Summary
Her leverer vi en trinvis anskaffelses- og analyseprotokol til 3D-volumetrisk vurdering af højre ventrikel, hovedsageligt med fokus på de praktiske aspekter, der maksimerer gennemførligheden af denne teknik.
Abstract
Traditionelt blev det antaget, at højre side af hjertet har en mindre rolle i omløb; Imidlertid tyder flere og flere data på, at højre ventrikulær (RV) funktion har stærk diagnostisk og prognostisk kraft i forskellige hjerte-kar-sygdomme. På grund af sin komplekse morfologi og funktion er vurderingen af RV ved konventionel todimensionel ekkokardiografi begrænset: den daglige kliniske praksis er normalt afhængig af enkle lineære dimensioner og funktionelle foranstaltninger. Tredimensionel (3D) ekkokardiografi overvandt disse begrænsninger ved at tilvejebringe volumetrisk kvantificering af RV fri for geometriske antagelser. Her tilbyder vi en trinvis vejledning til at indhente og analysere 3D-ekkokardiografiske data fra RV ved hjælp af den førende kommercielt tilgængelige software. Vi kvantificerer 3D RV-volumener og udstødningsfraktion. Flere tekniske aspekter kan også bidrage til at forbedre kvaliteten af RV-erhvervelse og analyse, som vi præsenterer på en praktisk måde. Vi gennemgår de nuværende muligheder og de begrænsende faktorer i denne metode og fremhæver også de potentielle anvendelser af 3D RV-vurdering i den nuværende kliniske praksis.
Introduction
Ekkokardiografi kom langt fra sine første kliniske anvendelser i 1950'erne1. De første endimensionelle ultralydssonder blev designet til at give enkle lineære diametre på kammervæggene og lumen; de repræsenterer dog utvivlsomt en milepæl inden for kardiovaskulær billeddannelse. Udviklingen af todimensionel (2D) ultralydsbilleddannelse var et andet vigtigt skridt ved at give meget mere præcis kvantificering af morfologi og funktion og anses stadig for at være standardmetoden i daglig klinisk praksis. Ikke desto mindre bærer 2D-ekkokardiografibaseret vurdering stadig en stor begrænsning af teknikken: billeddannelse af et givet kammer fra nogle få tomografiske planer karakteriserer ikke tilstrækkeligt morfologien og funktionen af en tredimensionel (3D) struktur. Dette problem er endnu mere udtalt i tilfælde af højre ventrikel (RV): sammenlignet med den relativt enkle kugleformede venstre ventrikel (LV) har RV en kompleks geometri2 , der ikke kan kvantificeres tilstrækkeligt ved hjælp af lineære diametre eller områder3. På trods af disse almindeligt kendte fakta måles RV-morfologi og funktion normalt ved hjælp af sådanne enkle parametre i den kliniske praksis.
I mange årtier blev RV anset for at have en meget mindre vigtig rolle i omløb sammenlignet med dens venstre modstykke. Flere skelsættende papirer besejrede dette synspunkt, der viser den stærke prognostiske rolle, som RV-geometri og funktion spiller i en lang række sygdomme 4,5,6,7. Talrige undersøgelser viste den inkrementelle værdi af RV-måling selv ved hjælp af relativt enkle konventionelle parametre, hvilket fremhæver vigtigheden og behovet for mere præcis kvantificering af kammeret med potentielt meningsfuld klinisk værdi.
3D-ekkokardiografi overvinder flere begrænsninger i 2D-vurderingen af hjertekamrene. Mens måling af volumener og også funktionelle parametre uden geometriske antagelser også kan være af stor interesse for LV, kan det få særlig betydning i vurderingen af RV8. 3D-afledte RV-volumener og udstødningsfraktion (EF) har vist sig at have signifikant prognostisk værdi i forskellige kardiovaskulære tilstande 9,10.
I dag leverer flere leverandører halvautomatiske løsninger til 3D RV-vurdering med validerede resultater mod guldstandard hjertemagnetisk resonans (MR) målinger11,12. De tekniske krav til 3D-vurdering er væsentlige dele af en state-of-the-art kardiovaskulær billeddannelsesafdeling i dag, og det forventes, at det snart vil være en del af det generelle udstyr i hvert ekkokardiografilaboratorium. Med den rette ekspertise inden for 3D-anskaffelse og efterbehandling kan 3D RV-analyse let implementeres i standardundersøgelsesprotokollen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollen følger retningslinjerne fra institutionens humane videnskabsetiske komité, og patienterne i de kliniske tilfælde gav deres skriftlige informerede samtykke til undersøgelsen.
1. Tekniske krav
- Til 3D-anskaffelse og analyse skal du bruge passende software og hardware. Brug EKG-kabler fra ekkokardiografienheden; Desuden er det obligatorisk for den komplette 3D-erhvervelsesprotokol, der er beskrevet nedenfor.
- Til 3D-erhvervelse skal du bruge en 3D-ekkokardiografisk sonde og 3D-kompatibel ultralydsmaskine. Til 3D RV volumetrisk analyse skal du bruge dedikeret software.
2. Erhvervelse
- I langt de fleste tilfælde skal du udføre 3D-erhvervelse af RV ved hjælp af apikale visninger. I modsætning til de LV-fokuserede synspunkter anbefales en anden patientpositionering. Hvis der kan opnås væsentligt bedre billedkvalitet ved at skifte til et interkostalt rum over den korrekte apikale visning, kan denne forkortede visning muliggøre bedre 3D-billedkvalitet. Forkortet kan korrigeres under 3D-analyse.
- Sammenlignet med den standard apikale ekkokardiografiske erhvervelse, hvor den venstre laterale decubitusposition (patient liggende på venstre side med venstre arm strakt over hovedet) anbefales, skal patienten læne sig lidt mere tilbage for at muliggøre en mere lateral position af transduceren.
- Vælg en billeddybde, der kun inkluderer RV. Unødvendigt stor dybde kan sænke anskaffelsesbilledhastigheden med manglen på gavnlige effekter med hensyn til RV-volumetrisk analyse.
- Bekræft den korrekte RV-fokuserede visning fra 2D-ekkokardiografibilleder. Hvis autocamperens frie væg er dårligt visualiseret, selv fra denne visning, vil den forventede 3D-billedkvalitet ikke være optimal til yderligere analyse.
- Skift til live 3D-billeddannelse ved hjælp af 4D-knappen , hvor yderligere korrektion af RV-visningen kan udføres.
- Mens 3D live-tilstanden kan være ganske behagelig æstetisk, skal du bruge 12 Slice-tilstanden til 3D-visningen, som viser et triplanbillede af det interessante område samt 9 tværsnitsplaner, der frit kan ændres. Ved rotation og korrekt placering af de afskårne planer bekræftes synligheden af hele RV-fri væg (inklusive udstrømningskanalen og apikale segmenter).
- Juster billedet yderligere ved hjælp af sektorens venstre hældning (anden side på berøringsskærmen) for at forbedre RV-visualiseringen.
- Brug to 3D-anskaffelsestilstande til RV-volumetrisk analyse: multi-beat og single beat-tilstand . Brug begge disse tilgange hos hver patient, men i nogle tilfælde (f.eks. Visse arytmier, svær dyspnø hos patienten) kan kun sidstnævnte være mulig.
- Brug single beat-tilstand til at opnå en afvejning mellem billedkvalitet og billedhastighed. Vælg en optimal billeddybde, bredde og billedhastighed (nederste panel på berøringsskærmen), og få 3D-sløjfer på autocamperen uden yderligere handling. Denne metode er mulig hos de fleste patienter; det giver dog generelt lavere billedkvalitet og billedhastighed sammenlignet med multi-beat-tilgangen .
- I tilfælde af en gennemsnitlig (60-70 / min) puls skal du holde en lavere billedhastighedsgrænse på 16 billeder / s for tilstrækkelig RV-analyse; Men hvis takykardi er til stede, anbefales endnu højere billedhastigheder.
- Brug multi beat-tilstanden til at rekonstruere den erhvervede 3D-loop fra et givet antal hjertecyklusser, der kan vælges på berøringsskærmen (2,3,4 og 6 beat-tilstande kan bruges). I modsætning til single beat-erhvervelsen forventes generelt bedre billedkvalitet og billedhastighed; Det kræver dog relativt konstante hjertecykluslængder og også patientoverholdelse på grund af den obligatoriske åndedrætsmanøvre. Manøvren er afgørende for at undgå de såkaldte syningsgenstande: Når det erhvervede 3D-volumen er syet sammen, kan ulige hjertecykluslængder og / eller bevægelse på grund af vejrtrækning resultere i dette fænomen.
- Efter korrekt placering af sonden og indstilling af maskinen (på samme måde som "single beat" -tilstand) skal du bede patienten om at trække vejret dybt og holde den. I dette tilfælde dækker de ekspanderende lunger normalt hele billedet.
- Bed patienten om at udånde langsomt, strengt med vejledning. Parallelt med deflation af lungerne bliver RV synlig igen.
- Når hele RV (fri væg og septum) dukker op igen, skal du bede patienten om at holde vejret i denne tilstand.
- Ved at klikke for at multi beat på skærmen, start erhvervelsen, og 3D-loopet opbygges under den givne mængde hjertecyklusser.
- Når overtagelsen er klar (hele RV er visualiseret), skal du bede patienten om at trække vejret frit igen.
- Kontroller den opnåede løkke for at sikre, om der ikke er syninger eller frafaldsartefakter.
3. 4D RV-analyse
- Brug dedikeret software til at udføre 3D volumetrisk analyse af RV. Når du har valgt den RV-fokuserede 3D-sløjfe fra patientbiblioteket, skal du åbne softwaren fra vinduet Måling , der findes i mappen Volume .
- Når du har åbnet softwaren, skal du orientere autocamperen på fire foruddefinerede udskårne fly.
- Sæt to markører (TV Center) til midten af tricuspidventilen i de øverste og nederste venstre langakseplaner. Juster billedets længdeakse til RV'ens faktiske lange akse ved hjælp af rotationsværktøjet. Referencebilleder i øverste højre kant viser, hvordan den korrekte retning skal vises.
- På øverste og nederste højre panel skal du justere kortaksebillederne til den korrekte position ved rotation. På samme måde som det foregående trin hjælper referencebilleder også i denne proces.
- Når du er færdig, skal du klikke på Angiv landemærker til næste trin i analysen. Indstil landemærker i to billeder.
- På venstre side skal du markere tricuspid annulus ved den frie væg (tv-fri væg) og septum (tv-septum) og RV-toppen på den tidligere orienterede apikale firekammervisning.
- På højre side skal du indstille RV posterior (LV / RV posterior) og forreste indsættelsespunkter (LV / RV anterior) og RV fri væg (RV fri væg). På samme måde som det forrige vindue hjælper referencebilleder i øverste højre hjørne med den korrekte opsætning. Når du har indstillet alle landemærker, springer softwaren automatisk til det næste vindue (Anmeldelse).
- I dette vindue (Review) skal du gennemgå og manuelt korrigere den automatiske endokardiale grænsedetektion gennem hele hjertecyklussen, hvis det er nødvendigt. Som standard kan 9 paneler ses: på venstre side 3 bevægelige sløjfer (1 langakse og 2 kortakse), i midten de endediastoliske rammer af de samme billeder og på højre side de endesystoliske.
- I tilfælde af falsk sporing skal du frit rette de endokardiale grænser (grønne linjer), den sporede kant ved at klikke på dem. Brug rotationsværktøjet på den korte akse til at gennemgå billeder, der sporer langs hele omkredsen af RV. Juster størrelsen af korrektionen ved at vælge Pennestørrelse på højre sidepanel. Hvis sporingen anses for at være korrekt, skal du klikke på Resultater i samme panel.
- I det sidste afsnit skal du gennemgå de endelige 3D-volumetriske data og andre beregnede parametre øverst til højre (regnearkspanel ). Ud over RV-volumener og udstødningsfraktion viser softwaren også 2D-parametre, såsom lineære (mellem-, basale og langakse) diametre samt FAC- og TAPSE-værdier afledt af den foruddefinerede apikale firekammervisning. Softwaren viser også en lang og kort akse af RV (venstre side), en 3D live model af RV (øverste midte) og en volumen-tidskurve for kammeret (nederst til højre).
- I tilfælde af behov for yderligere justeringer i sporingen er alle tidligere trin tilgængelige til korrektion ved at klikke på dem på højre panel. Hvis sporingen og 3D-parametrene anses for at være gyldige, skal du gemme resultaterne ved at klikke på "Godtag og afslut" på samme panel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
3D-analyse af RV er mulig i en lang række hjerte-kar-sygdomme. Case 1 er en sund frivillig med normale ventrikulære volumener og funktion (figur 1). Case 2 er en post-mitral ventil reparation patient, der er et typisk eksempel på de modstridende resultater af konventionel 2D-vurdering: mens TAPSE er markant reduceret, viser patienten ingen tegn på RV dysfunktion og en opretholdt RV global systolisk funktion blev bekræftet af normal 3D RV EF (figur 2). Begge patienter havde fremragende ekkokardiografivindue med deraf følgende stor sporingskvalitet. Case 3 er en semi-professionel atlet med dilateret kardiomyopati (figur 3). Kun moderat billedkvalitet var opnåelig (udstrømningskanalen er dårligt visualiseret); 3D RV-analyse var imidlertid vellykket og viste god overensstemmelse med hjerte-MR-resultater.
Figur 1: 3D RV-analyse af en sund frivillig. På venstre paneler kan man se et langaksebillede (øverste panel) og et kort aksebillede (nederste panel) af RV. Den grønne linje repræsenterer den endokardiale grænse. Det centrale øverste billede er en 3D-model af RV baseret på den aktuelle analyse. Ud over RV-volumener og udstødningsfraktion viser softwaren 2D-parametre, såsom lineære (mellem-, basale og langakse) diametre samt FAC- og TAPSE-værdier afledt af den foruddefinerede apikale firekammervisning (højre øverste panel), og der genereres også en volumentidskurve (højre nederste panel). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: 3D RV-analyse af en patient til reparation af postmitralventilen. Mens 3D RV-volumener og EF er i det normale område, er TAPSE markant lavere. Reduceret langsgående forkortelse af RV er et almindeligt fænomen efter hjertekirurgi, men størstedelen af disse patienter viser ikke tegn på RV-svigt. 3D EF-vurdering bekræfter opretholdt global systolisk funktion på trods af markant reducerede TAPSE-værdier. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Tilfælde af en atlet med udvidet kardiomyopati. 3D RV-volumener øges, mens 3D RV EF reduceres mildt. Bemærk den suboptimale billedkvalitet med en dårligt visualiseret RV-udstrømningskanal. På trods af det dårlige ekkokardiografiske vindue viser RV-analyse god overensstemmelse med hjerte-MR-afledte målinger i betragtning af den kendte systematiske volumenundervurdering af 3D-ekkokardiografisk RV-analyse sammenlignet med guldstandarden hjerte-MR (RVEDV: 168 ml; RVESV: 99 ml; RVEF: 41%. Klik her for at se en større version af denne figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
3D-analyse af RV repræsenterer et vigtigt skridt i hverdagens kardiologiske praksis. Parallelt med den voksende interesse for morfologien og funktionen af det tidligere forsømte hjertekammer giver disse nye løsninger klinisk meningsfuld information om højre side af hjertet. Mens 3D-erhvervelse har flere aspekter, der markant adskiller sig fra 2D-ekkokardiografisk billeddannelse, kan 3D RV-analyse ved at holde særlig opmærksomhed på de kritiske punkter og ved hjælp af en grundig protokol udvikle sig fra et videnskabeligt værktøj til et vigtigt trin i ekkokardiografisk undersøgelse. Med optimal billedkvalitet og korrekt ekspertise kan RV-volumetrisk analyse ved hjælp af ekkokardiografi kun tage et par minutter fra erhvervelse til resultater med høj gennemførlighed13. De betydeligt lavere omkostninger og kortere proceduretid gør det til et tiltalende alternativ til guldstandard hjerte-MR-undersøgelse i flere tilfælde.
Ikke desto mindre er 3D-analyse muligvis ikke mulig i alle scenarier. Den vigtigste begrænsningsfaktor er ekkokardiografisk billedkvalitet: hos patienter med et dårligt 2D-ekkokardiografisk vindue er acceptabel 3D-billedkvalitet sjældent opnåelig. Alligevel er det vigtigt at nævne, at forskellige manøvrer (lateral positionering af sonden, forkortning, korrekte forudindstillinger) kan forbedre 3D-billedkvaliteten. Suboptimal visualisering af RV-udstrømningskanalen er ikke ualmindeligt, men det tolereres normalt godt af RV-analyseløsningerne, der giver pålidelige resultater. Brug af 3D-sløjfer med syninger frarådes frafaldsartefakter kraftigt, derfor anbefales optagelse af flere sløjfer og kontrol efter erhvervelse stærkt.
3D-undersøgelse af RV åbner mulighed for 3D RV-deformationsanalyse og regional vurdering af kammeret samt14. Det er velkendt, at vedligeholdt EF ikke udelukker væsentlige ændringer i RV-mekanik4. Evaluering af RV-deformation afslører tydelige ændringer i RV-kontraktionsmønster i en lang række populationer, såsom post-hjertekirurgiske patienter 15,16,17, medfødt hjertesygdom 18, pulmonal arteriel hypertension 19,20,21 og eliteatleter 22 . Desuden kan måling af segmentmorfologi og funktion være af stor interesse for sygdomme, hvor regional ombygning af RV forventes, såsom arytmogen kardiomyopati23 eller medfødte hjertesygdommepatienter 24. Afslutningsvis kan efterbehandling af 3D RV-data give nye parametre i kammeret med inkrementel diagnostisk og prognostisk værdi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Projekt nr. NVKP_16-1–2016-0017 ("National Heart Program") er blevet gennemført med støtte fra Ungarns nationale forsknings-, udviklings- og innovationsfond, finansieret under den NVKP_16 finansieringsordning. Forskningen blev finansieret af tematisk ekspertiseprogram (2020-4.1.1.-TKP2020) fra ministeriet for innovation og teknologi i Ungarn inden for rammerne af de terapeutiske udviklings- og bioimaging-tematiske programmer fra Semmelweis Universitet.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3V-D/4V-D/4Vc-D | General Electric | n.a. | ultrasound probe |
| 4D Auto RVQ | General Electric | n.a. | software for analysis |
| E9/E95 | General Electric | n.a. | ultrasound machine |
| EchoPac v203 | General Electric | n.a. | software for analysis |
References
- Edler, I., Lindstrom, K.
- Ho, S. Y., Nihoyannopoulos, P. Anatomy, echocardiography, and normal right ventricular dimensions. Heart. 92 (Suppl 1), i2-i13 (2006).
- Genovese, D., et al. Comparison Between Four-Chamber and Right Ventricular-Focused Views for the Quantitative Evaluation of Right Ventricular Size and Function. Journal of the American Society of Echocardiography. 32 (4), 484-494 (2019).
- Kovacs, A., Lakatos, B., Tokodi, M., Merkely, B. Right ventricular mechanical pattern in health and disease: beyond longitudinal shortening. Heart Failure Reviews. 24 (4), 511-520 (2019).
- Antoni, M. L., et al. Prognostic value of right ventricular function in patients after acute myocardial infarction treated with primary percutaneous coronary intervention. Circulation: Cardiovascular Imaging. 3 (3), 264-271 (2010).
- Amsallem, M., et al. Right Heart End-Systolic Remodeling Index Strongly Predicts Outcomes in Pulmonary Arterial Hypertension: Comparison With Validated Models. Circulation: Cardiovascular Imaging. 10 (6), (2017).
- Merlo, M., et al. The Prognostic Impact of the Evolution of RV Function in Idiopathic DCM. JACC: Cardiovascular Imaging. 9 (9), 1034-1042 (2016).
- Addetia, K., Muraru, D., Badano, L. P., Lang, R. M. New Directions in Right Ventricular Assessment Using 3-Dimensional Echocardiography. JAMA Cardiology. , (2019).
- Nagata, Y., et al. Prognostic Value of Right Ventricular Ejection Fraction Assessed by Transthoracic 3D Echocardiography. Circulation: Cardiovascular Imaging. 10 (2), (2017).
- Surkova, E., et al. Relative Prognostic Importance of Left and Right Ventricular Ejection Fraction in Patients With Cardiac Diseases. Journal of the American Society of Echocardiography. 32 (11), 1407-1415 (2019).
- Maffessanti, F., et al. Age-, body size-, and sex-specific reference values for right ventricular volumes and ejection fraction by three-dimensional echocardiography: a multicenter echocardiographic study in 507 healthy volunteers. Circulation: Cardiovascular Imaging. 6 (5), 700-710 (2013).
- GE 4D RVQ White Paper. , https://www.imv-imaging.com/media/5879/4d_auto_rvq_whitepaper_v8.pdf (2017).
- Medvedofsky, D., et al. Novel Approach to Three-Dimensional Echocardiographic Quantification of Right Ventricular Volumes and Function from Focused Views. Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (10), 1222-1231 (2015).
- Lakatos, B., et al. Quantification of the relative contribution of the different right ventricular wall motion components to right ventricular ejection fraction: the ReVISION method. Cardiovascular Ultrasound. 15 (1), 8 (2017).
- Lakatos, B. K., et al. Dominance of free wall radial motion in global right ventricular function of heart transplant recipients. Clinical Transplantation. 32 (3), e13192 (2018).
- Raina, A., Vaidya, A., Gertz, Z. M., Susan, C., Forfia, P. R. Marked changes in right ventricular contractile pattern after cardiothoracic surgery: implications for post-surgical assessment of right ventricular function. Journal of Heart and Lung Transplantation. 32 (8), 777-783 (2013).
- Nowak-Machen, M., et al. Regional Right Ventricular Volume and Function Analysis Using Intraoperative 3-Dimensional Echocardiography-Derived Mesh Models. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 33 (6), 1527-1532 (2019).
- Pettersen, E., et al. Contraction pattern of the systemic right ventricle shift from longitudinal to circumferential shortening and absent global ventricular torsion. Journal of the American College of Cardiology. 49 (25), 2450-2456 (2007).
- Moceri, P., et al. Three-dimensional right-ventricular regional deformation and survival in pulmonary hypertension. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. , (2017).
- Addetia, K., et al. Three-dimensional echocardiography-based analysis of right ventricular shape in pulmonary arterial hypertension. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 17 (5), 564-575 (2016).
- Addetia, K., et al. Morphologic Analysis of the Normal Right Ventricle Using Three-Dimensional Echocardiography-Derived Curvature Indices. Journal of the American Society of Echocardiography. 31 (5), 614-623 (2018).
- Lakatos, B. K., et al. Exercise-induced shift in right ventricular contraction pattern: novel marker of athlete's heart? American Journal of Physiology - Heart and Circulatory. , (2018).
- Corrado, D., et al. Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy: evaluation of the current diagnostic criteria and differential diagnosis. European Heart Journal. , (2019).
- Luo, S., et al. Right ventricular outflow tract systolic function correlates with exercise capacity in patients with severe right ventricle dilatation after repair of tetralogy of Fallot. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 24 (5), 755-761 (2017).
