RO136019A0 - Motion compensation system and method for electromagnetic navigation in coronary angioplasty - Google Patents
Motion compensation system and method for electromagnetic navigation in coronary angioplasty Download PDFInfo
- Publication number
- RO136019A0 RO136019A0 ROA202200341A RO202200341A RO136019A0 RO 136019 A0 RO136019 A0 RO 136019A0 RO A202200341 A ROA202200341 A RO A202200341A RO 202200341 A RO202200341 A RO 202200341A RO 136019 A0 RO136019 A0 RO 136019A0
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- patient
- coronary
- virtual
- guidewire
- tip
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
Description
RO 136019 AORO 136019 AO
SISTEM ȘI METODA DE COMPENSARE A MIȘCĂRII PENTRU NAVIGAȚIA ELECTROMAGNETICĂ ÎN ANGIOPLASTIA CORONARIANĂMOTION COMPENSATION SYSTEM AND METHOD FOR ELECTROMAGNETIC NAVIGATION IN CORONARY ANGIOPLASTY
Invenția se referă la un sistem pentru angioplastie coronariană care îmbunătățește navigarea unui ghid de stentare sau a unui catetei intervențional în sistemul arterial coronar al inimii până în apropierea unor stenoze coronariene suspecte pentru a plasa ulterior un stent intravascular. Sistemul folosește un sistem de poziționare electromagnetica pentru poziția in timp real a vârfului ghidului sau cateterului si o reprezintă pe un model virtual tridimensional corelat cu anatomia pacientului. Pentru orientarea în arterele coronare, sistemul redă o imagine coronariană virtuală corespunzătoare poziției instrumentului. In timpul navigării către ținta de investigat, sistemul trebuie să țină cont de mișcarea voluntară a toracelui, de mișcarea respiratorie și de mișcarea inimii pacientului pentru a corela datele imagistice cu sistemul de poziționare electromagnetică care compensează mișcarea pacientului. Abaterea de la traseul stabilit poate fi corectată automat de către sistem utilizând verificarea coliziunii cu suprafața interioară a sistemului arterial coronar virtual și eventual a traseului centrai a) arterelor coronare. Amplasarea stentului final se face cu ajutorul sistemului clasic de balon si stent extensibil, care conține in lumenul sau ghidului cu senzor de poziție in vârf.The invention relates to a system for coronary angioplasty that improves the navigation of a stenting guide or an interventional catheter in the coronary arterial system of the heart to the vicinity of suspected coronary stenoses to subsequently place an intravascular stent. The system uses an electromagnetic positioning system for the real-time position of the tip of the guide or catheter and represents it on a three-dimensional virtual model correlated with the patient's anatomy. For guidance in the coronary arteries, the system renders a virtual coronary image corresponding to the position of the instrument. During navigation to the target to be investigated, the system must take into account the patient's voluntary chest movement, respiratory movement and heart movement to correlate the imaging data with the electromagnetic positioning system that compensates for the patient's movement. Deviation from the set path can be automatically corrected by the system using the collision check with the inner surface of the virtual coronary artery system and possibly the central path of a) coronary arteries. The placement of the final stent is done with the help of the classic balloon and expandable stent system, which contains in the lumen or the guide with a position sensor at the tip.
Invenția descrie un sistem de navigație coronarian cu urmărire electromagnetică, destinat să asiste proceduri medicale pentru angioplastia coronariană folosind angiografia CT coronariană. Prin proceduri medicale, luăm în considerare plasarea stentului in arterele coronare și dilatarea cu balon pentru tratamentul bolii coronariene, fie înlocuirea valvei cardiace, cum ar fi. implantarea valvei aortice transtoracice (TĂVI) sau plasarea stentului la membrele inferioare.The invention describes a coronary navigation system with electromagnetic tracking intended to assist medical procedures for coronary angioplasty using coronary CT angiography. By medical procedures, we consider coronary artery stenting and balloon dilation for the treatment of coronary artery disease, or heart valve replacement, such as transthoracic aortic valve implantation (TAVA) or stent placement in the lower limbs.
Boala coronariană ischemica (BCI), cunoscută și cu numele de cardiopatie ischemica cronica (CIC) sau boală cardiacă ischemică, implică reducerea fluxului sanguin către mușchiul inimii din cauza formării de plăci/depuneri în arterele inimii.Coronary heart disease (CHD), also known as chronic ischemic heart disease (CHD) or ischemic heart disease, involves reduced blood flow to the heart muscle due to the formation of plaques/deposits in the arteries of the heart.
Angiografia CT coronariană xAngiografia CT coronariană (CTA) reprezintă utilizarea angiografiei tomografice computerizate (Angio CT) pentru a evalua arterele coronare ale inimii. Pacientul primește o injecție intravenoasă de radiocontrast și apoi inima este scanată folosind un scaner CT de mare viteză, permițând medicilor să evalueze gradul de ocluzie a arterelor coronare, de obicei pentru a diagnostica boala arterei coronare.!vezi Figura 1)Coronary CT Angiography xCoronary CT angiography (CTA) is the use of computed tomography angiography (CT Angio) to evaluate the coronary arteries of the heart. The patient receives an intravenous injection of radiocontrast and then the heart is scanned using a high-speed CT scanner, allowing doctors to assess the degree of occlusion of the coronary arteries, usually to diagnose coronary artery disease. (see Figure 1)
Figurai: Exemplu CTAFigure: CTA example
Aparatele CT mai rapide, datorită capacităților muitidetector, au făcut imagistica inimii și sistemului circulator foarte practică într-un număr de setări clinice. CapacitateaFaster CT machines, due to their multidetector capabilities, have made imaging of the heart and circulatory system very practical in a number of clinical settings. capacity
RO 136019 AORO 136019 AO
Pagina | 2 mai rapidă a permis formarea imaginii inimii cu mișcări involuntare minime, ceea ce creează folosirea pe imagine, și are o serie de aplicații practice. Este util în diagnosticul suspectului de boală coronariană, pentru urmărirea unui bypass arterial coronarian, pentru evaluarea bolii cardiace valvulare și pentru evaluarea maselor cardiace.[2]Page | 2 faster enabled imaging of the heart with minimal involuntary movements, which creates use on the image, and has a number of practical applications. It is useful in the diagnosis of suspected coronary artery disease, in the follow-up of coronary artery bypass grafting, in the evaluation of valvular heart disease, and in the evaluation of cardiac masses.[2]
Valoarea predictivă pozitivă a CTA cardiacă este de aproximativ 82%, iar valoarea predictivă negativă este de aproximativ 93%.The positive predictive value of cardiac CTA is approximately 82% and the negative predictive value is approximately 93%.
Pe lângă abilitățile de diagnostic, CTA cardiacă conține informații importante de prognostic. Severitatea stenozei și amploarea bolii coronariene sunt indicatori de prognostic importanți. Cu toate acestea, una dintre caracteristicile unice ale CTA cardiacă este faptul că permite vizualizarea peretelui vasului, într-o manieră neinvazivă. Prin urmare, tehnica este capabilă să identifice caracteristicile bolii coronariene care sunt asociate cu dezvoltarea sindromului coronarian acut.In addition to diagnostic abilities, cardiac CTA contains important prognostic information. Severity of stenosis and extent of coronary artery disease are important prognostic indicators. However, one of the unique features of cardiac CTA is that it allows visualization of the vessel wall in a non-invasive manner. Therefore, the technique is able to identify features of coronary artery disease that are associated with the development of acute coronary syndrome.
De asemenea, CTA poate fi utilizat pentru a evalua și a efectua planificarea reparației valvelor cardiace, cum ar fi procedurile TĂVI.CTA can also be used to evaluate and plan heart valve repair, such as TRAY procedures.
Tratamentul bolii coronariene în lucrarea Vos și Wang, au concluzionat că în 2015, CAD a afectat 110 milioane de oameni și a dus la 8,9 milioane de decese. Reprezintă 15,6% din totalul deceselor, ceea ce o face cea mai frecventă cauză de deces la nivel global. Riscul de deces din cauza CAD pentru o anumită vârstă a scăzut între 1980 și 2010, în special în țările dezvoltate. Numărul de cazuri de CAD pentru o anumită vârstă a scăzut, de asemenea, între 1990 și 2010. în Statele Unite, în 2010, aproximativ 20% dintre cei peste 65 de ani aveau CAD, în timp ce acesta era prezent la 7% dintre cei cu vârsta între 45 și 64 de ani și 1,3% dintre cei 18 până la 45. Ratele au fost mai mari în rândul bărbaților decât al femeilor de o anumită vârstă.Treatment of Coronary Artery Disease in Vos and Wang concluded that in 2015, CAD affected 110 million people and resulted in 8.9 million deaths. It accounts for 15.6% of all deaths, making it the most common cause of death globally. The risk of death from CAD for a given age decreased between 1980 and 2010, particularly in developed countries. The number of CAD cases for a given age also declined between 1990 and 2010. In the United States, in 2010, about 20% of those over 65 had CAD, while it was present in 7% of those aged 45 to 64 and 1.3% of those 18 to 45. Rates were higher among men than among women of a given age.
Intervenția coronariană percutanată sau angioplastia este o procedură de deschidere a vaselor de sânge îngustate sau blocate care furnizează sânge către inimă. Aceste vase de sânge sunt numite artere coronare.Percutaneous coronary intervention, or angioplasty, is a procedure to open narrowed or blocked blood vessels that supply blood to the heart. These blood vessels are called coronary arteries.
Figura 2: Laborator de cataterism și un exemplu de imagine de angioplastieFigure 2: Catheterization lab and an example of angioplasty image
Un stent de arteră coronară este un tub mic, cu plasă metalică, care se extinde în interiorul unei artere coronare. Un stent este adesea plasat în timpul sau imediat după angioplastie. Ajută la prevenirea închiderii arterei din nou. Un stent cu eliberare de medicament are încorporat un medicament care ajută la prevenirea închiderii arterei pe termen lung.A coronary artery stent is a small tube with metal mesh that extends inside a coronary artery. A stent is often placed during or immediately after angioplasty. It helps prevent the artery from closing again. A drug-eluting stent has a drug embedded in it that helps prevent the artery from closing long-term.
RO 136019 AORO 136019 AO
P a g i n a | 3 XP a g i n a | 3X
Medicul va introduce un tub flexibil (cateter) într-o arteră. Uneori, cateterul va fi plasat. în brațul sau încheietura mâinii pacientului, sau în zona superioară a piciorului (inghinal). Pacientul va fi treaz în timpul procedurii.The doctor will insert a flexible tube (catheter) into an artery. Sometimes, the catheter will be placed. in the patient's arm or wrist, or in the upper leg area (groin). The patient will be awake during the procedure.
Medicul va folosi imagini cu raze X în direct pentru a ghida cu atenție cateterul în sus în inimă și artere. Contrast lichid (numit uneori „colorant”, va fi injectat în corpul dumneavoastră pentru a evidenția fluxul de sânge prin artere. Acest lucru îl ajută pe medic să vadă orice blocaj în vasele de sânge care duc la inima pacientului(vezi Figura 2).The doctor will use live X-ray images to carefully guide the catheter up into the heart and arteries. Liquid contrast (sometimes called "dye") will be injected into your body to highlight the flow of blood through the arteries. This helps the doctor see any blockages in the blood vessels leading to the patient's heart (see Figure 2).
Un fir de ghidare este mutat în și peste blocaj. Un cateter cu balon este împins peste firul de ghidare și în blocaj. Balonul de la capăt este suflat (umflat). Aceasta deschide vasul blocat și restabilește fluxul sanguin adecvat către inimă.A guidewire is moved into and over the blockage. A balloon catheter is pushed over the guidewire and into the blockage. The balloon at the end is blown (inflated). This opens the blocked vessel and restores proper blood flow to the heart.
Un tub din plasă de sârmă (stent) poate fi apoi plasat în această zonă blocată. Stent-ul este introdus împreună cu cateterul cu balon. Se extinde atunci când balonul este umflat. Stent-ul este lăsat acolo pentru a ajuta la menținerea arterei deschise.A wire mesh tube (stent) can then be placed in this blocked area. The stent is inserted together with the balloon catheter. It expands when the balloon is inflated. The stent is left there to help keep the artery open.
Probleme cu angioplastia cu raze X în lucrarea “Huang PS, Chen ZC, Tang KT, Chang WT. Evaluarea expunerii la radiații asupra medicilor în timpul angioplastiei. pentru disfuncția accesului la hemodializă. Acta Cardiol Sin. 2019;35(l):27-31. doi:10.6515/ACS.201901 35(1).20180730A” se concluzionează că unul dintre riscurile importante ale angioplastiei este expunerea la radiații. în funcție de o multitudine de factori (de exemplu, complexitatea leziunii arterei coronare, indicele de masă corporală), pacientul este expus la doze variate de radiații, de la valori mai mici până la, uneori, importante. Planificarea preoperatorie adecvată ar putea reduce timpul de procedură și, implicit, ar putea contribui la reducerea dozelor. Pe lângă pacienți, cardiologii și angiologii invazivi sunt expuși la radiații profesionale pe termen lung, cu doze mici. Deoarece radiațiile se acumulează de-a lungul anilor, chiar și dozele mici contribuie la riscul de boli maligne, efecte ereditare și reacții tisulare.Problems with X-ray angioplasty in “Huang PS, Chen ZC, Tang KT, Chang WT. Assessment of radiation exposure to physicians during angioplasty. for hemodialysis access dysfunction. Acta Cardiol Sin. 2019;35(l):27-31. doi:10.6515/ACS.201901 35(1).20180730A" it is concluded that one of the important risks of angioplasty is radiation exposure. depending on a multitude of factors (eg, the complexity of the coronary artery lesion, body mass index), the patient is exposed to varying doses of radiation, from lower values to sometimes large ones. Adequate preoperative planning could reduce procedure time and, implicitly, contribute to dose reduction. In addition to patients, invasive cardiologists and angiologists are exposed to long-term, low-dose occupational radiation. Because radiation accumulates over the years, even small doses contribute to the risk of malignancy, hereditary effects, and tissue reactions.
Figura 3.-Expunerea utilizatorului angiografului in mediu! radiantFigure 3.-Exposure of the user of the angiograph in the environment! radiant
Este adesea dificil pentru practicieni și pentru intervenționști să poarte șorțurile de protecție grele din plumb și scuturile tiroidiene. Aceste îmbrăcăminte din plumb trebuie verificate frecvent pentru a detecta crăpături sau, în caz contrar, sunt ineficiente. Se recomandă ca medicii să insiste ca toate șorțurile din plumb să fie datate, când au fost cumpărate și verificate ultima dată, că aleg „cel mai nou” șorț disponibil și că își încurajează toți colegii să-și închidă plumbul după utilizare pentru a prelungi longevitatea. De asemenea, asocierea dintre disconfort, oboseală și ușurință în mișcare în timp ce purtați diferite tipuri de șorțuri de plumb nu au fost studiate pe scară largă și se știe bine că aceste șorțuri creează o mulțime de probleme medicilor. De asemenea, unele studii au demonstrat căIt is often difficult for practitioners and interventionalists to wear the heavy lead aprons and thyroid shields. These lead garments must be checked frequently for cracks or else they are ineffective. It is recommended that physicians insist that all lead aprons be dated, when they were last purchased and checked, that they choose the "newest" apron available, and that they encourage all colleagues to close their lead after use to extend longevity . Also, the association between discomfort, fatigue and ease of movement while wearing different types of lead aprons has not been widely studied, and it is well known that these aprons create a lot of problems for doctors. Also, some studies have shown that
RO 136019 AORO 136019 AO
P a g i n a | 4 șaizeci și trei la sută dintre scuturi și șorțuri aveau plumb de suprafață detectabil, care a fost asociat cu aspectul vizual, tipul de scut și metoda de depozitare. Scuturile care conțin plumb sunt o sursă recent identificată, potențial răspândită de expunere la plumb în industria sănătății.P a g i n a | 4 Sixty-three percent of shields and aprons had detectable surface lead, which was associated with visual appearance, shield type, and storage method. Shields containing lead are a recently identified, potentially widespread source of lead exposure in the healthcare industry.
Această invenție va depăși toate problemele descrise anterior.This invention will overcome all the previously described problems.
Sistemul CardioCTNavCardioCTNav system
Invenția consta dintr-o platformă de software, bazată pe tomografie computerizată și urmărire electromagnetică medicală, pentru planificarea preoperatorie a procedurii de stentare și pentru ghidarea în timp real a navigației stentului de-a lungul arterelor coronare sau a altor vase de sânge către zona stenozei în timpul intervenției.The invention consisted of a software platform, based on computed tomography and medical electromagnetic tracking, for preoperative planning of the stenting procedure and for real-time guidance of stent navigation along coronary arteries or other blood vessels to the area of stenosis in during the intervention.
Această platformă, intitulată CardioCTNav, contribuie semnificativ la reducerea timpului de procedură și, de asemenea, foarte important, ar putea reduce sau chiar elimina necesitatea fluoroscopiei în timpul intervenției. în acest fel, pacientul și cardiologii intervenționști vor fi expuși la un timp și o doză de radiație mult mai mici decât în intervenția angiografică „tradițională”, într-un scenariu de utilizator peste aplicația software intenționată, punctul de plecare este tomografia computerizată cardiacă (CT) a pacientului. în faza de analiză, platforma va permite simulări de dinamică fluidă pe baza metodelor Lattice Boltzmann în vederea evaluării stenozei arterei coronare, marcarea unei zone de interes și planificarea unei traiectorii optime pentru navigarea cu stenting. în timpul intervenției reale, folosind un set de senzori electromagnetici plasați pe pacient și pe instrumentul medical, poziția stentului va fi vizualizată în timp real într-o scenă 3D virtuală în raport cu o imagine 3D a pacientului reconstruită din CT. în acest fel, medicul va primi îndrumare vizuală semnificativă în navigarea stentului către zona de interes. în acest scenariu, procedurile de radiație „tradiționale” ar fi utilizate doar în faza de început (CT), pentru a dobândi imaginea pacientului utilizată în continuare pentru planificare și navigare electromagnetică, iar în fazele finale (CT sau angiografie), după flexibilitatea introducerea cateterului, pentru a confirma poziția stentului.This platform, called CardioCTNav, contributes significantly to the reduction of procedure time and, also very importantly, could reduce or even eliminate the need for fluoroscopy during the intervention. In this way, the patient and the interventional cardiologists will be exposed to a much lower time and radiation dose than in "traditional" angiographic intervention, in a user scenario over the intended software application, the starting point is cardiac computed tomography (CT ) of the patient. in the analysis phase, the platform will enable fluid dynamics simulations based on Lattice Boltzmann methods to assess coronary artery stenosis, mark an area of interest and plan an optimal trajectory for stenting navigation. during the actual intervention, using a set of electromagnetic sensors placed on the patient and the medical instrument, the position of the stent will be visualized in real time in a virtual 3D scene relative to a 3D image of the patient reconstructed from CT. In this way, the physician will receive significant visual guidance in navigating the stent to the area of interest. In this scenario, "traditional" radiation procedures would be used only in the initial phase (CT), to acquire the image of the patient further used for planning and electromagnetic navigation, and in the final phases (CT or angiography), after the flexibility of catheter insertion , to confirm stent position.
Avantajele aplicării invenției, descrise în acest brevet, constau în:The advantages of applying the invention, described in this patent, consist of:
- posibilitatea de ghidare pentru biopsie în zonele vinovate ale arterelor coronare,- the possibility of biopsy guidance in the culprit areas of the coronary arteries,
- reducerea timpului de efectuare a procedurii de angioplastie coronarograhică medicală; - creșterea gradului de succes si a calitatii procedurilor de angioplastie;- reducing the time of performing the medical coronary angioplasty procedure; - increasing the degree of success and quality of angioplasty procedures;
- integrarea sistemului cu echipamentele și instrumentele existente (de exemplu, dispozitive clasice de stent și balon și fire de ghidare de inserare);- integration of the system with existing equipment and instruments (eg classic stent and balloon devices and insertion guidewires);
- implementarea mai rapidă a algoritmului de navigație bazat pe linie centrală care elimină etapa inițială de selecție a coronarianului vinovat.- faster implementation of the centerline-based navigation algorithm that eliminates the initial step of selecting the culprit coronary artery.
O variantă de realizare a invenției este prezentată mai jos în legătură cu figurile 4-7, care reprezintă:An embodiment of the invention is shown below in connection with Figures 4-7, which represent:
- figura 4 - Cartul medical cu sistem de navigație pentru coronarografie, conform invenției;- figure 4 - Medical cart with navigation system for coronary angiography, according to the invention;
- figura 5 - Schema sistemului de navigație- figure 5 - Scheme of the navigation system
- figura 6 - Ecranul Planificare al aplicației software;- figure 6 - The Planning screen of the software application;
- figura 7 - Ecranul Navigare al aplicației software;- figure 7 - Navigation screen of the software application;
- figura 8 - Pașii procedurii- figure 8 - Procedure steps
- figura 9 - Diagramele cu mișcarea respiratorie si cardiaca- figure 9 - Diagrams with respiratory and cardiac movement
- figura 10 - Ansamblul instrumentelor de ghidare- figure 10 - Assembly of guidance instruments
Sistemul de navigație coronarian conform invenției este format din următoarele elemente: - un dispozitiv electromagnetic de poziționare in spațiu, format dintr-un generator de câmp magnetic de joasa intensitate (vezi Fig. 5), care este poziționat aproape de pacient in timpul procedurii investigative, astfel incat zona anatomica de interes, care va fi investigata, sa fie incluse înThe coronary navigation system according to the invention consists of the following elements: - an electromagnetic device for positioning in space, consisting of a low-intensity magnetic field generator (see Fig. 5), which is positioned close to the patient during the investigative procedure, so that the anatomical area of interest, which will be investigated, is included in
RO 136019 AORO 136019 AO
Pagina | 5 volumul câmpului magnetic; o unitate de control, care interpretează semnalele electrice primite de la unii senzori și le transformă în coordonate și unghiuri de rotație (vector de poziție și orientare), în raport cu generatorul de câmp magnetic;Page | 5 the volume of the magnetic field; a control unit, which interprets the electrical signals received from some sensors and transforms them into coordinates and rotation angles (position vector and orientation), relative to the magnetic field generator;
- un instrument ghidaj/cateter (vezi Fig.5 ) pentru navigarea către placa calcifîcată și pentru placeentul stent, de formă tubulară, flexibil, de lungime egală și diametru mai mic decât cel al canalului interior al dispozitivului stent. La capătul proximal al firului de ghidare este introdus și fixat un senzor electromagnetic de poziție ale cărui fire electrice conectate la un cablu și un conector specific trec printr-un tub și ies prin capătul distal al instrumentului (vezi fig. 10).- a guide/catheter instrument (see Fig. 5 ) for navigation to the calcified plaque and for the stent placenta, tubular, flexible, of equal length and diameter smaller than that of the internal channel of the stent device. At the proximal end of the guide wire, an electromagnetic position sensor is inserted and fixed, whose electrical wires connected to a cable and a specific connector pass through a tube and exit through the distal end of the instrument (see fig. 10).
- un marker adeziv activ va fi atașat de pielea din spate a trunchiului pacientului (vezi Fig.5 ) înainte de procedura de angioplastie, între cele două scapule ale pacientului.- an active adhesive marker will be attached to the back skin of the patient's trunk (see Fig. 5 ) before the angioplasty procedure, between the patient's two shoulder blades.
- un calculator compact care rulează o aplicație dedicată, cu două ecrane principale (vezi fig. 6 și 7), având arhitectura generală si pașii din fluxul clinic prezentate în fig. 8, și care este dezvoltat pentru a comanda executarea următoarelor operații:- a compact computer running a dedicated application, with two main screens (see fig. 6 and 7), having the general architecture and the steps in the clinical flow shown in fig. 8, and which is developed to command the execution of the following operations:
i. citește câteva secțiuni imagistice secvențiale ale unui volum scanat al unui pacient prin tomografie computerizată cardiacă, în format standard DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine);i. reads several sequential imaging sections of a patient cardiac CT scan volume, in standard DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) format;
ii. pentru a elimina plămânii și oasele toraxului și pentru a recunoaște inima și sistemul arterelor coronare după metoda de segmentare de creștere a regiunii și construirea suprafețelor acestora, pentru a realiza un model digital tridimensional al anatomiei scanate pe care îl vom numi în continuare Volum Virtual 3D;ii. to remove the lungs and bones of the chest and to recognize the heart and the system of coronary arteries by the segmentation method of growing the region and constructing their surfaces, to make a three-dimensional digital model of the scanned anatomy that we will hereinafter call the 3D Virtual Volume;
iii. pentru a construi volumul virtual tridimensional (3D) al inimii și arterelor coronare (vezi fig. 6) al pacientului, prin metoda marching cubes folosind accelerarea hardware Algoritmul se aplică fără utilizarea etapelor intermediare de extracție a vaselor de sânge, dar direct pe datele DICOM inițiale și permite selectarea în timp real a izosuprafeței dorite.iii. to build the three-dimensional (3D) virtual volume of the heart and coronary arteries (see fig. 6) of the patient, by the marching cubes method using hardware acceleration The algorithm is applied without the use of intermediate stages of blood vessel extraction, but directly on the initial DICOM data and allows real-time selection of the desired isosurface.
iv. pentru a permite identificarea pe secțiunile CT și a poziției plăcii calcificate/țintă, a poziției markerului activ pe volumul pacientului (vezi fig.6);iv. to allow identification on CT sections and the position of the calcified plaque/target, the position of the active marker on the patient volume (see fig.6);
v. să propună o cale a instrumentului ghidaj către placa calcifîcată țintă (vezi fig. 7) urmând traseul liniei centrale din interiorul arterelor coronare, folosind algoritmi de căutare precum algoritmul A Star și să permită utilizatorului să o modifice;v. propose a path of the guidance tool to the target calcified plaque (see fig. 7) following the centerline path inside the coronary arteries, using search algorithms such as the A Star algorithm and allow the user to modify it;
vii. să achiziționeze date de poziție, furnizate de senzorii încorporați în instrumentul cu fir de ghidare și markerul activ în câmpul magnetic generat;are you coming. to acquire position data, provided by the sensors embedded in the guidewire instrument and the active marker in the generated magnetic field;
Viii.. Volumul Virtual 3D generat anterior este utilizat ca date de intrare pentru generarea imaginii coronariene virtuale.Viii.. The previously generated Virtual 3D Volume is used as input data to generate the virtual coronary image.
ix. Aliniați volumul virtual 3D cu spațiul fizic al pacientului folosind senzorul activ dacă pacientul se mișcă sau își schimbă poziția în timpul procedurii,ix. Align the 3D virtual volume with the patient's physical space using the active sensor if the patient moves or changes position during the procedure,
x. calculați și afișați în timp real poziția capului instrumentului în interiorul Volumului Virtual 3D, conform datelor de poziție furnizate de senzorul acestuia;x. calculate and display in real time the position of the tool head inside the 3D Virtual Volume, according to the position data provided by its sensor;
xi. să creeze o secțiune virtuală după modelul Volumul Virtual 3D, poziționată de axa senzorului la capătul instrumentului și de orientare variabilă, stabilită de utilizator;xi. to create a virtual section according to the 3D Virtual Volume model, positioned by the axis of the sensor at the end of the instrument and of variable orientation, set by the user;
xii. pentru a calcula și afișa diverse date, cum ar fi distanța până la placa calcifîcată, eroarea de calibrare, alte erori de sistem, pierderea conexiunii senzorilor la sistem, prin ieșirea senzorului în afara volumului fizic urmărit.xii. to calculate and display various data such as distance to calcified plaque, calibration error, other system errors, loss of sensor connection to the system, by sensor exit outside the tracked physical volume.
RO 136019 AORO 136019 AO
Pagina | 6Page | 6
Integrarea sistemului complet în suita CT de navigație coronariană propusIntegration of the full system into the proposed coronary navigation CT suite
Figura 5: Schema sistemului de navigațieFigure 5: Schematic of the navigation system
Figura 6: Ecranul Planificare al aplicației software ;Figure 6: The Planning screen of the software application;
RO 136019 AORO 136019 AO
Pagina | 7Page | 7
Figura 7: Ecranul Navigare al aplicației software ;Figure 7: Navigation screen of the software application;
Figura 8: Diagramă de timp cu 4 pași de navigare a sistemului pentru coronarografie, conform invenției;Figure 8: 4-step navigation time diagram of the coronary angiography system according to the invention;
Mișcarea decuplată a inimii și a toracelui pacientului in ; expir(E)/inspir (I)Uncoupled movement of the patient's heart and chest in ; exhale(E)/inhale(I)
Figura 9: Diagramele cu mișcarea respiratorie si cardiacaFigure 9: Diagrams with respiratory and cardiac movement
Direcția mișcării plămânilor, inimii și toracelui unui pacientThe direction of movement of a patient's lungs, heart, and chest
RO 136019 AORO 136019 AO
Pagina | 8Page | 8
Figura lO. ’Ansamblul celor 3 instrumenteFigure 10. The ensemble of the 3 instruments
Utilizarea sistemului, conform invenției, necesită ca utilizatorul să parcurgă următorii pași:Using the system according to the invention requires the user to complete the following steps:
1. Pentru a utiliza nucleul platformei software care conține unele funcționalități de bază1. To use the core of the software platform which contains some basic functionality
a) Va încărca informații medicale din diverse formate (Dicom, meta imagini) și va reda imagini 2D/3D reconstruite ale pacientului.a) It will load medical information from various formats (Dicom, meta images) and render reconstructed 2D/3D images of the patient.
b) Va integra și controla un dispozitiv de urmărire electromagnetică - vom folosi Aurora NDI EM dezvoltat de Northern Digital, conectat printr-un port USB la computerul care va rula aplicația software. Această integrare înseamnă că aplicația software ar putea recunoaște dispozitivul de urmărire conectat, ar putea găsi senzorii conectați la sistem și ar putea pomi/opri fluxul de informații despre poziția și orientarea senzorilor trimise de dispozitivul de urmărire.b) It will integrate and control an electromagnetic tracking device - we will use the Aurora NDI EM developed by Northern Digital, connected via a USB port to the computer that will run the software application. This integration means that the software application could recognize the connected tracking device, find the sensors connected to the system, and turn on/off the flow of sensor position and orientation information sent by the tracking device.
2. Va efectua un modul de planificare și simulare preoperatorie, integrat în platforma software de bază2. Will perform a preoperative planning and simulation module integrated into the core software platform
a) .Acest modul extrage din CT (tomografie computerizată) imaginea reconstruită a pacientului arterelor carotide și va permite identificarea punctelor de bifurcație. Acest tip de algoritm este cunoscut în software-ul de imagistică medicală ca segmentare - folosim o versiune a algoritmului de segmentare bazată pe o versiune modificată a algoritmului de „creștere a regiunii”.a) .This module extracts from CT (computed tomography) the reconstructed image of the patient's carotid arteries and will allow the identification of the bifurcation points. This type of algorithm is known in medical imaging software as segmentation - we use a version of the segmentation algorithm based on a modified version of the "region growing" algorithm.
O ultimă componentă a modulului de planificare va fi un algoritm care va genera o cale în interiorul arterelor coronare, între un punct de plecare ales și locația dorită a stentului. Chiar daca nu există posibilități multiple de a naviga între două puncte din interiorul arterelor, această metodă va permite intervenționistului să simuleze în avans navigarea stentului, să se familiarizeze cu geometria arterelor, să identifice punctele de bifurcație care trebuie trecute, să evaluăm distanța și timpul dintre aceste puncte etc. Am folosit un algoritm de linie centrală legat de metoda A*, între punctul de plecare și locația țintă dorită.A final component of the planning module will be an algorithm that will generate a path within the coronary arteries between a chosen starting point and the desired stent location. Even if there are no multiple possibilities to navigate between two points inside the arteries, this method will allow the interventionalist to simulate in advance the navigation of the stent, to familiarize himself with the geometry of the arteries, to identify the bifurcation points to be passed, to evaluate the distance and time between these points etc. We used a centerline algorithm related to the A* method, between the starting point and the desired target location.
3. Pentru a utiliza modulul de navigare, integrat și în platforma de bază, care permite ca informațiile în timp real despre poziția instrumentului medical să fie redate în scene virtuale 2D / 3D peste imaginea reconstruită CT a pacientului. Există mai multe componente și algoritmi pe care îi vom dezvolta în cadrul acestui modul.3. To use the navigation module, also integrated in the basic platform, which allows real-time information about the position of the medical instrument to be rendered in 2D / 3D virtual scenes over the reconstructed CT image of the patient. There are several components and algorithms that we will develop in this module.
Unul dintre cele mai importante aspecte ale urmăririi medicale, fie optice, fie electromagnetice, este înregistrarea (alinierea) între două spații de coordonate separate - spațiul fizic real al pacientului (și al dispozitivului de urmărire) și spațiul virtual al 2D/3D. imagini ale pacientului reconstruite din tomografie. Am dezvoltat un algoritm de înregistrare bazat pe înregistrarea reperului, sau metoda Horn care necesită alegerea a două seturi separate de trei puncte fiecare, unul setat în spațiul fizic (cu ajutorul dispozitivului de urmărire) și celălalt setat în spațiul virtual cu cu ajutorul instrumentelor software și a dispozitivelor de intrare pe computer (de exemplu, mouse-ul).One of the most important aspects of medical tracking, whether optical or electromagnetic, is the registration (alignment) between two separate coordinate spaces - the actual physical space of the patient (and tracking device) and the virtual space of 2D/3D. patient images reconstructed from tomography. We developed a registration algorithm based on landmark registration, or the Horn method, which requires the selection of two separate sets of three points each, one set in physical space (with the help of the tracker) and the other set in virtual space with the help of software tools and of computer input devices (eg mouse).
Pentru a îmbunătăți acuratețea informațiilor oferite medicului interventionist de către modulul de urmărire, am dezvoltat algoritmi și metode de corectare a înregistrării inițiale astfel:To improve the accuracy of the information provided to the interventional physician by the tracking module, we have developed algorithms and methods to correct the initial registration as follows:
Datorită erorilor inerente asociate cu metodele de înregistrare, uneori reprezentarea vizuală aDue to inherent errors associated with recording methods, sometimes the visual representation of
RO 136019 AORO 136019 AO
Pagina | 9 senzorului în scenele virtuale 2D/3D va fi plasată în afara arterelor. Vom „forța” reprezentarea senzorului să rămână în interiorul tuburilor arterelor cu un algoritm de detectare și rezoluție a coliziunilor bazat doar pe voxeli și unitățile CT Hounsfield,Page | 9 of the sensor in the 2D/3D virtual scenes will be placed outside the arteries. We will "force" the sensor representation to stay inside the artery tubes with a collision detection and resolution algorithm based only on voxels and CT Hounsfield units,
Conform invenției se va utiliza un algoritm de detectare și rezoluție a coliziunilor care va păstra permanent reprezentarea instrumentului medical în interiorul arterelor coronare. Se presupune că inițial, înainte de începerea detectării coliziunii, instrumentul este reprezentat în interiorul suprafeței vaselor de sânge. Poziția instrumentului va fi furnizată la momente discrete. De asemenea, reprezentarea suprafeței vaselor de sânge este formată din mici triunghiuri. Pașii pentru detectarea și rezolvarea coliziunilor sunt următorii (vezi Figura 11):According to the invention, a collision detection and resolution algorithm will be used that will permanently preserve the representation of the medical instrument inside the coronary arteries. It is assumed that initially, before the start of collision detection, the tool is represented inside the surface of blood vessels. The position of the instrument will be provided at discrete times. Also, the surface representation of the blood vessels consists of small triangles. The steps for detecting and resolving collisions are as follows (see Figure 11):
Figura 11 . Prezentare generală a detectării coliziunilorFigure 11. Collision detection overview
Z - date două poziții Pt, Pi+Î la două momente succesive de timp t, (t + 1), se evaluează intersecția segmentului Ps, Pt+i cu triunghiurile de pe suprafață. Pentru a evita calculele prea lungi, triunghiurile vor fi grupate într~o structură de date care va permite să fie luate în considerare doar triunghiurile din „vecinătatea” segmentului. Dacă nu a fost detectată nicio intersecție, atunci poziția Pt+t a rămas în interiorul suprafeței.Z - given two positions P t , P i+Î at two successive moments of time t, (t + 1), the intersection of the segment P s , P t +i with the triangles on the surface is evaluated. To avoid too long calculations, the triangles will be grouped into a data structure that will allow only the triangles in the "neighborhood" of the segment to be considered. If no intersection was detected, then the Pt+ta position remained inside the surface.
Z - dacă segmentul Pt, Pt+t intersectează un triunghi (notat Tr în Fig. 11 și P^este punctul de intersecție), atunci Pt+t este adus de aceeași latură a triunghiului Tr ca Pt de-a lungul unui traseu „minim” (Pt+i P't+t). Din poziția Pt+1 se trasează o dreaptă perpendiculară pe planul Tr. Intersecția cu Tr se notează cu P'Tr și, dacă intervalul de timp în care sunt prevăzute două poziții succesive este suficient de mic, ar trebui să fie în interiorul triunghiului Tr . Dacă nu, atunci sunt necesare corecții suplimentare (vezi Fig. 11). Din punctul Ptse trasează o paralelă cu planul Tr , în plan (PtPt+iP'îr). Intersecția celor două linii „desenate” mai sus reprezintă poziția corectată P't+t a instrumentului medical.Z - if the segment P t , P t +t intersects a triangle (denoted Tr in Fig. 11 and P^is the point of intersection), then P t +t is brought from the same side of the triangle Tr as Pt along a "minimum" route (P t +i P't+t). From the position Pt+1 a line perpendicular to the plane Tr is drawn. The intersection with Tr is denoted by P'Tr and, if the time interval in which two successive positions are provided is small enough, it should be inside the triangle Tr . If not, then further corrections are required (see Fig. 11). From the point P t draw a parallel to the plane Tr , in the plane (PtPt+iP'îr). The intersection of the two lines "drawn" above represents the corrected position P't+ta of the medical instrument.
□ Dacă proiecția poziției Pt+i pe planul Tr este de fapt în afara triunghiului Tr (Fig. 11), atunci linia formată din punctele ΡτΓ și Ρ’τγ se intersectează cu perimetrul triunghiului , intersecția este notată Ρτγ). Intersecția liniilor (PtPt+i) and (Ρι+ιΡτΓ) reprezintă, in acest caz, poziția corectata Pt+i a instrumentului medical.□ If the projection of the position P t +i on the plane Tr is actually outside the triangle Tr (Fig. 11), then the line formed by the points Ρτ Γ and Ρ'τγ intersects with the perimeter of the triangle , the intersection is denoted Ρτγ). The intersection of the lines (P t P t +i) and (Ρι+ιΡτ Γ ) represents, in this case, the corrected position Pt+ia of the medical instrument.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA202200341A RO136019A0 (en) | 2022-06-16 | 2022-06-16 | Motion compensation system and method for electromagnetic navigation in coronary angioplasty |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ROA202200341A RO136019A0 (en) | 2022-06-16 | 2022-06-16 | Motion compensation system and method for electromagnetic navigation in coronary angioplasty |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RO136019A0 true RO136019A0 (en) | 2022-10-28 |
Family
ID=83804285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ROA202200341A RO136019A0 (en) | 2022-06-16 | 2022-06-16 | Motion compensation system and method for electromagnetic navigation in coronary angioplasty |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RO (1) | RO136019A0 (en) |
-
2022
- 2022-06-16 RO ROA202200341A patent/RO136019A0/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7093801B2 (en) | A system that facilitates position adjustment and guidance during surgery | |
US10898057B2 (en) | Apparatus and method for airway registration and navigation | |
CN107205780B (en) | Tracking-based 3D model enhancement | |
US8126241B2 (en) | Method and apparatus for positioning a device in a tubular organ | |
US8295577B2 (en) | Method and apparatus for guiding a device in a totally occluded or partly occluded tubular organ | |
JP6581598B2 (en) | Device for determining a specific position of a catheter | |
CN1720004B (en) | Apparatus and method for assisting the navigation of a catheter in a vessel | |
ES2866163T3 (en) | System to help guide an endovascular tool in vascular structures | |
JP5685605B2 (en) | System for navigating an interventional device and its operating method, computer program element and computer readable medium | |
JP2022515959A (en) | System and method to guide the device to the target position through the route | |
JP2013532507A (en) | 3D origin heart roadmap generation | |
Ramadani et al. | A survey of catheter tracking concepts and methodologies | |
KR101703564B1 (en) | Appratus and method for displaying medical images including information of vascular structure | |
Luo et al. | Magnetic navigation for thoracic aortic stent-graft deployment using ultrasound image guidance | |
JP2024040317A (en) | Method of operating processor device | |
CN114140374A (en) | Providing a synthetic contrast scene | |
WO2021059165A1 (en) | Methods, apparatus, and system for synchronization between a three-dimensional vascular model and an imaging device | |
US11980423B2 (en) | Navigation assistance system | |
Luo et al. | Intra-operative 2-D ultrasound and dynamic 3-D aortic model registration for magnetic navigation of transcatheter aortic valve implantation | |
RO136019A0 (en) | Motion compensation system and method for electromagnetic navigation in coronary angioplasty | |
EP2081495A2 (en) | Method and apparatus for positioning a therapeutic device in a tubular organ dilated by an auxiliary device balloon | |
JP7408362B2 (en) | Medical information providing device, control method for medical information providing device, and program | |
WO2008050315A2 (en) | Method and apparatus for guiding a device in a totally occluded or partly occluded tubular organ | |
JP2018175379A (en) | Medical image processing apparatus, medical image processing method, and medical image processing program | |
JP2018192287A (en) | Method of operating processor device |