Summary
Das Ziel dieser Studie war, die Co-Registrierung für Bild Fusion (IF) von Pre-interventionelle CT-Daten mit Echtzeit-(XR) Röntgendurchleuchtung während der transfemorale Transkatheter-Aortenklappe-Implantation (TAVI) zu verbessern.
Abstract
Die Verschmelzung von anatomischen 3D-Modelle abgeleitet von High-Fidelity-Pre-interventionelle Computertomographie-Angiographie (CTA) und (XR) Röntgendurchleuchtung, anatomische Orientierung zu erleichtern ist von großem Interesse für komplexe kardiologische Eingriffe wie TAVI-Verfahren mit zerebralen Schutz. Co-Registrierung von CTA und XR ist entweder basierend auf zusätzliche intraoperative nicht- / Kontrast-enhanced Kegelstrahl berechnet Tomographie (DVT) oder zwei separate Aortograms eingeführt worden. Mit der damit verbundenen Zunahme der Strahlendosis ausgesetzt und/oder Kontrast Agent (CA) wird ein zusätzliches Risiko für den Patienten eingeführt. Hier schlagen wir eine modifizierte Co-Registrierung Ansatz zu nutzen Arteriograms der Iliofemoral Arterien, routinemäßig bei der femoralen Punktion und Scheide Einführung durchgeführt. On-the-Fly Verfeinerung der Co-Registrierung während des laufenden Verfahrens ermöglicht genaue Co-Registrierung ohne jede zusätzliche Angiogramme, wodurch es CA, XR Dosis und Verfahren Zeit, bei gleichzeitiger Verbesserung Betreiber Vertrauen und Verfahren Sicherheit.
Introduction
Image Fusion (IF) ist der Prozess der Überlagerung von Datasets in verschiedenen Zeit- und Standpunkte zu verschiedenen Modalitäten in einem Singleframe-Referenz1erworben. XR ist die am häufigsten verwendeten bildgebenden Modalität für Intervention Anleitung. Obwohl hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung bietet, XR hat niedrige Dimensionalität (2D Projektionen) und anatomische Details fehlt. 3D Orgel Form Modelle abgeleitet z.B. qualitativ hochwertige Pre-interventionelle CTA-Daten überlagert das live Fluoroskopie-Bild können XR von relevanten anatomischen Weichgewebe Strukturen ergänzen. Erforderliche Schritt für IF ist die Co-Registrierung der verschiedenen bildgebenden Modalitäten.
Co-Registrierung der präoperativen 3D-Bild Datasets mit XR Fluoroskopie umfasst in der Regel, eine der folgenden Techniken2: ein) Image-basierte 3D-3D Registrierung des präoperativen 3D Datasets mit einer intraoperativen nicht- / Kontrast-enhanced DVT DataSet3,4,5,6, oder b) direkte Bild-basierte 2D-3D Registrierung wo zwei angiographischen Bilder mit einem Minimum von 30 ° Winkelabstand7,8 dienen Co-Registrierung.
Mit der Einführung von Fusion-Pakete auf kommerzielle XR Systeme, IF kann leichter zugänglich für ein breites Anwendungsspektrum. Nutzung dieser Systeme, haben wir bereits gezeigt, dass es technisch machbar und sicher eine Aortenwurzel Modell überlagert werden durch direkte Image-basierte 2D-3D-Anmeldung für transfemorale Transkatheter-Aortenklappe-Implantation (TAVI)8zu unterstützen. Ohne die Insgesamte CA oder XR Dosis, wenn sich während TAVI Verfahren sehr wertvoll bewährt, indem Sie das herkömmliche XR Fluoroskopie Bild, vor allem während der Bereitstellung der zerebralen Schutzvorrichtung 3D anatomischer Details hinzufügen. Jedoch erforderlichen die zusätzliche Anschaffung von der Aortograms verwendet für die Co-Registrierung zusätzlichen CA und XR-Dosis. Ein optimierter Workflow die Angabe genauer, wenn ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Aortograms war daher sehr wünschenswert.
Hier präsentieren wir ein Konzept zur verbesserten Co-Registrierung von Pre-interventionelle CTA mit Echtzeit-XR ohne jede zusätzliche CA oder C-Arm CT-scans für IF. An anderer Stelle beschrieben die femorale Zugang spielte TAVI als9,10,11. Kurz, sowohl Femoral Arterien zugegriffen werden: eine für die Führung der kontralateralen Punktion, gefolgt von Platzierung eines Pigtail-Katheters durch eine 6F Scheide erlauben Arteriography während der Platzierung der Ventil-Prothese; die zweite für die Platzierung der Ventil-Delivery-System und anschließende Ballon valvuloplastie und Gerät Platzierung. Angiographic Bestätigung der entsprechenden Punktion erfolgt in unserer Institution als Standard der Versorgung für die Lokalisierung der Punktion Höhe (oberhalb der femoralen Bifurkation) und Schätzung der Position des überdachten Stents bei Access-bezogene Komplikationen-12. Für die Aufnahme embolischen Schutt, ist ein Doppel-Filter zerebralen Schutzsystem nach Einsetzen der TAVI Lieferung Hülle vor der Durchfahrt der Aortenbogen mit jedem weiteren Gerät eingeführt.
Wir verwenden Arteriograms routinemäßig während der Punktion der Femoral Arterien durchgeführt, um die erste Co-Registrierung zu etablieren. On-the-Fly Verfeinerung der Co-Registrierung erfolgt anschließend während des laufenden Verfahrens mit der Position der Pigtail-Katheter in die Aortenwurzel, das Doppel-Filter-zerebrale embolischen Schutzsystem in der Supraaortal Schiffe und die Aortograms vor der Implantation der Prothese Ventil, wodurch genaues Modell Overlay zu jedem Zeitpunkt während des Eingriffs durchgeführt.
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Protocol
Das Studienprotokoll ist in Übereinstimmung mit den ethischen Richtlinien von 1975 Deklaration von Helsinki als apriorische Genehmigung durch die Ethik-Kommission des Instituts wider. Schriftliche Einwilligung wurden alle einzelnen Teilnehmer sind in der Studie (CSI-Ulm, clinicaltrials.gov NCT02162069) entnommen.
1. CT-Untersuchung
- Führen Sie kardiale CT-Angiographie mit retrospektiven ECG-gating mit 80 mL jodhaltigen Kontrastmittel injiziert mit einer Durchflussrate von 4,0 mL/s gefolgt von einer Spülung Bolus 70 mL 0,9 % Kochsalzlösung.
- Daten Cranio-kaudal erstreckt sich von der Femoral Arterien zu den subclavia Arterien mit den folgenden Parametern Erwerb erwerben: die Matrix von 512 × 512 Pixel, Schnittstärke 1 mm, Abstand von 0,7 mm schneiden.
- Bilder auf 30 % des iterativen Rekonstruktionsalgorithmus mit R-R-Intervall zu rekonstruieren.
2. Image Segmentation und Modell Generation
- Import-CT-Daten von einem externen Gerät oder interne Archivierungssystem in Bild-Fusion-Software per Drag und Drop das Dataset oder Teilmengen von Daten für den ausgewählten Patienten in die Patienten -Ansicht innerhalb der Anwendung.
- Starten Sie automatische Segmentierung des ausgewählten Volumes CT durch Doppelklick auf die Bildserie.
Hinweis: Segmentierung der Herzkammern (linker und rechter Ventrikel, Linker und rechter Atrium, Myokard) und großen Gefäße (Bauchaorta, Vena Cava und Koronarsinus) wird automatisch gestartet und erscheint in der Segmentierung Arbeitsschritt. - Die Bildsegmente durchlaufen Sie und überprüfen Sie, ob die Ränder der Aorta und der linken Herzkammer richtig erkannt sind und bearbeiten Sie gegebenenfalls die automatische Segmentierung in der Gewebe -Fenster über die Schaltfläche " Bearbeiten ".
- Um manuelle Segmentierung zusätzliche Strukturen durchzuführen, verwenden Sie die Schaltfläche " Hinzufügen " im Fenster " Gewebe ".
- Verwenden Sie vorhandene Bearbeitungswerkzeuge, füllen die Struktur (Injizieren Farbstoff) und ziehen die Kanten der Struktur (Ziehen Sie Rand) in 2D-Ansichten oder Teile der Struktur mit dem Freiform Schnitt in der 3D-Ansicht zu entfernen.
- Durchführen Sie manueller Segmentierung der wichtigsten Stämme der linken und rechten Koronararterien, Hauptschlagader Zweige (Brachiocephalic Arterie mit rechts Karotis und rechten subclavia Arterien, linke gemeinsame Halsschlagader und linken subclavia), Links und rechts Iliofemoral Arterien, Hüftknochen und Hüftgelenke wie 2,4-2,5 (Abbildung 1) beschrieben.
Hinweis: Abhängig von der Qualität der CT-Volumen kann dies 20 bis 30 Minuten dauern.
3. Co-Registrierung und Fusion von Bildern
- In der Patienten -Ansicht Zusammenführen der ausgewählten Patienten mit den aktuellen Patienten in der XR-System indem Sie die entsprechende Aktion im Rechte-Maustaste-Kontextmenü wählen.
Hinweis: Jetzt die Registrierung und Live Arbeitsschritte sind aktiv und können verwendet werden. - Arbeiten Sie in der Live Schritt zu, klicken Sie auf Add neues Tag darauf im Fenster Tag Punkte um drei verweissymbole an Aortenklappe Höckern zur Erleichterung der Auswahl der optimalen Projektion des ringförmigen Flugzeugs während des Eingriffs (Abbildung zu platzieren 2).
- Gehen Sie zu der Registrierung Arbeitsschritt, der XR-Läufe zu erwerben und ausführen die Co-Registrierung der segmentierten Modelle mit XR.
Hinweis: XR läuft erworbenen mit mindestens 30° Winkelabstand sind für die zuverlässige Registrierung notwendig. - Kopieren Sie die angiographischen Projektion der entsprechenden Punktion in ~ LAO 20-30° Ausrichtung (oder ~ RAO 20-30° abhängig von der ersten Seite Punktion) in die Referenz-Ansicht 1 durch Klicken auf die Schaltfläche kopieren, Referenz Ansicht 1.
- Kopie nach Röntgen-Projektionen erwarb ~ AP Orientierung während der Visualisierung des Übergangs von der kontralateralen A. Iliaca Communis , der A. Femoralis Communis in die Referenz-Ansicht 2 durch Klicken auf die Schaltfläche " " Kopie an Referenz-Ansicht 2.
- Werkzeugen Sie zur Interaktion Registrierung Pan, Registrierung drehen (für die Drehung in der Ebene), Roll-Registrierung (für 3D-Drehung) das Modell der Iliofemoral Arterien mit den erworbenen XR-Projektionen ( manuell ausrichten Abbildung 3A-B).
- Verwenden Sie Hüftknochen und Hüftgelenke sichtbar in den XR-Bildern als weitere Meilensteine bei der Ausrichtung der Überlagerung der Iliofemoral Region.
Hinweis: Jetzt das Modell ist mit der XR-System-Geometrie verknüpft, und die Überlagerung wird automatisch auf die aktuelle Ausrichtung der XR-Projektion, Vergrößerung und Patientenliege Position angepasst. - Führen Sie die Punktion der gemeinsamen Femoral Arterie auf der Scheide Seite (Abbildung 3) mithilfe der groben Co Erstzulassung im Schritt 3.6 durchgeführt.
- Aufzeichnen eine angiographischen Projektion der Gerät Scheide Femoral Arterie in ~ 20-30° RAO (bzw. ~ LAO 20-30°) durch Klicken auf die Schaltfläche Kopieren nach Referenz-Ansicht und schließen Sie die Bild-Co-Registrierung in der Iliofemoral Region (Abbildung 3D).
Hinweis: Da der Patient während der CT-Scan und die Intervention anders positioniert ist, bietet Registrierung basierend auf Iliofemoral Strukturen nur begrenzten Genauigkeit in anderen Regionen. Somit ist die manuelle Verfeinerung der Co-Registrierung in der Brustwirbelsäule erforderlich. - Um diese Daten für weitere Overlay Neuausrichtung verwenden, kopieren Sie zusätzlichen erworbenen Projektionen "Referenz-Ansicht" während des Übergangs von der Iliofemoral in der Brustwirbelsäule sowie jede Katheterisierung des Brachiocephalic Stammes über die richtige radial Arterie.
- Erwerben Sie nach der Platzierung des Pigtail-Katheters in den Aortenbogen zwei Röntgendurchleuchtung Projektionen ohne CA in LAO 30 - 40 ° und RAO 20 - 30 ° Ausrichtung und kopieren Sie sie in der Referenz 1 und Referenz-Ansicht 2.
- Verwendung der Interaktion tools Anmeldung Pan, Anmeldung zu drehen (für die Drehung in der Ebene), Roll-Registrierung (für 3D-Drehung), um manuell anpassen, die Registrierung in der Brustwirbelsäule (Abbildung 4A-B ).
- Führen Sie die Platzierung der Schutzvorrichtung ohne zusätzliche CA rein anhand der anatomischen Overlay (Abbildung 4).
- Für weitere Verfeinerung manuell korrigieren Sie die Overlay-Position, wie unter Schritt 3.12 auf jedem erworbenen XR Projektion während den gesamten Verlauf des Eingriffs, genaue Overlay zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten.
Hinweis: Verwenden Sie Aortograms erwarb nach dem routinemäßigen Verfahren für die Überprüfung der korrekten Position der Liefersystem als Wahrzeichen für die Overlay-Anpassung (Abbildung 4).
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Representative Results
Wir haben einen neuartigen Co-Registrierung-Ansatz für Bild Fusion während TAVI, wodurch überlagern das Patienten-spezifischen anatomische Modell auf die XR-Livebilder während des gesamten TAVI-Verfahrens ohne die Notwendigkeit für eine zusätzliche Aortograms eingeführt.
Interventionelle mehrstufig profitieren von der IF: (1) Führung der Punktion der gemeinsamen Femoral Arterie oberhalb der femoralen Bifurkation auf der Scheide Seite (Abb. 5A); (2) genaue Platzierung von zerebralen embolischen Schutzvorrichtung auch in sehr gewundener Anatomie basiert ausschließlich auf die anatomischen Overlay (Abb. 5 b); (3) Visualisierung des Modells in beliebigen C-Bogen-Winkelung ohne jede XR Exposition und CA Administration (Abbildung 2) sowie die Ermittlung der optimalen Ansicht vor dem Ventil-Einsatz (Abbildung 5); (4) Ausrichtung der Ventil-Prothese auch in sehr komplexen Anatomien (Abbildung 5).
In der damit verbundenen klinischen Studie13, das vorgeschlagene IF-Konzept könnte erhebliche Reduzierung des Volumens CA [80 (50-95) vs. 100 mL (80-110), p = 0,010], Gesamtzeit Verfahren [48 (41-58) vs. 61 (53-67) min, p = 0,002] und Verfahren XR zu tun SE [51 (42-55) vs. 64 (49-81) Gy cm2, p = 0,032] im Vergleich zu einer übereinstimmenden Kontrollgruppe.
Abbildung 1 : 3D-Modelle von der CTA-basierte segmentierten Aortenbogen mit koronaren, a. carotis und subclavia Arterien (rot), Beckenkamm und Femoral Arterien (grün), Links Ventrikel (lila), Hüftknochen (gelb) und Hüftgelenke (blau). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2 : Manuelle Einstellung der Referenzmarken (blaue Punkte) an der Spitze des Aortenklappe für die Wahl der optimalen Projektion der ringförmigen Ebene zu erleichtern. A. Schrägansicht. B. orthogonale Ansicht. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3 : Registrierung zwischen dem 3D-Modell und XR-System im Großraum Iliofemoral. A. Arteriogram punktiert-Gerät Scheide Femoral Arterie in LAO 20°. B. Arteriogram der Beckenkamm Arterien im RAO 4° Orientierung. C. Punktion des Schiffes für die Lieferung-Hülle im RAO 4° ausgewählt. D. Bestätigung der drahtposition im Innern des Behälters für die Lieferung-Hülle im RAO 21° ausgewählt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4 : Verfeinerung der Co-Registrierung in der Brustwirbelsäule. Die Überlagerung ist neu ausgerichtet, basierend auf zwei Referenz-Projektionen der bauchschlagader nach dem Einführen des Katheters Zopf in LAO 32° und B. A. erworbenen RAO 23°. Weitere Verfeinerungen können nach der Platzierung von C. erfolgen die zerebrale embolischen Schutzvorrichtung und D. basierend auf den angiographischen Projektionen der Aorta ringraum. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5 : Beispiele für erfolgreiches Image Fusion. A. Femoral Punktion. B. Vermittlung von zerebralen embolischen Schutzvorrichtung. C. Ventil Bereitstellung (C-Bogen ist senkrecht zur ringförmigen Ebene wie es über drei Marker gesetzt an der Aorta ringraum entlang einer geraden Linie zu sehen ist). D. Ventil Prothese nach der Bereitstellung in der Aorta Annulus. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Der Schwerpunkt dieser Studie war, die Machbarkeit von IF zu untersuchen, ohne Änderung des klinisch etablierten TAVI-Workflows. Während der Goldstandard für die Co-Registrierung der Pre-interventionelle CTA Daten und XR Fluoroskopie engagierten Aortograms8verwendet, schlagen wir vor, mit ungefähren Mehrfachregistrierungen mit on-the-Fly Verfeinerungen zu genauen 3D-Modells overlay während des gesamten Studiums der Intervention.
Die ständige manuelle Registrierung Verfeinerung erfordert zusätzliche geschultes Personal gerne die interventionelle Team vom Kontrollraum aus. Die erforderlichen Raffinessen sind schwierig an die geknickte durchzuführen, da die damit verbundenen Benutzer-Interaktionen den klinisch etablierten interventionelle Workflow auswirken. Jedoch obwohl der Co-Registrierung auf dem Erwerb von zwei gewidmet basiert Aortograms ist möglicherweise einfacher, an die geknickte erkennen, das 3D Overlay wäre nicht während femorale Zugang zur Verfügung und jede Bewegung des Patienten würde die Genauigkeit der verderben der Anmeldung.
Auch der Einsatz von statischen Roadmaps, ohne Berücksichtigung der Herz- und Atemwegserkrankungen Bewegung erschien vielversprechend für femoral Punktion, Platzierung des Geräts embolischen Schutz und anfängliche Ausrichtung der Ventil-Prothese. Jedoch die Verwendung von kardialen Phase synchronisierte Anatomische Modelle in Kombination mit respiratorischen Bewegungsausgleich weiter die Nützlichkeit der vorgeschlagene Ansatz durch Bilanzierung von dynamischen Änderungen in der Aorta ringraum erhöhen können positionieren, vor allem während der Ventil-Bereitstellung.
3D-Modell Overlay stellt eine weitere inkrementelle Weiterentwicklung zur Verbesserung der Navigation durch komplexe Eingriffe führen zu einer Verbesserung der prozessualen Sicherheit und Wirksamkeit14. Co-Registrierung der Pre-interventionellen CT Daten live Durchleuchtung mittels Kontrast-verstärkte DVT kann Bedenken hinsichtlich des XR hochdosierte und zusätzliche CA, trotz seiner gemeldeten Erfolg6,15erhöhen. Ist begrenzt durch die schlechte Sicht die Zielstrukturen mit native CBCT statt und führt zu Schwierigkeiten bei der Registrierung und gut ausgebildete Operatoren sind notwendig, damit des Workflows weniger einfach6,16. Obwohl zwei zusätzliche Aortograms für die Co-Registrierung erlaubt genaue Co-Registrierung verwenden, möglicherweise keine Verringerung der CA weder XR Dosis erreicht8. Die vorgeschlagenen Co-Registrierung-Ansatz liefert signifikante Reduktion der Durchleuchtung Dosis, Kontrast Volumen und Verfahren Gesamtzeit unter Beibehaltung den gewohnten Arbeitsablauf während der Implantation. Darüber hinaus unterstützt es bereits Femoral Arterie Punktion durch die Überlagerung der jeweiligen Modelle in der ersten Phase der Intervention.
Die Strombegrenzung der Technik ergibt sich aus der Statik der Anatomische Modelle und nicht verformbaren rigide Registrierung, Overlay Ungenauigkeit verursachen. Unterschiedliche Patientenlagerung zwischen Pre-interventionelle Bildgebung und Intervention und die dünne, gewundene Strukturen, die bei Gerät Manipulation leicht verformen kann insbesondere ein Missverhältnis zwischen den anatomischen Modellen und der live-Situation führen.
Das vorgeschlagene Protokoll gilt als solcher für eine Vielzahl von Transkatheter-Interventionen. Mit der zunehmenden Komplexität dieser Verfahren wird die Nachfrage für bessere Führung stetig steigen. Verfahren am Rande für die klinische Routine wie die perkutane Behandlung der Trikuspidalklappe sowie Verfahren, die bereits klinisch wie Vorhofflimmern oder ventrikuläre Ablation wahrscheinlich wird von dem vorgeschlagenen Ansatz profitieren. Obwohl das Verfahren in Bezug auf ein bestimmtes System erklärt wird, sollte der Ansatz auf andere Systeme übertragbar sein, solange eine ähnliche Softwarelösung zur Verfügung steht.
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Disclosures
Im Namen aller Autoren, die entsprechenden Autoren, die es gibt keine Beziehungen, die als ein Interessenkonflikt ausgelegt werden könnte.
Acknowledgments
Die Autoren möchten Ulm University Center für Translational Imaging MoMAN für seine Unterstützung danken.
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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