Summary
本研究的目的是在股导管主动脉瓣植入术 (TAVI) 中, 改进与实时 x 射线 (XR) 透视相结合的图像融合 (IF) 的联合注册。
Abstract
3D 解剖模型的融合, 从高保真的前介入计算机断层成像 (CTA) 和 x 射线 (XR) 透视, 以促进解剖学指导是巨大的兴趣, 复杂的心脏干预, 如 TAVI 程序大脑保护。基于额外的术中非/对比增强锥束计算机断层扫描 (总站) 或两个单独的 aortograms, 引入了 CTA 和 XR 的联合注册。随着辐射暴露和/或造影剂 (CA) 剂量的增加, 对患者有潜在的附加风险。在这里, 我们提出了一种改进的联合注册方法, 利用动脉的髂动脉, 例行执行在股骨穿刺和鞘介绍。在正在进行的过程中, 联合注册的即时细化使精确的联合注册无需任何额外的造影, 从而减少了 CA、XR 剂量和程序时间, 同时提高了操作员的信心和程序安全。
Introduction
图像融合 (IF) 是将在不同时间获取的数据集叠加在一起的过程, 并将不同模式的观点转化为单个参考框架1。XR 是用于干预指导的最常用的成像方式。虽然, 提供高的时间和空间分辨率, XR 有低维度 (2D 预测), 缺乏解剖学细节。3D 从例如中派生的器官形状模型通过相关的解剖软组织结构, 将高质量的预介入 CTA 数据叠加到活透视图像上, 可增强 XR。前提步骤为 IF 是联合注册的不同成像方式。
通常情况下, 与 XR 透视的前3D 图像数据集的联合注册涉及以下技术之一2: a) 基于图像的 3 d-3 d 在术前3D 数据集的注册与术中的非/对比增强总站数据集3,4,5,6, 或 b) 直接基于图像的 2 d-3 d 注册, 其中两个造影图像最小的30°角间距7,8用于共同注册。
随着最近在商用 XR 系统上引入融合包, 如果可以更方便地提供广泛的应用。通过使用这些系统, 我们以前已经表明, 通过直接基于图像的2维-3 d 注册支持股经导管主动脉瓣植入 (TAVI)8, 在技术上可行和安全地覆盖主动脉根模型。在不损害整体 CA 或 XR 剂量的情况下, 如果证明自己在 TAVI 过程中具有很高的价值, 则可以在常规 XR 透视图像中添加3D 解剖细节, 特别是在脑保护装置的部署过程中。但是, 联合注册所使用的 aortograms 的额外购置需要额外的 CA 和 XR 剂量。因此, 如果不需要任何额外的 aortograms, 一个优化的工作流程提供了准确的, 是非常可取的。
在这里, 我们提出了一种改进的联合注册预介入 CTA 与实时 XR 不需要任何额外的 CA 或 C 臂 CT 扫描, 如果。股骨访问 TAVI 是按照其他地方的描述执行的9,10,11。简单地, 两股动脉被访问: 一为指导的对侧穿刺, 其次是放置一个辫子导管通过6F 鞘, 以允许动脉造影在安置的瓣膜假体;第二个位置的阀门输送系统和随后的气球成形术和设备放置。在我院进行适当穿刺的血管造影确认, 作为对穿刺高度 (股骨分叉以上) 定位的护理标准, 并在接触相关的情况下估计覆盖支架的位置。并发症12。为捕获栓塞碎片, 在主弓通过前插入 TAVI 后, 引入了双滤脑保护系统。
我们使用动脉在股动脉穿刺期间例行执行, 以建立初步的联合登记。在进行过程中, 联合注册的飞行细化是在持续的程序中使用在主动脉根部的辫子导管的位置, supraaortal 血管内的双滤脑栓塞保护系统和aortograms 在瓣膜假体植入前进行, 从而确保在干预过程中任何时间点的精确模型叠加。
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Protocol
该研究议定书符合《1975赫尔辛基宣言》的道德准则, 这反映在该机构道德委员会通过的先验批准中。这项研究中包括的所有个人参与者都获得书面知情同意 (CSI--Ulm, clinicaltrials.gov NCT02162069)。
1. CT 检查
- 用80毫升的碘造影剂在4.0 毫升/秒的流速下进行心脏 CT 血管造影, 然后用70毫升0.9% 盐水溶液冲洗丸。
- 采集 caudally 从股动脉向锁骨下动脉扩展的数据: 矩阵为 512 x 512 像素, 切片厚度为1毫米, 切片间距为0.7 毫米。
- 利用迭代重建算法在 r r 区间的30% 重建图像。
2. 图像分割和模型生成
- 将来自外部设备或内部存档系统的 CT 数据导入到图像融合软件中, 方法是将所选病人的数据集或子集拖放到应用程序中的 "病人" 视图中。
- 通过双击图像序列, 开始自动分割选定的 CT 音量。
注: 心脏室 (左、右心室、左、右心房、心肌) 和大血管 (腹主动脉、腔静脉和冠状动脉窦) 的分割是自动启动的, 将显示在分段工作步骤中。 - 检查图像切片并验证是否正确检测到主动脉和左心室的边缘, 如果需要, 请使用编辑按钮在组织窗口中编辑自动分割。
- 若要对其他结构进行手动分割, 请使用组织窗口中的添加按钮。
- 使用现有的编辑工具填充结构 (注入染料), 并在2D 视图中拖动结构的边缘 (拖动边缘), 或在3D 视图中用自由格式剪切删除结构部件。
- 对左、右冠状动脉主干, 主动脉分支 (头臂大动脉动脉右颈动脉和右锁骨下动脉, 左颈和左锁骨下动脉), 左、右进行人工分割髂动脉、髋部骨骼和髋关节关节, 如步骤 2.4-2.5 (图 1) 所述。
注: 根据 CT 体积的质量, 这可能需要20到30分钟。
3. 图像联合注册和融合
- 在患者视图中, 通过在右键单击上下文菜单中选择相应的操作, 将选定的病人与 XR 系统中的当前病人合并。
注意: 现在注册和Live工作步骤是活动的, 可以使用。 - 在实时工作步骤中, 单击标记点窗口中的添加新标记点, 在主动脉瓣尖头中放置三个参照标记, 以方便在干预期间选择环形平面的最佳投影 (图2)。
- 转到注册工作步骤以获取 XR 运行, 并使用 XR 对分段模型进行联合注册。
注: 可靠的注册需要至少有 XR 角距离获得的运行。 - 通过单击复制到引用视图 1的按钮, 将适当穿刺的血管造影投影复制到 ~ 老挝 20-30°方向 (或 ~ 饶 20-从初始穿刺侧看) 到参考视图 1中。
- 在可视化从对侧髂股到参考视图 2中, 通过单击该按钮, 复制以下在 ~ AP 方向上获取的 x 射线投影: 复制到引用视图 2。
- 使用交互工具注册盘、注册旋转(用于平面旋转)、注册卷(用于3D 旋转) 手动将髂动脉模型与获得的 XR 投影 (图 3AB)。
- 在髂区域的叠加过程中, 使用 XR 图像中可见的髋骨和髋关节作为额外的地标。
注: 现在模型链接到 XR 系统几何, 并且叠加自动适应当前的 XR 投影方向、放大倍数和病人表位置。 - 使用步骤3.6 中执行的粗初始联合注册指导鞘侧的普通股动脉穿刺 (图 3C)。
- 通过单击按钮复制到参考视图, 并在髂区域 (图 3D) 中完成图像联合注册, 记录设备鞘内动脉的血管造影投射 (或分别为 ~ 老挝 20-)。
注意: 由于患者在 CT 扫描和干预过程中的定位不同, 基于髂结构的注册在其他区域仅提供有限的准确性。因此, 需要人工改良胸腔内的联合注册。 - 要使用这些数据进一步覆盖重新对准, 复制任何额外的获得的投影到 "参考视图" 在过渡期间从髂到胸部地区, 以及任何插管的头臂大动脉躯干通过右径向动脉。
- 将尾纤导管放置在主弓中后, 在老挝 30-40°和饶 20-30°方向上获取两个透视投影, 并在参考视图 1和参考视图 2中复制它们。
- 使用交互工具注册盘、注册旋转(用于平面旋转)、注册卷(用于3D 旋转) 手动调整胸腔区域内的注册 (图 4A-B).
- 根据解剖叠加 (图 4C), 指导保护设备的放置, 而不需要额外的 CA 的管理。
- 为了进一步细化, 在整个干预过程中, 手动更正步骤3.12 中描述的叠加位置, 确保在任何时间点上的精确叠加。
注意: 使用根据常规过程获取的 aortograms, 以验证传递系统的正确位置作为覆盖调整的地标 (图 4D)。
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Representative Results
我们在 TAVI 期间引入了一种新的图像融合联合注册方法, 它允许在整个 TAVI 过程中将病人特定的解剖模型叠加到实时 XR 图像中, 而无需任何额外的 aortograms。
一些介入步骤将受益于 IF: (1) 引导穿刺的股动脉以上的股骨分岔在鞘侧 (图 5A);(2) 即使在非常曲折的剖析完全基于解剖叠加 (图 5B), 准确地放置脑栓塞保护装置;(3) 无任何 XR 曝光和 CA 管理 (图 2) 的任意 C 臂角的模型可视化, 以及在阀门部署前确定最佳视图 (图 5C);(4) 即使在非常复杂的剖析 (图 5D) 中, 阀门假肢的对齐方式也是如此。
在相关的临床研究13中, 建议的 IF 方法可能会显著减少 CA 体积 [80 (50-95) vs. 100 (80-110) mL, p = 0.010], 整个过程时间 [48 (41-58) vs 61 (53-67) min, p = 0.002] 和过程 XR 做se [51 (42-55) vs 64 (49-81) cm2, p = 0.032] 与匹配的控件组进行比较。
图 1: 3D 模型的 CTA 为基础的分段主动脉弓与冠状动脉, 颈动脉和锁骨下动脉 (红色), 髂和股动脉 (绿色), 左心室 (紫色), 髋关节 (黄色) 和髋关节 (蓝色).请单击此处查看此图的较大版本.
图 2: 手动设置主动脉阀尖头中的参考标记 (蓝点), 以方便选择环形平面的最佳投影。A.斜视图。B.正交视图。请单击此处查看此图的较大版本.
图 3: 在髂区域中的3D 模型和 XR 系统之间进行注册.A.造影的非器械鞘股动脉穿孔的研究。B.造影4°方向的髂动脉。C.在饶4°为运送鞘选择的容器穿刺。D.确认在饶21°中为交货鞘选择的容器内的导线位置。请单击此处查看此图的较大版本.
图 4: 改进胸部区域的联合注册.根据在老挝32°和 B 中获取的尾型导管A.的插入后, 在腹部主动脉的两个参考投影上重新排列叠加.饶23°。在放置 C 之后, 可以进行进一步的改进.脑栓塞保护装置和D.根据主动脉环的血管造影预测。请单击此处查看此图的较大版本.
图 5: 成功的图像融合示例.A.股骨穿刺。B.脑栓塞保护装置的放置。c.阀门部署 (c 臂与环形平面垂直对齐, 因为它可以通过沿直线排列在主动脉环上的三个标记进行观察)。D.在主动脉环中部署后的瓣膜假体。请单击此处查看此图的较大版本.
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Discussion
本研究的主要重点是探讨如果不修改临床建立的 TAVI 工作流的可行性。当预介入 CTA 数据和 XR 透视的联合注册的金标准使用专用 aortograms8时, 我们建议使用多个近似注册, 并在飞行改进中提供精确的3D 模型叠加在整个干预过程中。
不断的手工注册细化需要额外训练有素的工作人员, 以协助介入小组从控制室。由于相关的用户交互影响临床建立的介入工作流程, 因此在桌边拌中难以执行所需的改进。然而, 即使基于获得两个专用 aortograms 的联合注册在桌边拌中可能更容易实现, 但3D 覆盖在股骨进入期间是无法获得的, 患者的任何运动都会破坏其准确性。注册。
即使使用静态路线图, 不考虑心脏和呼吸的运动, 似乎有希望的股骨穿刺, 安置的栓塞保护装置和初始对准的瓣膜假体。然而, 采用心相同步解剖模型与呼吸运动补偿相结合, 可进一步提高所提出方法的实用性, 对主动脉环位位置的动态变化进行核算, 特别是在阀门部署过程中。
3D 模型叠加代表了另一个递增的提升, 以改进复杂干预的导航, 从而提高了程序安全性和有效性14。通过对比增强的总站对预介入的 CT 数据进行联合注册, 可以引起对高 XR 剂量和额外 CA 的关注, 尽管报告成功6,15。使用本机总站是由于目标结构的可见性较差而受到限制, 并且在注册和训练有素的操作员方面造成了困难, 使得工作流不那么直接6,16。即使使用两个附加的 aortograms 来进行精确的联合注册, 也不能减少 XR 和不允许的剂量, 从而实现8。建议的联合注册方法能显著降低透视剂量、对比量和整体程序时间, 同时保持正常的植入过程。此外, 它已经支持股骨动脉穿刺在干预的初始阶段叠加各自的模型。
目前该技术的局限性是由于解剖模型和非变形刚性配准的静态性质造成的, 可能导致叠加不准确。特别是, 在术前介入成像和干预之间的不同的病人定位, 以及在设备操作过程中容易变形的薄而曲折的结构, 可能会导致解剖模型和生存状况之间的不匹配。
这一拟议的议定书适用于大量的经导管干预。随着这些程序日益复杂, 对改进指导的需求将稳步上升。在临床例行的边缘程序, 如经皮穿刺治疗三尖瓣, 以及已经临床建立如心房或心室消融的程序可能会受益于建议的方法。尽管程序是以一个特定的系统来解释的, 但只要有类似的软件解决方案, 该方法就可以很容易地转移到其他系统。
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Disclosures
相应的作者代表所有作者指出, 没有任何关系可以被理解为利益冲突。
Acknowledgments
作者想感谢 Ulm 大学翻译成像 MoMAN 中心的支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Philips Allura FD10 | Philips Healthcare | x-ray system | |
| EP Navigator Release 5.2.10 | Philips Healthcare | image segmentation and fusion SW | |
| Iomeron 350 | Bracco Imaging Deutschland GmbH | x-ray contrast agent | |
| Sentinel double-filter cerebral protection system | Claret Medical, Inc. | double-filter cerebral protection system | |
| Matlab R2013 | MathWorks | statistical analysis |
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