Computergestützte Koronarkatheterauswahl unter Berücksichtigung der patientenspezifischen Aorten- und Koronaranatomie
Final Report Abstract
Während einer Koronarangiographie erfolgt die Auswahl eines passenden Katheters im Allgemeinen als Trial-and-Error-Methode – typischerweise passt erst der dritte Katheter zum Patienten. Diese Prozedur ist zeitaufwändig, und deshalb wäre es hilfreich für Kardiologen, im Voraus den optimalen Katheter zu kennen, bevor sie tatsächlich mit der Angiographie beginnen. In diesem Projekt haben wir uns dieses Problems angenommen und ein bildverarbeitungsbasiertes Verfahren entwickelt, das zur Auswahl eines patienten-spezifisch optimalen Katheters dient. Die Grundidee dieses Ansatzes ist, MRT-Bilddaten aufzunehmen und auszuwerten, bevor die Angiographie durchgeführt wird. In diesen Bildern werden die Aorta und Koronarabgänge des Patienten segmentiert. Klinisch wichtige geometrische Parameter werden aus den segmentierten Bildern sowie aus den verfügbaren Kathetern berechnet. Die klinisch wichtigen, patientenindividuellen anatomischen Parameter, die aus den Bilddaten gewonnen werden, sind die Mittellinie von Aorta und Koronararterien und darauf aufbauend der Durchmesser beider, die Lage und Abgangswinkel der koronaren Ostia sowie die Position der Aortenklappen und deren Abstand von den Ostia. Die in Frage kommenden Herzkatheter werden photographisch erfasst, und deren Krümmung in 2D ebenso wie die Länge der Katheterabschnitte zwischen den Krümmungspunkten extrahiert. Eine Quantifizierung der Passgenauigkeit eines bestimmten Katheters über eine definierte Kostenfunktion auf Basis dieser Parameter reduziert die Anzahl der in Frage kommenden Katheter. Um die Wahl des optimalen Katheters durch den geometrischen Ansatz weiter zu verfeinern, wurde eine ausgewählte Menge von Kathetern simuliert, um die finalen Platzierungen der Katheter nach der Simulation zu ermitteln. Ein Oberflächennetz der für die Simulation als rigide angenommenen Arterien wurde aus den segmentierten Bildern erstellt. Die Katheter wurden als endliche Beam Elements modelliert. Um den optimalen Katheter zu ermitteln, wurde untersucht, wie nah die verschiedenen Katheter an der Aortenmittellinie platziert werden. Die Simulation erfolgte mit Hilfe der Bibliothek Simulation Open Framework Architecture (SOFA). Klinische Tests wurden durchgeführt, in denen gezeigt wurde, dass das Verfahren in der Lage ist, den optimalen Katheter vor der eigentlichen Angiographie zu bestimmen. Eine Reihe von Validierungen wurde für die Segmentierung, die geometrische Parameterschätzung, für das parameterbasierte Katheterselektionsmodell und das Simulationsmodell untersucht. Ein Kardiologe wählte die passenden Katheter basierend auf seiner Erfahrung und seinem Expertenwissen aus. Im nächsten Schritt wurde das bildbasierte Katheterselektionsmodell auf die MRT-Daten angewendet, die vor der Angiographie aufgenommen wurden. Katheter wurden für jeden Patienten vorgeschlagen und dies mit denen verglichen, die vom Kardiologen vorgeschlagen wurden. Für das rechte Modell war in 40% der Fälle der erste vom Modell vorgeschlagene Katheter identisch mit dem, der vom Kardiologen gewählt wurde. In 25% der Fälle war die Wahl des Kardiologen der zweite Vorschlag, und in 15% der Fälle der dritte Vorschlag. In 15% der Fälle war die Wahl des Kardiologen nicht in den Vorschlägen enthalten. Für die linke Koronararterie war in 50% der Fälle der erste Vorschlag des Modells identisch mit der Wahl des Kardiologen. In 35% der Fälle war die Wahl des Kardiologen der zweite Vorschlag des Modells, und 15% der Fälle der dritte Vorschlag. Insgesamt wurden für diese Experimente 25 Katheter verwendet.
Publications
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Simulation Based Patientspecific Optimal Catheter Selection for Right Coronary Angiography, In: Holmes III, David R. (Ed.) ; Wong, Kenneth H. (Ed.) ; SPIE Medical Imaging 2012: Image-Guided Procedures, Robotic Interventions, and Modeling. Proc. Issue. Vol. 13, No. 32. Bellingham : SPIE Press, 2012, pp. 83162S-1 - 83162S-8. (Proceedings of SPIE 8316)
Rahman, Sami ur ; Thöne, Clara ; Wesarg, Stefan ; Völker, Wolfram
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An Image Processing Based Patient-Specific Optimal Catheter Selection, Darmstadt, 2013. (Darmstadt, TU, Dissertation, 2012)
Rahman, Sami ur
