Summary
Qui, forniamo un protocollo di acquisizione e analisi passo-passo per la valutazione volumetrica 3D del ventricolo destro, concentrandoci principalmente sugli aspetti pratici che massimizzano la fattibilità di questa tecnica.
Abstract
Tradizionalmente, si credeva che il lato destro del cuore avesse un ruolo minore nella circolazione; tuttavia, sempre più dati suggeriscono che la funzione ventricolare destra (RV) ha un forte potere diagnostico e prognostico in vari disturbi cardiovascolari. A causa della sua complessa morfologia e funzione, la valutazione del RV mediante ecocardiografia bidimensionale convenzionale è limitata: la pratica clinica quotidiana di solito si basa su semplici dimensioni lineari e misure funzionali. L'ecocardiografia tridimensionale (3D) ha superato questi limiti fornendo una quantificazione volumetrica del camper priva di ipotesi geometriche. Qui, offriamo una guida passo-passo per ottenere e analizzare i dati ecocardiografici 3D del camper utilizzando il principale software disponibile in commercio. Quantificheremo i volumi 3D RV e la frazione di espulsione. Diversi aspetti tecnici possono aiutare a migliorare anche la qualità dell'acquisizione e dell'analisi dei camper, che presentiamo in modo pratico. Esaminiamo le attuali opportunità e i fattori limitanti di questo metodo e evidenziamo anche le potenziali applicazioni della valutazione 3D RV nell'attuale pratica clinica.
Introduction
L'ecocardiografia ha fatto molta strada dalle sue prime applicazioni cliniche nel 19501. Le prime sonde ad ultrasuoni unidimensionali sono state progettate per fornire semplici diametri lineari delle pareti della camera e lumen; Tuttavia, rappresentano senza dubbio una pietra miliare nell'imaging cardiovascolare. Lo sviluppo dell'ecografia bidimensionale (2D) è stato un altro passo importante fornendo una quantificazione molto più precisa della morfologia e della funzione ed è ancora considerato il metodo standard nella pratica clinica quotidiana. Tuttavia, la valutazione basata sull'ecocardiografia 2D comporta ancora un importante limite della tecnica: l'imaging di una data camera da pochi piani tomografici non caratterizza adeguatamente la morfologia e la funzione di una struttura tridimensionale (3D). Questo problema è ancora più pronunciato nel caso del ventricolo destro (RV): rispetto al relativamente semplice ventricolo sinistro a forma di proiettile (LV), il RV ha una geometria complessa2 che non può essere adeguatamente quantificata utilizzando diametri lineari o aree3. Nonostante questi fatti ampiamente noti, la morfologia e la funzione del camper sono solitamente misurate da parametri così semplici nella pratica clinica.
Per molti decenni, il camper è stato considerato avere un ruolo molto meno importante in circolazione rispetto alla sua controparte sinistra. Diversi articoli di riferimento hanno confutato questo punto di vista mostrando il forte ruolo prognostico della geometria e della funzione RV in un'ampia varietà di malattie 4,5,6,7. Numerosi studi hanno dimostrato il valore incrementale della misurazione RV anche utilizzando parametri convenzionali relativamente semplici, il che evidenzia l'importanza e la necessità di una quantificazione più precisa della camera con un valore clinico potenzialmente significativo.
L'ecocardiografia 3D supera diversi limiti della valutazione 2D delle camere cardiache. Mentre la misurazione dei volumi e anche dei parametri funzionali privi di ipotesi geometriche può essere di grande interesse anche nel caso del BT, può acquisire particolare importanza nella valutazione del RV8. I volumi RV derivati dal 3D e la frazione di eiezione (EF) hanno dimostrato di avere un valore prognostico significativo in varie condizioni cardiovascolari 9,10.
Al giorno d'oggi, diversi fornitori forniscono soluzioni semi-automatizzate per la valutazione 3D RV con risultati convalidati rispetto alle misurazioni di risonanza magnetica cardiaca (MR) gold standard11,12. I requisiti tecnici della valutazione 3D sono parti essenziali di un reparto di imaging cardiovascolare all'avanguardia al giorno d'oggi, e si prevede che presto farà parte delle attrezzature generali in ogni laboratorio di ecocardiografia. Con un'adeguata esperienza nell'acquisizione e nella post-elaborazione 3D, l'analisi RV 3D può essere facilmente implementata nel protocollo di esame standard.
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Protocol
Il protocollo segue le linee guida del comitato etico per la ricerca umana dell'istituzione e i pazienti dei casi clinici hanno dato il loro consenso informato scritto allo studio.
1. Requisiti tecnici
- Per l'acquisizione e l'analisi 3D, utilizzare software e hardware appropriati. Utilizzare cavi ECG del dispositivo di ecocardiografia; inoltre, è obbligatorio per il protocollo completo di acquisizione 3D descritto di seguito.
- Per l'acquisizione 3D, utilizzare una sonda ecocardiografica 3D e una macchina a ultrasuoni compatibile con 3D. Per l'analisi volumetrica 3D RV, utilizzare un software dedicato.
2. Acquisizione
- Nella stragrande maggioranza dei casi, eseguire l'acquisizione 3D del camper utilizzando viste apicali. A differenza delle opinioni focalizzate sul LV, si raccomanda un diverso posizionamento del paziente. Se è possibile ottenere una qualità dell'immagine sostanzialmente migliore passando a uno spazio intercostale rispetto alla vista apicale corretta, questa vista abbreviata può consentire una migliore qualità dell'immagine 3D. Lo scorcio può essere corretto durante l'analisi 3D.
- Rispetto all'acquisizione ecocardiografica apicale standard, in cui si raccomanda la posizione del decubito laterale sinistro (paziente sdraiato sul lato sinistro con il braccio sinistro teso sopra la testa), far inclinare leggermente di più il paziente all'indietro per consentire una posizione più laterale del trasduttore.
- Scegli una profondità dell'immagine che includa solo il camper. Una profondità inutilmente elevata può ridurre la frequenza dei fotogrammi di acquisizione con la mancanza di effetti benefici per quanto riguarda l'analisi volumetrica RV.
- Confermare la corretta visualizzazione focalizzata sul camper dalle immagini ecocardiografiche 2D. Se la parete libera del camper è scarsamente visualizzata anche da questa vista, la qualità dell'immagine 3D prevista non sarà ottimale per ulteriori analisi.
- Passa all'imaging 3D live utilizzando il pulsante 4D , dove è possibile eseguire un'ulteriore correzione della vista RV.
- Mentre la modalità live 3D può essere abbastanza piacevole esteticamente, utilizzare la modalità 12 Slice per la vista 3D, che mostra un'immagine triplana della regione di interesse e 9 piani di sezione trasversale che possono essere modificati liberamente. Con la rotazione e il corretto posizionamento dei piani tagliati, confermare la visibilità dell'intera parete libera del camper (compreso il tratto di deflusso e i segmenti apicali).
- Regolare ulteriormente l'immagine utilizzando l'inclinazione a sinistra del settore (seconda pagina sul touch screen) per migliorare la visualizzazione RV.
- Utilizza due modalità di acquisizione 3D per l'analisi volumetrica RV: la modalità multi beat e la modalità single beat . Utilizzare entrambi questi approcci in ogni paziente, tuttavia, in alcuni casi (ad esempio, alcune aritmie, grave dispnea del paziente), solo quest'ultimo può essere fattibile.
- Utilizzando la modalità single beat , ottieni un compromesso tra qualità dell'immagine e frame rate. Scegli una profondità, una larghezza e un frame rate ottimali (pannello inferiore del touch screen) e ottieni loop 3D del camper senza ulteriori azioni. Questo metodo è fattibile nella maggior parte dei pazienti; Tuttavia, produce generalmente una qualità dell'immagine e un frame rate inferiori rispetto all'approccio multi beat .
- In caso di frequenza cardiaca media (60-70/min), mantenere un limite di frame rate inferiore di 16 frame/s per un'adeguata analisi RV; Tuttavia, se la tachicardia è presente è consigliata una frequenza di fotogrammi ancora più elevata.
- Utilizzando la modalità multi beat, ricostruire il loop 3D acquisito da un determinato numero di cicli cardiaci selezionabili sul touch screen (è possibile utilizzare le modalità 2,3,4 e 6 beat ). In contrasto con l'acquisizione a battito singolo, generalmente ci si aspetta una migliore qualità dell'immagine e frame rate; Tuttavia, richiede lunghezze del ciclo cardiaco relativamente costanti e anche la compliance del paziente a causa della manovra obbligatoria di mantenimento del respiro. La manovra è essenziale per evitare i cosiddetti artefatti di cucitura: quando il volume 3D acquisito viene cucito insieme, lunghezze disuguali del ciclo cardiaco e/o movimento dovuto alla respirazione possono provocare questo fenomeno.
- Dopo aver corretto il posizionamento della sonda e l'impostazione della macchina (analogamente alla modalità "single beat"), chiedere al paziente di fare un respiro profondo e trattenerlo. In questo caso, i polmoni in espansione di solito coprono l'intera immagine.
- Chiedere al paziente di espirare lentamente, rigorosamente con una guida. In parallelo con lo sgonfiamento dei polmoni, il camper diventa di nuovo visibile.
- Quando l'intero RV (muro libero e setto) riappare, chiedere al paziente di trattenere il respiro in questo stato.
- Facendo clic su più battiti sullo schermo, inizia l'acquisizione e il ciclo 3D si accumula durante la quantità data di cicli cardiaci.
- Quando l'acquisizione è pronta (viene visualizzato l'intero camper), chiedere al paziente di respirare di nuovo liberamente.
- Controllare il ciclo ottenuto per assicurarsi che non vi siano artefatti di cucitura o drop-out.
3. Analisi 4D RV
- Utilizzando un software dedicato, eseguire analisi volumetriche 3D del camper. Dopo aver scelto il loop 3D focalizzato su RV dalla libreria del paziente, aprire il software dalla finestra Misurazione che si trova nella cartella Volume .
- Dopo aver aperto il software, orientare il camper su quattro piani di taglio predefiniti.
- Posizionare due marcatori (TV Center) al centro della valvola tricuspide nei piani dell'asse lungo superiore e inferiore sinistro. Regolare l'asse lungo dell'immagine sull'asse lungo effettivo del camper utilizzando lo strumento rotazione. Le immagini di riferimento sui bordi in alto a destra mostrano come dovrebbe apparire l'orientamento corretto.
- Nei pannelli superiore e inferiore destro, allineate le immagini ad asse corto nella posizione corretta mediante rotazione. Analogamente al passaggio precedente, le immagini di riferimento aiutano anche in questo processo.
- Al termine, fate clic su Imposta punti di riferimento per il passaggio successivo dell'analisi. Imposta i punti di riferimento in due immagini.
- Sul lato sinistro, segnare l'anello tricuspide sulla parete libera (parete libera TV) e il setto (setto TV) e l'apice RV sulla vista apicale a quattro camere precedentemente orientata.
- Sul lato destro, impostare i punti di inserimento posteriore del RV (LV / RV posteriore) e anteriore (LV / RV anteriore) e la parete libera RV (parete libera RV). Analogamente alla finestra precedente, le immagini di riferimento nell'angolo in alto a destra aiutano a stabilire la corretta configurazione. Dopo aver impostato tutti i punti di riferimento, il software passa automaticamente alla finestra successiva (Revisione).
- In questa finestra (Revisione), rivedere e correggere manualmente il rilevamento automatico del bordo endocardico durante l'intero ciclo cardiaco, se necessario. Per impostazione predefinita, è possibile visualizzare 9 pannelli: sul lato sinistro, 3 anelli mobili (1 asse lungo e 2 asse corto), al centro i fotogrammi diastolici finali delle stesse immagini e sul lato destro quelli end-sistolici.
- In caso di falso tracciamento, correggere liberamente i bordi endocardici (linee verdi), il bordo tracciato facendo clic su di essi. Utilizzando lo strumento di rotazione sull'asse corto, esaminate le immagini che tracciano lungo l'intera circonferenza del camper. Regola l'entità della correzione scegliendo Dimensioni penna sul pannello laterale destro. Se il tracciamento è considerato corretto, fare clic su Risultati nello stesso pannello.
- Nell'ultima sezione, esaminate i dati volumetrici 3D finali e altri parametri calcolati nella parte superiore destra (pannello Foglio di lavoro ). Oltre ai volumi RV e alla frazione di eiezione, il software visualizza anche parametri 2D, come diametri lineari (asse medio, basale e lungo), nonché valori FAC e TAPSE derivati dalla vista apicale a quattro camere predefinita. Il software mostra anche un asse lungo e corto del camper (lato sinistro), un modello live 3D del camper (in alto al centro) e una curva volume-tempo della camera (in basso a destra).
- In caso di necessità di ulteriori regolazioni nel tracciamento, tutti i passaggi precedenti sono disponibili per la correzione facendo clic su di essi nel pannello di destra. Se il tracciamento e i parametri 3D sono considerati validi, salvare i risultati facendo clic su "Approva ed esci" sullo stesso pannello.
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Representative Results
L'analisi 3D del camper è fattibile in un'ampia varietà di malattie cardiovascolari. Il caso 1 è un volontario sano con volumi e funzioni ventricolari normali (Figura 1). Il caso 2 è un paziente con riparazione post-valvola mitrale che è un tipico esempio per i risultati contrastanti della valutazione 2D convenzionale: mentre TAPSE è marcatamente ridotto, il paziente non mostra alcun segno di disfunzione RV e una funzione sistolica globale RV mantenuta è stata confermata dal normale 3D RV EF (Figura 2). Entrambi i pazienti avevano un'eccellente finestra ecocardiografica con conseguente grande qualità di tracciamento. Il caso 3 è un atleta semi-professionista con cardiomiopatia dilatativa (Figura 3). Era possibile ottenere solo una qualità dell'immagine moderata (il tratto di deflusso è scarsamente visualizzato); tuttavia, l'analisi RV 3D ha avuto successo, mostrando un buon accordo con i risultati della RM cardiaca.
Figura 1: Analisi 3D RV di un volontario sano. Sui pannelli di sinistra è possibile vedere un'immagine dell'asse lungo (pannello superiore) e un'immagine dell'asse corto (pannello inferiore) del camper. La linea verde rappresenta il bordo endocardico. L'immagine centrale in alto è un modello 3D del camper basato sull'analisi corrente. Oltre ai volumi RV e alla frazione di espulsione, il software visualizza i parametri 2D, come i diametri lineari (asse medio, basale e lungo), nonché i valori FAC e TAPSE derivati dalla vista apicale predefinita a quattro camere (pannello superiore destro) e viene generata anche una curva volume-tempo (pannello inferiore destro). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Analisi 3D RV di un paziente con riparazione post-valvola mitrale. Mentre i volumi di RV 3D e EF sono nell'intervallo normale, TAPSE è notevolmente inferiore. Il ridotto accorciamento longitudinale del RV è un fenomeno comune dopo la chirurgia cardiaca, tuttavia, la maggior parte di questi pazienti non mostra segni di insufficienza RV. La valutazione 3D EF conferma il mantenimento della funzione sistolica globale nonostante i valori TAPSE notevolmente ridotti. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 3: Caso di un atleta con cardiomiopatia dilatativa. I volumi di 3D RV sono aumentati, mentre 3D RV EF è leggermente ridotto. Si noti la qualità dell'immagine non ottimale con un tratto di deflusso RV scarsamente visualizzato. Nonostante la scarsa finestra ecocardiografica, l'analisi RV mostra un buon accordo con le misurazioni derivate dalla RM cardiaca considerando la nota sottostima sistematica del volume dell'analisi ecocardiografica RV 3D rispetto alla RM cardiaca gold standard (RVEDV: 168 mL; RVESV: 99 ml; RVEF: 41%). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
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Discussion
L'analisi 3D del camper rappresenta un passo importante nella pratica quotidiana della cardiologia. Parallelamente al crescente interesse per la morfologia e la funzione della camera cardiaca precedentemente trascurata, queste nuove soluzioni forniscono informazioni clinicamente significative sul lato destro del cuore. Mentre l'acquisizione 3D ha diversi aspetti che differiscono notevolmente dall'imaging ecocardiografico 2D, mantenendo particolare attenzione ai punti critici e utilizzando un protocollo approfondito, l'analisi 3D RV può passare da uno strumento scientifico a una fase essenziale dell'esame ecocardiografico. Con una qualità dell'immagine ottimale e un'adeguata competenza, l'analisi volumetrica RV mediante ecocardiografia può richiedere solo pochi minuti dall'acquisizione ai risultati con elevata fattibilità13. I costi significativamente inferiori e i tempi di procedura più brevi lo rendono un'alternativa interessante all'esame MR cardiaco gold standard in diversi casi.
Tuttavia, l'analisi 3D potrebbe non essere fattibile in ogni scenario. Il fattore di limitazione più importante è la qualità dell'immagine ecocardiografica: nei pazienti con una finestra ecocardiografica 2D scadente, la qualità dell'immagine 3D accettabile è raramente raggiungibile. Tuttavia, è importante ricordare che varie manovre (posizionamento laterale della sonda, scorcio, preset corretti) possono migliorare la qualità dell'immagine 3D. La visualizzazione subottimale del tratto di deflusso del RV non è rara, tuttavia di solito è ben tollerata dalle soluzioni di analisi RV che forniscono risultati affidabili. L'utilizzo di loop 3D con stitching, gli artefatti drop-out sono fortemente sconsigliati, pertanto la registrazione di più loop e il controllo post-acquisizione sono altamente raccomandati.
L'esame 3D del camper apre la possibilità di analisi della deformazione del camper 3D e valutazione regionale della camera14. È noto che l'EF mantenuto non preclude cambiamenti significativi nella meccanica dei camper4. La valutazione della deformazione RV rivela cambiamenti distinti del modello di contrazione RV in un'ampia varietà di popolazioni, come pazienti post-cardiochirurgia 15,16,17, cardiopatia congenita 18, ipertensione arteriosa polmonare 19,20,21 e atleti d'élite 22 . Inoltre, la misurazione della morfologia e della funzione segmentale può essere di grande interesse nelle malattie in cui è previsto un rimodellamento regionale del RV, come la cardiomiopatia aritmogena23 o i pazienti con cardiopatia congenita24. In conclusione, la post-elaborazione dei dati RV 3D può fornire nuovi parametri della camera con valore diagnostico e prognostico incrementale.
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Acknowledgments
Progetto n. NVKP_16-1–2016-0017 ("Programma nazionale per il cuore") è stato attuato con il sostegno fornito dal Fondo nazionale per la ricerca, lo sviluppo e l'innovazione dell'Ungheria, finanziato nell'ambito del regime di finanziamento NVKP_16. La ricerca è stata finanziata dal Thematic Excellence Programme (2020-4.1.1.-TKP2020) del Ministero per l'Innovazione e la Tecnologia in Ungheria, nell'ambito dei programmi tematici di sviluppo terapeutico e bioimaging dell'Università Semmelweis.
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
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