[論文レビュー] 3D/2D Registration of Mapping Catheter Images for Arrhythmia Interventional Assistance

Pascal Fallavollita|ArXiv.org|Oct 9, 2009

Cardiac Arrhythmias and Treatments参考文献 20被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、標準的なフラuroscopyと事前知識としての3Dカテーテルモデルを用いた3D/2Dライグistration手法を提案し、心臓アブレーション中の単一平面CアームX線画像から3D電極位置を再構築する。この手法により、高価な電気解剖マッピングシステムに依存せずに、リアルタイムでのマッピングカテーテル電極の3D局在化が可能となり、シミュレーションおよびイヌ実験で高い3D再構築精度とライグistration性能が確認された。

ABSTRACT

Radiofrequency (RF) catheter ablation has transformed treatment for tachyarrhythmias and has become first-line therapy for some tachycardias. The precise localization of the arrhythmogenic site and the positioning of the RF catheter over that site are problematic: they can impair the efficiency of the procedure and are time consuming (several hours). Electroanatomic mapping technologies are available that enable the display of the cardiac chambers and the relative position of ablation lesions. However, these are expensive and use custom-made catheters. The proposed methodology makes use of standard catheters and inexpensive technology in order to create a 3D volume of the heart chamber affected by the arrhythmia. Further, we propose a novel method that uses a priori 3D information of the mapping catheter in order to estimate the 3D locations of multiple electrodes across single view C-arm images. The monoplane algorithm is tested for feasibility on computer simulations and initial canine data.

研究の動機と目的

• 標準的で低コストなイメージング装置を用いて、RFカテーテルアブレーション中の不整動巣の正確な3D局在化を実現すること。
• 専用の電気解剖マッピングシステムへの依存を排除するため、標準的なフラuroscopyと事前の3Dカテーテル幾何形状を活用すること。
• 既知の3Dカテーテル形状を用いて、単一の2D Cアーム画像から3D電極位置を推定する単平面前方3D/2Dライグistrationアルゴリズムを開発すること。
• コンピュータシミュレーションおよび生体内イヌ実験を用いて、臨床的応用にふさわしい環境下での手法の妥当性を検証すること。

提案手法

• マッピングカテーテルの事前知識としての3D幾何情報を用い、電極の期待される3D位置をモデル化する。
• 単一のCアームX線画像に3D電極位置がどのように投影されるかを模擬するため、単平面前方2D投影モデルを適用する。
• 観測された2D電極投影と一致するように、カテーテルモデルの3Dポーズ（位置および姿勢）を最適化するライグistrationアルゴリズムを用いる。
• 予測された2D投影と2D画像内での検出された電極位置との間の再投影誤差を最小化する。
• 既知の3Dカテーテル形状を仮定し、X線画像内での電極マーカーの画像ベース検出により2D位置を推定する。
• 高速最適化と事前計算された3Dカテーテル幾何形状を組み合わせることで、介入中のリアルタイム利用を想定した設計である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的なイメージングと事前の3Dカテーテル幾何形状のみを用いて、単一の2D Cアームフラuroスコピック画像から3D電極位置を正確に再構築できるか？
• RQ2 実際のイメージング条件下で、単平面前方3D/2Dライグistrationアルゴリズムは3Dカテーテル位置の再構築においてどの程度の性能を示すか？
• RQ3 専用の電気解剖マッピングシステムを必要とせず、本手法がRFカテーテルアブレーションにおける臨床的ガイドランスに十分な正確性を提供できるか？
• RQ4 本手法は、シミュレーション環境および生体内動物実験において実現可能であるか？

主な発見

• 提案された3D/2Dライグistration手法は、標準的なフラuroスコピーや事前の3Dカテーテル幾何形状を用いて、単一平面Cアーム画像から3D電極位置を正常に再構築した。
• コンピュータシミュレーションにおいて、低再投影誤差を達成する正確な3Dポーズ推定が可能であることが示された。
• 初期の生体内イヌ実験により、心臓補助介入中のリアルタイム3D局在化への本手法の可能性が確認された。
• 高価で特注の電気解剖マッピングシステムを必要とせず、カテーテル位置の3D可視化が可能である。
• 単平面前方アルゴリズムは安定的かつ正確なライグistrationを達成しており、不整動巣アブレーションガイドランスにおける臨床的実現可能性が示唆された。