Summary
El objetivo de este estudio fue mejorar el co-registro para fusión de imágenes (IF) de datos de la TC previa intervención con fluoroscopia de rayos x en tiempo real (XR) durante la implantación de válvula aórtica transfemoral transcatéter (TAVI).
Abstract
La fusión de modelos anatómicos 3D deriva de angiografía de alta fidelidad previa intervención de la tomografía computada (CTA), y fluoroscopia de rayos x (XR) para facilitar la orientación anatómica es de enorme interés para las intervenciones cardiacas complejas como procedimientos TAVI con protección cerebral. Co-registro de CTA y XR se ha introducido ya sea basado en adicional intraoperatoria o nula contraste haz cónico computado tomography (CBCT) o dos aortograms separados. Con el relacionados con aumento de dosis de radiación exposición o contraste agente (CA), se introduce un riesgo adicional para el paciente. Aquí, proponemos un co-registro modificado enfoque aprovechando los arteriogramas de las arterias iliofemoral, realizadas de manera rutinaria durante la punción femoral y la introducción de la vaina. Refinamiento de on-the-fly del registro Co durante el procedimiento en curso permite registro co exacta sin cualquier angiogramas adicionales, reduciendo así el CA, XR dosis y procedimiento el tiempo, mejorando al mismo tiempo procedimiento y confianza del operador seguridad.
Introduction
Fusión de imágenes (IF) es el proceso de superposición de conjuntos de datos adquiridos en los diferentes tiempo y puntos de vista en diferentes modalidades en un solo marco de referencia1. XR es la modalidad de imagen más utilizada para la orientación de la intervención. Aunque proporcionar alta resolución temporal y espacial, XR baja dimensionalidad (proyecciones 2D) y carece de detalles anatómicos. Modelos de forma 3D de órganos derivados de por ejemplo alta calidad pre-intervención CTA datos superpuestos en la imagen de fluoroscopia vivo pueden aumentar XR por las estructuras anatómicas del tejido blando. Condición IF es el co-registro de las diferentes modalidades de imagen.
Co-registro de conjuntos de datos de imagen 3D preoperatoria con fluoroscopia XR implica típicamente, uno de los siguientes técnicas2: un) registro de 3D-3D basado en la imagen del conjunto de datos 3D preoperatoria con un Cone o nula contraste intraoperatorio conjunto3,4,5,6, o b) basado en imágenes 2D-3D registro directo, donde dos imágenes angiográficas con un mínimo de 30 ° espaciamiento angular7,8 se utilizan para co-registro.
Con la reciente introducción de paquetes de fusión en sistemas comerciales de XR, puede IF más fácilmente disponibles para una amplia gama de aplicaciones. Uso de los sistemas, previamente hemos demostrado que es técnicamente factible y segura a la superposición de un modelo de la raíz aórtica mediante registro de 2D-3D basado en imágenes directo para apoyar transfemoral percutáneo de la válvula aórtica (TAVI) de la implantación8. Sin comprometer la dosis total de CA o XR, si probó altamente valiosa durante procedimiento TAVI añadiendo detalles anatómicos 3D a la imagen de fluoroscopia convencional XR, especialmente durante la implementación del dispositivo de protección cerebral. Sin embargo, la adquisición adicional de aortograms utilizado para el registro Co requiere dosis adicional CA y XR. Por lo tanto, un flujo de trabajo optimizado que precisa sin la necesidad de cualquier aortograms adicional era altamente deseable.
Aquí, presentamos un enfoque mejorado co-registro de pre intervención CTA con XR en tiempo real sin necesidad de cualquier CA adicional o exploraciones de CT de brazo en C pues si. El acceso femoral que Tavi se realiza como describe en otra parte9,10,11. Brevemente, se accede a ambas arterias femorales: uno para la dirección de la punción contralateral, seguida por la colocación de un catéter pigtail a través de una vaina de 6F para permitir que la arteriografía durante la colocación de la prótesis de la válvula; la segunda colocación de la válvula sistema y posterior del globo valvuloplasty y dispositivo de colocación. Confirmación angiográfica de la puntura apropiada se realiza en nuestra institución como un estándar de cuidado para la estimación de la posición del stent cubierto en caso de acceso y localización de la altura de la punción (por encima de la bifurcación femoral) complicaciones12. Para la captura de residuos embólicos, se introduce un sistema de doble filtro de protección cerebral después de la inserción de la vaina TAVI antes el paso del arco aórtico con cualquier otro dispositivo.
Utilizamos arteriogramas realizados rutinariamente durante la punción de las arterias femorales para establecer el registro Co inicial. Refinamiento de on-the-fly del registro Co se realiza posteriormente durante el procedimiento en curso en la posición del catéter pigtail dentro de la raíz aórtica, el sistema de doble filtro de protección embólica cerebral de los vasos supraaortal y el aortograms realizadas antes de la implantación de la prótesis de la válvula, asegurando así la superposición del modelo exacto en cualquier momento durante la intervención.
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Protocol
El protocolo de estudio está en conformidad con las normas éticas de la declaración de 1975 de Helsinki como se refleja en la aprobación a priori por el Comité de ética de la institución. Se obtuvo consentimiento informado de todos los participantes incluidos en el estudio (CSI-Ulm, clinicaltrials.gov NCT02162069).
1. examinación del CT
- Realizar angiografía cardiaca de CT con sincronización retrospectiva de ECG utilizando 80 mL de medio de contraste yodado inyectado con un caudal de 4.0 mL/s seguido por un lavado bolo de solución salina al de 0.9% 70 mL.
- Craneo-caudal que se extiende desde las arterias femorales a las arterias subclavias con los siguientes parámetros de adquisición de datos: la matriz de 512 × 512 pixels, grosor de corte de 1 mm, corte separación de 0,7 mm.
- Reconstrucción de imágenes en el 30% del intervalo R-R con algoritmo de reconstrucción iterativa.
2. segmentación y generación del modelo
- Datos de la TC de la importación de un dispositivo externo o un sistema de archivo interno en software de fusión de imágenes mediante arrastrar y colocar el conjunto de datos o subconjuntos de datos para el paciente seleccionado en la vista de pacientes dentro de la aplicación.
- Iniciar segmentación automática del volumen CT seleccionado haciendo doble clic en la imagen de la serie.
Nota: Segmentación de las cámaras del corazón (ventrículo derecho e izquierdo, atrio izquierdo y derecho, miocardio) y los grandes vasos (aorta abdominal, vena cava y del seno coronario) se inicia automáticamente y se mostrará en el paso de trabajo de segmentación . - Pasar las rodajas de la imagen y verificar que los bordes de la aorta y el ventrículo izquierdo se detectan correctamente y si es necesario modificar la segmentación automática en la ventana de tejido utilizando el botón Editar .
- Para realizar la segmentación manual de estructuras adicionales, utilice el botón Agregar de la ventana de tejido .
- Utilice herramientas de edición para rellenar la estructura (Inyectar tinte) y arrastre los bordes de la estructura (Borde de arrastre) en las vistas 2D o quitar partes de la estructura con el corte de forma libre en la vista 3D.
- Realizar segmentación manual de los troncos principales de las arterias coronarias izquierdas y derecha, ramas de la arteria principal (arteria braquiocéfala con arterias subclavia derecha y carótidas, arteria carótida común izquierda y la arteria subclavia izquierda), a la izquierda y derecha arterias iliofemorales, huesos de la cadera y articulaciones de la cadera como se describe en pasos de 2.4-2.5 (figura 1).
Nota: Dependiendo de la calidad del volumen CT esto puede tomar 20 a 30 min.
3. co-registro y la fusión de la imagen
- En la vista de pacientes incorporarse al paciente seleccionado con el paciente actual en el sistema XR eligiendo la acción respectiva en la derecha-clic-menú contextual.
Nota: Ahora los pasos de trabajo registro y Live son activos y pueden ser utilizados. - En el vivo paso, haga clic en Añadir etiqueta nueva punto en la ventana puntos de etiqueta para colocar tres marcadores de referencia en cúspides de la válvula aórtica para facilitar la elección de la óptima Proyección del plano anular durante la intervención (figura 2).
- Ir al paso de trabajo de registro para adquirir los funcionamientos XR y realizar la inscripción conjunta de los modelos segmentados con XR.
Nota: XR ejecuta adquirida con menos distancia angular 30° se requiere para el registro confiable. - Copiar la proyección angiográfica de la puntura apropiada en ~ orientación de 20-30 º LAO (o ~ RAO 20-30 º dependiendo de la inicial punción lateral) en la vista de referencia 1 haciendo clic en el botón copiar a la vista de referencia 1.
- Siguiendo las proyecciones de rayos x de la copia adquirida en ~ orientación AP durante la visualización de la transición de la contralateral a. iliaca communis communis femoralis de la a. en la vista de referencia 2 haciendo clic en el botón Copia a la vista de referencia 2.
- Utilizar las herramientas de interacción Pan registro, Registro rotar (para rotación en el plano), Rodillo de registro (para rotación 3D) para alinear manualmente el modelo de las arterias iliofemoral con las proyecciones de XR adquiridas ( Figura 3A-B).
- Uso de huesos de la cadera y articulaciones de la cadera visibles en las imágenes de la XR como puntos de referencia adicionales durante la alineación de la superposición en la región iliofemoral.
Nota: Ahora el modelo está ligado a la geometría del sistema XR, y la plantilla se adapta automáticamente a la orientación actual de proyección de XR, ampliación y posición de la tabla pacientes. - Guía de la punción de la arteria femoral común en el lado de la vaina (figura 3) utilizando el grueso inicial co-registro en paso 3.6.
- Grabar una proyección angiográfica de la arteria dispositivo vaina femoral en ~ RAO 20-30° (o respectivamente ~ LAO 20-30°) mediante clic en el botón copia para referencia ver y finalizar el registro de la imagen en la región iliofemoral (figura 3D).
Nota: Puesto que el paciente es colocado diferentemente durante la exploración del CT y la intervención, registro basado en las estructuras iliofemoral proporciona sólo limitada exactitud en otras regiones. Por lo tanto, se requiere refinamiento manual del registro Co en la región torácica. - Para utilizar estos datos para otras sobreimpresión reajuste, copie cualquier proyecciones adicionales adquiridas a la "vista de referencia" durante la transición desde el iliofemoral en la región torácica, así como cualquier cateterización del tronco braquiocefálico vía radial derecha arteria.
- Después de colocar el catéter de pigtail en el arco aórtico, adquirir dos proyecciones fluoroscópicas sin CA en LAO 30 - 40 ° y 20 de RAO - orientación de 30 º y copiarlos en las vistas de referencia 1 y referencia 2.
- Uso la interacción herramientas Bandeja de registro, Registro rotar (para rotación en el plano), Rodillo de registro (para rotación 3D) para ajustar manualmente el registro en la región torácica (Figura 4A-B ).
- Guía de la colocación del dispositivo de protección sin la administración de CA adicional puramente basado en la superposición anatómica (figura 4).
- Para mayor refinamiento, manualmente el recubrimiento posición correcta como se describe en paso 3.12 cada uno adquirió proyección de XR durante todo el curso de la intervención, garantizando superposición exacta en cualquier momento.
Nota: Utilice aortograms adquirido según el procedimiento habitual para verificar la posición correcta del sistema como puntos de referencia para el ajuste de superposición (figura 4).
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Representative Results
Presentamos un enfoque novedoso co-registro para fusión de imágenes durante el TAVI, que permite superponer el modelo anatómico específico para cada paciente en las imágenes en vivo XR durante todo el procedimiento TAVI sin necesidad de cualquier aortograms adicional.
Varias medidas intervencionistas se beneficiarán desde el si: (1) dirección de la punción de la arteria femoral común por encima de la bifurcación femoral del lado de la vaina (figura 5A); (2) precisa colocación del dispositivo de protección embólica cerebral incluso en anatomías muy tortuosos basado únicamente en la superposición anatómica (figura 5B); (3) visualización del modelo en angulación de brazo en C arbitrario sin cualquier XR exposición y administración de la CA (figura 2), así como identificación de la visión óptima antes de la implantación de la válvula (figura 5); (4) alineación de la prótesis de la válvula incluso en anatomías muy complejos (figura 5).
En el estudio clínico relacionados con13, el enfoque propuesto de IF puede resultar una reducción significativa del volumen de CA [80 (50-95) vs 100 mL (80-110), p = 0.010], tiempo de procedimiento total [48 (41-58) vs 61 (53-67) min, p = 0,002] y procedimiento XR se [51 (42-55) vs 64 (49-81) Gy cm2, p = 0.032] en comparación con un grupo de control emparejado.
Figura 1 : Modelos 3D de CTA-base segmentado arco aórtico con coronaria, carótida y arterias subclavias (rojo), ilíacas y femoral las arterias (verdes), huesos de la cadera de ventrículo (púrpura), (amarillo), a la izquierda y cadera (azul). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Ajuste manual de los marcadores de referencia (puntos azules) en las cúspides de la válvula aórtica para facilitar la elección de la óptima Proyección del plano anular. A. vista oblicua. B. vista ortogonal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : Registro entre el modelo 3D y el sistema XR en la región iliofemoral. A. arteriografía de la arteria femoral de vaina no dispositivo pinchado en LAO 20 °. B. arteriografía de las arterias ilíacas en orientación de 4 º RAO. C. punción del vaso seleccionado para la vaina en RAO 4 °. D. Confirmación de la posición dentro de la nave seleccionada para la vaina en RAO 21°. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Refinamiento del registro Co en la región torácica. El recubrimiento es re alineado basado en dos proyecciones de referencia de la aorta abdominal después de la inserción del catéter cola de cochino que a. adquirida en LAO 32 ° y B. RAO 23°. Refinamientos más pueden hacerse después de la colocación de C. el dispositivo de protección embólica cerebral y D. basado en las proyecciones angiográficas del anillo aórtico. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Ejemplos de fusión de imágenes exitosas. A. punción Femoral. B. colocación del dispositivo de protección embólica cerebral. C. válvula de despliegue (brazo en C está alineado perpendicularmente al plano anular como puede verse a través de tres marcadores en el anillo aórtico, alineado a lo largo de una línea recta). D. prótesis de la válvula después de la implementación en el anillo aórtico. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
El objetivo principal de este estudio fue investigar la viabilidad de IF sin modificar el flujo de trabajo clínico establecido de TAVI. Mientras que el estándar de oro para el co-registro de los pre-intervención datos CTA y fluoroscopia XR utiliza dedicado aortograms8, proponemos utilizando múltiples registros aproximados con mejoras sobre la marcha para proporcionar recubrimiento modelo 3D exacto durante todo el curso de la intervención.
El refinamiento continuo de registro manual requiere personal adicional para ayudar al equipo de intervención de la sala de control. Los refinamientos necesarios son difíciles de realizar en la camilla, ya que el impactan de las interacciones de usuario relacionadas con el flujo de trabajo de intervención clínico establecido. Sin embargo, a pesar de que el registro Co basado en la adquisición de dos dedicadas aortograms es potencialmente más fácil de realizar en la camilla, la superposición 3D no estaría disponible durante el acceso femoral, y cualquier movimiento del paciente estropearía la exactitud de la registro.
Incluso el uso de hojas de ruta estática, sin considerar el movimiento cardíaco y respiratorio, parecía prometedor por punción femoral, colocación del dispositivo de protección embólica y alineación inicial de la prótesis de la válvula. Sin embargo, el uso de cardiaca fase sincronizados modelos anatómicos en combinación con compensación de movimiento respiratorio pueden aumentar aún más la utilidad del enfoque propuesto por cambios dinámicos en el anillo aórtico que representa posición, especialmente durante el despliegue de la válvula.
Modelo 3D overlay representa otro avance incremental para mejorar la navegación de las intervenciones complejas que conducen a una mejora de la seguridad procesal y eficacia14. Co registro de los datos de CT la intervención para fluoroscopia vivo por medio de contraste TC Cone Beam suscite preocupación por alta dosis XR y CA adicional, a pesar de su éxito divulgado6,15. Utilizando en su lugar nativo Cone está limitada por la poca visibilidad de las estructuras de destino y provoca dificultades en el registro y operadores altamente capacitados son necesarios, haciendo que el flujo de trabajo menos sencillo6,16. A pesar de usar dos aortograms adicionales para el co-registro para co-registro precisa, ninguna reducción de dosis de CA ni XR podría ser alcanzado8. El enfoque propuesto co-registro produce una reducción significativa de la dosis de fluoroscopia, volumen de contraste y tiempo de procedimiento total manteniendo el flujo de trabajo habitual durante la implantación. Además, ya soporta punción de arteria femoral mediante la superposición de modelos respectivos durante la fase inicial de la intervención.
La limitación actual de la técnica impuesta por la naturaleza estática de los modelos anatómicos y registro rígido indeformable, potencialmente causando inexactitud de superposición. En particular, posicionamiento del paciente diferentes entre la proyección de imagen de la intervención y la intervención así como las estructuras finas, tortuosas que deforman fácilmente durante la manipulación del dispositivo puede causar un desajuste entre los modelos anatómicos y la situación viva.
El protocolo propuesto como tal es aplicable a una gran variedad de intervenciones transcatéter. Con la creciente complejidad de estos procedimientos, constantemente se aumentará la demanda para la dirección mejorada. Procedimientos al borde de la rutina clínica como el tratamiento percutáneo de la válvula tricúspide como procedimientos establecidos ya clínicamente como ablación atrial o ventricular probablemente beneficiarán de lo sugerido. A pesar de que el procedimiento se explica en términos de un sistema específico, el enfoque debe ser fácilmente transferible a otros sistemas como una solución de software similar.
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Disclosures
En nombre de todos los autores, el estado correspondiente de autores que no hay ninguna relación que pueda interpretarse como un conflicto de intereses.
Acknowledgments
Los autores desean agradecer al centro de la Universidad de Ulm por MoMAN traslacional de la proyección de imagen para su apoyo.
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).
