WarpEM: Dynamic Time Warping for Accurate Catheter Registration in EM-guided Procedures

要約

正確なカテーテル追跡は、低侵襲血管内処置 (MIEP) 中に極めて重要であり、電磁 (EM) 追跡は、この目的を果たすために広く使用されている技術です。
ただし、術前画像と EM 追跡システムの間の位置合わせは、多くの場合困難です。
既存の登録方法では通常、手動での操作が必要ですが、これには時間がかかり、エラーのリスクが増大し、手順のワークフローが変更される可能性があります。
マーカーベースやパスベースのアプローチなど、カテーテルの追跡にはいくつかの登録方法が利用可能ですが、その制限が結果として得られる追跡ソリューションの精度、ひいては医療処置の結果に影響を与える可能性があります。
この論文では、EM ガイド下 MIEP 用の新しい自動カテーテル登録方法を紹介します。
この方法は、ダイナミック タイム ワーピング (DTW) アルゴリズムなどの 3D 信号時間解析を利用して、既存の方法と比較して位置合わせの精度と信頼性を向上させます。
DTW は、EM で追跡された経路を正確にワープして船舶の中心線に一致させることができるため、登録に特に適しています。
導入された位置合わせ方法は、マーカーベースの位置合わせをグラウンド トゥルースとして使用して、血管ファントムの精度が評価されます。
結果は、DTW メソッドが正確で信頼性の高い位置合わせ結果をもたらし、平均誤差は $2.22$mm であることを示しています。
導入された登録方法には、高い登録精度、初期化の必要がない、自動化の強化など、最先端の方法に比べていくつかの利点があります。

要約(オリジナル)

Accurate catheter tracking is crucial during minimally invasive endovascular procedures (MIEP), and electromagnetic (EM) tracking is a widely used technology that serves this purpose. However, registration between preoperative images and the EM tracking system is often challenging. Existing registration methods typically require manual interactions, which can be time-consuming, increase the risk of errors and change the procedural workflow. Although several registration methods are available for catheter tracking, such as marker-based and path-based approaches, their limitations can impact the accuracy of the resulting tracking solution, consequently, the outcome of the medical procedure. This paper introduces a novel automated catheter registration method for EM-guided MIEP. The method utilizes 3D signal temporal analysis, such as Dynamic Time Warping (DTW) algorithms, to improve registration accuracy and reliability compared to existing methods. DTW can accurately warp and match EM-tracked paths to the vessel’s centerline, making it particularly suitable for registration. The introduced registration method is evaluated for accuracy in a vascular phantom using a marker-based registration as the ground truth. The results indicate that the DTW method yields accurate and reliable registration outcomes, with a mean error of $2.22$mm. The introduced registration method presents several advantages over state-of-the-art methods, such as high registration accuracy, no initialization required, and increased automation.

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