Registrierung von 3D CT-Angiographie mit Röntgen-Durchleuchtung für Image Fusion bei Transkatheter-Aortenklappe-Implantation verbessert

Zusammenfassung

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.

Zusammenfassung

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.

Einleitung

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 DataSet^3,4,5,6, oder b) direkte Bild-basierte 2D-3D Registrierung wo zwei angiographischen Bilder mit einem Minimum von 30 ° Winkelabstand^{7,8 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 als^9,10,11. 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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Protokoll

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

1. 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.
2. 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.
3. Bilder auf 30 % des iterativen Rekonstruktionsalgorithmus mit R-R-Intervall zu rekonstruieren.

2. Image Segmentation und Modell Generation

1. 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.
2. 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.
3. 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 ".
4. Um manuelle Segmentierung zusätzliche Strukturen durchzuführen, verwenden Sie die Schaltfläche " Hinzufügen " im Fenster " Gewebe ".
5. 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.
6. 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

1. 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.
2. 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).
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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).
7. 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.
8. Führen Sie die Punktion der gemeinsamen Femoral Arterie auf der Scheide Seite (Abbildung 3) mithilfe der groben Co Erstzulassung im Schritt 3.6 durchgeführt.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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 ).
13. Führen Sie die Platzierung der Schutzvorrichtung ohne zusätzliche CA rein anhand der anatomischen Overlay (Abbildung 4).
14. 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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Ergebnisse

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 ...

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Diskussion

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...

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Materialien

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