliegende Erfindung auch ein Ablations- und Bildgebungsverfahren
zur Verwendung mit dem beschriebenen Katheter. Ein beispielhaftes
Verfahren ist in 19 veranschaulicht. Das Verfahren 108 beginnt
bei 110 damit, dass ein Arzt den Katheter durch den Patienten
so weit vorschiebt, bis der gewünschte
Ablationspunkt erreicht ist. Das Bildgebungsarray akquiriert und
liefert Echtzeitbilder für
den Arzt, die dargestellt und von dem Arzt dazu verwendet werden,
die Position des Katheters zu verfolgen. Sobald der Katheter an
oder nahe der Ablationsstelle steht, wird die Ablationsstelle bei 112 ablatiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird vor dem Repositionieren des Katheters eine Charakterisierung
des Gewebes bei 114 vorgenommen, um festzustellen, ob die
Ablation erfolgreich war. Die Gewebecharakterisierung geschieht
in der Weise, dass Bilder der Ablationsläsion akquiriert und dargestellt
werden, wie etwa Strain-Rate-Bilder, akustische Strahlungskraftimpulsbilder
(ARFI = Accoustic Radiation Force Impulse Images) oder dergleichen.
War die Ablation gemäß 114 erfolgreich, bewegt
der Arzt bei 116 den Katheter, falls erforderlich, zum
Zwecke einer weiteren Ablation, oder der Eingriff endet. Wenn die
Ablation gemäß 114 jedoch nicht
erfolgreich war, wird bei 118 eine neue Ablation an der
Ablationsstelle vorgenommen. Die Charakterisierung oder Einschätzung der
Läsion
und ggf. eine neue Ablation werden so lange wiederholt, bis eine brauchbare
Läsion
ausgebildet ist oder bis der Ablationseingriff abgebrochen wird.
Ein
anderes beispielhaftes Verfahren ist in 20 veranschaulicht.
Bei diesem Verfahren werden Ablationselemente selektiv beaufschlagt,
um eine gleichzeitige Ablation mehre rer Ablationsstellen zu ermöglichen,
wie dies im Vorstehenden beschrieben wurde. Das Verfahren 120 beginnt
bei 122 damit, dass ein Arzt den Katheter durch den Patienten
so weit einführt,
dass der gewünschte
Ablationspunkt in dem abgebildeten Bereich des Bildgebungsarrays liegt.
Das Bildgebungsarray akquiriert und liefert Echtzeitbilder für den Arzt,
die dargestellt und von dem Arzt dazu verwendet werden, die Position
des Katheters zu verfolgen. Sobald der Katheter in dem abgebildeten
Bereich liegt, identifiziert der Arzt bei 124 die gewünschten
Ablationsstellen. Basierend auf den ausgewählten Ablationsstellen werden
nun die Ablationselemente selektiv aktiviert, um damit bei 126 die
gleichzeitige Ablation der verschiedenen gewünschten Ablationsstellen zu
ermöglichen.
Das aktivierte Ablationsarray ablatiert dann bei 128 Gewebe an
den verschiedenen Ablationsstellen. Ähnlich dem unter Bezugnahme
auf 19 beschriebenen Verfahren, wird bei 130 eine
Gewebecharakterisierung vorgenommen. Die Gewebecharakterisierung
wird in der Weise ausgeführt,
dass Bilder der Ablationsläsion
akquiriert und dargestellt werden, etwa Strain-Rate-Bilder, ARFI oder dergleichen.
War die Ablation bei 130 erfolgreich, bewegt der Arzt bei 132 den
Katheter in einer für
eine weitere Ablation erforderlichen Weise oder der Eingriff endet.
War gemäß 130 die
Ablation aber nicht erfolgreich, wird bei 134 eine Neuablation an
den verschiedenen Ablationsstellen vorgenommen. Die Läsionscharakterisierung
und eine Neuablation werden so lange wiederholt, bis eine akzeptable
Läsion
erreicht ist oder bis der Ablationseingriff abgebrochen wird.
Es
besteht die Möglichkeit,
dass jede Ablationsstelle unabhängig
für sich
beurteilt wird und demgemäß kann die
Auswahl der Ablationselemente zwischen Anwendungen verändert werden,
derart, dass erfolgreich ablatierte Läsionen bei der Neuablation von
nicht erfolgreichen Läsionen
nicht wiederum ablatiert werden.
Die
verschiedenen hier beschriebenen Verfahren zur Bildgebung und zur
Therapieanwendung und auch die beschriebenen Systeme zur Bildgebung
und zur Therapieanwendung verbessern in dramatischer Weise die Effizienz
des Vorgangs der Therapieanwendung, etwa einer Ablation, indem sie
die Bildgebungs, Therapie- und Mappingaspekte des Vorgangs integrieren
und damit vorteilhafterweise die Notwendigkeit, Vorschau-CT/MRI- und statische elektroanatomische
Mappingsysteme zu verwenden, entfallen lassen. Außerdem wird
die Einwirkung einer schädlichen
ionisierenden Strahlung, wie diese bei gebräuchlichen fluoroskopischen
Bildgebungsverfahren erforderlich ist, wesentlich verringert oder
sogar eliminiert.
Die
Verwendung der menschlichen Schnittstellenvorrichtung hilft dem
Benutzer auch in erheblichem Maße
bei der Identifizierung des einen oder der mehreren, einer Therapie
bedürftigen
Gebiete und bei der Definition des Therapiepfads auf dem für das abgebildete
anatomische Gebiet repräsentativen dargestellten
Bild, im Gegensatz dazu, dass er sonst einen HF-Ablationskatheter
manipulieren muss, um jedes Gebiet der zu behandelnden Anatomie
physikalisch zu berühren.
Demgemäß ist die
Definition des Therapiepfads wesentlich verbessert, was eine geringere
kollaterale Schädigung
des Gewebes der behandelten Anatomie zur Folge hat. Außerdem ergibt der
Bildgebungs- und Therapiewandler mit dem lenkbaren Ablationsstrahl
vorteilhafterweise eine geringere Bewegung des Bildgebungs- und
Therapiekatheters, wodurch der Komfort für den Patienten erhöht wird.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass
der Katheter ein wieder verwendbares Instrument oder Wegwerfinstrument
ist.
Schließlich erleichtert
die Benutzung der hier beschriebenen Bildgebungs- und Therapieanwendungstechniken
den Bau von kostengünstigen
Bildgebungs- und Therapiesystemen, weil nämlich die Zahl der Bediener,
die zur Bedienung des Bildgebungs- und Therapiesystems erforderlich
sind reduziert ist. Gebräuchliche
Systeme benötigen
viele Bediener, um jeweils einzeln das Ablationssystem, das Fluoroskopiebildgebungssystem
und den zweidimensionalen Ultraschallbildgebungskatheter zu bedienen,
während
das im Vorstehenden beschriebene Bildgebungs- und Therapiesystem
so eingerichtet ist, dass die Abbildung der Anatomie und die Überwachung
der Therapieanwendung mit einer einzigen Vorrichtung geschehen.
Außerdem
kann das oben beschriebene Bildgebungs- und Therapiesystem mit Vorteil
von einem einzigen Bediener bedient werden.
Demgemäß wird eine
Ablationsvorrichtung vorgestellt. Die Ablationsvorrichtung beinhaltet
ein Array von Ablationselementen, die unabhängig voneinander ansteuerbar
sind. Die Ablationsvorrichtung umfasst zudem auch eine Steuereinrichtung,
die mit den Ablationselementen verbunden und dazu eingerichtet ist,
die Ablationselemente für
einen gegebenen Ablationseingriff selektiv zu aktivieren.
Außerdem umfasst
die Erfindung einen integrierten Therapie- und Bildgebungskatheter.
Der Katheter ist so konstruiert, dass er einen Ultraschallbildgebungswandler
und ein Ablationsarray mit mehreren Ablationselementen aufweist.
Das Ablationsarray ist so aufgebaut, dass die Ablationselemente für eine Mehrläsionenablation
selektiv aktiviert werden können.
Außerdem wird
ein Bildgebungs- und Ablationssystem offenbart, das ein zur Darstellung
von Bildern eingerichtetes Display, eine zur Bildakquisition ausgelegte
Bildgebungsvorrichtung und eine Ablationsvorrichtung mit einer Anzahl
unabhängig
voneinander ansteuerbarer Ablationselemente aufweist. Eine Steuereinrichtung
steht in Wirkverbindung mit der Bildgebungsvorrichtung, um die Bildakquisition zu
steuern; sie steht auch mit der Ablationsvorrichtung in Wirkverbindung,
um die unabhängig
voneinander ansteuerbaren Ablationselemente für einen vorgegebenen Ablationseingriff
selektiv zu aktivieren.
Wenngleich
hier lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung dargestellt und
beschrieben wurden, so ergeben sich doch für den Fachmann zahlreiche Abwandlungen
und Veränderungen.
Alle
diese Abwandlungen und Veränderungen
sind von der Erfindung mit umfasst, die durch die beigefügten Patentansprüche definiert
ist.