本研究的目的是在经股动脉经导管主动脉瓣植入术（TAVI）期间，通过将术前CT数据与实时X射线（XR）透视成像进行融合，提高图像融合（IF）的配准精度。
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方法文章
经导管主动脉瓣植入术中用于图像融合的三维CT血管造影与X射线透视成像的优化配准
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
将高保真术前计算机断层扫描血管造影（CTA）生成的三维解剖模型与X射线（XR）透视成像融合，以提供解剖学引导，对于经导管主动脉瓣植入术（TAVI）联合脑保护等复杂心脏介入手术具有重要意义。CTA与XR的配准技术此前已通过额外的术中非增强或对比增强锥形束计算机断层扫描（CBCT）或两次独立的主动脉造影实现。然而，这些方法会增加辐射暴露和/或对比剂（CA）用量，从而可能给患者带来额外风险。本文提出一种改良的配准方法，利用在股动脉穿刺及鞘管置入过程中常规进行的髂股动脉造影图像。在手术进行过程中实时优化配准，可在无需额外血管造影的情况下实现精确配准，从而减少对比剂用量、X射线剂量和手术时间，同时提高术者操作信心和手术安全性。
引言
图像融合（IF）是将不同时间、不同视角及不同成像模式下获取的数据集叠加到单一参考坐标系中的过程。1X射线成像（XR）是介入引导中最常用的影像学方法。尽管XR具有高时间分辨率和空间分辨率，但其维度较低（二维投影），且缺乏解剖细节。源自 例如 高质量的术前CTA数据叠加至实时透视图像，可为X射线成像提供重要的解剖软组织结构信息。实现图像融合的先决步骤是对不同成像模态进行配准。
通常，术前3D图像数据集与XR透视成像的配准涉及以下技术之一2：a) 基于图像的3D-3D配准，即将术前3D数据集与术中非增强或对比增强的CBCT数据集进行配准3,4,5,6；或 b) 直接基于图像的2D-3D配准，该方法使用两幅角度间隔至少为30°的血管造影图像进行配准7,8。
随着商业扩展现实（XR）系统中融合软件包的近期引入，图像融合（IF）技术可更便捷地应用于多种....
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方案
该研究方案符合1975年《赫尔辛基宣言》所体现的伦理准则 先验的 经机构伦理委员会批准。本研究中所有参与者均签署了书面知情同意书（CSI-Ulm，clinicaltrials.gov NCT02162069）。
1. CT 检查
- 使用80 mL碘对比剂，以4.0 mL/s的流速注射，随后以70 mL 0.9%氯化钠溶液冲洗，采用回顾性心电门控进行冠状动脉CT血管成像。
- 从股动脉至锁骨下动脉区域，由头侧向尾侧方向采集数据，扫描参数如下：矩阵512 × 512像素，层厚1 mm，层间距0.7 mm。
- 在R-R间期的30%时相，采用迭代重建算法进行图像重建。
2. 图像分割与模型生成
- 通过将选定患者的完整数据集或数据子集从外部设备或内部归档系统拖放到应用程序内的 患者 视图中，将 CT 数据导入图像融合软件。
- 通过双击图像序列，启动对选定 CT 容积的自动分割。
注意：心腔（左心室、右心室、左心房、右心房）和大血管（腹主动脉、下腔静脉和冠状窦）的分割将自动开始，并在 分割 工作步骤中显示。 - 逐层浏览图像切片，确认主动脉和左心室的边缘是否被正确识别；如有必要，在 组织
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结果
我们提出了一种用于TAVI术中图像融合的新型配准方法，该方法可在整个TAVI手术过程中将患者特异性的解剖模型叠加到实时的XR图像上，且无需额外的主动脉造影。
以下多个介入操作步骤将受益于影像融合（IF）技术：（1）在鞘管侧股总动脉分叉上方穿刺时提供引导（图5A）；（2）仅基于解剖叠加图像，即可在极度迂曲的解剖结构中精确放置脑栓塞保护装置（图5B）；（3）无需X射线曝光和造影剂注射，即可在任意C型臂投照角度下可视化模型（图2），并在瓣膜释放前确定最佳投照视角（图5C）；（4）即使在极为复杂的解剖结构中，也能实现瓣膜假体的精准对齐（图5D）。
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讨论
本研究的主要目的是探讨在不改变临床已确立的经导管主动脉瓣植入术（TAVI）工作流程的前提下，实现图像融合（IF）的可行性。尽管术前CTA数据与X射线透视图像配准的金标准依赖于专用的主动脉造影8，我们提出采用多阶段近似配准结合实时优化的方法，以在整个介入过程中提供精确的三维模型叠加。
持续的手动配准优化需要额外经过培训的工作人员从控制室协助介入团队。由于相关用户操作会影响临床既定的介入工作流程，因此在术床旁进行这些必要的优化十分困难。然而，尽管基于两次专用主动脉造影采集的配准在术床旁可能更容易实现，但在股动脉穿刺过程中将无法提供三维叠加图像，且患者的任何移动都会破坏配准的准确性。
即使使用不考虑心脏和呼吸运动的静态路线图，在股动脉穿刺、栓塞保护装置置入以及瓣膜假体初始定位方面也显示出良好的应用前景。然而，结合心脏相位同步的解剖模型与呼吸运动补偿技术，可通过考虑主动脉瓣环位置的动态变化（尤其是在瓣膜释放过程中），进一步提高该方法的实用性。
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披露
所有作者的通讯作者声明，不存在可被视为利益冲突的关系。
致谢
作者感谢乌尔姆大学转化成像中心 MoMAN 提供的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Philips Allura FD10 | Philips Healthcare | X射线系统 | |
| EP Navigator 版本 5.2.10 | Philips Healthcare | 图像分割与融合软件 | |
| Iomeron 350 | Bracco Imaging Deutschland GmbH | X射线造影剂 | |
| Sentinel 双滤器脑保护系统 | Claret Medical, Inc. | 双滤器脑保护系统 | |
| Matlab R2013 | MathWorks | 统计分析 |
参考文献
- 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.
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重印与许可
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