FR2923152A1 - Procede d'acquisition d'une image radiologique tridimensionnelle d'un organe en mouvement - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'acquisition d'une image radiologique tridimensionnelle d'un organe en mouvement d'un patient, selon lequel une unité de commande exécute des étapes de :- (53, 54) recevoir un signal représentatif d'un paramètre de mouvement de l'organe,- (53, 54) détecter une variation du signal due à un maintien artificiel de l'organe dans un état de mouvement réduit, et- en réponse à la détection, (59, 510) déclencher une acquisition d'une séquence d'images par un dispositif d'imagerie radiologique en vue de reconstruire une image radiologique tridimensionnelle de l'organe à partir de la séquence d'images.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé d'acquisition d'une image 5 tridimensionnelle d'un organe en mouvement, tel qu'un coeur par exemple.
ETAT DE LA TECHNIQUE Les procédures d'interventions cardiaques non chirurgicales sont généralement réalisées dans des salles de cathéterisation (appelés cath 10 labs ) sous imagerie de guidage à rayons X. Les systèmes radiologiques utilisés pour ces interventions offrent divers modes d'imagerie dynamique qui seront désignés, par soucis de clarté, par le terme de fluoroscopie. De plus en plus souvent, les cardiologues se réfèrent à des images tridimensionnelles, par exemple de tomodensitomètre à rayons X 15 ( scanner ) ou d'IRM (Imagerie par Résonance Magnétique), acquises préalablement à l'intervention (au cours d'un examen diagnostique), pour visualiser l'anatomie du coeur au cours de l'intervention. Cela fournit un complément d'informations anatomiques importantes que la fluoroscopie, quoique produisant une image dynamique en temps réel pendant 20 l'intervention, ne permet pas, par nature, de visualiser correctement. En particulier, cette imagerie est projective, ne donnant donc aucune information de profondeur, et tributaire d'injection de produit de contraste iodé pour visualiser les structure vasculaires d'intérêt. Par exemple, des images tomographiques pré-acquises sont 25 généralement utilisées dans des procédures cardiaques structurelles (remplacement d'une valve aortique, régénération du myocarde) ou dans des procédures de rythmologie (ablation thermique pour le traitement d'une fibrillation auriculaire). L'image tridimensionnelle pré-acquise et l'image fluoroscopique temps-réel sont affichées côte à côte ou sous la forme d'une 30 image composite unique obtenue par fusion de l'image tridimensionnelle et de l'image fluoroscopique. Cependant, dans certains cas, il n'est pas possible pour le cardiologue de se référer à une image tridimensionnelle pré-acquise.
En effet, il se peut qu'aucune image tridimensionnelle ne soit disponible au moment de l'intervention (par exemple, l'image n'a pas encore été transférée au cath lab ou aucun examen d'imagerie diagnostique n'a été réalisé).
En outre, même si une image tomographique est disponible, cette image peut ne pas être exploitable par le cardiologue. Dans certains cas, l'image tridimensionnelle présente des incohérences avec l'image fluoroscopique temps-réel. Ces incohérences sont dues au fait que ces images, quoique du même patient, peuvent correspondre à une réalité anatomique ou physiologique différente, rendant impossible l'établissement d'une correspondance entre les images. En parallèle, certaines interventions nécessitent de mettre le coeur dans un état de mouvement réduit de manière artificielle. Ceci peut être obtenu par stimulation électrique rapide (typiquement à un rythme de 150 à 220 battements par minute) à l'aide d'un stimulateur cardiaque ou par injection d'une substance à effet électophysiologique provoquant une asystolie ou blocage cardiaque (telle qu'une solution d'adénosine triphosphate).
PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de permettre l'acquisition d'une image tridimensionnelle de bonne qualité par un appareil de fluoroscopie. Ce problème est résolu dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé d'acquisition d'une image radiologique tridimensionnelle d'un organe en mouvement, selon lequel une unité de commande exécute des étapes de : - recevoir un signal représentatif d'un paramètre de mouvement de l'organe, - détecter une variation du signal due à un maintien artificiel de 30 l'organe dans un état de mouvement réduit, et - en réponse à la détection, déclencher une acquisition d'une séquence d'images par un dispositif d'imagerie radiologique en vue de reconstruire une image radiologique tridimensionnelle de l'organe à partir de la séquence d'images. Le procédé proposé permet de bénéficier d'équipements destinés à maintenir l'organe dans un état de mouvement réduit : de tels équipements sont, dans certains cas, déjà installés sur le patient en vue de l'intervention. L'unité de commande synchronise l'acquisition de la séquence d'image avec le maintien de l'organe dans un état de mouvement réduit de l'organe. D'une part, cela permet de limiter la dose de rayons X reçue par le 10 patient. D'autre part, cela permet de sécuriser le procédé d'acquisition en automatisant le déclenchement de l'acquisition. La durée de maintien artificiel de l'organe dans un état de mouvement réduit peut être limitée au minimum nécessaire à l'acquisition. 15 L'étape de détection peut comprendre la comparaison du signal reçu avec un signal de référence attendu indicatif d'un état de mouvement réduit de l'organe. Le procédé peut en outre comprendre une étape de : - commander le maintien de l'organe dans un état de mouvement 20 réduit. Le maintien de l'organe dans un état de mouvement réduit est réalisé par stimulation cardiaque rapide ou par injection d'une solution de blocage. Le procédé peut comprendre une étape de : 25 -commander un arrêt d'un dispositif de ventilation du patient avant de déclencher l'étape d'acquisition. Ainsi, le procédé permet également de synchroniser l'arrêt du dispositif de ventilation avec l'acquisition de la séquence d'images. L'arrêt du dispositif de ventilation permet en effet de réduire également les 30 mouvements de l'organe qui seraient dus aux mouvements de la cage thoracique du patient, la durée d'arrêt de la ventilation devant bien entendu être réduite au minimum nécessaire à l'acquisition des images. Le procédé peut comprendre des étapes de : -commander une injection d'un produit de contraste, - chronométrer un délai de diffusion du produit de contraste et déclencher une acquisition d'une séquence d'images une fois le délai écoulé.
Le procédé peut comprendre des étapes de : - surveiller une évolution de paramètres physiologiques du patient, - commander une interruption du procédé en cas de détection d'une évolution anormale de l'un des paramètres physiologiques. Ainsi, en cas d'anomalie, il est automatiquement mis fin au procédé.
Le procédé peut également comprendre des étapes de : - détecter une pression exercée sur un actionneur de déclenchement par un opérateur, -commander une interruption du procédé en cas de relâchement de la pression exercée par l'opérateur.
Ainsi, l'opérateur peut décider à tout moment de mettre fin au procédé. En particulier, l'interruption du procédé comprend la cessation du maintien de l'organe dans un état de mouvement réduit. L'invention se rapporte en outre à une unité de commande d'un dispositif d'acquisition d'une image radiologique tridimensionnelle, l'unité étant apte à recevoir en entrée un signal représentatif d'un paramètre de mouvement d'un organe et à générer en sortie un signal de commande du dispositif d'acquisition d'images, l'unité étant programmée pour exécuter les étapes du procédé qui vient d'être défini.
L'invention concerne enfin un dispositif d'imagerie radiologique comprenant une telle unité de commande.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront 30 encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 représente de manière schématique des équipements impliqués dans un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel le coeur d'un patient est soumis à une stimulation cardiaque rapide, - la figure 2 est un diagramme représentant de manière schématique des variations de signaux d'électrocardiogramme et de pression sanguine lors d'une stimulation cardiaque rapide, - la figure 3 est un diagramme chronologique représentant de manière schématique la succession des différentes étapes du procédé d'acquisition d'image mis en oeuvre par une unité de commande, - la figure 4 représente de manière schématique des équipements impliqués dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel le coeur d'un patient est soumis à une injection d'une solution de blocage cardiaque, - la figure 5 est un diagramme représentant des étapes d'un 15 procédé d'acquisition d'image, conforme au premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 est un diagramme représentant des étapes d'un procédé d'acquisition d'image, conforme au deuxième mode de réalisation de l'invention, 20 - la figure 7 est un diagramme représentant des cas d'interruption des procédés des figures 5 et 6.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Sur la figure 1, un système conforme à un premier mode de 25 réalisation comprend un dispositif de surveillance du patient 1, un dispositif d'acquisition d'images 2, une unité de commande 3 du dispositif d'acquisition d'images, un respirateur 4, un stimulateur cardiaque 5, une unité de contrôle 6 du respirateur et du dispositif de stimulation cardiaque, un dispositif d'injection de produit de contraste 9 et un actionneur 7 de 30 déclenchement du système. [la stimulation rapide est faite par le stimulateur cardiaque û c'est le même appareil] Le dispositif de surveillance 1 comprend des capteurs aptes à être disposés sur ou à l'intérieur du patient pour mesurer des paramètres physiologiques du patient, notamment un électrocardiogramme (ECG) et une pression sanguine, ainsi qu'une unité d'interface permettant d'enregistrer et d'afficher les signaux de mesure. Le dispositif d'acquisition d'image 2 comprend un bras en C, une source de rayon X et un détecteur, la source et le détecteur étant fixés chacun à une extrémité du bras en C. Le dispositif d'imagerie 2 permet d'acquérir une séquence d'images projectives du coeur d'un patient allongé sur une table d'opération. L'unité de commande 3 du dispositif d'acquisition d'image est programmée pour exécuter un procédé d'acquisition d'image, tel qu'il est illustré sur la figure 5. Ce procédé permet de synchroniser le dispositif d'acquisition d'images 2, le respirateur 4, le stimulateur cardiaque 5 et le dispositif d'injection du produit de contraste. Cette synchronisation permet de limiter la dose de rayons X reçue par le patient et de limiter la dose de produit de contraste administrée au patient. Le respirateur 4 est un dispositif de ventilation mécanique qui permet de suppléer à la respiration spontanée du patient lorsque le patient se trouve sous l'effet d'une anesthésie. Le stimulateur cardiaque 5 comprend un générateur d'impulsions électriques et des électrodes aptes à êtres disposées dans le coeur du patient pour transmettre les impulsions électriques aux cellules cardiaques. Le stimulateur cardiaque 5 permet de modifier de manière artificielle la fréquence cardiaque du coeur. Le dispositif d'injection 9 permet de réaliser une injection infra- artérielle d'un produit de contraste (tel qu'une composition iodée) opaque aux rayons X. Le produit de contraste permet de faire ressortir le réseau vasculaire sur les images acquises par le dispositif d'acquisition d'images. L'actionneur 7 de déclenchement permet à un opérateur de déclencher ou de stopper le procédé. L'actionneur 7 peut par exemple comprendre un interrupteur pouvant être actionné à la main ou une pédale pouvant être actionnée au pied par l'opérateur.
La figure 5 est un diagramme représentant des étapes d'un procédé d'acquisition d'image, conforme au premier mode de réalisation de l'invention. Au début du procédé, on suppose que le dispositif d'imagerie se trouve dans un état 50 dans lequel la rotation du bras en C est autorisée. Typiquement, le bras en C est préalablement entrainé en rotation pour réaliser un mouvement de test afin de vérifier qu'aucun obstacle ne gène le mouvement du dispositif d'acquisition. Selon une première étape 51, l'opérateur actionne l'actionneur de déclenchement. Par exemple, l'opérateur appuie sur la pédale. L'actionneur de déclenchement transmet un signal de déclenchement à l'unité de commande. Selon une deuxième étape 52, l'unité de commande transmet à l'unité de contrôle du stimulateur cardiaque un signal de début de stimulation. En réponse à ce signal, l'unité de contrôle commande une stimulation rapide du coeur. Le coeur est typiquement stimulé avec des signaux électriques présentant une fréquence de stimulation élevée, de l'ordre de 200 pulsations par minute, ce qui a pour effet de stopper le mouvement du sang dans le coeur et de faire chuter la pression sanguine.
Selon une troisième étape 53, l'unité de commande détermine si la stimulation cardiaque est satisfaisante. A cet effet, l'unité de commande compare la fréquence de l'électrocardiogramme mesurée avec la fréquence des signaux de stimulation. Si la fréquence mesurée correspond à la fréquence de stimulation ou à un sous-multiple de la fréquence de stimulation en fonction d'un taux de capture souhaité, alors l'unité de commande exécute une quatrième étape 54. Dans le cas contraire, l'unité de commande exécute l'étape 70 (figure 7). Le terme capture désigne la réaction du coeur à la stimulation artificielle. Le taux de capture est le rapport entre la fréquence cardiaque 30 mesurée et fréquence des signaux de stimulation. En général, dans le présent procédé, le taux de capture souhaité est de 1:1. Si le taux de capture est de 1:2 (1 battement cardiaque pour 2 stimuli) à une certaine fréquence de stimulation (par exemple 200Hz), l'unité de commande commande le stimulateur cardiaque pour modifier les caractéristiques du signal de stimulation (durée, amplitude) ou baisser la fréquence (par exemple 180 Hz) pour obtenir un taux de capture de 1:1. Par exemple, la fréquence cardiaque souhaitée est de 200 battement par minute (taux de capture de 1:1), la fréquence cardiaque mesurée est d'abord de 100 bpm (taux de capture de 1:2), puis après ajustement du signal de stimulation, la fréquence cardiaque mesurée est de 180 bpm. Une technique d'ajustement de la fréquence de stimulation est par exemple décrite dans la publication : Rapid pacing to facilitate transcatheter prosthetic heart valve implantation", John G. Webb, Sandjeevan Pasupati, Leslie Achtem, Christopher R. Thompson, Catherization and Cardiovascular Interventions 68:199-204 (2006). La technique décrite dans cette publication dans le contexte d'une intervention d'implantation d'une valve cardiaque, consiste à faire décroitre la fréquence de stimulation par sauts de 10 à 20 bpm jusqu'à ce que la capture soit correcte. Selon la quatrième étape 54, l'unité de commande compare la pression sanguine mesurée avec une valeur de pression sanguine de référence. Si la pression sanguine mesurée est inférieure à la pression de référence, alors, l'unité de commande exécute une cinquième étape 55. Dans le cas contraire, l'unité de commande exécute l'étape 70 (figure 7). Selon la cinquième étape 55, l'unité de commande transmet au respirateur un signal d'arrêt de la ventilation. En réponse à ce signal, le ventilateur est stoppé, ce qui permet d'immobiliser la cage thoracique du patient. Selon une sixième étape 56, l'unité de commande vérifie à nouveau la fréquence cardiaque et la pression sanguine mesurées. Si la fréquence mesurée correspond à la fréquence de stimulation ou à un sous-multiple de la fréquence de stimulation et si la pression sanguine mesurée est inférieure à la pression de référence, alors l'unité de commande exécute une septième étape 57. Dans le cas contraire, l'unité de commande exécute l'étape 70 (figure 7).
Selon la septième étape 57, l'unité de commande transmet au dispositif d'injection un signal de début d'injection. En réponse à ce signal, le dispositif d'injection commence l'injection du produit de contraste. Selon une huitième étape 58, l'unité de commande mesure le temps qui s'écoule depuis le début de l'injection. Pendant ce temps, le produit de contraste injecté se diffuse dans le sang. Au bout d'un délai prédéterminé, l'unité de commande exécute une neuvième étape 59. La durée du délai prédéterminé est fixée pour permettre une diffusion suffisante du produit de contraste dans le sang avant le lancement de l'acquisition.
Selon la neuvième étape 59, l'unité de commande transmet au dispositif d'acquisition un signal de début de rotation. En réponse à ce signal, le dispositif d'acquisition entraine le bras en C en rotation. Selon une dixième étape 510, l'unité de commande transmet au dispositif d'imagerie un signal de déclenchement de l'acquisition. En réponse à ce signal, le dispositif d'acquisition d'image poursuit la rotation du bras en C et acquiert une séquence d'images projetées. A cet effet, la source émet un rayonnement qui est transmis au détecteur à travers le corps du patient. Lorsque l'acquisition est terminée, l'unité de commande exécute une onzième étape 511. La séquence d'images acquise est transmise à l'unité de commande et enregistrée dans des moyens mémoire. La séquence d'images projectives pourra être traitée ultérieurement en vue de générer une image tridimensionnelle du coeur à partir des images projetées. L'injection du produit de contraste est poursuivie pendant la durée 25 des étapes 58 à 510. Selon la onzième étape 511, l'unité de commande transmet au dispositif d'acquisition d'image un signal de fin d'acquisition. Le dispositif d'acquisition stoppe la rotation du bras en C et l'émission du rayonnement. L'unité de commande transmet au respirateur un signal de reprise 30 de la ventilation, de sorte que le respirateur rétablit la ventilation du patient. L'unité de commande transmet au dispositif de stimulation cardiaque un signal d'arrêt de la stimulation, de sorte que le dispositif de stimulation stoppe la stimulation rapide du coeur. La fréquence cardiaque retombe à une fréquence normale et la pression sanguine est rétablie. L'unité de commande transmet au dispositif d'injection un signal d'arrêt de l'injection, de sorte que le dispositif d'injection cesse l'injection du produit de contraste. Pendant toute la durée des étapes 50 à 511, l'opérateur doit maintenir une pression sur l'actionneur de déclenchement. Si l'opérateur relâche la pression sur l'actionneur, alors l'ensemble du procédé est interrompu, et l'unité de commande exécute l'étape 70 (figure 7).
La figure 2 est un diagramme représentant de manière schématique des variations de signaux d'électrocardiogramme et de pression sanguine lors d'une stimulation cardiaque rapide. L'acquisition (étapes 57 à 510) de la séquence d'images n'est lancée que lorsque la stimulation cardiaque est satisfaisante, c'est-à-dire, lorsque la fréquence mesurée correspond à la fréquence de stimulation ou à un sous-multiple de la fréquence de stimulation et lorsque la pression sanguine mesurée est inférieure à la pression de référence. Sur la figure 4, un système conforme à un deuxième mode de réalisation comprend des équipements identiques aux équipements de la figure 1, à savoir : un dispositif de surveillance du patient 1, un dispositif d'acquisition d'images 2, une unité de commande 3 du dispositif d'acquisition d'images, un respirateur 4, un dispositif d'injection de produit de contraste 9 et un actionneur 7 de déclenchement du système. Toutefois, dans ce deuxième mode de réalisation, le système ne comprend pas de stimulateur cardiaque, mais un dispositif d'injection d'une solution de blocage cardiaque 8 (telle qu'une solution d'adénosine triphosphate). En outre, l'unité 6 de contrôle est apte à piloter le respirateur 4 et le dispositif d'injection 8.
La figure 6 est un diagramme représentant des étapes d'un procédé d'acquisition d'image, conforme au deuxième mode de réalisation de l'invention.
Le procédé comprend des étapes 61 et 63 à 611, identiques aux étapes 51 et 53 à 511 de la figure 5. L'étape 52 de la figure 5 est remplacée par une étape 62 sur la figure 6.
Selon cette deuxième étape 62, l'unité de commande transmet à l'unité de contrôle du dispositif d'injection de solution de blocage cardiaque un signal de début d'injection. En réponse à ce signal, l'unité de contrôle commande une injection de la solution de blocage. La solution de blocage a pour effet d'immobiliser le mouvement du coeur et par conséquent, de stopper le mouvement du sang dans le coeur et de faire chuter la pression sanguine. Dans le premier et le deuxième mode de réalisation (figures 5 et 6), l'unité de commande reçoit en permanence des signaux de mesure d'électrocardiogramme et de pression sanguine. Dès que l'unité de commande détecte une anomalie dans l'évolution de ces signaux (ralentissement de la fréquence cardiaque ou remontée de la pression sanguine), l'unité de commande interrompt le procédé. La figure 7 est un diagramme représentant des cas d'interruption des procédés des figures 5 et 6.
Le cas (1) correspond au cas où l'opérateur cesse d'exercer une pression sur l'actionneur de déclenchement. Ainsi, l'opérateur peut à tout moment interrompre le procédé et faire rétablir le patient dans son état initial. Le cas (2) correspond au cas où la fréquence cardiaque ne correspond pas à la fréquence de stimulation du dispositif de stimulation cardiaque (dans le premier mode de réalisation) ou est supérieure à la fréquence cardiaque attendue (dans le deuxième mode de réalisation). Le cas (3) correspond au cas où la pression sanguine est supérieure à la pression de référence.
Les cas (2) et (3) surviennent lorsque le coeur ne se trouve pas dans un état de mouvement réduit satisfaisant pour pouvoir réaliser une acquisition d'images radiologiques.
Le cas (4) correspond au cas où d'autres paramètres physiologiques mesurés (tels que la pression artérielle) ne sont pas considérés comme satisfaisants. Par exemple, la pression systolique est inférieure à 60 mmHg (millimètres de mercure) et la pression diastolique est inférieure à 15 mmHg. Le cas (*) correspond à d'autres cas possibles nécessitant l'interruption du procédé, tels que par exemple des cas d'erreurs dans l'exécution du programme ou de dépassement d'une temporisation (timeout).10
Claims (12)
1. Procédé d'acquisition d'une image radiologique tridimensionnelle d'un organe en mouvement d'un patient, selon lequel une unité de commande 5 exécute des étapes de : - (53, 54, 63, 64) recevoir un signal représentatif d'un paramètre de mouvement de l'organe, - (53, 54, 63, 64) détecter une variation du signal due à un maintien artificiel de l'organe dans un état de mouvement réduit, et 10 - en réponse à la détection, (59, 510, 69, 610) déclencher une acquisition d'une séquence d'images par un dispositif d'imagerie radiologique en vue de reconstruire une image radiologique tridimensionnelle de l'organe à partir de la séquence d'images. 15
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de détection comprend la comparaison du signal reçu avec un signal de référence attendu indicatif d'un état de mouvement réduit de l'organe.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une étape 20 de : - (52, 62) commander le maintien de l'organe dans un état de mouvement réduit.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le maintien de l'organe 25 dans un état de mouvement réduit est réalisé par stimulation cardiaque rapide (52).
5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le maintien de l'organe dans un état de mouvement réduit est réalisé par injection d'une solution de 30 blocage (62).
6. Procédé selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant une étape de :- (55, 65) commander un arrêt d'un dispositif de ventilation du patient avant de déclencher l'étape d'acquisition.
7. Procédé selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant des 5 étapes de : - (57, 67) commander une injection d'un produit de contraste, - (58, 68) chronométrer un délai de diffusion du produit de contraste et (59, 69) déclencher une acquisition d'une séquence d'images une fois le délai écoulé. 10
8. Procédé selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant une étape de : - (56, 66) surveiller une évolution de paramètres physiologiques du patient, 15 - (70) commander une interruption du procédé en cas de détection d'une évolution anormale de l'un des paramètres physiologiques.
9. Procédé selon l'une des revendications qui précèdent, comprenant des étapes de : 20 - (51, 61) détecter une pression exercée sur un actionneur de déclenchement par un opérateur, - (70) commander une interruption du procédé en cas de relâchement de la pression exercée par l'opérateur. 25
10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel l'étape (70) d'interruption du procédé comprend la cessation du maintien de l'organe dans un état de mouvement réduit.
11. Unité de commande d'un dispositif d'acquisition d'une image 30 radiologique tridimensionnelle, l'unité étant apte à recevoir en entrée un signal représentatif d'un paramètre de mouvement d'un organe et à générer en sortie un signal de commande du dispositif d'acquisition d'images, l'unitéétant programmée pour exécuter les étapes définies par l'une des revendications 1 à 10.
12. Dispositif d'imagerie radiologique comprenant une unité de commande 5 conforme à la revendication 11.
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