Summary
Formålet med denne undersøgelse var at forbedre fælles tilmelding til billede fusion (IF) pre interventionel CT data med real-time røntgen (XR) fluoroskopi under transfemoral transcatheter aortaklappen implantation (TAVI).
Abstract
Fusion af 3D anatomiske modeller stammer fra high-fidelity pre interventionel computertomografi angiografi (CTA), og x-ray (XR) fluoroskopi at lette anatomiske vejledning er af stor interesse for komplekse hjerte interventioner som TAVI procedurer med cerebral beskyttelse. Fælles registrering af TCL og XR har indført enten baseret på yderligere intraoperativ ikke- / kontrast-forstærket cone-beam beregnet tomografi (CBCT) eller to separate aortograms. Med den relaterede stigning i stråling eksponering og/eller kontrast agent (CA) dosis indført en yderligere risiko for patienten. Her foreslår vi en modificeret Co registrering tilgang gør brug af arteriograms af den iliofemoral arterier, rutinemæssigt udføres under femoral punktering og kappe introduktion. On-the-fly forfinelse af co registrering under den igangværende procedure giver mulighed for nøjagtig Co registrering uden nogen yderligere angiograms, hvorved CA, XR dosis og procedure tid, mens samtidig forbedrer operatør tillid og procedure sikkerhed.
Introduction
Billede fusion (IF) er processen med at sammenføje datasæt erhvervet på forskellige tid- og synspunkter om forskellige modaliteter i en enkelt-ramme af reference1. XR er den hyppigst anvendte imaging modalitet for intervention vejledning. Selvom giver høj tidsmæssige og rumlige opløsning, XR har lav dimensionalitet (2D fremskrivninger) og mangler anatomiske detaljer. 3D organ figur modeller stammer fra fx høj kvalitet pre interventionel CTA data overlejret på live fluoroskopi billedet kan forøge XR af relevante anatomiske bløddelene strukturer. Forudsætning skridt for hvis er fælles registrering af de forskellige billeddiagnostiske modaliteter.
Fælles registrering af præoperativ 3D billede datasæt med XR fluoroskopi involverer typisk, en af de følgende teknikker2: en) image-baseret 3D-3D registrering af den præoperative 3D datasæt med en intraoperativ ikke- / kontrast-forstærket CBCT datasæt3,4,5,6, eller b) direkte image-baserede 2D-3D registrering, hvor to Angiografisk billeder med et minimum af 30 ° kantede afstand7,8 bruges til Co registrering.
Med den nylige indførelse af fusion pakker på kommercielle XR systemer, hvis kan gøres mere let tilgængelige for en bred vifte af applikationer. Bruger disse systemer, har vi tidligere vist, at det er teknisk muligt og sikkert at overlejre en aorta root model ved hjælp af direkte image-baserede 2D-3D registrering for at støtte transfemoral transcatheter aortaklappen implantation (TAVI)8. Uden at kompromittere den samlede CA eller XR dosis, hvis vist sig særdeles værdifuld under TAVI procedure ved at tilføje 3D anatomiske detaljer til konventionelle XR fluoroskopi billedet, især i forbindelse med installationen af den cerebrale beskyttelse enhed. Yderligere erhvervelse af aortograms anvendes til co registrering kræves imidlertid yderligere CA og XR dosis. En optimeret arbejdsproces give præcis hvis uden behov for nogen yderligere aortograms var derfor meget ønskeligt.
Her præsenterer vi en tilgang til forbedret samarbejde registrering af pre interventionel CTA med real-time XR uden at kræve nogen yderligere CA eller C-arm CT scanner for hvis. Femoral adgang TAVI udføres som beskrevet andetsteds9,10,11. Kort, der er adgang til både femoralis arterier: en for vejledning af de kontralaterale punktere, efterfulgt af placeringen af en grisehale kateter gennem en 6F kappe at tillade arteriografi under placering af klapprotese; andet for placering af ventil leveringssystem og efterfølgende ballon valvuloplasty og enhedens placering. Angiografisk bekræftelse af passende punktering udføres i vores institution som en standard i pleje for lokalisering af punktering højde (over femoral tvedeling) og estimering af placeringen af dækket stenten i relation komplikationer12. Til at indfange embolisk snavs, er en dobbelt-filter cerebral beskyttelsessystem indført efter indsættelse af TAVI levering kappe forud for passage af aortabuen med enhver yderligere enhed.
Vi bruger arteriograms udføres rutinemæssigt under punktering af femoralis arterier til at etablere den første Co registrering. On-the-fly forfinelse af co registrering udføres efterfølgende under den igangværende procedure ved hjælp af placeringen af grisehale kateter i aorta roden, dobbelt-filter cerebral embolisk beskyttelsessystemet i fartøjerne, supraaortal og den aortograms udføres før implantation af klapprotese, hvilket sikrer nøjagtig model overlay på ethvert tidspunkt under interventionen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Undersøgelse-protokollen er i overensstemmelse med de etiske retningslinjer 1975 af Helsinki-erklæringen som afspejlet i en forudgående godkendelse af institutionens etisk komité. Skriftligt informeret samtykke blev opnået fra alle individuelle deltagere i undersøgelsen (CSI-Ulm, clinicaltrials.gov NCT02162069).
1. CT undersøgelse
- Udføre hjerte CT angiografi med retrospektiv ECG-gating bruge 80 mL af jodholdige kontrastmidler injiceres med en væskehastighed på 4,0 mL/s efterfulgt af en skylning bolus af 70 mL 0,9% saltvand løsning.
- Erhverve data Kranio-caudally strækker sig fra femoralis arterier til subclavia arterier med følgende erhvervelse parametre: matrix af 512 × 512 pixel, Skive tykkelse på 1 mm, Skive afstand af 0,7 mm.
- Rekonstruere billeder på 30% af R-R intervallet med iterativ genopbygning algoritme.
2. billede segmentering og Model Generation
- Import CT data fra en ekstern enhed eller en intern arkivering i billede fusion software af træk-og-slippe datasættet eller delmængder af data for den valgte patient i visningen patienter inden for programmet.
- Start automatisk segmentering på den valgte diskenhed, CT ved at dobbeltklikke på billedet-serien.
Bemærk: Segmentering af hjertekamre (venstre og højre hjertekammer, venstre og højre atrium, myokardiet) og store fartøjer (abdominal aorta, vena cava og koronar sinus) startes automatisk og vises i segmentering arbejde skridt. - Gå igennem billedudsnit og kontrollere, om kanterne af aorta og venstre hjertekammer er korrekt registreret og om nødvendigt redigere den automatiske segmentering i vinduet væv ved hjælp af knappen Rediger .
- For at udføre manuel segmentering af supplerende strukturer, skal du bruge knappen Tilføj i vinduet væv .
- Brug eksisterende redigeringsværktøjer til at fylde struktur (Indsprøjtes farvestof) og træk kanterne af struktur (Træk kanten) i 2D-visninger eller fjerne struktur dele med den fri-form skæres i 3D-visning.
- Udføre manuel segmentering af de vigtigste stammerne af venstre og højre kranspulsårerne, vigtigste arterie grene (brachiocephalic arterie med lige carotis og højre subclavia arterier, venstre fælles halspulsåren og venstre subclavia arteria), venstre og højre iliofemoral arterier, hip knogler og hofteled som beskrevet i trin 2,4-2,5 (figur 1).
Bemærk: Afhængig af kvaliteten af CT volumen kan dette tage 20-30 min.
3. billede Co registrering og Fusion
- I visningen patienter Flet den valgte patient med den aktuelle patient i XR-systemet ved at vælge den respektive handling i højre-klik-kontekst-menuen.
Bemærk: Nu registrering og Live arbejde skridt er aktive og kan bruges. - I Live arbejde trin, skal du klikke på Tilføj ny tag punkt i vinduet Tag point for at placere tre reference markører på aortaklappen cusps for at lette valget af den optimale projektion af ringformede flyet under intervention (figur 2).
- Gå til trinnet registrering arbejde at erhverve XR løber og udføre Co registrering af de segmenterede modeller med XR.
Bemærk: XR kører erhvervede med mindst 30° kantede afstand er påkrævet for pålidelig registrering. - Kopiere Angiografisk projektionen af den passende punktering i ~ LAO 20-30° orientering (eller ~ RAO 20-30° afhængigt af indledende punktere side) til Reference Se 1 ved at klikke på knappen Kopier til Reference Se 1.
- Kopi efter x-ray fremskrivninger erhvervet i ~ AP orientering under visualisering af overgangen fra de kontralaterale A. iliaca communis til A. femoralis communis til Reference Se 2 ved at klikke på knappen Kopi til Reference Se 2.
- Bruge interaktion værktøjer Registrering Pan, Registrering rotere (for i plan rotation), Registrering Roll (for 3D-rotation) manuelt justere model af iliofemoral arterier med de erhvervede XR fremskrivninger ( Figur 3A-B).
- Bruge hip knogler og hofteled synlige i XR billeder som yderligere vartegn under justeringen af overlay i regionen iliofemoral.
Bemærk: Nu modellen er knyttet til XR system geometri, og overlay er automatisk tilpasset til nuværende XR projektion orientering, forstørrelse og patient bordposition. - Guide punktering af fælles femoralis arterie kappe side (figur 3 c) ved hjælp af den grove første Co registrering udført i trin 3.6.
- Optage en Angiografisk projektion af enheden kappe femorale arterie i ~ RAO 20-30° (eller henholdsvis ~ LAO 20-30°) ved at klikke på knappen Kopier til Reference visning og færdiggøre billedet Co registrering i regionen iliofemoral (figur 3D).
Bemærk: Da patienten er placeret anderledes i løbet af CT-scanning og intervention, registrering baseret på iliofemoral strukturer giver kun begrænset nøjagtighed i andre regioner. Manuel forfinelse af co registreringen i regionen thorax er således påkrævet. - For at bruge disse data til yderligere overlay fornyet tilpasning, kopiere enhver yderligere erhvervede fremskrivninger til "Reference-visning" under overgangen fra iliofemoral til regionen thorax samt eventuelle kateterisation af den brachiocephalic stammen via den rigtige radiale arterie.
- Efter at placere grisehale kateter i aortabuen, erhverve to fluoroskopisk fremskrivninger uden CA i LAO 30 - 40 ° og RAO 20 - 30 ° orientering og kopiere dem i Reference Se 1 og Reference Se 2.
- Brug interaktionen funktioner Registrering Pan, Registrering rotere (for i plan rotation), Registrering Roll (for 3D-rotation) du kan manuelt justere registrering i regionen thorax (figur 4A-B ).
- Guide placeringen af enhedens beskyttelse uden administration af yderligere CA udelukkende baseret på de anatomiske overlay (figur 4 c).
- For yderligere raffinement, korrekt manuelt overlay placering som beskrevet i trin 3.12 på hver erhvervet XR projektion i hele løbet af interventionen, at sikre nøjagtige overlay på ethvert tidspunkt.
Bemærk: Brug aortograms erhvervet efter den rutinemæssige procedure til at kontrollere den korrekte position af levering system som vartegn for justeringen overlay (figur 4D).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vi indførte en roman Co registrering tilgang til billede fusion under TAVI, som giver mulighed for overliggende patient-specifikke anatomiske model ind på de live XR billeder under hele TAVI proceduren uden behov for nogen yderligere aortograms.
Flere interventionel trin vil drage fordel af, hvis: (1) vejledning af punktering af fælles femoralis arterie ovenfor femoral tvedeling kappe side (figur 5A); (2) nøjagtig placering af cerebral embolisk beskyttelse enheden selv i meget indviklede anatomiske baseret udelukkende på de anatomiske overlay (figur 5B); (3) visualisering af model i vilkårlige C-arm vinkling uden nogen XR eksponering og CA administration (figur 2), samt identifikation af den optimal udsigt før valve installation (figur 5 c); (4) justering af klapprotese selv i meget komplekse anatomiske (fig. 5 d).
I relaterede kliniske undersøgelse13, den foreslåede hvis tilgang kunne bevise betydelig reduktion af mængden, CA [80 (50-95) vs 100 (80-110) mL, p = 0.010], samlet procedure tid [48 (41-58) vs 61 (53-67) min, p = 0,002] og procedure XR gør Se [51 (42-55) vs 64 (49-81) Gy cm2, p = 0,032] sammenlignet med en matchet kontrolgruppe.
Figur 1 : 3D-modeller af den CTA-baserede segmenterede aortabuen med koronar, carotis og subclavia arterier (rød), iliaca og femoralis arterier (grøn), venstre ventrikel (lilla), hofte knogler (gul), og hofteled (blå). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2 : Manuel indstilling af reference markører (blå prikker) på aortaklappen cusps for at lette valget af den optimale projektion af ringformede flyet. A. skrå visning. B. ortogonale visning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3 : Registrering mellem 3D-modellen og XR system i regionen iliofemoral. A. Arteriogram af punkteret ikke-enhed kappe femorale arterie i LAO 20 °. B. Arteriogram af de iliaca arterier i RAO 4 ° orientering. C. punktering af fartøjet valgt for levering kappe i RAO 4 °. D. Bekræftelse af wire stilling inde fartøjet valgt for levering kappe i RAO 21°. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4 : Finjustering af co registreringen i regionen thorax. Overlejringen er re justeret baseret på to reference fremskrivninger af den abdominale aorta efter indsættelse af grisehale kateteret A. erhvervet i LAO 32 ° og B. RAO 23°. Yderligere justeringer kan ske efter placeringen af C. cerebral embolisk beskyttelse enhed og D. baseret på de Angiografisk fremskrivninger af aorta annulus. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5 : Eksempler på vellykkede billede fusion. A. femoralis punktering. B. placering af cerebral embolisk beskyttelse enhed. C. Valve Installation (C-arm er justeret vinkelret ringformede flyet som det kan ses via tre markører på aorta annulus afstemt langs en lige linje). D. klapprotese efter installation i aorta annulus. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hovedfokus i denne undersøgelse var at undersøge gennemførligheden af hvis uden at ændre arbejdsprocessen klinisk etablerede TAVI. Mens den gyldne standard for Co registrering af pre interventionel CTA data og XR fluoroskopi bruger dedikeret aortograms8, foreslår vi, ved hjælp af flere omtrentlige registreringer med on-the-fly raffinementer til at give nøjagtige 3D-modellen overlay under hele løbet af interventionen.
Kontinuerlig manuel registrering finjustering kræver yderligere uddannet personale til at bistå interventionel team fra kontrolrummet. De nødvendige justeringer er svære at udføre på en solid, da de relaterede brugerinteraktioner påvirke klinisk etablerede interventionel arbejdsprocessen. Men selvom Co registrering baseret på erhvervelse af to dedikeret aortograms er potentielt nemmere at realisere på en solid, 3D overlejringen ville ikke være tilgængelig under femoral adgang, og enhver bevægelse af patienten ville ødelægge nøjagtigheden af den registrering.
Selv brugen af statisk køreplaner, ikke i betragtning af den kardiale og respiratorisk bevægelse, syntes lovende for collum punktering, placering af embolisk beskyttelse enhed og indledende justering af klapprotese. Men brugen af cardiac fase synkroniserede anatomiske modeller i kombination med respiratorisk bevægelseskompensation kan yderligere øge nytten af den foreslåede tilgang af regnskab for dynamiske ændringer i aorta annulus holdning, især under valve installation.
3D-modellen overlay repræsenterer en anden incremental avancement til at forbedre navigation af komplekse interventioner fører til en forbedret proceduremæssige sikkerhed og effektivitet14. Co registrering af pre interventionel CT data til live fluoroskopi ved hjælp af kontrast-forstærket CBCT kan øge bekymring over XR højdosis og yderligere CA, trods sin rapporteret succes6,15. Ved hjælp af indfødte CBCT i stedet er begrænset af den fattige synlighed af target strukturer og forårsager problemer med registrering og højt uddannede operatører er nødvendigt at gøre arbejdsprocessen mindre ligetil6,16. Selvom du bruger to yderligere aortograms for Co registrering tilladt for nøjagtig Co registrering, kunne ingen reduktion af hverken CA eller XR dosis opnåede8. Den foreslåede fælles registrering tilgang giver betydelig reduktion af fluoroskopi dosis, kontrast volumen og samlede proceduren samtidig opretholde den sædvanlige arbejdsgang under implantation. Derudover understøtter det allerede femorale arterie punktering ved at sammenføje respektive modeller i den indledende fase af interventionen.
Den nuværende begrænsning af teknikken resultater fra den statiske karakter af de anatomiske modeller og ikke-deformerbare stive registrering, potentielt forårsager overlay unøjagtighed. Navnlig kan forskellige patient positionering mellem pre interventionel imaging og intervention samt tynde, indviklede strukturer, som nemt deformeres under enhed manipulation forårsage en uoverensstemmelse mellem de anatomiske modeller og den levende situation.
Den foreslåede protokol er som sådan gældende for en lang række transcatheter indgreb. Med den stigende kompleksitet af disse procedurer, vil efterspørgslen efter bedre vejledning støt stige. Procedurer på randen til den kliniske rutine som perkutan behandling af tricuspid ventil samt procedurer allerede klinisk etableret som atriale eller ventrikulære ablation vil sandsynlig nyde godt af den foreslåede tilgang. Selv om proceduren, der er forklaret i et bestemt system, bør tilgangen let overføres til andre systemer, så længe der findes en lignende softwareløsning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
For alle forfattere, tilsvarende forfatterne staten, at der er ingen relationer, der kan fortolkes som en interessekonflikt.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne takke Ulm Universitet Center for Translationel Imaging MoMAN for dets støtte.
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).
