Summary
Le but de cette étude était d’améliorer la co-Registration pour fusion d’image (IF) des données de CT pre interventionnelles par fluoroscopie en temps réel aux rayons x (XR) pendant l’implantation de la valve aortique transcatheter alignement (TAVI).
Abstract
La fusion des modèles anatomiques 3D dérivé d’angiographie de haute fidélité de tomodensitométrie pré interventionnelle (CTA), et radioscopie aux rayons x (XR) pour faciliter l’orientation anatomique est d’un intérêt énorme pour des interventions cardiaques complexes comme les procédures TAVI avec protection cérébrale. Co-Registration de LTC et XR a été introduite soit issu des supplémentaires peropératoire non- / contraste accentué faisceau conique calculé tomographie (CBCT) ou deux technologie séparée. Avec l’augmentation de dose de rayonnement exposition et/ou le contraste d’agent (CA), on introduit un risque supplémentaire pour le patient. Ici, nous vous proposons une mis à jour le co-enregistrement approche en utilisant artériogrammes des artères Ilio, assurées pendant la ponction fémorale et l’introduction de la gaine. On-the-fly raffinement de la co-Registration lors de la procédure en cours permet de co-Registration précise sans les angiogrammes supplémentaires, réduisant ainsi CA, XR dose et procédure de temps, tout en améliorant la procédure et la confiance de l’opérateur sécurité.
Introduction
Fusion d’image (IF) est le processus de superposition des ensembles de données acquises aux différents temps - et points de vue sur des modalités différentes en une seule image de référence1. XR est un système d’imagerie le plus fréquemment utilisé pour l’orientation de l’intervention. Même si, en fournissant à haute résolution temporelle et spatiale, XR a de basse dimensionnalité (projection 2D) et manque de détails anatomiques. Les modèles de forme 3D orgue tirées par exemple qualité pré interventionnelle LTC données superposées sur l’image de la fluoroscopie direct peuvent augmenter le XR par les structures anatomiques de tissus mous. Étape préalable car si est le co-enregistrement des différentes modalités d’imagerie.
Co-Registration des ensembles de données préopératoires image 3D par fluoroscopie XR implique en général, une des techniques suivantes2: un) basée sur les images 3D-3D enregistrement du dataset préopératoire 3D avec un CBCT non- / contraste accentué peropératoire DataSet3,4,5,6, ou b) imageur 2D-3D d’enregistrement direct, où les deux images angiographiques avec un minimum de 30 ° espacement angulaire7,8 sont utilisés pour Co-Registration.
Avec l’introduction récente de paquets de fusion sur les systèmes commerciaux de XR, peut s’effectuer plus facilement disponible pour une vaste gamme d’applications. À l’aide de ces systèmes, nous avons déjà montré qu’il est techniquement réalisable et sécuritaire de la superposition d’un modèle de la racine aortique au moyen de l’imageur 2D-3D d’enregistrement direct pour soutenir la sécurité transcatheter valve aortique implantation (TAVI)8. Sans pour autant compromettre la dose globale de CA ou XR, si avérée très précieuse au cours de la procédure TAVI en ajoutant des détails anatomiques 3D à l’image conventionnelle de fluoroscopie XR, surtout pendant le déploiement du dispositif de protection cérébrale. Toutefois, l’acquisition de la technologie utilisée pour l’enregistrement Co requis supplémentaires CA et XR dose. Par conséquent, un flux de travail optimisé offrant précise si, sans la nécessité de toute technologie supplémentaire était hautement souhaitable.
Ici, nous présentons une approche de co-Registration améliorée de CTA pré interventionnelle avec XR en temps réel sans nécessiter aucun CA supplémentaire ou arceau tomodensitogrammes car si. L’accès fémoraux que Tavi est effectuée comme décrit ailleurs9,10,11. En bref, les deux artères fémorales sont accessibles : un pour la direction de la ponction controlatérale, suivie de la mise en place d’un cathéter de queue de cochon dans une gaine de 6F pour permettre l’artériographie pendant la pose de la prothèse de valve ; la seconde pour la mise en place du système de livraison de valve et mise subséquente valvuloplastie et périphérique. Confirmation angiographique de ponction appropriée est effectuée dans notre institution comme une norme de diligence pour la localisation de la hauteur de ponction (au-dessus de la bifurcation fémorale) et estimation de la position du stent couvert en cas relatifs à l’accès les complications12. Pour capturer les débris emboliques, un système de filtre à double protection cérébrale est introduit après la pose de la gaine de livraison TAVI avant le passage de l’arc aortique avec n’importe quel autre appareil.
Nous utilisons artériogrammes effectué régulièrement au cours de la ponction des artères fémorales pour établir la co-Registration initiale. On-the-fly raffinement de la co-Registration est effectuée par la suite au cours de la procédure en cours à l’aide de la position de la sonde pigtail au sein de la racine aortique, le système de double-filtre de protection embolique cérébral dans les vaisseaux supra-aortiques et le technologie réalisé avant l’implantation de la prothèse de valve, assurant ainsi la superposition de modèle précis à n’importe quel moment au cours de l’intervention.
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Protocol
Le protocole de l’étude est conforme à l’éthique professionnelle de la déclaration d’Helsinki 1975 comme en témoigne a priori d’approbation par le Comité d’éthique de l’institution. Consentement éclairé a été obtenu de tous les participants individuels inclus dans l’étude (CSI-Ulm, clinicaltrials.gov NCT02162069).
1. l’examen CT
- Effectuer une angiographie cardiaque avec ECG-gating rétrospective à l’aide de 80 mL de contraste iodés injectés à un débit de 4,0 mL/s suivie d’un rinçage bolus de 70 mL de solution saline de 0,9 %.
- Acquisition de données direction cranio-caudale qui s’étend de l’artères fémorales aux artères sous-clavière avec les paramètres d’acquisition suivants : la matrice de 512 × 512 pixels, épaisseur de tranche de 1 mm, découper espacement de 0,7 mm.
- Reconstruire les images à 30 % de l’intervalle R-R à l’aide d’algorithme de reconstruction itérative.
2. image Segmentation et génération du modèle
- CT d’importation données depuis un périphérique externe ou un système d’archivage interne en logiciel de fusion d’images par glisser-déposer l’ensemble de données ou des sous-ensembles de données pour les patients sélectionnés dans la vue de Patients au sein de l’application.
- Commencer la segmentation automatique du volume sélectionné CT en double-cliquant sur les séries d’images.
Remarque : Segmentation des cavités cardiaques (ventricule gauche et droite, gauche et droite atrium, myocarde) et gros vaisseaux (aorte abdominale, veine cave supérieure et du sinus coronaire) est démarrée automatiquement et s’affiche à l’étape de travail de Segmentation . - Passez les tranches de l’image et vérifier si les bords de l’aorte et le ventricule gauche sont détectés correctement et éventuellement modifier la segmentation automatique dans la fenêtre de tissus en utilisant le bouton modifier .
- Pour effectuer une segmentation manuelle de structures supplémentaires, utilisez le bouton Ajouter dans la fenêtre de tissu .
- Utiliser des outils d’édition existants pour remplir la structure (Injecter colorant) et faites glisser les bords de la structure (Bord faites glisser) dans les vues 2D ou enlever des pièces de structure avec la coupe de forme libre dans la vue 3D.
- Effectuer une segmentation manuelle des troncs principaux des artères coronaires gauche et droite, branches de l’artère principale (artère brachiocéphalique avec artères sous-clavière droite droite et carotides, artère carotide commune gauche et l’artère sous-clavière gauche), gauche et droite Ilio artères, OS de la hanche et articulations de la hanche comme décrit aux points 2.4-2.5 (Figure 1).
Remarque : Selon la qualité du volume CT, cela peut prendre 20 à 30 min.
3. l’image co-Registration et Fusion
- Dans la vue de Patients confondent le patient sélectionné avec le patient actuel dans le système XR en choisissant l’action respective dans le right-click-menu contextuel.
Note : Maintenant les étapes de travail enregistrement et Live sont actifs et peuvent être utilisés. - Dans le Live , étape de travail, cliquez sur Ajouter un nouveau tag point dans la fenêtre points d’étiquette pour placer trois marqueurs de référence au cuspides de la valve aortique pour faciliter le choix de la projection optimale du plan annulaire lors de l’intervention (Figure 2).
- Passez à l’étape de travail d’enregistrement afin d’acquérir les séries XR et pour effectuer l’inscription co des modèles segmentés avec XR.
Remarque : XR exécute acquise au moins distance angulaire de 30° sont nécessaires à l’enregistrement fiable. - Copier la projection angiographique de la ponction appropriée dans ~ orientation de 20-30° LAO (ou ~ Roland 20-30° selon la première perforation latérale) dans la vue de référence 1 en cliquant sur le bouton copier pour référence vue 1.
- Copie d’après les projections de rayons x a acquis en ~ orientation AP pendant la visualisation de la transition entre la controlatérale a. iliaca communis et le femoralis a. communis dans la vue de référence 2 en cliquant sur le bouton Copie à la vue de référence 2.
- Utiliser les outils d’interaction Enregistrement Pan, Enregistrement tourner (pour la rotation dans le plan), Enregistrement de rouleau (pour rotation 3D) pour aligner manuellement le modèle des artères Ilio avec les projections de XR acquises ( Figure 3 a-B).
- Utilisez OS de la hanche et les articulations des hanches visibles dans les images XR comme repères supplémentaires au cours de l’alignement de la superposition dans la région Ilio.
Note : Le modèle est maintenant lié à la géométrie du système XR, et la superposition est automatiquement adaptée à l’orientation actuelle de projection XR, grossissement et emplacement table patient. - Guider la ponction de l’artère fémorale commune du côté de gaine (Figure 3) à l’aide de l’enregistrement initial co grossier, effectuée à l’étape 3.6.
- Enregistrer une projection angiographique de l’appareil gaine fémorale artère dans ~ Roland 20-30° (ou respectivement ~ LAO 20-30°) en cliquant sur le bouton copier pour vue de référence et finaliser la co-Registration image dans la région Ilio (Figure 3D).
Remarque : Étant donné que le patient est positionné différemment au cours de la tomodensitométrie et de l’intervention, enregistrement basé sur les structures de l’Ilio offre seulement limitée précision dans d’autres régions. Ainsi, manuel raffinement de la co-Registration dans la région thoracique est nécessaire. - Pour utiliser ces données pour la poursuite de re-l’alignement superposition, copiez saillies supplémentaires acquis à la « vue de référence » pendant la transition de l’Ilio dans la région thoracique ainsi que tout cathétérisme du tronc brachiocéphalique via la radiale droite artère.
- Après avoir placé la sonde pigtail dans la crosse aortique, acquérir deux projections fluoroscopiques sans CA en LAO 30 - 40 ° et Rolland 20 - 30 orientation ° et copiez-les dans la vue de référence 1 et la vue de référence 2.
- Utilisez l’interaction des outils Enregistrement Pan, Enregistrement tourner (pour la rotation dans le plan), Enregistrement de rouleau (pour rotation 3D) pour ajuster manuellement l’enregistrement dans la région thoracique (Figure 4 a-B ).
- Guide de la mise en place du dispositif de protection sans administration de CA supplémentaire purement basée sur la superposition anatomique (Figure 4).
- Pour raffiner, corriger manuellement la position de superposition comme décrit dans l’étape 3.12 sur chacun acquis XR projection pendant toute la durée de l’intervention, assurant une superposition exacte à tout moment.
Remarque : Utiliser la technologie acquises conformément à la procédure de routine pour vérifier la position correcte du système comme points de repère pour l’ajustement de la superposition (Figure 4).
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Representative Results
Nous avons introduit une approche de Roman co-Registration pour fusion d’image lors de TAVI, qui permet de superposer le modèle anatomique spécifique au patient sur les images en direct XR pendant toute la procédure TAVI sans besoin de n’importe quel technologie supplémentaires.
Plusieurs étapes interventionnelles bénéficieront de l’IF : (1) indications de la ponction de l’artère fémorale commune au-dessus de la bifurcation fémorale sur le côté de la gaine (Figure 5 a) ; (2) précise mise en place du dispositif de protection embolique cérébral même dans les anatomies très tortueux fondée uniquement sur la superposition anatomique (Figure 5 b) ; (3) visualisation du modèle de l’angulation de C-bras arbitraire sans aucune exposition XR et administration CA (Figure 2), ainsi que d’identifier l’affichage optimal avant le déploiement de la soupape (Figure 5) ; (4) l’alignement de la prothèse de valve même dans les anatomies très complexes (Figure 5).
Dans l’étude clinique connexe13, l’approche proposée de IF pourrait s’avérer une réduction significative du volume CA [80 (50-95) par rapport à 100 mL (80-110), p = 0,010], temps de procédure global [48 (41-58) vs 61 min (53-67), p = 0,002] et procédure XR ne se [51 (42-55) vs 64 (49-81) Gy cm2, p = 0,032] en comparaison avec un groupe témoin apparié.
Figure 1 : OS de la hanche ventricule (violet), (jaune), à gauche des modèles 3D de la LTC-basé segmenté aortique avec coronaires, carotide et artères sous-clavière (rouge), iliaques et les artères fémorales (verts) et les articulations de la hanche (bleu). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Réglage manuel des marqueurs de référence (points bleus) à rebroussement valve aortique pour faciliter le choix de la projection optimale du plan annulaire. A. vue Oblique. B. vue orthogonale. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Inscription entre le modèle 3D et système XR dans la région Ilio. A. artériographie de l’artère fémorale de gaine perforée de périphérique au Laos 20 °. B. artériographie des artères iliaques en orientation 4 ° Rolland. C. perforation du navire choisi pour la gaine livraison dans Roger 4 °. D. Confirmation de la position du fil dans le récipient choisi pour la gaine de livraison en RAO 21°. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Raffinement de la co-Registration dans la région thoracique. La superposition est réalignée issu des deux projections de référence de l’aorte abdominale après l’insertion du cathéter en tire-bouchon qu'a. acquis en LAO 32 ° et B. ROLLAND 23°. Raffinements supplémentaires peuvent être faits après le placement des C. le dispositif de protection embolique cérébral et D. selon les prévisions angiographiques de l’anneau aortique. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Exemples de fusion d’image réussie. A. ponction fémorale. B. mise en place du dispositif de protection embolique cérébral. C. Valve de déploiement (C-bras est aligné perpendiculairement au plan annulaire, comme il peut être vu par l’intermédiaire de trois marqueurs, fixé à l’anneau aortique aligné le long d’une ligne droite). D. prothèse de Valve après le déploiement dans l’anneau aortique. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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Discussion
L’objectif principal de cette étude était d’étudier la faisabilité d’IF sans modifier le workflow TAVI cliniquement établi. Alors que l’étalon-or pour le co-enregistrement des données préalablement interventionnelles de LTC et fluoroscopie XR utilise une technologie dédiée8, nous proposons d’utiliser plusieurs enregistrements approximatifs avec des raffinements d’on-the-fly pour fournir un modèle 3D précis superposition pendant toute la durée de l’intervention.
Le raffinement d’une inscription manuelle continue exige supplémentaire personnel formé pour assister l’équipe interventionnelle de la salle de contrôle. Les raffinements nécessaires sont difficiles à effectuer à la giclée, étant donné que les interactions utilisateur associés impact sur le flux de travail établi sur le plan clinique interventionnelle. Toutefois, même si le co-enregistrement basée sur l’acquisition de deux dédié technologie est potentiellement plus facile à réaliser à la giclée la superposition 3D ne serait pas disponible pendant l’accès fémoraux et tout mouvement du patient casserait l’exactitude de la enregistrement.
Même l’utilisation de feuilles de route statiques, sans tenir compte du mouvement cardiaque et respiratoire, semble prometteuse pour ponction fémorale, mise en place du dispositif de protection embolique et alignement initial de la prothèse de valve. Cependant, l’utilisation de cardiaque phase synchronisées modèles anatomiques en combinaison avec compensation de mouvement respiratoire peuvent accroître l’utilité de l’approche proposée en tenant compte des changements dynamiques dans l’anneau aortique position, surtout lors du déploiement de la soupape.
Incrustation modèle 3D représente un autre avancement différentiel pour améliorer la navigation des interventions complexes, conduisant à une amélioration de la sécurité procédurale et efficacité14. Co-Registration des données CT pre interventionnelles à radioscopie direct au moyen de contraste accentué CBCT peut soulever des inquiétudes au sujet des doses élevées de XR et CA supplémentaire, malgré son succès6,15. À l’aide de CBCT natif à la place est limitée par la faible visibilité des structures cibles et provoque des difficultés d’enregistrement et des opérateurs hautement qualifiés sont nécessaires, rendant le flux de travail moins simple6,16. Même si à l’aide de deux technologie supplémentaires pour le co-enregistrement admise à l’enregistrement de co précis, aucune réduction de dose ni CA ni XR ne pourrait être atteint8. L’approche proposée co-enregistrement conduit à une réduction significative de la dose de fluoroscopie, le volume de contraste et le temps de procédure global tout en conservant le flux de travail habituel pendant l’implantation. En outre, il soutient déjà la ponction de l’artère fémorale en superposant des modèles respectifs au cours de la phase initiale de l’intervention.
La limitation de courant de la technique résulte de la nature statique des modèles anatomiques et indéformable enregistrement rigide, causant potentiellement inexactitude de superposition. En particulier, un positionnement différent du patient entre l’imagerie interventionnelle pré et l’intervention ainsi que des structures minces et tortueuses qui se déforment facilement au cours de la manipulation de l’appareil peut provoquer une incompatibilité entre les modèles anatomiques et la situation réelle.
Le protocole proposé est ainsi applicable à une grande variété d’interventions transcatheter. Avec la complexité croissante de ces procédures, la demande d’orientation améliorée augmentera progressivement. Procédures sur le point de la clinique au quotidien comme le traitement percutané de la valve tricuspide, mais aussi les procédures établies déjà cliniquement comme ablation auriculaire ou ventriculaire sera vraisemblablement bénéficient de l’approche suggérée. Même si la procédure est expliquée en termes d’un régime spécifique, l’approche devrait être facilement transférable à d’autres systèmes, tant qu’une solution logicielle similaire n’est disponible.
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Disclosures
Au nom de tous les auteurs, les correspondants auteurs déclarent qu’il n’y a pas de relations qui pourraient être interprétés comme un conflit d’intérêts.
Acknowledgments
Les auteurs tiennent à remercier le centre de l’Université de Ulm pour translationnelle MoMAN Imaging pour son soutien.
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 |
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