Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Ulepszona rejestracja angiografii 3D CT z fluoroskopią rentgenowską w celu fuzji obrazu podczas przezcewnikowej implantacji zastawki aortalnej

9.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/57858

⸱

3 czerwca 2018

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Internal Medicine II - Cardiology, Ulm University Medical Center

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Celem tego badania było ulepszenie korejestracji do fuzji obrazów (IF) danych przedinterwencyjnej CT z fluoroskopią rentgenowską w czasie rzeczywistym (XR) podczas przezudowej przezcewnikowej implantacji zastawki aortalnej (TAVI).

Streszczenie

Fuzja modeli anatomicznych 3D pochodzących z wysokiej jakości preinterwencji tomografii komputerowej, angiografii (CTA) i rentgenowskiej (XR) fluoroskopii w celu ułatwienia anatomicznego prowadzenia jest bardzo interesująca dla złożonych interwencji kardiologicznych, takich jak procedury TAVI z ochroną mózgu. Jednoczesna rejestracja CTA i XR została wprowadzona na podstawie dodatkowej śródoperacyjnej tomografii komputerowej wiązki stożkowej bez wzmocnienia kontrastowego (CBCT) lub dwóch oddzielnych aortogramów. Wraz z powiązanym wzrostem ekspozycji na promieniowanie i/lub dawki środka kontrastowego (CA) pojawia się potencjalne dodatkowe ryzyko dla pacjenta. W tym przypadku proponujemy zmodyfikowane podejście do korejestracji z wykorzystaniem arteriogramów tętnic biodrowo-udowych, rutynowo wykonywanych podczas nakłucia kości udowej i wprowadzenia pochewki. Udoskonalanie korejestracji w locie podczas trwającej procedury umożliwia dokładną korejestrację bez dodatkowych angiogramów, zmniejszając w ten sposób dawkę CA, XR i czas zabiegu, jednocześnie zwiększając pewność operatora i bezpieczeństwo procedury.

Wprowadzenie

Fuzja obrazów (IF) to proces nakładania na siebie zestawów danych zdobytych w różnych momentach i punktach widzenia na różnych modalnościach w jeden układ odniesienia1. XR jest najczęściej stosowaną metodą obrazowania w celu uzyskania wskazówek dotyczących interwencji. Mimo że zapewnia wysoką rozdzielczość czasową i przestrzenną, XR ma niską wymiarowość (projekcje 2D) i brakuje mu szczegółów anatomicznych. Modele kształtów narządów 3D pochodzące np. z wysokiej jakości danych przedinterwencyjnych CTA nałożonych na żywy obraz fluoroskopii mogą zwiększyć XR o odpowiednie struktury anatomiczne tkanek miękkich. Warunkiem wstępnym IF jest jednoczesna rejestracja różnych metod obrazowania.

Zazwyczaj, jednoczesna rejestracja przedoperacyjnych zestawów danych obrazów 3D z fluoroskopią XR obejmuje jedną z następujących technik2: a) oparta na obrazie rejestracja 3D-3D przedoperacyjnego zestawu danych 3D z śródoperacyjnym zestawem danych CBCT bez / wzmocnienia kontrastowego3,4,5,6lub b) bezpośrednia rejestracja 2D-3D oparta na obrazie, gdzie do wspólnej rejestracji używane są dwa obrazy angiograficzne o minimalnym odstępie kątowym 30°7,8 są używane do wspólnej rejestracji.

Dzięki niedawnemu wprowadzeniu pakietów fusion do komercyjnych systemów XR, IF może być łatwiej dostępny dla szerokiego zakresu zastosowań. Korzystając z tych systemów, wykazaliśmy wcześniej, że technicznie wykonalne i bezpieczne jest nałożenie modelu korzenia aorty za pomocą bezpośredniej rejestracji 2D-3D opartej na obrazie w celu wsparcia przezcewnikowej implantacji zastawki aortalnej przezudowej (TAVI)8. Bez uszczerbku dla całkowitej dawki CA lub XR, IF okazał się bardzo cenny podczas procedury TAVI poprzez dodanie szczegółów anatomicznych 3D do konwencjonalnego obrazu fluoroskopowego XR, zwłaszcza podczas wdrażania urządzenia chroniącego mózg. Jednak dodatkowe pozyskanie aortogram wykorzystywanych do wspólnej rejestracji wymagało podania dodatkowej dawki CA i XR. W związku z tym wysoce pożądany był zoptymalizowany przepływ pracy zapewniający dokładne IF bez konieczności stosowania dodatkowych aortogramów.

Tutaj prezentujemy podejście do poprawy korejestracji przedinterwencyjnego CTA z XR w czasie rzeczywistym bez konieczności wykonywania dodatkowych skanów CA lub C-arm CT dla IF. Dostęp udowy TAVI jest wykonywany zgodnie z opisem w innym miejscu9,10,11. Krótko mówiąc, uzyskuje się dostęp do obu tętnic udowych: jednej w celu przeprowadzenia nakłucia przeciwległego, a następnie umieszczenia cewnika warkocza przez osłonkę 6F, aby umożliwić arteriografię podczas umieszczania protezy zastawki; drugi do umieszczenia systemu dostarczania zastawki, a następnie walwuloplastyki balonowej i umieszczenia urządzenia. Angiograficzne potwierdzenie odpowiedniego nakłucia wykonywane jest w naszej placówce jako standard opieki nad lokalizacją wysokości wkłucia (powyżej rozwidlenia kości udowej) oraz oszacowaniem położenia zakrytego stentu w przypadku powikłań związanych z dostępem12. W celu wychwytywania szczątków zatorowych, po wprowadzeniu osłonki podawczej TAVI przed przejściem łuku aorty za pomocą jakiegokolwiek dodatkowego urządzenia, wprowadza się system ochrony mózgu z podwójnym filtrem.

Używamy arteriogramów wykonywanych rutynowo podczas nakłuwania tętnic udowych, aby ustalić początkową korejestrację. Udoskonalanie korejestracji w locie jest następnie wykonywane w trakcie trwającej procedury z wykorzystaniem położenia cewnika warkocza w korzeniu aorty, dwufiltrowego systemu ochrony zatorowej mózgu w naczyniach nadaortalnych oraz aortogram wykonanych przed implantacją protezy zastawki, zapewniając w ten sposób dokładne nałożenie modelu w dowolnym momencie podczas zabiegu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Protokół badania jest zgodny z wytycznymi etycznymi Deklaracji Helsińskiej z 1975 roku, co znalazło odzwierciedlenie w zatwierdzeniu a priori przez komisję etyki instytucji. Pisemną świadomą zgodę uzyskano od wszystkich indywidualnych uczestników biorących udział w badaniu (CSI-Ulm, clinicaltrials.gov NCT02162069).

1. Badanie tomografem komputerowym

  1. Wykonać angiografię CT serca z retrospektywnym bramkowaniem EKG przy użyciu 80 ml jodowego środka kontrastowego wstrzykniętego z szybkością przepływu 4,0 ml / s, a następnie bolusa płuczącego 70 ml 0,9% roztworu soli fizjologicznej.
  2. Pozyskaj dane czaszkowo-ogonowo rozciągające się od tętnic udowych do tętnic podobojczykowych o następujących parametrach akwizycji: matryca 512 × 512 pikseli, grubość warstwy 1 mm, odstęp między warstwami 0,7 mm.
  3. Rekonstruuj obrazy w 30% interwału R-R przy użyciu algorytmu rekonstrukcji iteracyjnej.

2. Segmentacja obrazów i generowanie modeli

  1. Zaimportuj dane CT z urządzenia zewnętrznego lub wewnętrznego systemu archiwizacji do oprogramowania do łączenia obrazów, przeciągając i upuszczając zestaw danych lub podzbiory danych dla wybranego pacjenta do widoku Pacjenci w aplikacji.
  2. Rozpocznij automatyczną segmentację wybranej objętości CT poprzez dwukrotne kliknięcie serii obrazów.
    Uwaga: Segmentacja komór serca (lewa i prawa komora, lewy i prawy przedsionek, mięsień sercowy) oraz wielkich naczyń (aorta brzuszna, żyła główna i zatoka wieńcowa) rozpoczyna się automatycznie i zostanie wyświetlona w kroku pracy Segmentacja.
  3. Przejrzyj wycinki obrazu i sprawdź, czy krawędzie aorty i lewej komory są prawidłowo wykryte, a jeśli to konieczne, edytuj automatyczną segmentację w oknie Tkanka za pomocą przycisku Edytuj.
  4. Aby wykonać ręczną segmentację dodatkowych struktur, należy użyć przycisku Dodaj w oknie Tkanka.
  5. Użyj istniejących narzędzi edycyjnych, aby wypełnić strukturę (Inject Dye) i przeciągnąć krawędzie konstrukcji (Przeciągnij krawędź) w widokach 2D lub usunąć części konstrukcji za pomocą opcji Cięcie dowolne w widoku 3D.
  6. Wykonaj ręczną segmentację głównych pni lewej i prawej tętnicy wieńcowej, głównych gałęzi tętnic (tętnica ramienno-głowowa z prawą tętnicą szyjną i prawą tętnicą podobojczykową, lewa tętnica szyjna wspólna i lewa tętnica podobojczykowa), lewa i prawa tętnica biodrowo-udowa, kości biodrowe i stawy biodrowe, jak opisano w krokach 2.4-2.5 (Rysunek 1).
    Uwaga: W zależności od jakości objętości tomografii komputerowej może to potrwać od 20 do 30 minut.

3. Współrejestracja obrazów i fuzja

  1. W widoku Pacjenci połącz wybranego pacjenta z aktualnym pacjentem w systemie XR, wybierając odpowiednią akcję w menu kontekstowym prawym przyciskiem myszy.
    Uwaga: Teraz kroki Rejestracja i Praca na żywo są aktywne i można z nich korzystać.
  2. W kroku Praca na żywo kliknij Dodaj nowy punkt znacznika w oknie Oznacz punkty, aby umieścić trzy znaczniki odniesienia w guzkach zastawki aortalnej, aby ułatwić wybór optymalnego rzutu płaszczyzny pierścieniowej podczas interwencji (Rysunek 2).
  3. Przejdź do kroku pracy Rejestracja, aby uzyskać przebiegi XR i przeprowadzić wspólną rejestrację modeli podzielonych na segmenty za pomocą XR.
    Uwaga: Do niezawodnej rejestracji wymagane są przebiegi XR uzyskane z odległością kątową co najmniej 30°.
  4. Skopiuj rzut angiograficzny odpowiedniego nakłucia w orientacji ~LAO 20 - 30° (lub ~RAO 20 - 30° w zależności od strony początkowego nakłucia) do widoku referencyjnego 1, klikając przycisk Kopiuj do widoku referencyjnego 1.
  5. Skopiuj następujące projekcje rentgenowskie uzyskane w orientacji ~AP podczas wizualizacji przejścia z przeciwległego A. iliaca communis do A. femoralis communis do widoku referencyjnego 2, klikając przycisk Kopiuj do widoku referencyjnego 2.
  6. Użyj narzędzi interakcji Registration Pan, Registration Rotate (do obrotu w płaszczyźnie), Registration Roll (do obrotu 3D), aby ręcznie wyrównać model tętnic biodrowo-udowych z uzyskanymi projekcjami XR (Rysunek 3A-B).
  7. Użyj kości biodrowych i stawów biodrowych widocznych na zdjęciach XR jako dodatkowych punktów orientacyjnych podczas wyrównywania nakładki w okolicy biodrowo-udowej.
    Uwaga: Teraz model jest połączony z geometrią systemu XR, a nakładka jest automatycznie dostosowywana do bieżącej orientacji projekcji XR, powiększenia i pozycji stołu pacjenta.
  8. Przeprowadzić nakłucie wspólnej tętnicy udowej po stronie pochewki (Rysunek 3C) za pomocą zgrubnej początkowej rejestracji wykonanej w kroku 3.6.
  9. Nagraj projekcję angiograficzną pochewki tętnicy udowej urządzenia w ~RAO 20 - 30° (lub odpowiednio ~LAO 20 - 30°), klikając przycisk Kopiuj do widoku referencyjnego i zakończ korejestrację obrazu w okolicy biodrowo-udowej (Rysunek 3D).
    Uwaga: Ponieważ pacjent jest inaczej ułożony podczas tomografii komputerowej i interwencji, rejestracja na podstawie struktur biodrowo-udowych zapewnia tylko ograniczoną dokładność w innych regionach. W związku z tym konieczne jest ręczne udoskonalenie korejestracji w odcinku piersiowym.
  10. Aby wykorzystać te dane do dalszego wyrównania nakładki, skopiuj wszelkie dodatkowe uzyskane rzuty do "Widoku referencyjnego" podczas przejścia z okolicy biodrowo-udowej do klatki piersiowej, a także cewnikowania tułowia ramienno-głowowego przez prawą tętnicę promieniową.
  11. Po umieszczeniu cewnika warkoczowego w łuku aorty należy uzyskać dwie projekcje fluoroskopowe bez CA w orientacji LAO 30 - 40° i RAO 20 - 30° i skopiować je w widoku referencyjnym 1 i widoku referencyjnym 2.
  12. Użyj narzędzi interakcji: Registration Pan, Registration Rotate (do obrotu w płaszczyźnie), Registration Roll (do obrotu 3D), aby ręcznie dostosować pasację w okolicy klatki piersiowej (Rysunek 4A-B).
  13. Kieruj umieszczeniem urządzenia ochronnego bez podawania dodatkowego CA wyłącznie w oparciu o anatomiczną nakładkę (Rysunek 4C).
  14. W celu dalszego udoskonalenia należy ręcznie skorygować pozycję nakładki zgodnie z opisem w kroku 3.12 na każdej uzyskanej projekcji XR podczas całego trwania interwencji, zapewniając dokładną nakładkę w dowolnym punkcie czasowym.
    Uwaga: Użyj aortogram uzyskanych zgodnie z rutynową procedurą w celu sprawdzenia prawidłowego położenia systemu dostarczania jako punktów orientacyjnych dla regulacji nakładki (Rysunek 4D).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Wprowadziliśmy nowatorskie podejście do koregistracji w celu fuzji obrazów podczas TAVI, które umożliwia nałożenie specyficznego dla pacjenta modelu anatomicznego na obrazy XR w czasie rzeczywistym podczas całej procedury TAVI, bez konieczności wykonywania dodatkowych aortogramów.

Kilka etapów interwencyjnych odniesie korzyść z zastosowania IF: (1) prowadzenie punkcji wspólnej tętnicy udowej powyżej rozwidlenia tętnicy udowej po...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Głównym celem tego badania było zbadanie wykonalności IF bez modyfikowania klinicznie ustalonego przepływu pracy TAVI. Podczas gdy złoty standard korejestracji danych przedinterwencyjnej CTA i fluoroskopii XR wykorzystuje dedykowane aortogramy8, my proponujemy stosowanie wielu przybliżonych rejestracji z udoskonaleniami w locie, aby zapewnić dokładne nakładanie modelu 3D podczas całego trwania interwencji.

Ciągłe ręczne doskonalenie rejestracji wymaga dodatkowego, przes...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

W imieniu wszystkich autorów autorzy korespondencyjni oświadczają, że nie istnieją żadne relacje, które mogłyby być interpretowane jako konflikt interesów.

Podziękowania

Autorzy chcieliby podziękować Ulm University Center for Translational Imaging MoMAN za wsparcie.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Philips Allura FD10   System rentgenowskiPhilips Healthcare
EP Navigator Release 5.2.10Segmentacja i fuzja obrazówPhilips Healthcare
Iomeron 350Bracco Imaging Deutschland GmbHrentgenowski środek kontrastowy
Sentinel  dwufiltrowy system ochrony mózguClaret Medical, Inc.Dwufiltrowy system ochrony mózgu 
Analiza statystycznaMatlab R2013MathWorks
SW

Bibliografia

  1. Sánchez, Y., et al. Navigational Guidance and Ablation Planning Tools for Interventional Radiology. Current Problems in Diagnostic Radiology. 32 (2), 225-233 (2017).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Vernikouskaya, I., et al. Image-guidance for transcatheter aortic valve implantation (TAVI) and cerebral embolic protection. International Journal of Cardiology. 249, 90-95 (2017).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Angiografia tomograficzna 3Dpodej cie do koregistracjidoprecyzowanie arteriogramusegmentacja manualnamarkery referencyjnenarz dzia rejestracjinawigacja w czasie rzeczywistym
Ulepszona rejestracja angiografii 3D CT z fluoroskopią rentgenowską w celu fuzji obrazu podczas przezcewnikowej implantacji zastawki aortalnej
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.