Summary
O objetivo deste estudo foi melhorar o registo co para fusão de imagem (IF) de pre-intervencionistas dados de CT com fluoroscopia de raio-x em tempo real (XR) durante a implantação de válvula aórtica percutânea transfemoral (TAVI).
Abstract
A fusão dos modelos anatômicos em 3D derivado de angiografia computadorizada pré-intervencionista alta fidelidade (CTA), e fluoroscopia de raio-x (XR) para facilitar a orientação anatômica é de enorme interesse para intervenções cardíacas complexas como TAVI procedimentos com proteção cerebral. Registo co de CTA e XR foi introduzido também com base no adicional intra-operatória non- / contraste aprimorado-feixe cônico computado tomografia computadorizada (CBCT) ou dois aortogramas separadas. Com o aumento da dose de radiação exposição e/ou contraste agente (CA) relacionado, é introduzido um potencial risco adicional para o paciente. Aqui, propomos um registo co modificados abordagem fazendo uso de arteriografias não mostraram das artérias iliofemoral, realizadas rotineiramente durante a punção femoral e a bainha de introdução. On-the-fly refinamento do registo co durante o procedimento em curso permite registo co preciso, sem qualquer adicional angiografia, reduzindo assim a CA, XR dose e procedimento o tempo, melhorando simultaneamente o procedimento e a confiança do operador segurança.
Introduction
Fusão de imagem (se) é o processo de sobreposição de conjuntos de dados adquiridos no tempo diferente - e pontos de vista sobre diferentes modalidades em um único quadro de referência1. XR é a modalidade de imagem mais frequentemente usada para orientação de intervenção. Apesar de, fornecendo alta resolução temporal e espacial, XR tem baixa dimensionalidade (projeções 2D) e carece de detalhes anatômicos. Modelos de forma 3D órgão derivados por exemplo, alta qualidade pre-intervencionista CTA dados sobrepostos na imagem ao vivo de fluoroscopia podem aumentar XR por relevantes estruturas anatômicas do tecido mole. Etapa pré-requisito para se é o registo co das diferentes modalidades de imagem.
Normalmente, co registro de conjuntos de dados de imagem 3D pré-operatório com fluoroscopia XR envolve uma das seguintes técnicas2: um) baseada em imagem 3D-3D registro do conjunto de dados 3D pré-operatório com um intra-operatória CBCT non- / contraste aprimorado conjunto de dados3,4,5,6, ou b) baseado em imagens 2D-3D registro direto, onde duas imagens angiográficas, com um mínimo de 30 ° espaçamento angular7,8 são utilizadas para registo de co.
Com a recente introdução de pacotes de fusão em sistemas comerciais de XR, pode se ser feita mais prontamente disponível para uma ampla gama de aplicações. Usando esses sistemas, anteriormente mostramos que é tecnicamente viável e segura a sobreposição de um modelo de raiz aórtica por meio de registro com base em imagem direto 2D-3D para apoiar transfemoral percutânea da válvula aórtica (TAVI) de implantação8. Sem comprometer a dose total de CA ou XR, se provou-se altamente valioso durante procedimento TAVI adicionando detalhes anatômicos 3D para a imagem de fluoroscopia convencional de XR, especialmente durante a implantação do dispositivo de proteção cerebral. No entanto, a aquisição adicional das aortogramas usadas para o registo co necessária dose adicional de CA e XR. Portanto, um fluxo de trabalho otimizado, fornecendo precisos se sem a necessidade de qualquer adicionais aortogramas era altamente desejável.
Aqui, apresentamos uma abordagem melhor registo co de CTA pre-intervencionista com XR em tempo real, sem exigir qualquer CA adicional ou varreduras de CT do C-braço para se. O acesso femoral, que TAVI é executada como descrito em outro lugar9,10,11. Brevemente, ambas as artérias femoral são acessadas: um para a orientação da punção contralateral, seguido pela colocação de um cateter pigtail através de uma bainha 6F para permitir a arteriografia durante a colocação da prótese de válvula; o segundo para a colocação do sistema de entrega de válvula e subsequentes balão Valvoplastia e dispositivo de posicionamento. Angiográfica confirmação de punção apropriada é realizada em nossa instituição como um padrão de cuidados para a estimativa da posição do stent coberto em caso de relacionados ao acesso e localização da punção altura (acima da bifurcação femoral) complicações12. Para capturar fragmentos embólicos, um sistema de duplo-filtro de proteção cerebral é introduzido após a inserção da bainha TAVI entrega antes da passagem do arco aórtico com qualquer dispositivo adicional.
Nós usamos arteriografias não mostraram realizada rotineiramente durante a punção da artéria femoral para estabelecer o registo inicial de co. On-the-fly refinamento do registo co posteriormente é realizado durante o procedimento em curso, utilizando a posição do cateter pigtail dentro da raiz da aorta, o sistema de duplo-filtro de proteção embólico cerebral nos vasos supraaortal e o aortogramas realizada antes da implantação da prótese válvula, garantindo assim a sobreposição de modelo preciso em qualquer ponto do tempo durante a intervenção.
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Protocol
O protocolo do estudo está em conformidade com as diretrizes éticas de 1975 declaração de Helsinque, como refletido em um priori aprovação pelo Comitê de ética da instituição. Obteve-se consentimento escrito de todos os participantes individuais incluídos no estudo (CSI-Ulm, clinicaltrials.gov NCT02162069).
1. CT exame
- Realizar angiografia cardíaca CT com retrospectiva de gating ECG com 80 mL de meio de contraste iodado injetado em uma taxa de fluxo de 4,0 mL/s seguido de lavagem em bolus de solução salina de 70 mL 0,9%.
- Adquirir o cranio-caudal estendendo-se desde as artérias femoral para as artérias subclávias com os seguintes parâmetros de aquisição de dados: a matriz de 512 × 512 pixels, espessura da fatia de 1 fatia mm, espaçamento de 0,7 mm.
- Reconstrua imagens em 30% do intervalo R-R usando o algoritmo de reconstrução iterativos.
2. imagem segmentação e geração do modelo
- Dados de importação CT de um dispositivo externo ou um sistema de arquivamento interno ao software de fusão de imagem por arrastar e soltar o dataset ou subconjuntos de dados para o paciente selecionado para a exibição de pacientes dentro do aplicativo.
- Começa a segmentação automática do volume CT selecionado clicando duas vezes na série de imagem.
Nota: A segmentação das câmaras do coração (ventrículo direito e esquerdo, átrio esquerdo e direito, miocárdio) e grandes vasos (aorta abdominal, veia cava e seio coronário) é iniciada automaticamente e será exibida na etapa de trabalho de segmentação . - Passar as fatias de imagem e verificar se as bordas do ventrículo esquerdo e aorta são detectadas corretamente e se for necessário editar a segmentação automática na janela de tecido , usando o botão Editar .
- Para executar manual segmentação de estruturas adicionais, use o botão Adicionar na janela de tecido .
- Use ferramentas de edição existentes para preencher a estrutura (Injetar corante) e arraste as bordas da estrutura (Arraste a borda) em vistas 2D ou remover partes da estrutura com a forma livre corte na vista 3D.
- Realizar segmentação manual dos principais troncos da coronárias esquerdas e direita, ramos artéria principal (artéria Braquiocefálica com direita e carótidas direita artérias subclávia, artéria carótida comum esquerda e artéria subclávia esquerda), esquerdos e direita iliofemoral artérias, ossos do quadril e articulações do quadril como descrito nos passos de 2.4-2.5 (Figura 1).
Nota: Dependendo da qualidade do volume CT pode levar 20 a 30 min.
3. registo co e fusão de imagens
- Na exibição de pacientes mescle o paciente selecionado com o paciente atual no sistema XR escolhendo a respectiva ação em right-click--menu de contexto.
Nota: Agora as etapas de trabalho de registo e Live são ativas e podem ser usadas. - No Live trabalhar passo, clique em Adicionar nova tag ponto na janela de pontos de Tag para colocar três marcadores de referência às cúspides da valva aórtica, para facilitar a escolha da projeção ideal do avião anular durante a intervenção (Figura 2).
- Vá para a etapa de trabalho do registro para adquirir o XR é executado e para executar o registro co dos modelos segmentados com XR.
Nota: XR é executado adquirida pelo menos distância angular de 30° são requeridos para o registo fiável. - Copie a projeção angiográfica da punção apropriada em ~ orientação de 20-30° LAO (ou ~ Rodrigues 20-30° dependendo da inicial punção lateral) para a vista de referência 1 , clicando no botão cópia para referência vista 1.
- Seguindo as projeções de raios-x de cópia adquirida em ~ orientação AP durante a visualização da transição do contralateral iliaca a. communis para o a. femoralis communis para a vista de referência 2 , clicando no botão Cópia para referência vista 2.
- Use as ferramentas de interação Pan de registo, Registo girar (para rotação no plano), Rolo de registro (para rotação 3D) para alinhar manualmente o modelo das artérias iliofemoral com as projeções de XR adquiridas ( Figura 3A-B).
- Use ossos do quadril e articulações do quadril visíveis nas imagens XR como Marcos adicionais durante o alinhamento da sobreposição na região iliofemoral.
Nota: Agora o modelo está relacionado com a geometria do sistema XR, e a sobreposição automaticamente está sendo adaptada para a orientação de projeção atual XR, ampliação e posição da tabela paciente. - Orientar a punção da artéria femoral comum no lado da bainha (Figura 3) usando o registo co inicial grosseiro realizado na etapa 3.6.
- Gravar uma projeção angiográfica da artéria femoral dispositivo bainha em ~ Rodrigues 20-30° (ou respectivamente ~ LAO 20-30°) por clicando no botão cópia para exibição de referência e finalizar o registro de imagem co na região iliofemoral (Figura 3D).
Nota: Desde que o paciente é posicionado de forma diferente durante a tomografia computadorizada e a intervenção, registo com base nas estruturas iliofemoral fornece apenas uma precisão limitada em outras regiões. Assim, o refinamento manual do registo co na região torácica é necessário. - Para usar esses dados para mais um re-alinhamento de sobreposição, copiar qualquer projeções adicionais adquiridas para a exibição"referência" durante a transição do iliofemoral a região torácica, bem como qualquer cateterismo do tronco Braquiocefálica através do radial direito artéria.
- Depois de colocar o cateter pigtail no arco aórtico, adquirir duas projeções fluoroscópica sem CA em LAO 30 - 40 ° e Rodrigues 20 - 30 orientação ° e copiá-los na vista de referência 1 e vista de referência 2.
- Uso a interação ferramentas Pan de registo, Registo girar (para rotação no plano), Rolo de registro (para rotação 3D) para ajustar manualmente o registro na região torácica (Figura 4A-B ).
- Orientar a colocação do dispositivo de proteção sem administração de CA adicional baseada-se na sobreposição anatómica (Figura 4).
- Para ainda mais refinamento, corrigi manualmente a posição de sobreposição conforme descrito na etapa 3.12 em cada adquirida projeção de XR durante todo o curso da intervenção, assegurando sobreposição exata em qualquer ponto do tempo.
Nota: Use aortogramas adquiridas de acordo com o procedimento de rotina para verificar a posição correcta do sistema de entrega como pontos de referência para o ajuste de sobreposição (Figura 4).
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Representative Results
Introduzimos uma abordagem novela co registro para fusão de imagem durante a TAVI, que permite sobrepor o modelo anatômico do paciente específico para as imagens ao vivo de XR durante todo o procedimento sem a necessidade de qualquer adicionais aortogramas TAVI.
Várias etapas de intervenção vão beneficiar o se: (1) orientação da punção da artéria femoral comum acima da bifurcação femoral no lado da bainha (Figura 5A); (2) exata colocação do dispositivo de proteção embólico cerebral mesmo em anatomias tortuosas muito baseado unicamente na sobreposição anatômica (Figura 5B); (3) a visualização do modelo em angulação de C-braço arbitrário sem qualquer exposição XR e administração CA (Figura 2), bem como identificação do modo de exibição ideal antes da implantação de válvula (Figura 5); (4) alinhamento da prótese válvula mesmo em anatomias muito complexas (Figura 5).
No estudo clínico relacionados13, a abordagem proposta de se poderia provar a redução significativa do volume CA [80 (50-95) vs 100 mL (80-110), p = 0,010], tempo total do procedimento [48 (41-58) vs 61 min (53-67), p = 0,002] e fazer o procedimento XR se [51 (42-55) vs 64 (49-81) Gy cm2, p = 0.032] em comparação com um grupo de controle correspondente.
Figura 1 : Modelos 3D do CTA-baseado segmentado aórtico arco com coronárias, carótidas e artérias subclávias (vermelho), ilíacas e artérias femoral (verdes), deixou de ossos do quadril (amarelo), ventrículo (roxo) e articulações do quadril (azul). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 : Ajuste manual dos marcadores de referência (pontos azuis) em cúspides da valva aórtica para facilitar a escolha da projeção ideal do avião anular. R. vista oblíqua. B. vista ortogonal. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 : Registro entre o modelo 3D e sistema XR na região iliofemoral. R. arteriografia da artéria femoral de bainha de dispositivo não perfurado em LAO 20 °. B. arteriografia das artérias ilíacas na orientação do 4 ° Rodrigues. C. punção do navio selecionado para a bainha de entrega em Rodrigues 4 °. D. Confirmação da posição do fio no interior da embarcação, selecionada para a bainha de entrega em Rodrigues 21°. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 : Refinamento do registo na região torácica co. A sobreposição é re-alinhada com base em duas projecções de referência da aorta abdominal após a inserção do cateter pigtail que r. adquiriu em LAO 32 ° e B. RODRIGUES, 23°. Refinamentos adicionais podem ser feitos após a colocação de C. o dispositivo de proteção embólico cerebral e D. com base nas projecções angiográficas do annulus da aorta. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 : Exemplos de fusão bem sucedida imagem. R. punção Femoral. B. colocação do dispositivo de proteção embólico cerebral. C. válvula de implantação (C-braço é alinhada perpendicularmente ao plano anular como pode ser visto através de três marcadores no annulus aórtico alinhado ao longo de uma linha reta). M. prótese valvular após a implantação no anel da aorta. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
O foco principal deste estudo foi investigar a viabilidade de se sem modificar o fluxo de trabalho TAVI clinicamente estabelecido. Enquanto o padrão ouro para o co registo dos dados CTA pre-intervencionistas e fluoroscopia XR usa dedicado aortogramas8, propomos usando registos múltiplos aproximados com requintes de on-the-fly para fornecer o modelo 3D preciso sobreposição durante todo o curso da intervenção.
O refinamento contínuo registro manual requer pessoal treinado adicional para auxiliar a equipe intervencionista da sala de controle. Os refinamentos necessários são difíceis de executar no tableside desde que as interações de usuário relacionados afetar o fluxo de trabalho intervencionista clinicamente estabelecido. No entanto, mesmo que o registo co baseou-se na aquisição de dois dedicados aortogramas é potencialmente mais fácil de perceber no tableside, a sobreposição 3D não estaria disponível durante acesso femoral, e qualquer movimento do paciente estragaria a precisão da registo.
Até mesmo o uso dos roteiros estáticos, não considerando o movimento cardíaco e respiratório, apareceu promissor para punção femoral, colocação do dispositivo de protecção embólica e alinhamento inicial da prótese da válvula. No entanto, o uso da fase cardíaca sincronizados modelos anatômicos em combinação com compensação de movimento respiratório podem aumentar ainda mais a utilidade da abordagem proposta pela contabilização de mudanças dinâmicas no annulus aórtica Posicione, especialmente durante a implantação de válvula.
Sobreposição de modelo 3D representa outro avanço incremental para melhorar a navegação de intervenções complexas, levando a uma maior segurança processual e eficácia14. Co registo dos dados CT pre-intervencionistas para fluoroscopia ao vivo por meio de contraste aprimorado CBCT pode levantar preocupações com alta dose XR e CA adicional, apesar de seu sucesso relatado6,15. Utilizar CBCT nativo em vez disso é limitada pela pouca visibilidade das estruturas alvo e causa dificuldades no registo e operadores altamente treinados são necessários, tornando o fluxo de trabalho menos simples6,16. Mesmo que usando dois aortogramas adicionais para o registo co concedido para o registo co preciso, sem redução da dose de CA nem XR pode ser alcançado8. A abordagem proposta registo co resulta em redução significativa da dose de fluoroscopia, volume de contraste e tempo total do procedimento, mantendo o fluxo de trabalho habitual durante a implantação. Além disso, ele já suporta punção da artéria femoral sobrepondo os respectivos modelos durante a fase inicial da intervenção.
A limitação atual da técnica resulta da natureza estática dos modelos anatômicos e registo rígido não deformável, potencialmente causando imprecisão de sobreposição. Em particular, posicionamento do paciente diferentes entre imagens pre-intervencionista e a intervenção, bem como estruturas finas, tortuosas que facilmente se deforma durante a manipulação do dispositivo pode causar uma incompatibilidade entre os modelos anatômicos e a situação ao vivo.
O protocolo proposto, como tal, é aplicável a uma variedade enorme de intervenções percutânea. Com a crescente complexidade desses procedimentos, a demanda por orientação melhorada constantemente subirá. Procedimentos para a rotina clínica, como o tratamento percutâneo da valva tricúspide, bem como procedimentos estabelecidos já clinicamente como ablação atrial ou ventricular será provavelmente prestes a beneficiam a abordagem sugerida. Mesmo que o procedimento é explicado em termos de um sistema específico, a abordagem deve ser facilmente transferível para outros sistemas, enquanto uma solução de software similar está disponível.
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Disclosures
Em nome de todos os autores, afirmam os autores correspondentes que não existem em nenhum relacionamento que poderia ser interpretado como um conflito de interesses.
Acknowledgments
Os autores gostaria de agradecer o apoio do centro universitário de Ulm para translação MoMAN Imaging.
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).
