Fusion des données pré et per-opératoires pour l’assistance à la CRT

CRT

La fusion des données pré- et per-opératoires permet de mettre en correspondance la position de la sonde de stimulation du VG, accessible en temps réel dans les données per-opératoires, et les données pré-opératoires. Dans la littérature, deux stratégies ont été proposées :

— Amener les données pré-opératoire dans le référentiel per-opératoire, en superposant les données pré-opératoires sur l’angiographie RX. [Alikhani et al., 2013; Babic et al., 2015; Duckett et al., 2010; Ma et al., 2012b; Shetty et al., 2013; Becker et al., 2010]

Référence Procédure Type de recalage Gestion de la dyna- mique

[Duong et al., 2009] PCI projection des artères synchronisation à l’ECG et suivi des vaisseaux

[Sundar et al., 2006] PCI projection des artères - [Ruijters et al., 2009] PCI projection des artères -

[Metz et al., 2011] PCI projection des artères recalage sur un cycle cardiaque complet [Rivest-Henault et al.,

2012]

PCI reconstruction des ar-

tères

recalage déformable

[Baka et al., 2014] PCI projection des artères recalage déformable [Miao et al., 2012] EVAR projection de l’aorte -

[Goksu et al., 2004] EVAR projection de l’aorte - [Duménil et al., 2016] EVAR DRR des régions os-

seuses

-

[Truong et al., 2009] EP reconstruction des ca- théters

-

[Brost et al., 2009] EP reconstruction des ca- théters

synchronisation à l’ECG et suivi des cathéters 3D

[Ector et al., 2008] EP projection des vaisseaux synchronisation à l’ECG

[Knecht et al., 2008] EP projection des vaisseaux -

[Ma et al., 2012a] EP recalage manuel suivi du cathéter du si-

nus coronaire

[Sra et al., 2005] EP projection des vaisseaux synchronisation à l’ECG

[Rhode et al., 2008] EP recalage extrinsèque sur des marqueurs cutanés

-

[Grbić et al., 2011] TAVI reconstruction recalage déformable

[John et al., 2010] TAVI recalage 3D/3D à partir d’acquisitions CBCT

-

[Miao et al., 2011] TAVI projection intensité

(DRR)

-

[Lv et al., 2012] TAVI projection intensité

(DRR)

variation d’énergie

[Ma et al., 2012b; Shetty et al., 2013; Duckett et al., 2010]

CRT recalage manuel suivi du diaphragme

[Babic et al., 2015] CRT recalage manuel -

[Zhou et al., 2014] CRT reconstruction des

veines coronaires

-

[Tournoux et al., 2010] CRT reconstruction des veines coronaires

-

Tableau 4.1 – Stratégies de recalage 3D/2D utilisées en cardiologie interventionnelle. - : dynamique non gérée.

Figure 4.2 – Découpe des images angiographiques en 17 segments et superposition de propriétés tissulaires D’après [Becker et al., 2010; Shetty et al., 2013]. Gauche : vue OAD 30o_{, le VG est}

découpé en 4 étages ; Milieu : vue OAG 60o_{, le Bull’s Eye est superposé à l’image. La sonde du}

VG appartient au segment 11 ; Droite : Superposition des veines coronaires et des zones de fibrose aux images angiographiques.

— Amener les données per-opératoires dans le référentiel pré-opératoire, en visualisant la position des sondes sur les données pré-opératoires. [Ma et al., 2012b; Uebleis et al., 2011; Zhou et al., 2014]

La première stratégie consiste à représenter les données issues de l’analyse pré-opératoire directement sur les images angiographiques 2D. Dans le cas d’un ciblage par segment avec une représentation de ces segments en œil-de-bœuf, [Becker et al., 2010] ont proposé une méthode de découpe de l’image angiographique en 17 segments à partir de deux incidences (cf. figure 4.2). La première image, acquise sous une incidence antérieure oblique droite (vue OAD) est utilisée pour déterminer la hauteur (apicale, mi-latérale ou basale) de la sonde. Une seconde acquisition sous une incidence antérieure oblique gauche (vue OAG) qui offre une image du VG vue depuis l’apex, est ensuite utilisée pour déterminer le seg- ment exact dans lequel la sonde doit être implantée. Lorsque l’analyse pré-opératoire est constituée d’un modèle géométrique 3D du VG, les descripteurs de la fonction cardiaque sont visualisés sur la vue angiographique au moyen d’un recalage 3D/2D, qui projette l’in- formation 3D sur les images 2D. Afin de continuer à observer les images angiographiques dans leur intégrité, les propriétés des sites cardiaques sont superposés en transparence (cf. figure 4.2, image de droite). Ainsi, grâce à ces images 2D augmentées des propriétés des sites cardiaques, le clinicien peut évaluer la position optimale de la sonde à l’intérieur de la veine coronaire choisie pour implantation. L’efficacité de cette représentation est soumise à l’angle d’incidence choisi. En effet, pour que la prise en compte des propriétés des sites situés le long de la veine soit pertinente, il faut choisir un angle d’incidence qui offre une vue de la veine la plus déployée possible et superposée au VG. D’autre part, la projection superpose les informations issues de la paroi du VG face à la caméra mais aussi de la face cachée. Pour s’affranchir des ambiguités liées à la superposition des descripteurs des deux faces, seuls ceux de la paroi desservie par la veine doivent être représentés.

Dans la seconde stratégie de guidage, la position de la sonde est extraite des images angiographiques puis superposée soit sur un modèle 3D, soit sur une représentation de type œil-de-bœuf (cf. figure 4.3). La principale difficulté de cette représentation est qu’il est impossible pour un clinicien de manipuler un modèle 3D lors de l’implantation. Pour qu’elle reste efficace, il faut que l’angle d’incidence sous lequel est visualisé le modèle 3D permette à la fois de visualiser la position de la sonde et les propriétés du VG.

Figure 4.3 – Fusion des données pré- et per- opératoires. D’après Ma et al. [2012b]. Gauche : projection du modèle 3D sur l’angiographie RX, Milieu : visualisation du site stimulé sur le modèle 3D, Droite : visualisation des sites de stimulation sur une représentation en œil-de-bœuf.

À partir de cet état de l’art une stratégie de guidage de la CRT a été choisie.

4.2

Approche proposée

Dans nos travaux d’optimisation de la CRT, l’information permettant de choisir le site cardiaque du VG à stimuler est représentée sur un modèle 3D avec fusion des propriétés ana- tomiques, mécaniques, électriques et tissulaire du VG. L’angiographie-RX per-opératoire donne quant-à-elle un accès en temps réel à la position des sondes de stimulation. À la lu- mière de l’état de l’art, une solution de guidage ou d’assistance consiste donc à superposer le modèle de fusion 3D avec les images d’angiographie.

L’approche proposée est résumée sur la figure 4.4.

Différentes séquences angiographiques interviennent au cours de la procédure : les pre- mières séquences correspondent à l’injection de produit de contraste pour révéler la veine sous-clavière ; les secondes représentent l’implantation des sondes de l’oreillette et du ven- tricule droit ; une troisième séquence avec injection de produit de contraste, acquise géné- ralement en vue OAD 30o ou OAG 30o, est ensuite réalisée pour révéler le réseau veineux coronaire. Enfin, généralement sous la même incidence utilisée lors de l’injection des veines coronaires, une dernière séquence correspond à l’insertion de la sonde de stimulation du VG dans la veine choisie par le clinicien. C’est donc cette dernière séquence qui est à exploiter pour permettre la superposition des sites de stimulation et de la position de la sonde du VG.

L’approche de guidage proposée s’effectue en deux temps. Tout d’abord, une séquence d’images angiographiques, correspondant à l’injection des veines coronaires, est enregistrée pour effectuer un recalage 3D/2D des données pré- et per-opératoires. Cette étape de re- calage exploite les structures les plus visibles dans les images, les veines coronaires (déjà segmentées sur l’image TDM) et est appliquée à un instant du cycle, en télé-systole, sur un ou plusieurs cycles. La transformation obtenue restant valide tant que le C-Arm et le patient restent immobiles, le flux des images montrant l’insertion de la sonde de stimulation du VG pourra ensuite être exploité pour la fusion.

Concernant l’aspect temporel, les séquences angiographiques sont de nature dynamique et montrent les veines injectées et la position des sondes de stimulation à plusieurs instants du cycle cardiaque. À l’inverse, une seule phase TDM, correspondant à l’instant permet- tant la meilleure segmentation des veines coronaires (généralement 40% du cycle cardiaque, c’est-à-dire en télé-systole), est utilisée lors de l’analyse pré-opératoire pour intégrer l’en-

semble des descripteurs des sites de stimulation du VG. Les images angiographiques utili- sées doivent correspondre à la même phase pour maximiser la précision du recalage. Une première étape de synchronisation temporelle entre données pré- et per-opératoires, qui consiste à détecter les images en télé-systole, est donc nécessaire. Ensuite, un recalage 3D/2D entre le volume TDM de référence et les images angiographiques synchronisées permet de mettre en correspondance les référentiels pré- et per-opératoires. Suite au re- calage, l’incidence angiographique utilisée reste fixe. Cependant, la respiration du patient étant libre, une compensation des mouvements respiratoires doit être effectuée en plus de la synchronisation temporelle pour permettre la fusion des données pré-opératoires et des images angiographiques. L’approche proposée intègre donc quatre étapes, décrites dans les sections suivantes.

Figure 4.4 – Approche proposée pour le guidage de la CRT.

Dans les travaux présentés ici, les acquisitions per-opératoires proviennent de deux dis- positifs d’imagerie. La première catégorie d’images correspond à celles issues de la salle TherA-Image, équipée d’un C-Arm motorisé, qui fournit des images de très bonne qualité, avec une haute résolution spatiale et temporelle. Les autres séquences proviennent d’un C-Arm mobile (Siemens Cios Alpha) présent au bloc opératoire de routine. Ces dernières sont plus bruitées et contiennent parfois des artefacts de mouvement.

P-09 OAG 10o P-14 OAD 32o P-15 OAD 26o

P-10 OAG 20o P-14 OAG 32o P-15 OAG 40o

Tableau 4.2 – Base de donnée des séquences angiographiques avec injection de produit de contraste.

des veines latérales de 4 patients ont été enregistrées au format DICOM et traitées posté- rieurement à l’implantation. Pour deux de ces patients, deux incidences angiographiques ont été réalisées, amenant ainsi le nombre de séquences traitées à 6 (cf. tableau 4.2). Parmi les séquences enregistrées, 4 sont issues de la plateforme TherA-Image (P-14 et P-15) et 2 d’un C-Arm de routine (P-09 et P-10).