а) Фундаментальная концепция. Во время аблации манипуляции катетера обычно выполняются под флюороскопическим контролем. Однако флюороскопия не позволяет детально оценить анатомию сердца из-за низкой контрастности мягких тканей и двухмерной природы изображения, что усложняет выполнение сложных процедур, таких как аблация ФП.
В то время как КТ и МРТ дают детальную 3D-информацию об анатомических структурах. Отдельно эти данные не дают возможность координировать движения аблационного катетера. В связи с чем интеграции этих изображений с электроанатомической картой, полученной в ходе процедуры, представляется оптимальным подходом.
Интеграция представляет собой процесс сопоставления данных КТ/МРТ, выполненных до операции, с объемными изображениями электроанатомической модели, полученной в ходе картирования. Процесс интеграции состоит из трех этапов: предоперационное выполнение КТ/МРТ, выделение изображений сердца и совмещение изображений.
1. Выполнение КТ или МРТ. Поперечные срезы (аксиальные срезы) КТ/МРТ должны иметь достаточно высокое разрешение, необходима их толщина менее чем 1-2 мм. В современных мультиспиральных компьютерных томографах изображения толщиной 0,625 мм можно получить из срезов, полученных с шагом 1,25 мм.
Одновременная регистрация ЭКГ позволяет получить изображение в одну фазу сердечного цикла. МРТ обладает аналогичными возможностями, но с более низким пространственным разрешением. Реконструкция объемной модели любой камеры сердца из поперечных срезов выполняется с помощью специального ПО.
2. Сегментация изображения. Сегментация изображения заключается в отделении 3D-анатомии сердца от окружающих структур. Для этого делают бинаризацию изображения, выставляют границы и формирование единой структуры. При бинаризации изображения ниже заданной интенсивности пикселей относятся к одному классу, а остальные — к другому. Далее пиксели одного класса объединяются.
На основании разницы интенсивности в смежных областях происходит формирование границ и разделение друг от друга. Формирование единой структуры происходит при объединении пикселей с одинаковыми свойствами. При внутрисердечных вмешательствах данные анатомии сердца выделяются из всего массива данных с помощью автоматизированного алгоритма, который выставляет границу между кровью (высококонтрастная) и эндокардом (низкоконтрастная ткань).
Это позволяет четко разделить просвет камеры сердца от стенки сердца. Затем необходимые структуры сердца отделяются от окружающих тканей с помощью другого автоматизированного алгоритма, который определяет границы между ними. Третий алгоритм позволяет сегментированное изображение преобразовать в 3D-реконструкцию поверхности. Модель можно отображать как снаружи, так и изнутри.
Эти изображения дают дополнительную информацию при выполнении аблации и подходят для интеграции с электроанатомическими картами.
3. Совмещение изображений. Несмотря на высокую информативность реконструкции изображений КТ/МРТ различных структур сердца, а также данных о характеристиках ткани, все это не позволяет судить о механизмах аритмии. Интеграция реконструкции изображений КТ/МРТ с данными электроанатомического или бесконтактного картирования позволяет получить точную информацию об активации и вольтажных характеристиках на соответствующих участках объемной модели.
Это позволяет установить взаимоотношение между анатомией и механизмами аритмии, аритмогенный субстрат и распространение возбуждения, а также выполнять вмешательство на модели более высокого разрешения. Использование объемной реконструкции изображений КТ/МРТ подразумевает их наложение их на электроанатомическую карту, созданную с помощью навигационной системы (см. рис. ниже).
Модуль для интеграции изображений CARTO-Merge. (А) Задний вид предоперационной сегментированной трехмерной модели левого предсердия (ЛП), полученной с помощью КТ и интегрированной в навигационную систему CARTO-3 (модуль CARTO-Merge). Циркулярный катетер визуализируются в левой нижней легочной вене (ЛНЛВ). (Б) Совмещение КТ-изображения (изображение А) и электроанатомической модели (вид сзади), созданной с помощью системы CARTO-3 (модуль быстрого анатомического картирования [FAM]). (В) Совмещенная КТ модель ЛП (вид изнутри, кардиоскопический вид). ПВЛВ — правая верхняя легочная вена; ПНЛВ — правая нижняя легочная вена; УЛП — ушко левого предсердия
Сопоставление двух моделей подразумевает, что анатомия после выполнения КТ или МРТ не менялась. Для интеграции используется два компьютерных алгоритма: сопоставление ориентиров и сопоставление поверхностей. В первом случае на электроанатомической карте и реконструкции изображений КТ/МРТ выбирают несколько опорных точек, которые становятся сопряженными друг с другом.
Под контролем флюороскопии и/или внутрисердечной эхокардиографии с помощью катетера на электроанатомической карте создаются три ориентира, которые затем сопоставляют с соответствующими точками на реконструкции изображений КТ/МРТ. Большее количество сопряженных ориентиров увеличивают точность модели. Для наилучшего соответствия моделей при эндокардиальном картировании алгоритм собирает точки, наиболее близкие к поверхности реконструкции изображений КТ/МРТ.
В ходе электроанатомического картирования в некоторых областях есть пропущенные участки, что не позволяет получить сверхточное представление об анатомии камеры сердца. Алгоритмы сопоставления поверхности позволяют решить эту проблему и являются дополнением к алгоритму сопоставления ориентиров.
4. Наложение изображений компьютерной томографии. Новое ПО (ЕР Navigator prototype, Philips Healthcare, Best, The Netherlands) позволяет накладывать предоперационную KT модель ЛП на флюороскопическое изображение в режиме реального времени для определения зоны аблационных воздействий при разных аритмиях, особенно при ФП.
Это ПО можно использовать как с однопроекционными, так и с двухпроекционными флюороскопическими установками. Оно позволяет манипулировать аблационным или диагностическим катетерами под контролем флюороскопии, ориентируясь на трехмерную модель ЛП, отмечать точки аблации в пространстве без использования электроанатомической навигационной системы, что упрощает создание непрерывных линий и возвращение к критическим точкам аблации.
Кроме того, приложение позволяет идентифицировать проекцию пищевода на изображении КТ, что также можно наложить на флюороскопическое изображение.
б) Технология интеграции изображения:
1. Использование модуля CARTO-Merge. С помощью ПО CARTO-Merge изображения КТ/МРТ, записанные на CD диск, можно импортировать в систему CARTO. Это ПО позволяет сегментировать и сделать объемную реконструкцию интересующей камеры сердца. При создании электроанатомической карты с помощью системы CARTO (как было описано ранее) на нее накладывается КТ/МРТ-модель. Для совмещения изображений чаще всего используется сопоставление ориентиров и поверхности.
При сопоставлении ориентиров используются точки изображения КТ/МРТ и точки электроанатомической карты, собранные аблационным катетером, которые лежат в разных плоскостях. Достижение точного соответствия положения этих точек на трехмерной модели является наиболее важным фактором и достаточно сложной задачей. Использование двухпроекционной флюороскопии, ангиографии и внутрисердечной эхокардиографии может упростить определение ориентиров.
Контакт катетера с поверхностью подтверждается при синхронном движении катетера и стенки сердца, а также регистрацией соответствующей электрограммы. После этого точка, соответствующая ориентиру на эндокардиальной карте, отмечается на КТ/МРТ-модели, тем самым создается сопряженная пара точек.
Сопоставление пары ориентиров позволяет подстраивать электроанатомическую карту под реконструкцию изображений КТ/МРТ поверхности полости сердца. Коррекция полученной электроанатомической модели происходит, исходя из наименьшего расстояния до соответствующей точки на реконструкции изображений КТ/МРТ. Несмотря на то, что такой подход позволяет улучшить отображение моделей, существует риск искажения геометрии за счет чрезмерного давления картирующим электродом на стенку сердца в наиболее подвижных зонах.
После сбора точек навигационная система высчитывает среднее расстояние от кончика катетера до поверхности КТ/МРТ-модели, которое должно быть менее 2 мм. Во время аблационных воздействий навигационная система позволяет отражать суррогатный маркер контакта, который проецируется на стенку. Этот инструмент может дополнять информацию, полученную с помощью электрограмм, флюороскопии и внутрисердечной эхокардиографии.
2. Использование модуля CARTO-Sound. С помощью внутрисердечной эхокардиографии также воз можно создание объемной модели камеры сердца. Для это го используется ультразвуковой фазированный внутрисер дечный катетер диаметром 8-10 Fr, оснащенный магнит ным сенсором (SoundStar, Biosense Webster). Катетер позво ляет получить секторальное изображение камеры сердца (угол обзора 90°), а также информацию о положении и ориентации объекта в пространстве, которая регистрируется на рабочей станции.
Во время исследования все изображения должны фиксироваться во время задержки дыхания, чтобы минимизировать вклад респираторных колебаний. После создания объемной модели с помощью CARTO-Sound, выполняется обработка с помощью модуля CARTO-Merge. Первым этапом происходит визуальное сопоставление КТ/ MPT-моделей и моделей, созданных с помощью внутрисердечной эхокардиографии. Затем под контролем внутрисердечной эхокарндиографии выбираются три анатомических ориентира, которые сопоставляются с точками на реконструкции изображений КТ/МРТ.
После чего два изображения накладываются друг на друга, вычисляется наименьшее среднее расстояние между точками. Создается гибридная скорректированная модель, которая используется для дальнейшей навигации.
Для создания конечной модели точки реконструкции изображений КТ/МРТ сопоставляются с контуром эхокардиографического изображения ЛП, а не с его объемом. Использование внутрисердечной эхокардиографии позволяет достигнуть более точного соответствия ориентиров на КТ/ MPT-модели, чем при электроанатомическом картировании. Объемные эхокардиографические изображения позволяют создать достаточно точную анатомическую геометрию камеры сердца и исключить деформацию модели (что достаточно часто встречается при контактном картировании). Это потенциально улучшит результат интеграции с КТ/МРТ-моделью.
3. Использование модуля NavX Fusion. С помощью ПО EnSite Verismo выполняется реконструкция модели из изображений КТ/МРТ интересующей камеры сердца. Виртуальная 3D-модель камеры сердца создается с помощью NavX Fusion (описано ранее). При картировании реконструкция изображений КТ/МРТ выводится на одной из половин экрана, это позволяет отслеживать соответствие моделей и при необходимости удалять «ложные» участки пространства.
Кроме того, функция field scaling позволяет скорректировать геометрию участков с различными значениями импеданса (между предсердием и венами), а также скорректировать модель в зависимости от КТ/МРТ-модели. Процесс коррекции модели происходит в два этапа: первичное и вторичное (динамическое) слияние. Первичное слияние использует ориентиры и сопоставляет их между изображениями, после чего обе модели накладывается друг на друга (рис. 1). Эти точки позволяют правильно ориентировать модели в пространстве, однако в этом случае ошибки при сопоставлении встречаются достаточно часто. В связи с чем следующим этапом применяется вторичное слияние, в ходе которого отмечаются точки несоответствия между двумя совмещенными моделями.
Рисунок 1. Совмещение изображений, полученных с помощью КТ, с электроанатомической картой, созданной с помощью EnSite NavX. Левое предсердие (вид сзади — левое изображение, левая заднебоковая проекция — правое изображение). Электроанатомическая карта наложена на КТ-изображение, полученное 7 дней назад. Белые маленькие круги — точки выполнения аблации. Была выполнена циркулярная изоляция легочных вен (ЛВ) в комбинации с линейными воздействиями в области верхушки и латерального митрального истмуса. ЛВЛВ — левая верхняя легочная вена; ЛНЛВ — левая нижняя легочная вена; ПВЛВ — правая верхняя легочная вена; ПНЛВ — правая нижняя легочная вена; УЛП — ушко левого предсердия
При этом создание электроанатомической геометрии происходит «поверх» КТ/МРТ-модели. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет создано достаточное количество опорных точек между электроанатомической и КТ/МРТ моделями (обычно не менее 15). Например, если передняя стенка предсердия по данным картирования выдается вперед относительно КТ/МРТ-модели, будет выполнена коррекция так, чтобы катетер располагался на передней стенке в пределах модели, а не внутри контура первичной геометрии.
Несмотря на то, что принципы интеграции данных КТ/МРТ схожи в системах EnSite NavX Fusion и CARTO-Merge, имеются значительные различия в методиках сопоставления. Для того чтобы оптимизировать вращение и растяжение поверхности модели в системе EnSite, используется динамическое сопоставление изображений с использованием четырех и более опорных точек. В системе CARTO-Merge вращение модели для сокращения расстояния между двумя поверхностями возможно, но без растяжения. Несмотря на это, величина погрешности при сопоставлении примерно одинакова для обеих систем (CARTO-Merge 2,3 ± 1,8 мм, EnSite NavX Fusion, 3,2 ± 0,9 мм).
4. Сопоставление флюороскопического изображения и компьютерной томографии. При импорте КТ-изображений ПО автоматически сегментирует изображения необходимой камеры сердца и делает объемную реконструкцию ЛП и ЛВ. До запуска процесса сопоставления КТ-изображений пациент должен быть позиционирован так, чтобы область интереса была расположена по центру в двух взаимно перпендикулярных флюороскопических проекциях. Сопоставление начинается по контуру сердца, чтобы быстро совместить объемную модель с флюороскопическим изображением. В прямой проекции (без использования контраста) КТ модель сначала накладывается на контур правого предсердия.
По остальным границам сердца выстраивается оптимальное положение всей модели. Определение под флюороскопическим контролем в ходе манипуляций катетером анатомических ориентиров улучшает качество наложения модели. Такими ориентирами могут быть: устье ЛВ (точка падения катетера при переходе из ЛВ в ЛП); ветвь ЛВ, непосредственно впадающая в устье ЛВ; дополнительная ЛВ; циркулярное вращение аблационного катетера в ЛП, обеспечивающее непрерывный контакт с эндокардом ЛП. Кроме этого, ангиография с контрастированием верхней левой и правой ЛВ (последовательно или одномоментно) в двух взаимно перпендикулярных проекциях также позволяет улучшить качество сопоставления КТ-модели и флюороскопического изображения путем сопоставления верхней границы ЛП и устьев верхних ЛВ, а также бифуркации ЛВ.
После сопоставления и фиксации КТ-модели, она всегда будет отображаться под тем же углом, что и флюороскопическое изображение (КТ-модель ротируется синхронно с движением С-дуги), что позволяет стабильно отображать КТ-модель под заданным флюороскопией углом. Для того чтобы получить вид изнутри модели, можно обрезать часть модели. На модели также можно делать пометки в местах аблации или зонах интереса.
в) Клиническое применение. В XXI в. происходит бурное развитие технологий, позволяющих использовать данные об анатомии различных методов визуализации для выполнения картирования и аблации. Основным импульсом для развития этих технологий стали данные о важной роли анатомических изменений в патогенезе нарушений ритма и проводимости сердца, а также существующие ограничения традиционных методов картирования для оценки особенностей строения. Более высокая доступность и скорость выполнения КТ и МРТ привели к широкому использованию данных методов при планировании и проведении инвазивных электрофизиологических вмешательств. Мультиспиральная КТ (16-64 спирали) и МРТ позволяют получить данные об индивидуальной анатомии, когда это необходимо.
Сегментированные изображения могут быть загружены в системах CARTO и NavX. Эти платформы позволяют создавать гибридную геометрию анатомии поверх КТ/МРТ-модели, проецировать электроанатомические карты и отслеживать положение катетеров в режиме реального времени (см. рис. выше).
Использование КТ и МРТ моделей при выполнении катетерной аблации имеет значительные преимущества перед использованием менее детализированной геометрии, созданной с помощью только навигационной системы. Применение совмещенных данных предоставляет детальную информацию об анатомии и ее сопоставление с информацией, полученной с помощью катетера. Это значительно упрощает «анатомические аблации» (например аблация ФП или предсердной реципрокной тахикардии после открытых операций по поводу врожденных пороков сердца).
Первые данные говорят, что реконструкция изображений КТ/МРТ ЛП позволяет получить точную информацию о наиболее важных анатомических структурах, таких как устье ЛВ и ушко ЛП, и улучшить позиционирование катетера в этих областях. Трансляция в режиме реального времени положения кончика катетера, маркировка аблационных воздействий могут потенциально улучшить качество аблации, снизить количество осложнений и сократить время процедуры и дозу облучения.
Кроме того, интеграция изображений КТ/МРТ широко используется при аблациях аритмогенного субстрата при ЖТ у пациентов с рубцовым повреждением (рис. 2, рис. 3). Рубцовая ткань желудочков и пограничная зона представляются объектом «модификации субстрата» при аблации ЖТ, что требует достаточно точной информации об анатомическом строении. Существует большое количество технологий, позволяющих визуализировать субстрат в ЛЖ и ПЖ в трехмерном формате и одновременно отображать вольтажную карту желудочка.
Рисунок 2. Интеграция MPT-изображений при выполнении аблации желудочковой тахикардии (ЖТ). (А) Для большей безопасности выполнения аблации ЖТ, связанной с рубцовым поражением миокарда, используется МРТ с визуализацией камер сердца, эпикарда, коронарного синуса, а также коронарных артерий и левого диафрагмального нерва. Субстрат для аблации выявляется с помощью позднего накопления контрастного препарата (гадолиний) по данным МРТ (Б) и/или выявление истонченных участков миокарда (менее 5 мм) по данным мультиспиральной компьютерной томографии (КТ) (В). У пациентов с аритмогенной дисплазией правого желудочка субстрат визуализируется с помощью КТ в виде гиподенсных участков стенки (Г). Эти изображения используются для создания объемной модели. (Д) Интеграция МРТ и КТ моделей: эндокард левого желудочка обозначен серым светом, эпикард отображен в виде полупрозрачной поверхности белого цвета, плотный рубец обозначен оранжевым цветом, серая зона выделена желтым цветом, коронарные артерии — красным, коронарный синус — синим и левый диафрагмальный нерв выделен зеленым цветом
Рисунок 3. Интеграция данных компьютерной томографии (КТ) и электроанатомической карты левого желудочка в навигационной системе EnSite NavX. (А) После применения модуля field scaling и обозначения четырех ориентиров на КТ и электроанатомической моделях (верхушка левого желудочка, кольцо митрального клапана, корень аорты и коронарный синус) дополнительно обозначены участки локального несоответствия (желтые точки). (Б) Совмещенная модель позволяет в режиме реального времени отслеживать расположение катетера в коронарном синусе во время вмешательства (белые стрелки). МСКТ — мультиспиральная компьютерная томография
Они позволяют выявить патологические зоны на вольтажной карте при картировании сложных аритмий и сконцентрироваться на области, которая чаще всего представлена рубцовой тканью. При этом отсутствует необходимость выполнения точечного вольтажного картирования всей камеры сердца, в ходе которого могут выявляться ложноположительные низкоамплитудные сигналы в области нормального миокарда вследствие плохого контакта со стенкой. Все это снижает время процедуры и дозу излучения. Некоторые методы визуализации могут оценивать глубину рубцового поражения, что может помочь предположить интрамуральное или эпикардиальное расположение аритмогенного субстрата и преодолеть ограничения эндокардиального картирования.
Интеграция данных КТ о расположении диафрагмального нерва и коронарных артерий позволяет снизить риск осложнений при выполнении эпикардиальной аблации.
Совмещение флюороскопического изображения с КТ-моделью может улучшить точность катетерной аблации при ФП. По сравнению с электроанатомическим картированием с помощью наложения КТ-модели возможно значительное сокращение продолжительности и процедуры изоляции устьев ЛВ без увеличения дозы излучения. Еще одно преимущество данной технологии — это быстрое повторное наложение изображений при изменении позиции пациента. В отличие от системы CARTO, которая информирует об изменении положения тела, при использовании флюороскопической системы требуется контроль положения катетеров и анатомии в связи с возможным смещением. Кроме того, система CARTO позволяет использовать режим магнитного картирования без режима Merge, что иногда может оказаться более точным методом, чем КТ-модель.
г) Ограничения. Несмотря на то, что КТ и МРТ позволяет получить изображения аритмогенных структур сердца высокого разрешения, их невозможно регистрировать в режиме реального времени в ходе вмешательства и отображать анатомию сердца на фоне всего цикла тахикардии. Поскольку КТ и МРТ выполняется до аблации, несоответствие размеров модели может возникнуть вследствие изменения ритма, частоты, сократимости и объема циркулирующей жидкости.
Несоответствия размеров модели можно избежать при выполнении аблации в течение 24 часов после КТ и МРТ, а также на фоне одного и того же ритма. Погрешность самих методов может суммироваться с влиянием на модель различных факторов, что в итоге приводит к невозможности наложения изображений примерно у 25% пациентов. Статичное изображение КТ/МРТ не позволяет получить информацию о наличии контакта катетера с тканью. Исходный анатомический ориентир оператор выбирает самостоятельно, используя флюороскопию, при этом в пространстве точка может быть несколько смещена.
Это приводит к смещению модели, что является достаточно распространенным явлением даже при использовании ангиографии или внутрисердечной эхокардиографии. Для точной реконструкции необходимо большое количество точек, что сильно удлиняет процедуру и требует большого количества манипуляций. Для того чтобы преодолеть эти ограничения выполняется сопоставление изображений внутрисердечной эхокардиографии и КТ/МРТ-модели. Это позволяет получить более точную информацию о контакте катетера с тканью и радиочастотных воздействиях в режиме реального времени. Последующие поколения томографов могут обеспечить более быструю визуализацию и возможности выполнять ее практически в режиме реального времени для более точной навигации.
Некоторые исследования демонстрируют возможность проекции объемной КТ/МРТ-модели на флюороскопическое изображение и навигации с помощью виртуальной модели и, при необходимости, использование в качестве фона флюороскопии.
Точность процесса интеграции изображений остается предметом исследования. Использование объемной модели направлено на более точное позиционирование катетера относительно различных структур сердца пациента. Итоговый результат зависит в первую очередь от точности интеграции изображений. Даже если выполнена реконструкция изображений КТ/МРТ высокой точности, для дальнейшей корректной навигации требуется соответствующая ориентация и сопоставление модели.
Текущие алгоритмы интеграции зависят от точности определения координат положения катетера и отображения собранной геометрии камеры сердца. Координаты собранного оператором под контролем флюороскопии исходного набора точек могут не соответствовать реальному положению. Движение кончика катетера имеет сложную геометрию и зависит от дыхания и движения стенки сердца.
Сбор точек должен проводиться в той же фазе сокращения сердца и дыхания, что и КТ/МРТ. Необходимо учитывать силу нажима катетера на стенку, что может приводить к искажению геометрии. В связи с чем необходимо иметь стабильный контакт катетера с эндокардом. Степень контакта может зависеть от типа аблационного катетера и интродьюсера, а также от степени подвижности стенки, например кольцо митрального клапана и ушко имеют более амплитудные движения, по сравнению с задней стенкой ЛП. Поэтому в идеальной ситуации сбор точек должен выполняться только при стабильном положении катетера.
По окончании сбора некорректные точки можно удалить. Для этого можно ориентироваться на флюороскопическое изображение, морфологию электрограммы и подтверждение локализации кончика катетера с помощью внутрисердечной эхокардиографии. Однако этот процесс до сих пор не стандартизован.
Несколько исследований при аблации ФП продемонстрировали эффективность использования дополнительных методов визуализации (бесконтактного картирования или флюороскопии) в комбинации с объемной реконструкцией изображений КТ/МРТ. Имеются различные методики интеграции изображений с сопоставлением трех или четырех исходных точек на поверхности модели. В качестве альтернативы используется сопоставление с помощью одной точки (визуальное сопоставление). Для уточнения локализации точек используется несколько техник визуализации катетера (флюороскопия, ангиография или внутрисердечная эхокардиография).
В среднем, величина смещения между моделями составляла 1,8-2,7 мм. В одном исследовании использование алгоритмов сопоставления поверхностей увеличивало точность интеграции изображений. В другой работе было выявлено, что наиболее точным анатомическим ориентиром были задние отделы места впадения ЛВ в ЛП, в то время как передняя стенка, ушко ЛП или другие структуры за пределами ЛП (КС или ВПВ) обладали меньшей точностью. При использовании алгоритма сопоставления поверхностей происходит смещение положения исходных ориентиров в ЛВ, взятых под контролем внутрисердечной эхокардиографии. Однако корректное сопоставление поверхностей не гарантирует абсолютное соответствие локализации важных анатомических структур.
Другое исследование продемонстрировало неточность алгоритмов сопоставления CARTO-Merge, несмотря на выполнение всех необходимых действий, описанных ранее. Важно помнить, что КТ-модель — это субъективное отображение анатомии камеры сердца, и она должна использоваться только для ориентировочной навигации. Положение в камере сердца и наличие контакта катетера с эндокардом часто подтверждается с помощью флюороскопии и электрограмм. Кроме того, нет данных о влиянии точности сопоставления модели на исходы аблации.
