结合光纤RealShape技术和血管内超声，减少外周动脉疾病血管内治疗期间的辐射暴露
April 21st, 2023
这里描述的是结合光纤RealShape技术和血管内超声的逐步方法，以显示合并这两种技术的潜力，鉴于在治疗外周动脉疾病的血管内手术中减少辐射暴露和改善导航任务和治疗成功。
在所介绍的案例和方案中，我们描述了将光纤真实形状或FORS技术与血管内超声（IVUS）相结合的可行性和有效性，以减少外周动脉疾病或PAD血管内治疗期间的操作员暴露。在过去的几十年里，PAD已经发生了从开放到血管内治疗的重大转变。在血管内治疗期间，图像引导和导航通常通过二维透视和数字减影血管造影或DSA提供。
透视有一些重要的局限性。采集的图像以二维而不是3D和灰度再现，并且需要长期辐射暴露，存在健康问题的风险。此外，为了评估血管内血运重建的结果，例如，在普通的旧球囊血管成形术后，用肾毒性造影剂进行一次或两次DSA，以估计血流的动态改善。
因此，需要目测来评估血流的增加，并且该技术在评估血管腔直径、斑块形态以及血管内血运重建后是否存在限流夹层方面也存在局限性。为了克服这些问题，已经开发了新的成像技术来改善设备导航，治疗后的血流动力学，减少辐射暴露，以及对比材料的使用。FORS将图像融合与专门设计的血管内装置相结合，嵌入光纤使用激光代替荧光透视，以实现导丝和导管的三维可视化。
通过发送激光并分析由光纤扭曲和弯曲引起的返回光谱的变化，系统可以在嵌入光纤的整个长度上创建设备的 3D 重建。IVUS具有对血管尺寸进行最佳评估的能力。我们逐步提出了结合FORS和IVUS的方法，以显示两种技术合并的潜力，以减少辐射暴露，改善导航任务以及在血管内手术中治疗外周动脉疾病的成功。
在这种情况下，我们介绍一位有高血压、高胆固醇血症和冠状动脉疾病病史的65岁男性。过去，患者接受腹主动脉瘤和右髂总动脉瘤的治疗，采用血管内动脉瘤修复术，联合右侧髂支支装置。多年后，左髂EVAR肢体闭塞引起的下肢急性缺血经取栓术治疗，内移植物延伸至左侧髂外动脉，以消除髂总动脉瘤。
在随访期间，常规多普勒超声显示左髂肢明显狭窄，CTA也证实了这一点。为防止肢体闭塞复发，计划进行经皮腔内血管成形术或PTA。您可以看到CT扫描和颅内卡德尔顺序显示左髂肢公司病变和狭窄超过50%的转移平面。
该协议和程序分为几个步骤，首先对血管进行分段。其次，批量配准，然后是 FORS 形状配准。此后，血管内导航至主动脉。
然后，进行PTA前IVUS直径测量，然后进行实际治疗，对狭窄进行PTA。之后，在PTA之后进行IVUS直径测量，最后进行压力测量。对于血管分割，CTA必须上传到FORS分割软件中，以通过分割主动脉和髂动脉来创建导航路线图。
这可以通过将光标移到动脉结构上来完成。动脉将以蓝色突出显示的颜色突出显示，可以通过单击它们进行选择。确保在此步骤中仅选择感兴趣的动脉结构。
在这种情况下，我们选择腹主动脉，以及两个髂总动脉与左髂外动脉的组合。之后，可以通过旋转分段容器来目视检查分段结构。然后必须完成批量注册。
在这种情况下，我们使用所谓的2D，3D体积配准来对齐患者的术前和术中位置。为此，需要捕获两个术中透视图像，重点关注感兴趣的区域，在这种情况下，这是先前植入的内膜移植物和髂跛行。C臂需要定位在两个不同的位置，一个具有45个左前斜角，另一个具有45个右前斜角，并被捕获并复制到软件中。
透视图像中可见的预先存在的支架移植物用于将分割的血管体积对准实时成像。首先，将体积平移到正确的位置，将支架的轮廓叠加在透视图像上。确定正确的窗口，因此仅包括术前CTA的高房屋场值，以仅显示支架移植物。
之后，将旋转中心平移到支架移植物的中心，以使支架移植物围绕其中心旋转。现在旋转支架移植物以对齐支架移植物的术前和术中轮廓，以完成体积配准。这可以通过调整窗口来定位车身结构来确认。
现在，必须完成 FORS 形状注册。FORS 设备在手术室内注册，无需透视即可使用。将FORS设备定位在干预区域，随后获取两个角度差异至少为30度的透视图像。
在 FORS 软件中选择捕获的角度，然后将 C 型臂旋转到所需位置。通过单击显示两个文档的符号或图标来复制图像。现在，FORS技术自动将导丝投射为黄色，蓝色导管投射到采集的胸腔图像上，FORS技术可以自主使用。
在下一步中，使用FORS技术通过病变。注册的 CTA 分段在导航期间用作路线图。黑色背景表示没有捕获透视图像，因此唯一的方向由注册叠加层生成。
您可以看到髂狭窄对导丝产生抵抗力。之后，力导丝穿过狭窄病变直至腹主动脉。然后将导管引入狭窄病变，以保持进入主动脉的通道。
导航过程中不使用透视检查。力导丝换成0.014主力导丝。由于 FORS 系统不支持这种主力导丝，因此使用荧光透视来获取导丝位置。
之后，移除启用FORS的导管并更换为IVUS导管。IVUS导管被引入主动脉分叉处。在这里，您可以看到IVUS导管从主动脉分叉向髂总动脉拉回期间获得的IVUS图像。
管腔直径和横截面积在致病病变水平上测量。随后，将导丝换成标准导丝以引导PTA球囊。为了治疗完全病变，将8毫米PTA球囊定位在狭窄病变处，并进行透视引导下球囊充气。
之后，调整位置，第二次给气球充气。每次充气执行两分钟。充气过程通过气球的对比增强可见。
PTA后的腔内直径通过将IVUS导管从主动脉分叉拉回髂总动脉来量化。为了验证流明直径的增加，可以进行PTA后压力测量。定量后，IVUS导管再次切换到FORS导管，并且FORS导管位于治疗的狭窄病变的近端。
可以测量压力，并且可以将导管拉回狭窄病变的远端，再次可以测量血压。在这种情况下，PTA的影响不是使用对比进行2D数字减影血管造影或DSA，而是通过使用IVUS来量化。流明直径，从PTA前的4.8毫米增加到PTA后的7.0毫米。
横截面积从PTA前的约28平方毫米增加到BTA后的44平方米。根据治疗后狭窄病变，颅压无明显下降，提示PTA成功。在此过程中，总透视时间为1分53秒，总空气Kerma约为28 mGy，剂量面积积约为每平方厘米8级。
在这里，协议不同步骤的辐射暴露差异并排放置以增强差异。在所提出的疗法中进行的血管分割以创建路线图，不需要额外的辐射，并且此步骤在常规疗法中不存在。体积配准和力形状配准都需要两次单次曝光，这是额外的，因为这些步骤在常规治疗中没有出现。
血管间导航阶段不需要使用FORS进行任何辐射，因为分段血管结构被用作导航的路线图。这个阶段通常需要连续的透视暴露，并且在导航或再通难以成功的情况下，辐射暴露将迅速增加。此外，更换导丝需要透视，因为只有 FORS 导丝才能在没有辐射的情况下可视化。
所呈现的治疗中狭窄病变的量化是用IVUS进行的，不需要任何辐射或肾毒性造影剂。与传统的DSA相比，需要辐射和肾毒性造影剂。最后，使用FORS导管进行压力测量不需要任何辐射，但使用传统导管进行透视检查是必需的。
在这种情况下，我们描述了外周动脉疾病狭窄病变的成功治疗，其中图像融合，FORS和IVUS技术的结合导致最小的辐射暴露和不使用造影剂。在血管内手术数量不断增加以及患者和治疗团队的累积辐射暴露量增加的时代，这些技术的顶峰表明，在这些手术过程中，可以最大限度地减少甚至消除辐射暴露和造影剂使用。此外，与外科医生在DSA期间对造影剂流量的评估相比，使用IVUS量化狭窄病变和直接治疗效果提供了更客观的结局测量。
未来的研究必须包括更多病变更复杂的患者，以证明对辐射暴露的影响并承认使用，并显示两种技术在一个设备中的合并是否有潜力。
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概览
本文介绍了一种将光纤实时成形（FORS）技术与血管内超声（IVUS）结合的方法，以增强外周动脉疾病（PAD）的血管内程序。该集成旨在减少辐射暴露并改善导航和治疗结果。
关键研究组成部分
科学领域
- 血管内治疗
- 成像技术
- 外周动脉疾病
背景
- 血管内治疗已经取代了PAD的开放手术。
- 传统的成像方法如荧光筛查有局限性，包括2D成像和辐射暴露。
- 需要新技术来增强导航并减少程序期间的风险。
- FORS提供使用激光光的3D可视化，而IVUS可以最佳地评估血管尺寸。
研究目的
- 展示合并FORS和IVUS技术的可行性。
- 减少血管内程序期间的辐射暴露。
- 改善导航任务和治疗成功率。
使用的方法
- 65岁PAD男性的病例研究。
- 包括血管分割和体积注册的逐步协议。
- FORS和IVUS的组合用于实时成像和评估。
- 治疗前和治疗后的测量以评估结果。
主要结果
- FORS和IVUS技术的成功集成。
- 程序期间辐射暴露的减少。
- 评估血管尺寸和治疗效果的准确性提高。
- 血管内干预期间导航能力的增强。
结论
- FORS和IVUS的结合显示出更安全和更有效的血管内治疗的前景。
- 需要进一步的研究来在更大的人群中验证这些发现。
- 这种方法可能为外周动脉疾病的管理设立新标准。
常见问题
Executive Industry Relevance
Chronic radiation exposure during endovascular procedures presents a significant occupational hazard for interventional teams, impacting long-term workforce health and operational sustainability. The integration of Fiber Optic RealShape (FORS) technology with intravascular ultrasound (IVUS) directly addresses this challenge by enabling precise, real-time navigation and vessel assessment with minimal radiation and no contrast agent. This combined imaging approach supports safer, more reproducible interventions and informs risk-adjusted advancement decisions in device and procedural innovation portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables mechanistic de-risking of device navigation and vessel targeting in preclinical vascular models.
- Supports functional validation of imaging-guided intervention strategies for device development.
- Improves predictive confidence in procedural outcomes by providing quantitative vessel measurements.
Screening & Assay Development
- Facilitates standardization of vascular imaging endpoints for device and procedural screening workflows.
- Delivers reproducible, quantitative outputs for vessel diameter and morphology assessment.
- Reduces confounding variables by minimizing radiation and contrast exposure during assay development.
Translational & Preclinical Research
- Aligns imaging modalities with disease-relevant vascular models for translational continuity.
- Enables objective, quantitative assessment of intervention efficacy across preclinical studies.
- Supports risk-adjusted go/no-go decisions for advancing imaging-guided therapies.
Pipeline & Workflow Integration
This combined imaging method fits within the continuum from early device discovery through preclinical validation and translational research in vascular intervention.
- Discovery Biology: Provides a platform for hypothesis testing of navigation and vessel targeting strategies.
- Screening: Offers reproducible, quantitative imaging endpoints for device and procedural screening.
- Analytics: Enables direct measurement of vessel diameter, cross-sectional area, and treatment effect.
- Translational Research: Bridges preclinical and clinical imaging workflows by reducing radiation and contrast requirements.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging capability for diverse vascular intervention studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in vascular intervention studies.
- Operational Value: Standardizes imaging workflows and minimizes operator radiation exposure.
- Strategic Value: Enables safer, more efficient procedural development and supports capital-efficient portfolio advancement.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization of imaging-guided device and procedural innovations.
Implementation Considerations
- Requires expertise in advanced vascular imaging and device navigation.
- Demands access to FORS-enabled devices, IVUS systems, and compatible analytical infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of imaging protocols and data interpretation.
- May require adaptation for use in different vascular models or anatomical contexts.
- Dependent on availability of compatible guidewires and catheters for full workflow integration.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:21
Introduction
4:25
Vessel Segmentation
5:17
Volume Registration
6:51
FORS Shape Registration
7:44
Endovascular Navigation
8:51
Pre-PTA IVUS Diameter Measurements
9:11
PTA Treatment
9:50
Post-PTA IVUS Diameter Measurements
10:02
Pressure Measurements
10:28
Representative Results
12:38
Conclusion
