Summary
Cette étude a évalué une nouvelle méthodologie avec un modèle redressé généré à partir de la séquence de tomodensitométrie cardiaque en quatre dimensions afin d’obtenir les mesures souhaitées pour le dimensionnement de la valve dans l’application du remplacement valvulaire pulmonaire transcathéter.
Abstract
Les mesures du ventricule droit (RV) et de l’artère pulmonaire (PA), pour sélectionner la taille optimale de la prothèse pour le remplacement valvulaire pulmonaire transcathéter (TPVR), varient considérablement. L’imagerie par tomodensitométrie (TDM) tridimensionnelle (3D) pour la prédiction de la taille de l’appareil est insuffisante pour évaluer le déplacement du tractus d’écoulement ventriculaire droit (RVOT) et de l’AP, ce qui pourrait augmenter le risque d’égarement de l’endoprothèse et de fuite paravalvulaire. L’objectif de cette étude est de fournir un modèle dynamique pour visualiser et quantifier l’anatomie du RVOT à PA sur l’ensemble du cycle cardiaque par reconstruction CT cardiaque en quatre dimensions (4D) afin d’obtenir une évaluation quantitative précise de la taille de valve requise. Dans cette étude pilote, la tomodensitométrie cardiaque du mouton J a été choisie pour illustrer les procédures. La tomodensitométrie cardiaque 3D a été importée dans un logiciel de reconstruction 3D pour construire une séquence 4D qui a été divisée en onze images sur le cycle cardiaque pour visualiser la déformation du cœur. Le diamètre, la section transversale et la circonférence de cinq plans d’imagerie au niveau de l’AP principale, de la jonction sinotubulaire, du sinus, du plan basal de la valve pulmonaire (BPV) et du RVOT ont été mesurés à chaque image dans des modèles redressés 4D avant l’implantation de la valve pour prédire la taille de la valve. Pendant ce temps, les changements dynamiques dans le volume du VR ont également été mesurés pour évaluer la fraction d’éjection ventriculaire droite (RVEF). Des mesures 3D à l’extrémité de la diastole ont été obtenues pour comparaison avec les mesures 4D. Chez le mouton J, les mesures CT 4D du modèle redressé ont abouti au même choix de taille de vanne pour TPVR (30 mm) que les mesures 3D. Le RVEF des ovins J d’avant la TDM était de 62,1 %. Contrairement à la tomodensitométrie 3D, le modèle de reconstruction 4D redressé a non seulement permis une prédiction précise de la sélection de la taille des vannes pour TPVR, mais a également fourni une réalité virtuelle idéale, présentant ainsi une méthode prometteuse pour TPVR et l’innovation des dispositifs TPVR.
Introduction
Le dysfonctionnement du tractus ventriculaire droit (RVOT) et les anomalies valvulaires pulmonaires sont deux des conséquences les plus fréquentes d’une cardiopathie congénitale sévère, par exemple, les patients présentant une tétralogie réparée de Fallot (TOF), certains types de ventricule droit à double sortie (DORV) et une transposition des grandes artères1,2,3 . La majorité de ces patients sont confrontés à de multiples opérations tout au long de leur vie et, avec l’âge, les risques de complexité et de comorbidités augmentent. Ces patients peuvent bénéficier d’un remplacement valvulaire pulmonaire transcathéter (TPVR) comme traitement mini-invasif4. À ce jour, il y a eu une croissance constante du nombre de patients subissant tpvr et plusieurs milliers de ces procédures ont été effectuées dans le monde entier. Par rapport à la chirurgie traditionnelle à cœur ouvert, le TPVR nécessite une mesure anatomique plus précise de la xénogreffe ou de l’homogreffe du ventricule droit (RV) à l’artère pulmonaire (PA), ainsi que la réparation de la sténose pulmonaire et RVOT via un patch transannulaire, par angiographie par tomodensitométrie (CTA) avant l’intervention et pour s’assurer que les patients sont exempts de fracture du stent et de fuite paravalvulaire (PVL)5, 6. L'
Une étude prospective multicentrique a démontré qu’un algorithme de dimensionnement annulaire CT multidétecteur jouait un rôle important dans la sélection de la taille de valve appropriée, ce qui pouvait diminuer le degré de régurgitation paravalvulaire7. Ces dernières années, l’analyse quantitative a été de plus en plus appliquée en médecine clinique. L’analyse quantitative a un énorme potentiel pour permettre une interprétation objective et correcte de l’imagerie clinique et pour vérifier que les patients sont exempts de fracture de stent et de fuite paravalvulaire, ce qui peut améliorer le traitement spécifique au patient et l’évaluation de la réponse au traitement. Dans la pratique clinique antérieure, il était possible de reconstruire l’imagerie CT à partir de trois plans (sagittal, coronal et axial) avec une tomodensitométrie bidimensionnelle (2D) pour obtenir un modèle de visualisation8. La tomodensitométrie à électrocardiogramme amélioré par contraste (ECG) est devenue plus importante dans l’évaluation de la morphologie et de la fonction RVOT/PA 3D, ainsi que dans l’identification des patients disposant d’un site d’implantation RVOT approprié capable de maintenir la stabilité du TPVR tout au long du cycle cardiaque9,10.
Cependant, dans les contextes cliniques et précliniques standard contemporains, les données de tomodensitométrie 4D acquises sont généralement traduites en plans 3D pour la quantification manuelle et l’évaluation visuelle qui ne peuvent pas montrer d’informations dynamiques 3D / 4D11. De plus, même avec des informations 3D, les mesures obtenues à partir de la reconstruction multiplanaire (MPR) ont diverses limites, telles qu’une mauvaise qualité de visualisation et un manque de déformation dynamique en raison des différentes directions du flux sanguin dans le cœur droit12. Les mesures prennent beaucoup de temps à rassembler et sont sujettes à des erreurs, car l’alignement et le sectionnement 2D peuvent être imprécis, ce qui entraîne une mauvaise interprétation et une distensibilité. À l’heure actuelle, il n’y a pas de consensus sur la mesure de RVOT-PA qui pourrait fournir de manière fiable des informations précises sur les indications et le dimensionnement valvulaire du TPVR chez les patients atteints de RVOT dysfonctionnelle et / ou de maladie valvulaire pulmonaire.
Dans cette étude, la méthode de mesure de RVOT-PA à l’aide d’un modèle de cœur droit redressé via une séquence de tomodensitométrie cardiaque 4D est fournie pour déterminer la meilleure façon de caractériser les déformations 3D de RVOT-PA tout au long du cycle cardiaque. L’imagerie de corrélation spatio-temporelle a été complétée en incluant la dimension temporelle et, par conséquent, a pu mesurer les variations de magnitude RVOT-PA. De plus, la déformation des modèles redressés pourrait avoir un impact positif sur le dimensionnement des vannes TPVR et la planification procédurale.
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Protocol
Toutes les données de tomodensitométrie cardiaque ont été obtenues à partir des essais précliniques GrOwnValve avec l’approbation du comité juridique et éthique du Bureau régional de la santé et des affaires sociales de Berlin (LAGeSo). Tous les animaux ont reçu des soins sans cruauté conformément aux directives des sociétés européenne et allemande des sciences des animaux de laboratoire (FELASA, GV-SOLAS). Dans cette étude, le Pré-CT du mouton J a été choisi pour illustrer les procédures.
1. Effectuer une tomodensitométrie cardiaque 3D chez le mouton
- Anesthésie intraveineuse
- Tranquilliser les moutons (3 ans, 47 kg, femelle, Bélier) avec prémédication de midazolam (2 mg/mL, 0,4 mg/kg), de butorphanol (10 mg/mL, 0,4 mg/kg) et de bromure de glycopyrronium (200 mcg/mL, 0,011 mg/kg) par injection intramusculaire.
- Vérifiez l’état physique des moutons lorsqu’ils sont devenus dociles, 15 minutes après l’injection.
- Placez un cathéter de 18 G avec orifice d’injection de manière aseptique dans la veine céphalique avec des lignes de perfusion jointes à un connecteur en T pour l’anesthésie et l’agent de contraste.
- Anesthésier les moutons en injectant par voie intraveineuse du propofol (20 mg/mL, 1-2,5 mg/kg) et du fentanyl (0,01 mg/kg). Vérifiez les symptômes de tranquillisation comme la relaxation de la mâchoire, la perte de déglutition et le réflexe ciliaire. Intuber le mouton avec une sonde trachéale de 6,5 mm à 8 mm et placer une sonde gastrique dans l’estomac pour l’aspiration du liquide gastrique suivie d’une injection intraveineuse de propofol (20 mg / mL, 1-2,5 mg / kg) et de fentanyl (0,01 mg / kg).
- Obtenir une anesthésie totale en injectant du propofol (10 mg/ml, 2,5-8,0 mg/kg/h) et de la kétamine (10 mg/mL, 2-5 mg/kg/h) par voie intraveineuse, en préparation de la tomodensitométrie cardiaque.
- Tomodensitométrie cardiaque
- Transférer les moutons des instituts de recherche en médecine expérimentale (FEM) dans la salle de tomodensitométrie du Centre cardiaque allemand de Berlin (DHZB) après les préparations. Scannez tous les moutons en position couchée après les avoir solidement fixés sur le lit CT avec 3 bandages sur les bras, l’abdomen et les jambes.
- Effectuer une tomodensitométrie cardiaque sur un système de tomodensitométrie multidétecteur à double source à 64 tranches avec ECG-gating en utilisant les paramètres suivants. Définissez les paramètres techniques d’acquisition standard comme suit : temps de rotation du portique 0,33 s, 100-320 mAs par rotation, tension du tube de 120 kV, matrice 256 avec une profondeur de 16 bits, déviation de la dose efficace de rayons X 15,5± 11,6 mSv, épaisseur de la tranche 0,75 mm.
- Améliorez le contraste en administrant 2 à 2,5 mL/kg d’agent de contraste iodé à raison de 5 mL/s via le connecteur en T du bras.
- Exécutez le protocole de numérisation CT 4D en séquentiel. Divisez l’ensemble du cycle cardiaque en 11 images de 0% à 100% avec 10% de l’intervalle de l’onde R à l’onde R (RR) couvrant le cycle cardiaque. Effectuer une phase diastolique terminale à environ 70% de l’intervalle RR pour l’analyse de la série 3D. Obtenez des données sagittales, coronales et axiales dans chaque image de CT 4D, ainsi que dans 70% des séries 3D.
- Utilisez une méthode de suivi des bolus pour le contraste de la synchronisation du bolus dans la région d’intérêt sur l’artère pulmonaire principale afin d’obtenir une synchronisation idéale. Ne pas administrer de bêta-bloquant chez les moutons.
- Transférer les moutons à la FEM et arrêter la perfusion de propofol et de kétamine après le balayage. Le mouton a repris conscience 10 à 20 minutes après l’extubation. Les anesthésiologistes et les vétérinaires ont supervisé l’ensemble du traitement d’anesthésie jusqu’à ce que les moutons soient complètement éveillés et capables de se déplacer librement.
2. Paramètres de l’application logicielle de reconstruction 3D open source et versements d’extension
- Cliquez sur Modifier dans le menu supérieur pour modifier les paramètres de l’application après le lancement du logiciel de reconstruction 3D.
- Cliquez sur DICOM, puis sur Régularisation de la géométrie d’acquisition, puis sélectionnez Appliquer la transformation de régularisation dans la section DICOM Scalar Volume Plugin . Sélectionnez Séquence de volume comme format d’importation multi-volume préféré dans la section Multi Volume Importer Plugin .
- Cliquez sur Vues, sélectionnez Petits axes. Dans la marque Orientation, sélectionnez Règle mince.
- Redémarrez le logiciel de découpe 3D pour enregistrer les paramètres de l’application.
- Cliquez sur Le Gestionnaire d’extensions dans la barre d’outils pour ouvrir la page des extensions.
- Trouvez les extensions requises et cliquez avec le bouton gauche de la souris pour les installer. Utilisez les extensions suivantes dans cette étude : Sequence Registration, Slicer Elastix, Sandbox, Slice Heart, Slicer IGT, Slicer VMTK, DICOM web Browser, Intensity Segmenter, Markups To Model, Easy Clip, mp Review, Slicer Prostate et VASSTAUgorithms.
- Redémarrez le logiciel de découpe 3D pour confirmer l’installation des extensions sélectionnées.
3. Chargez les données de tomodensitométrie cardiaque dans un slicer 3D à partir des fichiers DICOM
- Utilisez l’une des deux étapes décrites ci-dessous pour charger les données de tomodensitométrie cardiaque dans un slicer 3D à partir des fichiers DIOCM (Figure 1).
- Importer des données CT : Ajoutez des données CT cardiaques (le Pre-CT de mouton J a été sélectionné pour illustrer les procédures) dans la base de données de l’application en passant au module DICOM et en faisant glisser et déposer des fichiers dans la fenêtre de l’application.
- Charger les données CT: Chargez les objets de données dans la scène en double-cliquant sur les éléments (Dans le mouton J, l’ECG- Ao asc 0,75 126f 3 70% est la séquence 3D à la phase diastolique finale, et Funkion EKG- Ao asc 0,75 126f 3 0- 100% Matrix 256 est la séquence 4D sous la forme d’une séquence de volume de 11 images par cycle cardiaque).
- Cliquez avec le bouton gauche de la souris sur les icônes oculaires dans l’arborescence de données pour afficher les séquences 3D et 4D des vues axiales, sagittales et coronales des visionneuses 2D.
- Cliquez avec le bouton gauche sur l’icône de disposition Slicer dans la barre d’outils supérieure et sélectionnez Mise en page Four-Up ou Conventionnelle.
- Cliquez sur l’icône Liens dans le coin supérieur gauche pour lier les trois visionneuses, et sur l’icône Œil pour afficher les tranches dans 3D Viewer.
- Cliquez sur l’icône Enregistrer et enregistrez toutes les données chargées dans le segment 3D dans une destination sélectionnée pour créer un jeu de données pour la segmentation et l’édition de volume.
4. Créez un volume cardiaque battant 4D et un volume cardiaque droit battant
- Sélectionnez Rendu du volume dans le menu déroulant des modules, puis sélectionnez la séquence 4D dans le menu déroulant Volume .
- Sélectionnez CT-Cardiac3 dans le menu déroulant Préréglage pour afficher le cœur 4D. Ajustez le curseur sous le menu déroulant Préréglage pour afficher uniquement le cœur.
- Cliquez sur Explorateur de séquences dans le menu déroulant des modules pour sélectionner et afficher la séquence 4D. Le cœur battant est dans la scène. Faites glisser le cœur 4D dans la scène 3D pour observer le cœur de différentes directions.
- Sélectionnez les fonctions Activer et Afficher le retour sur investissement dans les options De recadrage sous la barre de décalage pour recadrer le volume 4D du cœur battant afin de mieux observer les structures du cœur.
- Créez le volume cardiaque battant 4D comme indiqué ci-dessus. Sélectionnez Éditeur de segments dans le menu déroulant des modules, puis cliquez sur l’effet Ciseaux à l’aide de l’opération Remplir à l’intérieur pour découper une seule image.
- Cliquez sur l’effet Volume du masque et appliquez-le pour lier la segmentation au cœur 4D en tant que volume masqué. Le volume d’entrée et le volume de sortie dans l’effet de volume du masque sont les séquences 4D.
- Sélectionnez l’effet Ciseaux avec l’opération Effacer à l’intérieur pour supprimer les os et autres zones inattendues. Sélectionnez l’effet Îles avec l’opération Conserver la plus grande île pour supprimer les petites zones.
- Choisissez l’effet Effacer avec la brosse à sphère à 1-3% pour enlever les tissus de l’arc aortique avec des attaches à l’artère pulmonaire principale, ainsi que le tissu entre l’aorte ascendante et la veine cave supérieure. Après chaque étape, appliquez l’effet Volume du masque pour masquer le volume 4D.
- Répétez les étapes 4.7 à 4.8 pour continuer à enlever les zones jusqu’à ce que le modèle de cœur droit soit montré dans la scène 3D.
- Cliquez sur le navigateur de séquences et passez à l’image suivante. Utilisez l’effet Ciseaux avec l’opération Effacer à l’intérieur pour couper n’importe quelle zone de la scène 3D ; le modèle de cœur droit apparaîtra automatiquement dans le cadre contemporain. Appliquez la même méthode au reste des images jusqu’à ce que toute la séquence 4D ait été segmentée.
- Cliquez sur le bouton Navigateur de séquences pour afficher le volume 4D du cœur droit.
REMARQUE: Lors du retrait de l’artère coronaire descendante antérieure gauche dans certains cadres ainsi que de la bifurcation de l’artère coronaire gauche, il enlèvera une infime partie du ventricule droit. Pour cette raison, il est fortement recommandé de garder un petit morceau de ces coronaires pour maintenir le bon volume ventriculaire dans chaque cadre.
5. Créer des modèles redressés à partir de la séquence 4D
REMARQUE: Il est fortement recommandé de construire chaque 10% du cadre du cycle cardiaque dans un seul dossier de trancheur 3D, sinon il y aura trop d’arbres de données alignés dans le module DATA, ce qui rendra inefficace la création des modèles redressés. Pour obtenir le dossier de découpe 3D unique de chaque image de 10%, il doit charger la séquence 4D plusieurs fois, choisir chaque image et les enregistrer dans un seul dossier.
- Créez des segmentations de cœur droit pour chaque image en sélectionnant le module Éditeur de segments dans la barre d’outils. Ajoutez deux segmentations pour chaque image de 10 % de la séquence 4D et nommez-les en conséquence, par exemple, segmentation de 60 % et autre.
- Sélectionnez l’outil Effet de peinture dans le module Éditeur de segment avec plage d’intensité modifiable qui dépend des images CT pour peindre le cœur droit avec la séquence supérieure de la veine cave, de l’oreillette droite, du ventricule droit et de l’artère pulmonaire.
- Cliquez sur Autre segmentation, utilisez l’outil de peinture pour peindre d’autres zones afin de tracer les limites du cœur droit en général.
- Sélectionnez l’effet Cultiver à partir de graines , sélectionnez Initialiser et Appliquer pour appliquer l’effet. Cliquez sur le bouton Afficher 3D dans le module Éditeur de segments pour afficher le modèle 3D du cadre contemporain.
- Répétez les étapes 4.7 à 4.8 pour supprimer ou améliorer le modèle 3D en fonction des images CT dans les trois directions. Retirez les branches gauche et droite de l’artère pulmonaire au niveau de la bifurcation. Le modèle 3D du cœur droit affichera ensuite la scène 3D dans chaque image.
REMARQUE: Il est fortement recommandé de peindre les limites du cœur droit avec une brosse à sphère de 1% à 2% de diamètre aux attaches entre l’artère pulmonaire et les artères coronaires, ainsi que l’artère pulmonaire et la veine cave supérieure. - Clonez les segmentations dans l’arborescence DATA en tant que sauvegarde, nommez les segmentations, par exemple, 10 % Segmentation originale et 10 % Segmentation pour le modèle redressé.
- Ajoutez une ligne médiane au modèle de cœur droit comme décrit ci-dessous.
- Sélectionnez Extraire le trait d’axe dans le menu déroulant des modules.
- Sélectionnez Segmentation dans le menu déroulant surface de la section Entrées du module d’axe d’extraction. Cela crée une segmentation, telle qu’une segmentation de 10 % pour un modèle redressé en tant que segment. Cliquez sur Create New Markups Fiducial dans le menu déroulant des points de terminaison. Cliquez sur le bouton Placer un point de balisage pour ajouter des points de terminaison sur le plan supérieur du SVC et le plan d’extrémité de l’artère pulmonaire principale.
- Sélectionnez Créer un nouveau modèle en tant que modèle de ligne centrale et Créer une courbe de balisage en tant que courbe d’axe dans l’arborescence du menu Sorties. Cliquez sur Appliquer pour afficher le modèle de cœur droit de la ligne médiane.
- Cliquez sur le module DATA , puis cliquez avec le bouton droit sur la courbe d’axe pour modifier ses propriétés. Cliquez sur l’icône Œil pour afficher les points de contrôle et, dans la section Rééchantillonner , définissez le nombre de points rééchantillonnés sur 40 pour réduire la charge de l’ordinateur.
- Créer un modèle redressé
- Sélectionnez Reformatage planaire incurvé dans le menu déroulant des modules.
- Déplacez le curseur après résolution de courbe et résolution de tranche sur 0,8 mm, définissez la taille de tranche sur 130140 mm, en fonction de la plage du ventricule droit affichée sur les images, puis sélectionnez Créer un nouveau volume en tant que volume redressé de sortie.
- Cliquez sur Appliquer pour obtenir le volume redressé.
- Sélectionnez Rendu du volume dans le menu déroulant du module pour afficher le volume redressé. Sélectionnez le volume redressé dans le menu déroulant volume et cliquez sur l’icône Œil . Sélectionnez CT-Cardiac3 comme préréglage, déplacez le curseur Maj pour afficher le volume cardiaque droit redressé dans la scène 3D.
- Mettez en colonne le volume redressé dans l’arborescence DATA au nom du volume redressé pour la segmentation, puis cliquez avec le bouton droit de la souris pour segmenter ce volume redressé.
- Sélectionnez l’effet Seuil dans le module de l’éditeur de segment pour colorer le cœur droit redressé souhaité et cliquez sur Appliquer pour appliquer l’opération. Sélectionnez l’effet Volume du masque pour masquer le volume redressé en choisissant le volume redressé pour la segmentation, volume comme volume d’entrée et volume de sortie, puis cliquez sur Appliquer pour appliquer l’opération.
- Cliquez sur Appliquer pour appliquer la même opération que celle décrite ci-dessus aux étapes 4.7 à 4.8 afin de conserver uniquement la segmentation du cœur droit redressée. Vérifiez le volume du cœur droit redressé et le modèle 3D de la segmentation du cœur droit redressé dans la scène 3D.
- Cliquez sur Appliquer pour appliquer la même opération décrite ci-dessus pour d’autres images afin d’obtenir le rendu du volume cardiaque droit redressé et les segmentations redressées et de les enregistrer dans le dossier de chaque image.
6. Exporter les chiffres et les fichiers STL
- Exportez les figures du rendu du volume redressé en cliquant sur l’effet Capturer et nommer une vue de scène dans la barre d’outils et enregistrer les scènes en vue 3D.
- Exportez les fichiers STL des segmentations 3D redressées en cliquant sur le module Segmentation .
7. Effectuez cinq mesures planes
- Effectuez une mesure plane en cinq du périmètre, de la section transversale et de la circonférence dans les modèles redressés à partir de la séquence 4D et des mesures de volume ventriculaire droit dans le modèle redressé comme décrit ci-dessous.
- Appliquer les cinq réglages planaires suivants: Plan A: à l’artère pulmonaire principale décalée de 2 cm par rapport au plan de la jonction sinotubulaire; Plan B: à la jonction sinotubulaire; Plan C: au niveau du sinus; Plan D: à la base de la notice; Plan E: à RVOT décalé de 1 cm par rapport à D.
- Ajoutez les cinq plans ci-dessus dans les modèles redressés de chaque image en maintenant la touche Maj du clavier enfoncée et en utilisant la fonction réticule de la barre d’outils sur les cinq plans. Cliquez sur le module Créer et placer dans la barre d’outils pour sélectionner l’effet Plan .
- Sélectionnez l’effet Ligne pour mesurer les périmètres, sélectionnez l’effet Courbe fermée pour obtenir les circonférences et la section transversale. Copiez les données pour générer le jeu de données.
- Effectuez des mesures de volume ventriculaire droit dans le modèle redressé comme décrit ci-dessous.
- Mettez en colonne la segmentation redressée dans chaque image obtenue à partir de la séquence 4D et étiquetez la segmentation en fonction de la trame correspondante pour la mesure du volume.
- Sélectionnez le module Statistiques de segment dans le menu déroulant du module. Sélectionnez X% Segmentation pour la mesure du volume après Segmentation et Volume scalaire dans le menu d’entrées. Sélectionnez Créer une nouvelle table en tant que table de sortie , puis cliquez sur Appliquer pour appliquer les opérations afin d’obtenir la table de volume.
- Copiez les données de volume pour créer le jeu de données de mesure de volume pour chaque image de la segmentation redressée.
8.3D des mesures de reconstruction multiplanaire (MPR) et de volume ventriculaire droit à partir de la séquence 3D (la phase la mieux reconstruite à la fin de la diastole)
REMARQUE: Dans cette étude, le mouton J Pre-CT a été choisi pour illustrer les procédures de mesure MPR.
- Chargez la séquence 3D diastolique comme illustré dans les étapes suivantes. Sélectionnez la flèche vers le bas en regard de l’effet réticule, choisissez Jump Slices- Offset, Basic+ Intersection, Fine Crosshair et The Slice Intersections pour les paramètres de réticule.
- Maj + clic gauche pour faire glisser le réticule vers le plan, par exemple, le sinus. Appuyez sur Ctrl+Alt pour ajuster le réticule à la position souhaitée dans les scènes axiales, sagittales et coronales parfaitement au centre de la position ciblée.
- Sélectionnez l’effet Ligne pour effectuer les mesures dans chaque plan, comme illustré à l’étape 7.4. Copiez les données pour créer le jeu de données de mesure MPR 3D.
- Cliquez sur le module Éditeur de segments pour créer une segmentation ventriculaire droite comme indiqué ci-dessus à l’étape 5.8.6.
- Cliquez sur le module Statistiques sectorielles pour effectuer la bonne mesure de volume ventriculaire comme indiqué ci-dessus à l’étape 7.5.2.
- Copiez les informations de volume pour créer le jeu de données de volume ventriculaire droit 3D diastolique.
9. Calcul pour la sélection de la valve cardiaque stentée
REMARQUE: Dans cette section, les mesures de la jonction sinotubulaire ont été utilisées pour illustrer la procédure.
- Calculer la moyenne des périmètres axiaux longs (d1) et axiaux courts (d2) = (d3), suivie de la moyenne de d1, d2 et d3 pour obtenir d4, comme indiqué dans les formules (1) - (2).
- Divisez le calcul de l’aire transversale (S1) par π pour obtenir d5 suivi de la racine carrée de d5 pour obtenir d6, puis la moyenne de d5 et d6, comme indiqué dans les formules (3) - (5).
- Divisez la circonférence (C1) par π pour obtenir d8, comme indiqué dans la formule (6).
- Obtenir le diamètre général global d9 en calculant la moyenne de d4, d7 et d8, comme indiqué dans la formule (7).
- Appliquez la formule (8) pour calculer le meilleur choix de taille de vanne (h).
REMARQUE: La valve cardiaque stentée est disponible en diamètres 30 mm, 26 mm et 23 mm. La taille de la valve (h) montre la correspondance en pourcentage pour les trois diamètres, à savoir une correspondance idéale comme 10-20%, grande pour l’implantation comme 30% et plus, et petite pour l’implantation inférieure à 10%. - Importez les données 3D et 4D dans un logiciel de statistiques polyvalent pour construire les diagrammes de tendance des mesures dans les cinq plans et exporter les diagrammes au format TIFF. Importez toutes les figures dans un logiciel graphique pour l’organisation.
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Representative Results
Chez le mouton J, les modèles 4D du cœur total et du cœur droit ont été générés avec succès à partir de la séquence de tomodensitométrie cardiaque 4D qui a montré la déformation tout au long du cycle cardiaque. Pour une meilleure visualisation, toute la déformation du cœur battant et du cœur droit est exposée dans toutes les directions de la Figure 3 - Figure 4 et de la Vidéo 1 - Vidéo 2.
Les modèles de cœur droit redressé ont été obtenus en suivant le volume du masque dans chaque 10% de la segmentation pour illustrer les déformations du cœur droit dans un modèle redressé chez le mouton J Pre-CT (Figure 5).
Cinq plans ont été ajoutés aux endroits souhaités pour effectuer les mesures comme indiqué à la figure 2A, ainsi que les mesures MPR dans un logiciel de reconstruction 3D et non la méthode conventionnelle de recadrage du volume 4D chez les moutons J Pre-CT illustrée à la figure 2B. Les changements de section transversale, de périmètre et de circonférence ont été obtenus à différentes phases du cycle cardiaque pour générer les diagrammes de tendance comme le montre la figure 6. Les données originales des mesures de tomodensitométrie 4D et des mesures de tomodensitométrie 3D sont présentées dans le fichier supplémentaire 1. Chez le mouton J, les mesures CT 4D du modèle redressé ont abouti au même choix de taille de vanne pour TPVR (30 mm) que les mesures MPR de la série diastolique finale, avec les avantages d’une réalité virtuelle remarquable et de résultats fiables. Il y avait des différences significatives dans la section transversale mesurée (RVOT: 3,42 cm2 en 4D contre 4,28 cm2 en 2D, BPV: 2,96 cm2 en 4D contre 3,92 cm2 en 2D) et la circonférence (RVOT: 76,1 mm en 4D contre 87,06 mm en 2D, BPV: 67,65 mm en 4D contre 75,73 mm en 2D) dans RVOT et le plan basal de la valve pulmonaire. La fraction d’éjection ventriculaire droite du mouton J de la pré-TDM était de 62,1 %.
Graphique 1. Interface utilisateur dans un logiciel de reconstruction en 3 dimensions. La barre d’outils, l’arborescence de données et d’autres menus fonctionnels du logiciel de reconstruction en 3 dimensions sont affichés pour l’utilisation du programme. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 2. Cinq plans dans le modèle redressé pour les mesures de mesure et de reconstruction multiplanaire dans la séquence en 3 dimensions (phase diastolique terminale). (A) Plan a: artère pulmonaire principale, décalé de 20 mm par rapport au plan b; plan b: jonction sinotubulaire; plan c: sinus de la valve pulmonaire; plan d: fond de la valve pulmonaire; plan e: dans le tractus d’écoulement ventriculaire droit, décalage de 10 mm par rapport au plan d. (B) Mesures MPR dans la séquence 3D de la phase diastolique terminale à cinq plans: décalage de 10 mm par rapport au bas de la valve pulmonaire, au bas de la valve pulmonaire, au sinus de la valve pulmonaire, à la jonction sinotubulaire et à l’artère pulmonaire principale (décalage de 20 mm par rapport à la jonction sinotubulaire). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 3. Déformations cardiaques en 4 dimensions tout au long du cycle cardiaque. Les déformations cardiaques totales du mouton J la tomographie pré-informatisée montrent que la forme change de 0% à 100% du cycle cardiaque. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 4. Déformation du cœur droit en 4 dimensions tout au long du cycle cardiaque. Les déformations du cœur droit du mouton J la pré-tomodensitométrie montrent que la forme change de 0% à 100% du cycle cardiaque. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 5. Déformation redressée du cœur droit du mouton J pré-tomodensitométrie tout au long du cycle cardiaque. Les déformations redressées du cœur droit du mouton J pré-tomodensitométrie montrent que la forme change de 0% à 100% du cycle cardiaque. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 6. Changements dans la circonférence, le diamètre moyen, la section transversale et le volume ventriculaire droit tout au long du cycle cardiaque. (A) Changements de circonférence au cours du cycle cardiaque aux cinq plans. (B) Variations du diamètre moyen (calculé à l’aide de la formule 1 à l’étape 9.1) au cours du cycle cardiaque aux cinq plans. (C) Changements dans la section transversale au cours du cycle cardiaque aux cinq plans. (D) Variation du volume ventriculaire droit au cours du cycle cardiaque. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Vidéo 1. Déformation cardiaque totale en 4 dimensions. Tout au long du cycle cardiaque, la reconstruction cardiaque entière en 4 dimensions peut être visualisée dans toutes les directions. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.
Vidéo 2. Déformation du cœur droit en 4 dimensions. Le cœur battant (veine cave supérieure, oreillette droite, ventricule droit et artère pulmonaire) peut être visualisé dans toutes les directions tout au long du cycle cardiaque. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.
Dossier supplémentaire 1. Le tableau présente les données originales des mesures de tomodensitométrie 4D et des mesures de tomodensitométrie 3D générées en suivant le protocole décrit, y compris les paramètres de l’artère pulmonaire, le volume ventriculaire droit et les mesures de l’aorte à partir de la tomographie pré-informatisée du mouton J. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
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Discussion
À ce jour, il s’agit de la première étude à illustrer une mesure spécifique au patient de la morphologie et des paramètres dynamiques de RVOT-PA avec un modèle cardiaque redressé généré à partir d’une séquence de tomodensitométrie 4D, qui peut être appliquée pour prédire la taille optimale de la valve pour TPVR. Cette méthodologie a été illustrée à l’aide de l’imagerie pré-CT du mouton J pour obtenir les déformations dynamiques, les volumes ventriculaires droits, la fonction ventriculaire droite et l’ampleur du changement RVOT / PA du RVOT au tronc pulmonaire dans cinq plans à chaque reconstruction de 10% du cycle cardiaque. Par rapport à l’imagerie 3D, les modèles redressés prédisaient non seulement la même taille de valve que les mesures MPR à partir des images 3D diastoliques finales, mais permettaient également un modèle plus intuitif pour extraire les informations souhaitées sur le cœur droit. Selon les résultats d’une étude précédente13, la méthode proposée permet de mieux comprendre les conditions de charge in vivo chez les patients atteints de RVOT dysfonctionnelle et/ ou de maladie valvulaire pulmonaire, ainsi que le développement de nouveaux dispositifs TPVR morphologiquement adaptés aux différentes anatomies RVOT des patients nécessitant tpVR et pouvant présenter des performances mécaniques améliorées à long terme. Cependant, la méthodologie actuelle de mesure quantitative pour une évaluation pré-interventionnelle du TPVR est basée sur des mesures MPR dans la séquence 3D, ce qui pourrait entraîner des erreurs inattendues lors des évaluations basées sur la courbe anatomique du RVOT et du PA. De plus, des informations détaillées peuvent être perdues dans les modèles 3D générés à partir de la séquence 4D en termes de mouvement global du cœur14.
Dans cette étude, un modèle de cœur battant 4D a été créé pour observer et visualiser la déformation totale du cœur tout au long du cycle cardiaque en utilisant un masque pour le volume 4D de la segmentation dans un logiciel de reconstruction 3D et non la méthode conventionnelle de recadrage du volume 4D chez le mouton J. Cette méthode peut fournir un moyen précis et efficace de construire un modèle 4D comme une reconstruction 3D à partir d’une séquence 3D pour visualiser le cœur et sélectionner la taille de la valve. En outre, la même méthode a été utilisée pour reconstruire le modèle du cœur droit en tant que modèle dynamique à partir des segmentations dans chaque 10% du cycle cardiaque segmenté à l’aide de l’effet Grow From Seeds dans un logiciel de reconstruction 3D. Le modèle 4D du cœur droit peut visualiser l’ensemble de la morphologie anatomique tout au long de l’intervalle RR, sur la base de laquelle les cardiologues peuvent développer une stratégie spécifique au patient pour le TPVR. De plus, les modèles 3D redressés du cœur droit obtenus à partir de la séquence 4D dans chaque 10% du cycle cardiaque peuvent fournir une quantification précise, morphologique et fonctionnelle du cœur droit, en particulier dans les cinq plans appliqués pour la sélection de la valve cardiaque stentée. Avant de créer les modèles redressés, une segmentation 3D manuelle et exacte du cœur droit à partir de chaque cycle cardiaque de 10% est nécessaire. Lors de la segmentation du cœur droit, une fois que le volume d’une image a été masqué, la segmentation 3D dans la trame actuelle émergera automatiquement en utilisant la fonction Ciseaux pour les structures indésirables. Afin de conserver tout le volume de RVOT, un minuscule morceau de l’artère coronaire gauche doit être conservé dans les segmentations. Pour créer un modèle redressé, il est essentiel d’ajouter une ligne médiane dans le modèle de cœur droit d’origine pour assurer la qualité du modèle redressé et réduire la charge de calcul. Le modèle du cœur droit redressé reflétait avec précision toutes les corrélations de l’anatomie cardiaque, y compris les périmètres, les circonférences et les zones transversales, permettant une extraction ultérieure des informations morphologiques et des mesures directes de manière holistique. Dans cette étude, les mesures du modèle redressé 4D ont abouti au même choix de taille de vanne (30 mm de diamètre) que les mesures 3D en MPR, mais avec les avantages d’une réalité virtuelle remarquable et de résultats fiables chez les moutons J. Il permet également la collecte de données sur les volumes ventriculaires droits pendant tout le cycle cardiaque, qui peuvent ensuite être appliquées pour calculer la fraction d’éjection ventriculaire droite.
Des études cliniques antérieures ont montré des différences significatives dans les zones de section transversale mesurées de RVOTPA entre les plans de section statique et dynamique secondaires à de grands déplacements et rotations 3D15. Chez les moutons J Pre-CT, les différences significatives dans les sections transversales et les circonférences mesurées dans le plan RVOT et le plan basal de la valve pulmonaire ont également été observées dans le RVOT: 3,42 cm2 en 4D contre 4,28 cm2 en 3D, BPV: 2,96 cm2 en 4D contre 3,92 cm2 en 3D et circonférences RVOT: 76,1 mm en 4D contre 87,06 mm en 3D, BPV : 67,65 mm en 4D contre 75,73 mm en 3D. Pour obtenir des données pour les mesures, les cinq plans dynamiques ont été appliqués au lieu de plans fixes; ici, le plan sinotubulaire et le plan basal de la valve pulmonaire ont été choisis comme lignes de référence. Ces cinq plans comprenaient tout l’espace qui peut être utilisé pour déployer la valve cardiaque stentée. Le plan RVOT a présenté la plus grande déformation tout au long du cycle cardiaque dans les cinq plans, soulignant la nécessité d’un dispositif TPVR polyvalent qui permet l’adaptabilité à diverses anatomies et conserve la géométrie conçue de la valve cardiaque stentée pour une durabilité à long terme sans fracture ni migration. Le stent au nitinol à mémoire de forme est un candidat prometteur pour le montage d’une valve à trois feuillets pour le futur TPVR. Pour l’application clinique, en particulier pour les patients qui ont eu une réparation de patch transannulaire ou TPVR, il faudrait plus d’efforts pour reconstruire l’anatomie car il y a des artefacts de l’adhésion entre le péricarde et le myocarde, le stent et l’anatomie déformée. Il a besoin de données de tomodensitométrie à plus haute résolution, d’un logiciel de reconstruction bien développé et d’une expérience abondante de l’analyse de la tomodensitométrie pour traduire cette méthode à des fins cliniques. Mais cette méthode peut être utilisée pour des essais sur de grands animaux ainsi que pour l’évaluation périopératoire chez les patients atteints de tétralogie de Fallot, une sténose pulmonaire isolée qui n’ont subi aucune chirurgie à cœur ouvert ou thérapie interventionnelle.
La méthode décrite pour le modèle redressé 4D peut permettre une identification et un calcul précis et visuels de tous les segments du cœur, du RVOT à l’AP, ce qui peut aider non seulement les cardiologues à obtenir une évaluation pré-interventionnelle précise, mais aussi les ingénieurs cardiaques à innover de nouveaux dispositifs TPVR pour des applications futures.
La principale limite de la méthodologie pour la mesure du modèle redressé 4D dans cette étude est que les données ont été obtenues à partir d’un seul mouton pré-CT sans une grande population d’échantillons. De plus, l’imagerie CT post-implantation n’a pas été réalisée pour suivre la taille de la valve et les changements structurels dans le cœur droit. Enfin, pour les patients qui ont eu une réparation de patch transannulaire ou TPVR, il est plus difficile de reconstruire l’anatomie car il existe des artefacts de l’adhérence entre le péricarde et le myocarde, l’endoprothèse et l’anatomie déformée.
Conclusion
Contrairement à la tomodensitométrie 3D, le modèle de reconstruction 4D redressé a non seulement permis une prédiction précise de la sélection de la taille des vannes pour tpvr, mais a également fourni une réalité virtuelle idéale chez les moutons J, et sera donc une méthode prometteuse pour tpVR et l’innovation des dispositifs TPVR.
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Disclosures
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Acknowledgments
Xiaolin Sun et Yimeng Hao ont contribué à parts égales à ce manuscrit et partagent la première paternité. Une sincère reconnaissance est adressée à tous ceux qui ont contribué à ce travail, membres passés et présents. Ce travail a été soutenu par des subventions du ministère fédéral allemand de l’Économie et de l’Énergie, EXIST - Transfert de recherche (03EFIBE103). Xiaolin Sun et Yimeng Hao sont soutenus par le China Scholarship Council (Xiaolin Sun-CSC: 201908080063, Yimeng Hao-CSC: 202008450028).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Adobe Illustrator | Adobe | Adobe Illustrator 2021 | Graphics software |
| Butorphanol | Richter Pharma AG | Vnr531943 | 0.4mg/kg |
| Fentanyl | Janssen-Cilag Pharma GmbH | DE/H/1047/001-002 | 0.01mg/kg |
| Glycopyrroniumbromid | Accord Healthcare B.V | PZN11649123 | 0.011mg/kg |
| GraphPad Prism | GraphPad Software Inc. | Version 9.0 | Versatile statistics software |
| Imeron 400 MCT | Bracco Imaging | PZN00229978 | 2.0–2.5 ml/kg |
| Ketamine | Actavis Group PTC EHF | ART.-Nr. 799-762 | 2–5 mg/kg/h |
| Midazolam | Hameln pharma plus GMBH | MIDAZ50100 | 0.4mg/kg |
| Multislice Somatom Definition Flash | Siemens AG | A91CT-01892-03C2-7600 | Cardiac CT Scanner |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164495 | 20mg/ml, 1–2.5 mg/kg |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164443 | 10mg/ml, 2.5–8.0 mg/kg/h |
| Safety IV Catheter with Injection port | B. Braun Melsungen AG | LOT: 20D03G8346 | 18 G Catheter with Injection port |
| 3D Slicer | Slicer | Slicer 4.13.0-2021-08-13 | Software: 3D Slicer image computing platform |
References
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