Summary
Целью данного исследования было улучшить совместное регистрацию на слияние изображений (если) предварительно интервенционных КТ данных с реального времени рентгеновского (ХС) рентгеноскопии во время имплантации аортального клапана транскатетерного бедра (Тави).
Abstract
Сплавливание 3D анатомические модели производный от высокой верности предварительно интервенционных компьютерная томография ангиография (КТА), и рентгеновского (ХС) рентгеноскопии для облегчения анатомические руководство представляет огромный интерес для сложных кардиологических вмешательств как Тави процедуры с церебральной защиты. Ко-регистрация CTA и XR был введен либо на основе дополнительных интраоперационной non- / контраст расширение конуса луч вычисляется томографии (CBCT) или две отдельных aortograms. С связанной с увеличением дозы излучения и/или контраст агент (CA) вводится дополнительный риск для пациента. Здесь мы предлагаем измененного совместного регистрации подход с использованием arteriograms iliofemoral артерий, обычно выполняется во время пункции бедренной и введение оболочкой. On--fly уточнения совместно регистрации во время процедуры продолжается позволяет точные совместного регистрации без каких-либо дополнительных ангиограмм, тем самым уменьшая CA, XR дозы и процедуры время, одновременно совершенствование оператор доверия и процедуры безопасность.
Introduction
Слияние изображений (если) это процесс наложения наборов данных, приобретенных на различных время - и точки зрения на различные формы в один кадр ссылка1. XR является наиболее часто используемых изображений механизма для вмешательства руководства. Хотя, обеспечивая высокую временнóго и пространственного разрешения, XR имеет низкий размерности (2D прогнозы) и отсутствуют анатомические детали. 3D органа форму модели, например высокого качества предварительно интервенционных CTA данных накладывается на изображение живой рентгеноскопии можно дополнить XR соответствующих анатомических структур мягких тканей. Необходимого шага для если это сопредседатель регистрация форм различных изображений.
Как правило, Сопредседатель регистрация предоперационной 3D изображения наборов данных с XR рентгеноскопии включает в себя один из следующих методов2:) на основе изображений 3D-3D регистрация предоперационной 3D dataset с интраоперационной non- / контраст расширение CBCT набор3,4,5,6, или b) прямого изображения регистрации на основе 2D-3D, где два ангиографические изображения с минимум 30 ° угловое расстояние7,8 используются для ко-регистрация.
С недавним введением слияние пакетов на коммерческих систем XR, если можно сделать более доступными для широкого круга приложений. С помощью этих систем, мы ранее показали, что это технически осуществимо и безопасно для наложения модель корня аорты с помощью прямой регистрации на основе изображений 2D-3D для поддержки бедра транскатетерного аортального клапана имплантации (Тави)8. Без ущерба для общей дозы CA или XR, если зарекомендовала себя весьма ценным во время процедуры Тави путем добавления 3D анатомические детали обычных XR рентгеноскопии изображения, особенно во время развертывания мозгового защиты устройства. Однако дополнительные приобретения aortograms, используемый для совместного регистрации требуемые дополнительные CA и XR дозе. Поэтому Оптимизированный рабочий процесс предоставления точной, если без необходимости каких-либо дополнительных aortograms был весьма желательно.
Здесь мы представляем подход к улучшению совместного регистрации предварительно интервенционных CTA с реального времени XR без необходимости каких-либо дополнительных CA или C-рука КТ для если. Бедренной доступа, что Тави выполняется как описано в других разделах9,10,11. Вкратце, доступны оба бедренной артерии: один для руководства контралатеральной прокол, следуют размещение косичка катетера через 6F оболочка позволяет артериографии во время размещения протеза клапана; Вторая для размещения клапана системы доставки и размещения последующих шар анулопластики и устройства. Ангиографические подтверждение соответствующих пункция проводится в нашем заведении как стандарт медицинской помощи для локализации прокол высота (над бедренной бифуркации) и оценка позиции покрыты стента в случае связанных с доступом 12осложнений. Для захвата тромбоэмболические мусора, введена система двойной фильтр мозгового защиты после вставки Тави доставки платье до принятия аорты с любого дальнейшего устройства.
Мы используем arteriograms, регулярно во время пункции бедренной артерии для установления первоначального совместного регистрации. Впоследствии на лету утонченность совместного регистрации выполняется во время процедуры продолжается, используя позицию косичка катетер в пределах корня аорты, двойной фильтр мозгового тромбоэмболические защиты системы в supraaortal судов и aortograms выполняется до имплантации протеза клапана, таким образом обеспечивая точную модель оверлея в любой момент времени во время вмешательства.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Протокол исследования является этическим нормам Хельсинкской декларации 1975 года, как это отражено в априорные утверждения путем учреждения Комитета по этике. Письменное информированное согласие было получено от всех индивидуальных участников, включенных в исследование (CSI-Ульм, clinicaltrials.gov NCT02162069).
1. КТ исследования
- Выполнять сердца КТ ангиография с ретроспективной стробирования ЭКГ с использованием 80 мл йодированная контраст СМИ вводят со скоростью потока 4,0 мл/сек следуют промывка болюс 70 мл 0,9% физиологического раствора.
- Приобретение данных кранио каудально простирается от бедренной артерии подключичных артерий с параметрами приобретения: матрица 512 × 512 пикселей, кусочек толщиной 1 мм, нарезать интервал 0,7 мм.
- Реконструировать изображения на 30% интервала R-R, используя алгоритм последовательной реконструкции.
2. изображение сегментации и модель поколения
- CT импорт данных из внешнего устройства или внутренней системы архивирования в образ fusion программного обеспечения путем перетаскивания и удаление набора данных или подмножеств данных для выбранного пациента в представлении больных в пределах приложения.
- Запуск автоматической сегментации выбранного тома CT, дважды щелкнув на изображении серии.
Примечание: Сегментация камер сердца (левый и правый желудочек, левое и правое предсердие, миокарда) и крупных сосудов (брюшной аорты, верхней полой вены и коронарного синуса) запускается автоматически и будет отображаться на шаге работы сегментации . - Пройти через изображения срезов и проверить, если края левого желудочка и аорты правильно и при необходимости изменить автоматические сегментации в окне ткани , используя кнопку изменить .
- Для выполнения ручной сегментации дополнительных структур, используйте кнопку Добавить в окне ткани .
- Используйте существующие инструменты редактирования для заполнения структуры (Вводить краситель) и перетащите края структуры (Перетащите край) в 2D виды или удаления структуры частей с свободной форме вырезать в окне 3D-просмотра.
- Выполнить ручное сегментации основных стволов левой и правой коронарной артерии, главной артерии ветви (плечеголовной артерии с правой сонной и правой подключичной артерии, левую общую сонную артерию и левой подключичной артерии), слева и право iliofemoral артерий, тазовых костей и тазобедренные суставы, как описано в шагах 2,4-2,5 (рис. 1).
Примечание: В зависимости от качества CT тома может занять 20-30 мин.
3. Сопредседатель регистрации и синтеза изображений
- В представлении пациентов слияние выбранных пациента с текущего пациента в системе XR, выбрав соответствующие действия в правой-мыши-контекстное меню.
Примечание: Теперь шаги по регистрации и Live работы являются активными и может быть использован. - В Live работы шаг, щелкните пункт Добавить новую метку в окне метки точки поставить три ссылки маркеров в створок аортального клапана для облегчения выбора оптимальной проекции плоскости кольцевой во время интервенции (Рисунок 2).
- Перейдите к шагу работы регистрации для выполнения совместно регистрации сегментированной модели с XR и приобрести XR работает.
Примечание: XR работает приобретенных с по крайней мере 30° угловое расстояние, необходимых для надежной регистрации. - Скопируйте ангиографические проекция соответствующие прокол в ~ Лао 20-30° ориентация (или ~ РАО 20-30° в зависимости от первоначального прокол стороне) в ссылку Просмотр 1 , нажав кнопку Копировать ссылку Просмотр 1.
- Копирование после рентгеновского прогнозы приобрел в ~ AP ориентации во время визуализации переход от контралатеральной A. тромбоэмболических communis A. femoralis communis в ссылку Просмотр 2 , нажав на кнопку Копировать ссылку представление 2.
- Используйте инструменты взаимодействия Pan регистрации, Регистрация поворот (вращение в плоскости), Рулон регистрации (для 3D вращение) согласовать модель iliofemoral артерий с приобретенными XR прогнозы ( вручную Рисунок 3A-B).
- Используйте тазовых костей и тазобедренных суставов видно на изображениях XR как дополнительные ориентиры во время выравнивания оверлея в регионе iliofemoral.
Примечание: Теперь модели связан с XR системы геометрии, и наложение автоматически адаптируется к текущей ориентации проекции XR, масштаб и положение стол пациента. - Руководство пункции бедренной артерии общей оболочкой стороны (рис. 3 c) с помощью грубой первоначального совместного регистрации, выполненной на шаге 3.6.
- Запись ангиографические проекции устройства оболочка бедренной артерии в ~ РАО 20-30° (или соответственно ~ Лао 20-30°), нажав кнопку Копировать ссылку представление и завершить образ совместного регистрации в регионе iliofemoral (рис. 3D).
Примечание: Поскольку пациент позиционируется по-разному во время КТ и вмешательства, регистрации, основанных на структурах iliofemoral обеспечивает только ограниченной точностью в других регионах. Таким образом требуется ручной доработки совместно регистрации в регионе грудной. - Чтобы использовать эти данные для дальнейшего наложения повторного согласования, скопируйте любые дополнительные приобретенных прогнозы представлению «ссылка» во время перехода от iliofemoral грудной региона, а также любые катетеризация плечеголовной ствол через правый радиальные артерии.
- После размещения косичка катетер в аорты, приобрести два флюорографическая прогнозы без CA в ЛАОССКОЙ 30 - 40 ° и РАО 20 - 30 ° ориентации и скопировать их в ссылки 1 и вид ссылка 2.
- Использование взаимодействия инструментов Регистрации Пан, Регистрации поворот (вращение в плоскости), Рулон регистрации (для 3D вращение) вручную настроить регистрацию в регионе грудной (-B Рисунок 4A ).
- Руководство размещение устройства защиты без отправления дополнительных CA, чисто основаны на анатомические накладки (рис. 4 c).
- Для дальнейшего уточнения вручную исправьте положение оверлея, как описано в проекции XR шаг 3.12 на каждом приобрел во время всего курса вмешательства, обеспечивая точную оверлея в любой момент времени.
Примечание: Использование aortograms, приобретенных в соответствии с обычной процедурой для проверки правильного положения системы доставки как ориентиры для наложения регулировки (рис. 4 d).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Мы ввели Роман ко-регистрация подход для слияние изображений во время Тави, который позволяет наложение пациента-анатомическая модель на живой XR изображения во время всей процедуры Тави без необходимости в каких-либо дополнительных aortograms.
Несколько шагов интервенционных выиграют от IF: (1) руководство пункции бедренной артерии общей выше бедренной бифуркации на стороне оболочка (Рисунок 5A); (2) точное размещение устройства мозга тромбоэмболические защиты даже в очень извилистый анатомией, основанных исключительно на анатомические накладки (Рисунок 5B); (3) визуализация модели в произвольные углы C-рука без каких-либо XR экспозиции и CA администрации (рис. 2), а также выявление оптимального представления перед развертыванием клапан (рис. 5 c); (4) выравнивание протез клапана даже в очень сложных анатомией (рис. 5 d).
В соответствующих клинических исследований13, если предлагаемый подход может оказаться значительное сокращение объема CA [80 (50-95) vs. 100 мл (80-110), p = 0,010], общее время процедуры [48 (41-58) против 61 мин (53-67), p = 0,002] и сделать процедуры XR SE [51 (42-55) против 64 (49-81) Gy см2, p = 0,032] по сравнению с соответствием контрольной группы.
Рисунок 1 : 3D-модели на основе CTA сегментирована аорты с коронарных сосудов, сонных и подключичной артерии (красный), подвздошной и бедренной артерии (зеленый), слева (фиолетовый) желудочка, тазовых костей (желтый) и тазобедренных суставов (голубой). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 : Ручная настройка ссылки маркеров (синие точки) на створок аортального клапана для облегчения выбора оптимальной проекции плоскости кольцевой. A. косой взгляд. B. ортогональный вид. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 : Регистрация между 3D-модель и XR системы в регионе iliofemoral. A. артериограмма прокалываться-устройство оболочка бедренной артерии в ЛАОССКОЙ 20 °. B. артериограмма подвздошных артерий в РАО 4 ° ориентации. C. прокол сосуда, отобранных для доставки платье в РАО 4 °. D. Подтверждение позиции проволока внутри судна для доставки платье в РАО 21°. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4 : Совершенствование совместного регистрации в регионе грудной. Оверлей повторно соответствие на основе двух справочных прогнозов брюшной аорты после введения катетера косичка, приобретенные в ЛАОССКОЙ 32° и б. а. 23° РАО. Дальнейшее совершенствование может быть сделано после размещения C. церебральный тромбоэмболические защиты устройства и D. на основании ангиографические прогнозы аортального кольца. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5 : Примеры успешных изображения фьюжн. A. бедренной прокол. B. размещение мозгового тромбоэмболические защиты устройства. C. клапана развертывания (C-рука является соответствие перпендикулярно плоскости кольцевой, как видно через три маркеры на аортального кольца, выстраиваются вдоль прямой линии). D. Протезирование клапана после развертывания в кольце аорты. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Основной фокус данного исследования было изучить возможность если не изменяя процесс клинически установленных Тави. В то время как золотой стандарт для совместного регистрации заранее интервенционных CTA данных и рентгеноскопии XR использует выделенный aortograms8, мы предлагаем использование множественных регистраций приблизительное с on--fly уточнений предоставлять точную модель 3D оверлей в течение всего курса вмешательства.
Непрерывная регистрация вручную уточнения требует дополнительных квалифицированных сотрудников для оказания помощи интервенционных команда из комнаты управления. Необходимые уточнения трудно выполнить на тарелке, так как связанные пользовательские взаимодействия воздействие клинически установленных интервенционных рабочего процесса. Однако, даже несмотря на то, что ко-регистрация основанный на приобретение двух посвятил aortograms потенциально легче реализовать на тарелке, 3D оверлей не будут доступны во время бедренной доступа, и любые движения пациента будет испортить точность регистрация.
Даже использование статических дорожных карт, не считая сердечной и дыхательной движения, появился перспективных для бедренной прокол, размещения тромбоэмболические защиты устройства и первоначального выравнивания протеза клапана. Однако использование сердечной фазы, синхронизированные анатомические модели в сочетании с компенсации дыхательные движения может повысить полезность предлагаемого подхода путем учета для динамического изменения в кольце аорты позиции, особенно во время развертывания клапан.
3D модель оверлея представляет другой добавочные улучшения для улучшения навигации комплексных мероприятий, ведущих к повышению безопасности процедурные и эффективность14. Ко-регистрация предварительно интервенционных КТ данных живой рентгеноскопии посредством CBCT контраст расширение может вызывают озабоченность по поводу высокой дозы XR и дополнительные CA, несмотря на его успех сообщил6,15. Вместо этого использовать родной CBCT ограничивается плохой видимости целевых структур и вызывает трудности в регистрации и необходимы высококвалифицированные операторы, делая процесс менее простой6,16. Даже несмотря на то, что с помощью двух дополнительных aortograms для совместного регистрации разрешено для точной регистрации совместного сокращения не CA ни XR доза может быть достигнуто8. Предлагаемого совместного регистрации подход дает значительное снижение дозы рентгеноскопии, объем контраст и общее время процедуры при сохранении обычного рабочего процесса во время имплантации. Кроме того она уже поддерживает пункции бедренной артерии путем наложения соответствующих моделей вмешательства на начальном этапе.
Ограничение тока техники результаты от статического характера анатомические модели и недеформируемого жесткой регистрации, потенциально вызывая оверлея неточность. В частности различные пациента позиционирование между предварительно интервенционные и вмешательства, а также тонкий, извилистый структур, которые легко деформируется во время манипуляции устройство может привести к несоответствию анатомические модели и реальной ситуации.
Как таковой предлагаемый протокол применяется к огромное разнообразие транскатетерного вмешательств. С растущей сложностью этих процедур будет неуклонно расти спрос на улучшение руководства. Процедуры на грани для повседневной клинической практике как чрескожного лечения трехстворчатого клапана, а также процедур, уже клинически установленных как сокращение предсердий или желудочков абляции скорее всего будет выгоду от предложенного подхода. Даже несмотря на то, что процедура объясняется с точки зрения одной конкретной системы, подход должен быть легко передаваться в другие системы, поскольку подобное решение программное обеспечение доступно.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
От имени всех авторов, соответствующие авторы заявляют, что есть без отношений, которые могут быть истолкованы как конфликт интересов.
Acknowledgments
Авторы хотели бы поблагодарить центр Университета Ульм трансляционная Imaging Моман за ее поддержку.
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 |
References
- Sánchez, Y., et al. Navigational Guidance and Ablation Planning Tools for Interventional Radiology. Current Problems in Diagnostic Radiology. 32 (2), 225-233 (2017).
- Schwein, A., et al. Feasibility of three-dimensional magnetic resonance angiography-fluoroscopy image fusion technique in guiding complex endovascular aortic procedures in patients with renal insufficiency. Journal of Vascular Surgery. 65 (5), 1440-1452 (2017).
- Ierardi, A. M., et al. Fusion of CT Angiography or MR Angiography with Unenhanced CBCT and Fluoroscopy Guidance in Endovascular Treatments of Aorto-Iliac Steno-Occlusion: Technical Note on a Preliminary Experience. CardioVascular and Interventional Radiology. 39 (1), 111-116 (2015).
- Sailer, A. M., et al. CTA with Fluoroscopy Image Fusion Guidance in Endovascular Complex Aortic Aneurysm Repair. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 47 (4), 349-356 (2014).
- McNally, M. M., et al. Three Dimensional Fusion CT Decreases Radiation Exposure, Procedure Time and Contrast Use during Fenestrated Endovascular Aortic Repair. Journal of Vascular Surgery. 61 (2), 309-316 (2015).
- Krishnaswamy, A., Tuzcu, E. M., Kapadia, S. R. Integration of MDCT and fluoroscopy using C-arm computed tomography to guide structural cardiac interventions in the cardiac catheterization laboratory. Catheterization and Cardiovascular Interventions. 85 (1), 139-147 (2015).
- Movassaghi, B., Rasche, V., Grass, M., Viergever, M. A., Niessen, W. J. A quantitative analysis of 3-D coronary modeling from two or more projection images. IEEE Transactions on Medical Imaging. 23 (12), 1517-1531 (2004).
- Vernikouskaya, I., et al. Image-guidance for transcatheter aortic valve implantation (TAVI) and cerebral embolic protection. International Journal of Cardiology. 249, 90-95 (2017).
- Ramlawi, B., Anaya-Ayala, J. E., Reardon, M. J. Transcatheter Aortic Valve Replacement (TAVR): Access Planning and Strategies. Methodist DeBakey Cardiovascular Journal. 8 (2), 22-25 (2012).
- Wöhrle, J., et al. Transfemoral Aortic Valve Implantation with the New Edwards Sapien 3 Valve for Treatment of Severe Aortic Stenosis-Impact of Valve Size in a Single Center Experience. PLOS ONE. 11 (3), e0151247 (2016).
- Seeger, J., Gonska, B., Otto, M., Rottbauer, W., Wöhrle, J. Cerebral Embolic Protection During Transcatheter Aortic Valve Replacement Significantly Reduces Death and Stroke Compared With Unprotected Procedures. JACC: Cardiovascular Interventions. 10 (22), 2297-2303 (2017).
- Seeger, J., Gonska, B., Rodewald, C., Rottbauer, W., Wöhrle, J. Impact of suture mediated femoral access site closure with the Prostar XL compared to the ProGlide system on outcome in transfemoral aortic valve implantation. International Journal of Cardiology. 223, 564-567 (2016).
- Vernikouskaya, I., et al. Patient-specific registration of 3D CT angiography (CTA) with X-ray fluoroscopy for image fusion during transcatheter aortic valve implantation (TAVI) increases performance of the procedure. Clinical Research in Cardiology. , In Press (2018).
- Eng, M. H., Kim, M. S. Fluoroscopy and CT fusion overlay-greater than the sum of their parts. Catheterization and Cardiovascular Interventions. 85 (1), 148-149 (2015).
- John, M., et al. System to guide transcatheter aortic valve implantations based on interventional C-arm CT imaging. Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. 13 (Pt 1), 375-382 (2010).
- Lu, Y., Sun, Y., Liao, R., Ong, S. H. A pre-operative CT and non-contrast-enhanced C-arm CT registration framework for trans-catheter aortic valve implantation. Computerized Medical Imaging and Graphics. 38 (8), 683-695 (2014).
