Summary
Lo scopo di questo studio era migliorare la co-registrazione per la fusione di immagine (se) dei dati di CT pre-interventistici con radioscopia dei raggi x in tempo reale (XR) durante transfemoral impianto di valvola aortica transcatetere (TAVI).
Abstract
La fusione di modelli anatomici 3D derivato da angiografia di tomografia computata pre-interventistica ad alta fedeltà (CTA) e fluoroscopia di raggi x (XR) per facilitare l'orientamento anatomico è di enorme interesse per gli interventi cardiaci complessi come le procedure TAVI con protezione cerebrale. Co-registrazione del CTA e XR è stato introdotto sia basato su ulteriori intraoperatoria non- / contrapporre-aumentata cono-tomografia computerizzata del fascio (CBCT) o due aortograms separati. Con relativo aumento della dose di radiazione esposizione e/o contrasto agente (CA), è stato introdotto un potenziale rischio aggiuntivo per il paziente. Qui, vi proponiamo un modificate co-registrazione approccio sfruttando le arteriogrammi delle arterie iliofemoral, effettuate ordinariamente durante la puntura femorale e l'introduzione di guaina. On-the-fly raffinatezza della co-registrazione durante la procedura in corso permette co-accurata registrazione senza alcun ulteriori angiogrammi, riducendo in tal modo CA, XR dose e procedura tempo, migliorando allo stesso tempo la procedura e la sicurezza dell'operatore sicurezza.
Introduction
Fusione di immagini (se) è il processo di sovrapposizione DataSet acquisito al diverso tempo - e punti di vista sulle diverse modalità in un single-frame di riferimento1. XR è la modalità di formazione immagine utilizzate più di frequente per l'orientamento di intervento. Anche se, fornendo alta risoluzione temporale e spaziale, XR ha bassa dimensionalità (proiezioni 2D) e manca di dettagli anatomici. Modelli di forma 3D organo derivati da per esempio alta qualità pre-interventistica CTA dati sovrapposti l'immagine dal vivo fluoroscopia possono aumentare XR pertinenti strutture anatomiche di molli. Passo dei prerequisiti per se è la co-registrazione di modalità differenti di formazione immagine.
Co-registrazione di immagine 3D preoperatoria DataSet mediante fluoroscopia XR comporta in genere, una delle seguenti tecniche2: un) registrazione di 3D-3D basato su immagine del dataset 3D preoperatorio con un CBCT intraoperatoria non- / contrasto-enhanced DataSet3,4,5,6, o b) registrazione basata su immagine diretta di 2D-3D, dove due immagini angiografiche con un minimo di 30 ° spaziatura angolare7,8 sono utilizzati per Co-registrazione.
Con la recente introduzione di pacchetti di fusione su commerciale sistemi XR, se può essere reso più facilmente disponibili per una vasta gamma di applicazioni. Utilizzando questi sistemi, precedentemente abbiamo indicato che è tecnicamente fattibile e sicuro per sovrapporre un modello radice aortica mediante registrazione basata su immagine diretta di 2D-3D per sostenere transfemoral transcatetere della valvola aortica (TAVI) l'impianto8. Senza compromettere la dose complessiva di CA o XR, se dimostrato altamente prezioso durante la procedura di TAVI aggiungendo dettagli anatomici 3D per l'immagine di radioscopia XR convenzionale, soprattutto durante la distribuzione del dispositivo di protezione cerebrale. Tuttavia, l'ulteriore acquisizione di aortograms utilizzato per la co-registrazione necessaria dose di ulteriori CA e XR. Di conseguenza, un flusso di lavoro ottimizzato fornendo accurata se senza la necessità di eventuali ulteriori aortograms era altamente desiderabile.
Qui, presentiamo un approccio per una migliore co-registrazione di pre-interventistica CTA con XR in tempo reale senza la necessità di eventuali ulteriore CA o C-braccio TAC per se. L'accesso femorale che Tavi viene eseguita come descritto altrove9,10,11. In breve, entrambe le arterie femorali sono accessibili: uno per la guida della puntura controlaterale, seguito dal posizionamento di un catetere pigtail attraverso una guaina 6F per consentire l'arteriografia durante il posizionamento della protesi valvola; la seconda per il posizionamento del sistema di consegna della valvola e successive dell'aerostato valvuloplasty e dispositivo disposizione. Viene eseguita la conferma angiografica della puntura appropriata nella nostra istituzione come standard di cura per la localizzazione dell'altezza della puntura (sopra la biforcazione femorale) e stima della posizione dello stent coperto in caso di accesso relativi alla le complicazioni12. Per catturare i detriti embolico, è introdotto un sistema di doppio-filtro di protezione cerebrale dopo l'inserimento della guaina TAVI consegna prima del passaggio dell'arco aortico con qualsiasi dispositivo ulteriore.
Usiamo le arteriogrammi eseguite regolarmente durante la puntura delle arterie femorali per stabilire la co-registrazione iniziale. On-the-fly raffinatezza della co-registrazione viene successivamente eseguita durante la procedura in corso utilizzando la posizione del catetere pigtail all'interno della radice aortica, il sistema di doppio-filtro protezione embolica cerebrale nei vasi supraaortal e la aortograms eseguita prima dell'impianto della protesi valvola, garantendo così la sovrapposizione di modello accurato in qualsiasi momento durante l'intervento.
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Protocol
Il protocollo di studio è in conformità con le linee guida etiche della dichiarazione 1975 di Helsinki che si riflette in approvazione a priori dal comitato etico dell'istituzione. Consenso informato è stato ottenuto da tutti i singoli partecipanti inclusi nello studio (CSI-Ulm, clinicaltrials.gov NCT02162069).
1. l'esame di CT
- Eseguire l'angiografia cardiaca di CT con ECG-gating retrospettivo con 80 mL di mezzi di contrasto iodati iniettato ad una portata di 4,0 mL/s seguita da un bolo di sciaquata di 70 mL di soluzione fisiologica 0,9%.
- Acquisire dati cranio-caudale che si estende da arterie femorali per le arterie subclavian con i seguenti parametri di acquisizione: la matrice di 512 × 512 pixel, spessore di taglio di 1 mm, affettare la spaziatura di 0,7 mm.
- Ricostruire le immagini al 30% dell'intervallo R-R utilizzando l'algoritmo di ricostruzione iterativa.
2. segmentazione e generazione di modello
- Visualizzazione di CT di importazione dati da un dispositivo esterno o un sistema di archiviazione interno nel software di fusione di immagini di drag-and-drop del dataset o sottoinsiemi di dati per il paziente selezionato in pazienti all'interno dell'applicazione.
- Avviare segmentazione automatica del volume CT selezionato facendo doppio clic sulla serie di immagine.
Nota: Segmentazione delle camere cardiache (ventricolo destro e sinistro, atrio sinistro e destro, miocardio) e grandi vasi (aorta addominale, vena cava e del seno coronario) viene avviata automaticamente e verrà visualizzata in fase di lavoro di segmentazione . - Passare attraverso le sezioni di immagine e verificare se i bordi dell'aorta e ventricolo sinistro vengono rilevati correttamente e se necessario modificare la segmentazione automatica nella finestra di tessuto utilizzando il pulsante modifica .
- Per eseguire la segmentazione manuale di strutture aggiuntive, è possibile utilizzare il pulsante Aggiungi nella finestra di tessuto .
- Utilizzare gli esistenti strumenti di editing per riempire la struttura (Iniettare Dye) e trascinare i bordi della struttura (Trascinare Edge) in viste 2D o rimuovere parti della struttura con il taglio di forma libera nella vista 3D.
- Eseguire la segmentazione manuale dei tronchi principali del arterie coronarie destra e sinistra, rami di arteria (arteria brachiocefalica con arterie succlavia destra destra e carotide, arteria carotide comune sinistra e dell'arteria succlavia sinistra), sinistra e destra arterie iliofemoral, hip ossa e articolazioni dell'anca come descritto nei passaggi 2.4-2.5 (Figura 1).
Nota: A seconda della qualità del volume CT questo potrebbe richiedere 20-30 min.
3. co-registrazione e fusione delle immagini
- Nei pazienti vista unire il paziente selezionato con il paziente corrente nel sistema XR scegliendo la rispettiva azione in right-click--menu di scelta rapida.
Nota: Ora le operazioni di registrazione e Live sono attive e possono essere utilizzate. - Nel Live lavoro passo, fare clic su Aggiungi nuovo tag scegliere nella finestra di punti Tag per posizionare tre indicatori di riferimento alle cuspidi della valvola aortica per facilitare la scelta della proiezione ottima del piano anulare durante l'intervento (Figura 2).
- Procedere con il passaggio del lavoro di registrazione per acquisire le esecuzioni XR e per eseguire il co-registrazione dei modelli segmentati con XR.
Nota: XR corre acquisite con almeno 30° di distanza angolare sono richiesti per il registro affidabile. - Copiare la proiezione angiografica della puntura appropriata in ~ orientamento 20-30° LAO (o ~ RAO 20-30° a seconda l'iniziale lato di puntura) nella vista di riferimento 1 facendo clic sul pulsante copia per riferimento vista 1.
- Copia seguendo le proiezioni dei raggi x ha acquisito nel ~ orientamento AP durante la visualizzazione della transizione dal controlaterale a. iliaca communis communis a. femoralis nella vista 2 di riferimento facendo clic sul pulsante Copia di riferimento vista 2.
- Utilizzare gli strumenti di interazione Pan di registrazione, Registrazione ruotare (per la rotazione nel piano), Registrazione del rullo (per rotazione 3D) per allineare manualmente il modello delle arterie iliofemoral con le proiezioni di XR acquistate ( Figura 3A-B).
- È possibile utilizzare hip ossa e alle articolazioni dell'anca sono visibili nelle immagini XR come punti di riferimento supplementari durante l'allineamento della sovrapposizione della regione iliofemoral.
Nota: Ora il modello è legato alla geometria del sistema XR, e la sovrapposizione viene adattata automaticamente l'orientamento di proiezione corrente XR, ingrandimento e posizione del tavolo d'esame. - Guida la puntura dell'arteria femorale comune sul lato guaina (Figura 3) utilizzando la grossolana iniziale co-registrazione eseguita nel passaggio 3.6.
- Registrare una proiezione angiografica dell'arteria femorale dispositivo guaina in ~ RAO 20-30° (o rispettivamente ~ LAO 20-30°) cliccando sul pulsante copia per riferimento vista e finalizzare la co-registrazione immagine della regione iliofemoral (Figura 3D).
Nota: Poiché il paziente viene posizionato in modo diverso durante l'esplorazione di CT e l'intervento, registrazione basata sulle strutture iliofemoral fornisce solo limitata precisione in altre regioni. Così, la raffinatezza manuale della co-registrazione nella regione toracica è richiesto. - Per utilizzare questi dati per ulteriore riallineamento sovrapposizione, copiare qualsiasi ulteriori proiezioni acquisite per la "vista di riferimento" durante la transizione dal iliofemoral regione toracica, nonché qualsiasi cateterismo del tronco brachiocefalico via radiale destra dell'arteria.
- Dopo aver posizionato il catetere pigtail nell'arco aortico, acquisire due proiezioni fluoroscopiche senza CA LAO 30 - 40 ° e RAO 20 - 30 orientamento ° e copiarli nella vista di riferimento 1 e riferimento vista 2.
- Uso l'interazione degli strumenti Pan di registrazione, Registrazione ruotare (per la rotazione nel piano), Registrazione del rullo (per rotazione 3D) per regolare manualmente la registrazione nella regione toracica (Figura 4A-B ).
- Guidare il posizionamento del dispositivo di protezione senza somministrazione di ulteriore CA puramente basata sulla sovrapposizione anatomica (Figura 4).
- Per un ulteriore affinamento, correggere manualmente la posizione di sovrapposizione come descritto nel passo 3.12 su ciascuno acquistato XR proiezione durante l'intero corso dell'intervento, garantendo precisa sovrapposizione in qualsiasi punto del tempo.
Nota: Utilizzare aortograms acquisito secondo la procedura di routine per verificare la corretta posizione del sistema di consegna come punti di riferimento per la regolazione di sovrapposizione (Figura 4).
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Representative Results
Abbiamo introdotto un approccio novello co-registrazione per la fusione di immagine durante TAVI, che permette di sovrapporre il modello anatomico di paziente-specifici sulle immagini dei XR dal vivo durante l'intera procedura TAVI senza la necessità di eventuali ulteriori aortograms.
Diversi passaggi interventistiche potranno beneficiare di IF: (1) l'orientamento della puntura dell'arteria femorale comune sopra la biforcazione femorale sul lato guaina (Figura 5A); (2) accurato posizionamento del dispositivo protezione embolica cerebrale anche in anatomie molto tortuose basato esclusivamente sulla sovrapposizione anatomica (figura 5B); (3) visualizzazione del modello in angolazione di C-braccio arbitrario senza alcuna esposizione XR e amministrazione delle CA (Figura 2), come pure la identificazione della visualizzazione ottima prima della distribuzione di valvola (Figura 5); (4) allineamento della protesi valvola anche nelle anatomie molto complesse (Figura 5).
A studio clinico relativo13, l'approccio proposto se potrebbe dimostrare una riduzione significativa del volume CA [80 (50-95) vs 100 (80-110) mL, p = 0,010], tempo complessivo di procedura [48 (41-58) vs 61 (53-67) min, p = 0.002] e fare procedura XR Se [51 (42-55) vs 64 (49-81) Gy cm2, p = 0,032] rispetto ad un gruppo di controllo abbinato.
Figura 1 : Modelli 3D di base di CTA arco aortico segmentato con coronarie, carotide e arterie subclavian (rosso), iliache e arterie femorali (verde), ha lasciato le ossa dell'anca ventricolo (viola), (giallo) e articolazioni dell'anca (blu). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2 : Impostazione manuale degli indicatori di riferimento (punti blu) presso le cuspidi della valvola aortica per facilitare la scelta della proiezione ottima del piano anulare. R. vista obliqua. B. vista ortogonale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3 : Registrazione tra il modello 3D e il sistema XR nella regione iliofemoral. R. arteriogramma dell'arteria femorale forato non di periferica guaina in LAO 20 °. B. arteriogramma delle arterie iliache in orientamento 4 ° RAO. C. puntura della nave selezionata per la guaina di consegna in RAO 4 °. D. Conferma della posizione filo all'interno della nave selezionata per la guaina di consegna in RAO 21°. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4 : Raffinatezza della co-registrazione nella regione toracica. La sovrapposizione è ri-allineata basato su due proiezioni di riferimento dell'aorta addominale dopo l'inserimento del catetere pigtail che r. acquisita nel LAO 32 ° e B. RAO 23°. Ulteriori perfezionamenti possono essere fatto dopo il collocamento di C. il dispositivo di protezione embolica cerebrale e D. basati sulle proiezioni angiografiche dell'anello aortico. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5 : Esempi di fusione di immagine di successo. R. puntura femorale. B. posizionamento del dispositivo protezione embolica cerebrale. C. valvola di distribuzione (C-braccio è allineato perpendicolarmente al piano anulare, come può essere visto tramite tre marcatori fissato a anello aortico allineato lungo una linea retta). D. protesi della valvola dopo la distribuzione in anello aortico. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
L'obiettivo principale di questo studio era di studiare la fattibilità di se senza modificare il flusso di lavoro TAVI clinicamente stabilito. Considerando che il gold standard per la co-registrazione dei dati pre-interventistici di CTA e fluoroscopia XR utilizza dedicato aortograms8, proponiamo utilizzando registrazioni multiple approssimative con perfezionamenti on-the-fly per fornire accurato modello 3D sovrapposizione durante l'intero corso dell'intervento.
Il perfezionamento continuo registrazione manuale richiede ulteriore personale addestrato per assistere il team di interventional dalla sala di controllo. I perfezionamenti necessari sono difficili da eseguire presso al tavolo poiché le interazioni utente correlato impatto del flusso di lavoro di interventional clinicamente stabilito. Tuttavia, anche se la co-registrazione basata sull'acquisizione di due dedicate aortograms è potenzialmente più facile da realizzare presso al tavolo, la sovrapposizione di 3D non è disponibile durante l'accesso femorale e qualsiasi movimento del paziente sarebbe rovinare la precisione della registrazione.
Anche l'uso di tabelle di marcia statiche, non prendendo in considerazione il movimento cardiaco e respiratorio, sembrava promettente per puntura femorale, posizionamento del dispositivo protezione embolica e l'allineamento iniziale della protesi valvola. Tuttavia, l'utilizzo della fase cardiaci sincronizzati modelli anatomici in combinazione con compensazione del movimento respiratorio possono ulteriormente aumentare l'utilità dell'approccio proposto dalla contabilità per cambiamenti dinamici in anello aortico posizione, soprattutto durante la distribuzione di valvola.
Sovrapposizione del modello 3D rappresenta un altro avanzamento incrementale per migliorare la navigazione di interventi complessi che portano a un miglioramento della sicurezza procedura ed efficacia14. Co-registrazione dei dati CT pre-interventistici per radioscopia diretta per mezzo di contrasto-migliorata CBCT può destare preoccupazioni per quanto riguarda la dose elevata di XR e altre CA, nonostante il successo segnalato6,15. Invece l'utilizzo nativo CBCT è limitata dalla scarsa visibilità delle strutture bersaglio e provoca difficoltà nella registrazione e operatori altamente qualificati sono necessari, rendendo il flusso di lavoro meno semplice6,16. Anche se utilizza due ulteriori aortograms per la co-registrazione consentita per accurata co-registrazione, nessuna riduzione della dose di CA né XR potrebbe essere raggiunto8. L'approccio proposto co-registrazione produce una riduzione significativa della dose di radioscopia, contrasto volume e tempo complessivo di procedura mantenendo il flusso di lavoro usuale durante l'impianto. Inoltre, supporta già la puntura dell'arteria femorale sovrapponendo rispettivi modelli durante la fase iniziale dell'intervento.
L'attuale limitazione della tecnica deriva dalla staticità dei modelli anatomici e registrazione rigido indeformabile, causando potenzialmente inesattezza di sovrapposizione. In particolare, diverso posizionamento del paziente tra imaging pre-interventistico e l'intervento, nonché le strutture sottili, tortuose che deformano facilmente durante la manipolazione del dispositivo può causare una mancata corrispondenza tra i modelli anatomici e la situazione reale.
Il protocollo proposto come tale è applicabile a una grande varietà di interventi transcatetere. Con la crescente complessità di queste procedure, si aumenterà costantemente la richiesta per una migliore guida. Procedure sull'orlo per la routine clinica come il trattamento percutaneo della valvola tricuspide, nonché di procedure stabilite già clinicamente come ablazione atriale o ventricolare sarà probabilmente beneficiano l'approccio suggerito. Anche se la procedura è spiegata in termini di uno specifico sistema, l'approccio dovrebbe essere facilmente trasferibile ad altri sistemi fino a quando è disponibile una soluzione di software simili.
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Disclosures
A nome di tutti gli autori, il corrispondente stato di autori che non sono presenti relazioni che potrebbero essere interpretate come un conflitto di interessi.
Acknowledgments
Gli autori vorrei ringraziare il centro Università di Ulm per traslazionale MoMAN Imaging per il suo sostegno.
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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