Summary
Målet med denne studien var å forbedre co-registrering for bilde blanding (hvis) av pre intervensjonsradiologi CT data med sanntid x-ray (XR) fluoroscopy under transfemoral transcatheter Aortaklaff implantasjon (TAVI).
Abstract
Fusjon av 3D anatomiske modeller avledet fra Hi-Fi-pre intervensjonsradiologi beregnet tomografi angiography (CTA), og x-ray (XR) fluoroscopy å lette anatomiske veiledning er av stor interesse for komplekse cardiac intervensjoner som TAVI prosedyrer med cerebral beskyttelse. Co-registrering CTA og XR har blitt introdusert enten basert på flere intraoperativ ikke- / kontrast forbedret kjegle-beam beregnet tomografi (CBCT) eller to separate aortograms. Med relaterte økningen av stråling eksponering og/eller kontrast agent (CA) dose, er ekstra risikofaktorer for pasienten innført. Her foreslår vi en modifisert co-registrering tilnærming gjør bruk av arteriograms av iliofemoral arteriene rutinemessig utført under femur punktering og skjede introduksjon. On-the-fly avgrensningen av co-registrering under pågående prosedyren gjør nøyaktig co-registrering uten noen ekstra angiograms, dermed redusere CA, XR dose og prosedyre tid, mens samtidig forbedre operatør tillit og prosedyre sikkerhet.
Introduction
Bildet fusion (hvis) er prosessen med å legge datasett kjøpt på ulike tid- og synspunkter på ulike modaliteter i en enkelt-referanse1. XR er mest brukte tenkelig modalitet for intervensjon veiledning. Selv om, å gi høy timelige og romlig oppløsning, XR har lav dimensionality (2D anslag) og mangler anatomiske detaljer. 3D orgel figur modeller Hentet fra f.eks høykvalitets pre intervensjonsradiologi CTA data lagt på live fluoroscopy bildet kan øke XR av relevante anatomiske bløtvev strukturer. Forutsetning for hvis er co de ulike modalitetene for bildebehandling.
Co-registrering av preoperativ 3D image datasett med XR fluoroscopy innebærer vanligvis, en av de følgende teknikker2: en) image-basert 3D-3D registrering av preoperativ 3D dataset med et intraoperativ ikke- / kontrast forbedret CBCT DataSet3,4,5,6, eller b) direkte bildebasert 2D / 3D registrering, der to angiographic bilder med et minimum av 30 ° kantete avstand7,8 brukes for co-registrering.
Med den nylige lanseringen av fusion pakker på kommersielle XR systemer, hvis kan gjøres lettere tilgjengelig for en rekke applikasjoner. Bruker disse systemene, har vi tidligere vist at det er teknisk mulig og trygt å overlappe en aorta roten modell med direkte bildebasert 2D / 3D registrering for å støtte transfemoral transcatheter Aortaklaff implantasjon (TAVI)8. Uten at samlede CA eller XR dose, hvis viste seg svært verdifull under TAVI prosedyren ved å legge til 3D anatomiske detaljer konvensjonelle XR fluoroscopy bildet, spesielt under distribusjon av cerebral beskyttelse enheten. De ekstra oppkjøp av aortograms brukes for co-registrering kreves imidlertid ekstra CA og XR dose. Derfor var en optimalisert arbeidsflyt gir nøyaktig hvis uten behov for noen ekstra aortograms svært ønskelig.
Her presenterer vi en tilnærming til forbedret co-registrering av pre intervensjonsradiologi CTA med sanntid XR uten noen ekstra CA eller C-arm CT skanner for hvis. Femoral tilgang TAVI utføres som beskrevet andre steder9,10,11. Kort, både femoral arterier hentes: én for veiledning av de kontralateral punktering, etterfulgt av plasseringen av et pigtail kateter gjennom en 6F skjede tillate arteriography under plassering av protesen ventil; andre for plassering av ventilen leveringssystem og påfølgende ballong valvuloplasty og enheten plassering. Angiographic bekreftelse av aktuelle punktering utføres i våre institusjon som standard omsorg for lokalisering punktering høyde (over femur bifurkasjonen) og beregning av plasseringen av den dekket stent ved tilgang-relaterte komplikasjoner12. For å fange embolic rusk, er en dobbel-hjerne beskyttelse systemet innført etter innsetting av TAVI levering skjede før passering av aortabuen med ytterligere enheter.
Vi bruker arteriograms utføres rutinemessig under punktering av femoral arteriene for å etablere den første co-registreringen. On-the-fly avgrensningen av co-registrering utføres senere under pågående prosedyren bruker plasseringen av pigtail kateter i aorta roten, dobbel-filter cerebral embolic beskyttelse systemet i supraaortal fartøyer og aortograms utføres før implantasjon av ventilen protesen, sikrer nøyaktig modell overlegg på noe tidspunkt i løpet av intervensjonen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Studien protokollen er i samsvar med etiske retningslinjer i 1975 Helsinkideklarasjonen som gjenspeiles i en priori godkjenning av institusjonens etikk. Skriftlig samtykke ble innhentet fra alle enkelte deltakere inkludert i studien (CSI-Ulm, clinicaltrials.gov NCT02162069).
1. CT eksamen
- Utføre hjerte CT angiography med retrospektiv ECG-gating bruker 80 mL iodinated kontrast media injisert på en strømningshastighet på 4.0 mL/s etterfulgt av rødme bolus av 70 mL 0,9% saltvann.
- Hente data Kranio-caudally strekker seg fra femoral arteries til subclavia arteriene med følgende oppkjøpet parametere: the matrix av 512 × 512 piksler, slice tykkelsen på 1 mm, skjær avstanden mellom 0,7 mm.
- Rekonstruere bilder på 30% av R-R intervallet med iterativ rekonstruksjon algoritme.
2. image segmentering og modell generasjon
- Importer CT data fra en ekstern enhet eller en intern arkivering system i fusion programvare av dra-og-slippe datasettet eller delsett av data for valgt pasient i visningen pasienter i programmet.
- Starte automatisk segmentering av det valgte CT volumet ved å dobbeltklikke på bildet serien.
Merk: Segmentering av kamre av hjertet (venstre og høyre ventrikkel, høyre og venstre atrium, myokard) og store fartøy (abdominal aorta, vena cava og koronar sinus) startes automatisk og vises i Segmentering arbeid trinn. - Gå gjennom bilde-stykker og bekrefte hvis kantene av aorta og venstre ventrikkel oppdages riktig og om nødvendig redigere den automatisk segmenteringen i vinduet vev ved hjelp av Rediger -knappen.
- Du må bruke Legg til i vinduet vev for å utføre manuell segmentering av flere strukturer.
- Bruk eksisterende redigeringsverktøy fylle strukturen (Injisere fargestoff) og drar strukturen (Dra kanten) i 2D-visning eller fjerne strukturen deler med i fri-form kuttet i 3D-visning.
- Utføre manuell segmentering av viktigste stammene av venstre og høyre koronar arteriene, hovedpulsåren grener (truncus arteria carotis og høyre arteria arterier og arteria carotis communis venstre arteria subclavia), venstre og høyre iliofemoral arteriene, hip bein og hoften skjøt som beskrevet i trinnene 2.4-2.5 (figur 1).
Merk: Avhengig av CT volumet dette kan ta 20 til 30 min.
3. image co-registrering og Fusion
- I visningen pasienter flette valgt pasient med gjeldende pasient i XR systemet ved å velge den aktuelle handlingen i høyre-klikke-hurtigmenyen.
Merk: Nå registrering og Live arbeid trinnene er aktive og kan brukes. - Live fungerer trinn, klikker du Legg til ny kode peker i vinduet Tag poeng for å plassere tre referanse markører på Aortaklaff spisser for å tilrettelegge valg av optimal projeksjon av ringformede flyet under intervensjon (figur 2).
- Gå til registrering arbeid trinn å erverve XR går og utføre co-registrering av segmentert modeller med XR.
Merk: XR kjører ervervet med minst 30° kantete avstand er nødvendig for pålitelig registrering. - Kopiere angiographic projeksjon av den aktuelle punktering i ~ LAO 20-30° orientering (eller ~ RAO 20-30° avhengig av første punktering side) i Referanse visning 1 ved å klikke Kopier til referanse visning 1.
- Kopier følgende x-ray anslag ervervet i ~ AP retning under visualisering av overgangen fra den kontralateral A. iliaca communis til A. femoralis communis i Referanse visning 2 ved å klikke Kopier til referanse visning 2.
- Bruke samspill verktøy Registrering Pan, Registrering rotere (for-plane rotasjon), Registrering Roll (for 3D-rotasjon) manuelt justere modell av iliofemoral arteriene med ervervet XR anslagene ( Figur 3A-B).
- Bruk hip bein og hofte leddene i XR bildene som ekstra landemerker i justering av overlegg i regionen iliofemoral.
Merk: Nå modellen er knyttet til XR systemet geometri og overlegg er automatisk XR projeksjon orientering, forstørrelse og pasienten bordposisjon. - Guide punktering av felles femoral subclavia på siden skjede (Figur 3 c) ved å bruke grovt første co registrering i trinn 3.6.
- Registrere en angiographic projeksjon av enheten skjede femoral arterien i ~ RAO 20-30° (eller ~ LAO 20-30°) ved å klikke Kopier referanse visningen og fullføre bildet co-registrering i regionen iliofemoral (figur 3D).
Merk: Siden pasienten er plassert annerledes i CT og intervensjon, registrering basert på iliofemoral strukturer gir bare begrenset nøyaktighet i andre regioner. Dermed kreves manuell avgrensningen av co-registrering i thorax regionen. - For å bruk disse dataene for ytterligere overlegg re-justering, kopiere eventuelle ekstra ervervet anslag til "Referanse View" under overgangen fra iliofemoral regionen thorax samt noen catheterization av truncus bagasjerommet via den høyre radial arterie.
- Etter å plassere pigtail kateter i aortabuen, kjøpe to fluoroscopic anslag uten CA i LAO 30 - 40 ° og RAO 20 - 30 ° orientering og kopiere dem i Referanse visning 1 og Referanse visning 2.
- Bruk samspillet verktøy Registrering Pan, Registrering rotere (for-plane rotasjon), Registrering Roll (for 3D-rotasjon) for å justere registreringen i regionen thorax (figur 4A-B ).
- Guide plasseringen av beskyttelse enheten uten administrasjon av flere CA utelukkende basert på anatomiske overlegget (figur 4C).
- For ytterligere raffinement, manuelt korrigere overlegget posisjonen som beskrevet i trinn 3.12 på hver kjøpte XR projeksjon i hele løpet av intervensjonen, sikre nøyaktige overlegg til enhver tid.
Merk: Bruk aortograms kjøpt i henhold til rutinemessig prosedyre for å bekrefte riktig posisjon av levering system som landemerker for overlegg justeringen (Figur 4 d).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vi innført en roman co-registrering tilnærming til bildet fusion under TAVI, hvilke innrømmer overliggende pasient-spesifikke anatomiske modellen på live XR bildene under hele TAVI prosedyren uten behov for noen ekstra aortograms.
Flere intervensjonsradiologi trinn nytte hvis: (1) veiledning av punktering av felles femoral subclavia over femur bifurkasjonen på skjede side (figur 5A); (2) nøyaktig plassering av cerebral embolic beskyttelse enheten selv i svært villedende anatomi basert utelukkende på anatomiske overlegget (figur 5B); (3) visualisering av modellen i vilkårlig C-arm angulation uten noen XR eksponering og CA administrasjon (figur 2), samt identifikasjon av optimal visning før ventil distribusjon (figur 5C); (4) justering av ventilen protesen selv i svært komplekse anatomi (figur 5 d).
I relaterte klinisk studie13, den foreslåtte hvis tilnærmingen kan være betydelig reduksjon av CA [80 (50-95) vs 100 (80-110) mL, p = 0.010], totale prosedyren tiden [48 (41-58) vs 61 (53-67) min, p = 0,002] og prosedyre XR se [51 (42-55) vs 64 (49-81) Gy cm2, p = 0.032] med en samsvarende kontrollgruppe.
Figur 1 : 3D-modeller av CTA-baserte segmentert aortabuen koronar, carotis og arteria arteriene (rød), iliaca femoral arteriene (grønn), venstre ventrikkel (lilla), hip bein (gul), og hofte leddene (blå). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2 : Manuell innstilling av referanse markører (blå prikker) på Aortaklaff spisser for å tilrettelegge valg av optimal projeksjon av ringformede flyet. A. skrå visning. B. ortogonale visning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3 : Registrering mellom 3D-modellen og XR systemet i regionen iliofemoral. A. Arteriogram av punkterte ikke enheten skjede femoral arterien i LAO 20 °. B. Arteriogram til iliaca arteriene RAO 4 ° papirretning. C. punktering av fartøyet valgt for levering skjede i RAO 4 °. D. Bekreftelse av wire plasseringen inni skipet valgt for levering skjede i RAO 21°. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4 : Avgrensningen av co-registrering i regionen thorax. Overlegg er nytt justert basert på to referanse projeksjoner av abdominal aorta etter innsetting av pigtail kateter A. ervervet i LAO 32 ° og B. RAO 23°. Ytterligere forbedringer kan gjøres etter plassering av C. cerebral embolic beskyttelse enheten og D. basert på de angiographic anslagene av aorta ringrommet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5 : Eksempler på vellykkede bilde fusion. A. Femoral punktering. B. plassering av cerebral embolic beskyttelse enheten. C. Valve distribusjon (C-arm er justert vinkelrett ringformede flyet som det kan sett via tre merkene satt til aorta ringrommet justert langs en rett linje). D. ventil protese etter distribusjon i aorta ringrommet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hovedfokus i denne studien var å undersøke muligheten for hvis uten å endre klinisk etablerte TAVI arbeidsflyten. Mens gullstandarden for co-registrering pre intervensjonsradiologi CTA dataene og XR fluoroscopy bruker dedikert aortograms8, foreslår vi bruke flere omtrentlig registreringer med on-the-fly forbedringer for å gi nøyaktig 3D modell overlegg i hele løpet av intervensjonen.
Kontinuerlig manuell registrering avgrensningen krever mer utdannet personalet hjelpe intervensjonsradiologi teamet fra kontrollrommet. De nødvendige finjusteringer er vanskelige å utføre på tableside siden de relaterte brukerinteraksjon påvirke klinisk etablerte intervensjonsradiologi arbeidsflyten. Men selv om co-registrering basert på oppkjøp av to dedikert aortograms er potensielt lettere å realisere på tableside 3D overlegg vil ikke være tilgjengelig under femur tilgang og enhver bevegelse av pasienten ville ødelegge nøyaktigheten av den registrering.
Med bruk av statiske veikart, ikke vurderer hjerte- og respirasjonssykdommer bevegelsen, virket lovende for femur punktering, plassering av embolic beskyttelse enheten og innledende justering av ventilen protesen. Men bruk av cardiac fase synkronisert anatomiske modeller i kombinasjon med respiratory Bevegelseskompensering kan øke nytten av foreslåtte tilnærming av regnskap for dynamiske endringer i aorta ringrommet posisjon, spesielt i den ventil distribusjonen.
3D-modellen overlegg representerer en annen trinnvis avansement å forbedre navigering i kompleks tiltak fører til en økt fremgangsmåter for sikkerhet og effekt14. Co-registrering pre intervensjonsradiologi CT dataene i live fluoroscopy med kontrast forbedret CBCT kan øke angående høy XR dose og ekstra CA, til tross for sin rapportert suksess6,15. Bruke native CBCT i stedet begrenses av dårlig sikt av målet strukturer og skaper problemer i Registrering og høyt kvalifiserte operatører er nødvendig, noe som gjør arbeidsflyten mindre grei6,16. Selv om bruker to ekstra aortograms for co-registrering tillatt for nøyaktig co-registrering, kunne ingen reduksjon av CA verken XR dose oppnås8. Den foreslåtte co-registrering tilnærmingen gir betydelig reduksjon av fluoroscopy dose, kontrast volumet og generelle prosedyre tid samtidig opprettholde den vanlige arbeidsflyten under implantation. Videre støtter den allerede femoral arterien punktering av superimposing respektive modeller i første fase av intervensjonen.
Gjeldende begrensning av teknikken resultater fra statisk natur anatomiske modeller og ikke-deformerbare stive registrering, potensielt forårsake overlegg unøyaktighet. Spesielt kan forskjellige pasienten posisjonering mellom pre intervensjonsradiologi bildebehandling og intervensjon samt tynne, kroket strukturer som enkelt deformere under enheten manipulasjon forårsake en konflikt mellom anatomiske modeller og levende situasjonen.
Foreslåtte protokollen gjelder som for et stort utvalg av transcatheter. Med den økende kompleksiteten i disse prosedyrene, etterspørselen etter forbedret veiledning vil det stadig stige. Prosedyrer i ferd for klinisk rutinen som PCI behandling av trikuspidalklaff ventil samt prosedyrer allerede klinisk etablert som atrial eller ventrikkel ablasjon vil trolig ha nytte foreslåtte tilnærming. Selv om prosedyren er forklart i ett bestemt system, være tilnærming lett kan overføres til andre systemer som en lignende programvareløsning er tilgjengelig.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
På vegne av alle forfattere, tilsvarende forfatterne sier at det er ingen relasjoner som kan tolkes som en interessekonflikt.
Acknowledgments
Forfatterne vil gjerne takke Ulm University Center for translasjonsforskning Imaging MoMAN for 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).
