Morfologisk og funksjonell vurdering av høyre ventrikel ved bruk av 3D-ekkokardiografi

Summary

Her gir vi en trinnvis anskaffelses- og analyseprotokoll for 3D volumetrisk vurdering av høyre ventrikel, hovedsakelig med fokus på de praktiske aspektene som maksimerer muligheten for denne teknikken.

Abstract

Tradisjonelt ble det antatt at høyre side av hjertet har en mindre rolle i sirkulasjonen; Imidlertid tyder flere og flere data på at høyre ventrikulær (RV) funksjon har sterk diagnostisk og prognostisk kraft i ulike kardiovaskulære lidelser. På grunn av sin komplekse morfologi og funksjon er vurdering av RV ved konvensjonell todimensjonal ekkokardiografi begrenset: den daglige kliniske praksisen er vanligvis avhengig av enkle lineære dimensjoner og funksjonelle tiltak. Tredimensjonal (3D) ekkokardiografi overvant disse begrensningene ved å gi volumetrisk kvantifisering av RV uten geometriske forutsetninger. Her tilbyr vi en trinnvis veiledning for å skaffe og analysere 3D-ekkokardiografiske data fra bobilen ved hjelp av den ledende kommersielt tilgjengelige programvaren. Vi vil kvantifisere 3D RV-volumer og utkastningsfraksjon. Flere tekniske aspekter kan bidra til å forbedre kvaliteten på RV-anskaffelse og analyse også, som vi presenterer på en praktisk måte. Vi gjennomgår dagens muligheter og begrensende faktorer ved denne metoden og fremhever også potensielle anvendelser av 3D RV-vurdering i dagens kliniske praksis.

Introduction

Ekkokardiografi kom langt fra sine første kliniske anvendelser på 1950-tallet¹. De første endimensjonale ultralydprobene ble designet for å gi enkle lineære diametre av kammerveggene og lumenene; Imidlertid representerer de utvilsomt en milepæl i kardiovaskulær bildebehandling. Utviklingen av todimensjonal (2D) ultralydavbildning var et annet stort skritt ved å gi mye mer presis kvantifisering av morfologi og funksjon og anses fortsatt å være standardmetoden i daglig klinisk praksis. Likevel har 2D-ekkokardiografibasert vurdering fortsatt en stor begrensning av teknikken: avbildning av et gitt kammer fra noen få tomografiske plan karakteriserer ikke tilstrekkelig morfologien og funksjonen til en tredimensjonal (3D) struktur. Dette problemet er enda mer uttalt når det gjelder høyre ventrikel (RV): sammenlignet med den relativt enkle kuleformede venstre ventrikkelen (LV), har RV en kompleks geometri² som ikke kan kvantifiseres tilstrekkelig ved hjelp av lineære diametre eller områder³. Til tross for disse allment kjente fakta, måles RV-morfologi og funksjon vanligvis ved slike enkle parametere i klinisk praksis.

I mange tiår ble RV ansett for å ha en mye mindre viktig rolle i omløp sammenlignet med sin venstre motpart. Flere landemerkepapirer beseiret dette standpunktet som viser den sterke prognostiske rollen til RV-geometri og funksjon i et bredt spekter av sykdommer 4,5,6,7. Tallrike studier viste den inkrementelle verdien av RV-måling selv ved å bruke relativt enkle konvensjonelle parametere, noe som fremhever viktigheten og behovet for mer presis kvantifisering av kammeret med potensielt meningsfull klinisk verdi.

3D-ekkokardiografi overvinner flere begrensninger i 2D-vurderingen av hjertekamrene. Mens måling av volumer og også funksjonelle parametere uten geometriske forutsetninger kan være av stor interesse også når det gjelder LV, kan det få særlig betydning i vurderingen av RV⁸. 3D-avledede RV-volumer og ejeksjonsfraksjon (EF) er vist å ha signifikant prognostisk verdi ved ulike kardiovaskulære tilstander ^9,10.

I dag tilbyr flere leverandører halvautomatiske løsninger for 3D RV-vurdering med validerte resultater mot gullstandard hjertemagnetisk resonans (MR) målinger^11,12. De tekniske kravene til 3D-vurdering er viktige deler av en toppmoderne kardiovaskulær bildeavdeling i dag, og det forventes at det snart vil være en del av det generelle utstyret i hvert ekkokardiografilaboratorium. Med riktig kompetanse innen 3D-oppkjøp og etterbehandling, kan 3D RV-analyse enkelt implementeres i standard undersøkelsesprotokoll.

Protocol

Protokollen følger retningslinjene til institusjonens forskningsetiske komité, og pasientene i de kliniske tilfellene ga skriftlig informert samtykke til studien.

1. Tekniske krav

1. For 3D-anskaffelse og analyse, bruk passende programvare og maskinvare. Bruk EKG-kabler til ekkokardiografienheten; Videre er det obligatorisk for den komplette 3D-anskaffelsesprotokollen beskrevet nedenfor.
2. For 3D-oppkjøp, bruk en 3D ekkokardiografisk sonde og 3D-kompatibel ultralydsmaskin. For 3D RV volumetrisk analyse, bruk dedikert programvare.

2. Oppkjøp

1. I de aller fleste tilfeller, utfør 3D-oppkjøp av bobilen ved hjelp av apikale visninger. I motsetning til de LV-fokuserte synspunktene anbefales en annen pasientposisjonering. Hvis vesentlig bedre bildekvalitet kan oppnås ved å bytte til ett interkostalt mellomrom over riktig apikalvisning, kan denne forkortede visningen muliggjøre bedre 3D-bildekvalitet. Forkortingen kan korrigeres under 3D-analyse.
   1. Sammenlignet med standard apikal ekkokardiografisk anskaffelse, hvor venstre laterale decubitusstilling (pasient som ligger på venstre side med venstre arm strukket over hodet) anbefales, må pasienten lene seg litt mer tilbake for å muliggjøre en mer lateral stilling av transduseren.
   2. Velg en bildedybde som bare inkluderer RV. Unødvendig stor dybde kan senke anskaffelsesbildefrekvensen med mangel på gunstige effekter angående RV volumetrisk analyse.
2. Bekreft riktig RV-fokusert visning fra 2D-ekkokardiografibilder. Hvis RVs frie vegg er dårlig visualisert selv fra denne visningen, vil den forventede 3D-bildekvaliteten ikke være optimal for videre analyse.
3. Bytt til live 3D-bildebehandling ved hjelp av 4D-knappen, der ytterligere korreksjon av RV-visningen kan utføres.
4. Mens 3D-live-modusen kan være ganske behagelig estetisk, bruk 12 Slice-modus for 3D-visningen, som viser et triplanbilde av interesseområdet, samt 9 tverrsnittsplan som kan endres fritt. Ved rotasjon og korrekt posisjonering av kuttplanene, bekreft synligheten til hele RV-frie veggen (inkludert utløpskanalen og apikale segmenter).
5. Juster bildet ytterligere ved å bruke venstre vipping av sektoren (andre side på berøringsskjermen) for å forbedre RV-visualiseringen.
6. Bruk to 3D-anskaffelsesmoduser for rv volumetrisk analyse: multi beat og single beat-modus . Bruk begge disse tilnærmingene hos hver pasient, men i noen tilfeller (f.eks. Visse arytmier, alvorlig dyspné hos pasienten), kan bare sistnevnte være mulig.
7. Bruk single beat-modus for å oppnå en avveining mellom bildekvalitet og bildefrekvens. Velg en optimal bildedybde, bredde og bildefrekvens (nedre panel på berøringsskjermen) og få 3D-løkker av bobilen uten ytterligere tiltak. Denne metoden er mulig hos de fleste pasienter; Det gir imidlertid generelt lavere bildekvalitet og bildefrekvens sammenlignet med multi beat-tilnærmingen .
   1. Ved gjennomsnittlig (60-70/min) hjertefrekvens, hold en lavere bildefrekvensgrense på 16 bilder/s for tilstrekkelig bobilanalyse; Men hvis takykardi er tilstede, anbefales enda høyere bildefrekvenser.
8. Bruk multi beat-modusen til å rekonstruere den oppkjøpte 3D-sløyfen fra et gitt antall hjertesykluser som kan velges på berøringsskjermen (2,3,4 og 6 beat-modus kan brukes). I motsetning til single beat-oppkjøpet forventes generelt bedre bildekvalitet og bildefrekvens; Det krever imidlertid relativt konstante hjertesykluslengder og også pasientoverensstemmelse på grunn av den obligatoriske puste-hold-manøveren. Manøveren er viktig for å unngå de såkalte sømartefaktene: Når det oppkjøpte 3D-volumet er sydd sammen, kan ulik hjertesykluslengde og / eller bevegelse på grunn av pust føre til dette fenomenet.
   1. Etter riktig plassering av sonden og innstilling av maskinen (på samme måte som "single beat" -modus), be pasienten om å ta et dypt pust og holde det. I dette tilfellet dekker de ekspanderende lungene vanligvis hele bildet.
   2. Be pasienten om å puste ut sakte, strengt med veiledning. Parallelt med deflasjonen av lungene blir RV synlig igjen.
   3. Når hele RV (fri vegg og septum) dukker opp igjen, be pasienten om å holde pusten i denne tilstanden.
   4. Ved å klikke for å multi beat på skjermen, begynner oppkjøpet, og 3D-sløyfen bygger seg opp i løpet av den gitte mengden hjertesykluser.
   5. Når oppkjøpet er klart (hele RV er visualisert), be pasienten om å puste fritt igjen.
   6. Kontroller den oppnådde løkken for å sikre om det ikke er gjenstander av søm eller frafall.

3. 4D RV analyse

1. Bruk dedikert programvare til å utføre 3D volumetrisk analyse av RV. Etter å ha valgt den RV-fokuserte 3D-sløyfen fra pasientbiblioteket, åpner du programvaren fra målevinduet som finnes i volummappen .
2. Etter å ha åpnet programvaren, orienter RV på fire forhåndsdefinerte kuttplan.
   1. Sett to markører (TV Center) til midten av trikuspidalklaffen i øvre og nedre venstre langakseplan. Juster langaksen i bildet til den faktiske lange aksen til bobilen ved hjelp av rotasjonsverktøyet. Referansebilder øverst til høyre viser hvordan riktig retning skal vises.
   2. På panelet øverst og nederst til høyre justerer du kortaksebildene i riktig posisjon ved rotasjon. På samme måte som forrige trinn, hjelper referansebilder også i denne prosessen.
3. Når du er ferdig, klikker du Angi landemerker til neste trinn i analysen. Sett landemerker i to bilder.
   1. På venstre side merker du trikuspidalsrommet ved den frie veggen (TV-fri vegg) og septum (TV-septum) og RV-toppunktet på den tidligere orienterte apikale firekammervisningen.
   2. På høyre side setter du RV posterior (LV / RV posterior) og fremre innsettingspunkter (LV / RV anterior) og RV fri vegg (RV fri vegg). På samme måte som forrige vindu, hjelper referansebilder i øvre høyre hjørne med riktig oppsett. Etter å ha angitt alle landemerker, hopper programvaren automatisk til neste vindu (Review).
4. I dette vinduet (gjennomgang), gjennomgå og manuelt korrigere den automatiske endokardiale grensedeteksjonen gjennom hele hjertesyklusen, om nødvendig. Som standard kan 9 paneler ses: på venstre side, 3 bevegelige løkker (1 langakse og 2 kortakse), på midten ende-diastoliske rammer av de samme bildene, og på høyre side de ende-systoliske.
   1. Ved falsk sporing, korriger fritt endokardiale grenser (grønne linjer), den sporede grensen ved å klikke på dem. Bruk rotasjonsverktøyet på den korte aksen til å se gjennom bilder som sporer langs hele omkretsen av bobilen. Hvis sporingen anses å være riktig, klikker du på Resultatene i samme panel.
5. I den siste delen ser du gjennom de endelige 3D-volumetriske dataene og andre beregnede parametere øverst til høyre (regnearkpanel ). Utover RV-volumer og utkastningsfraksjon viser programvaren også 2D-parametere, for eksempel lineære (midt-, basal- og langakse) diametre, samt FAC- og TAPSE-verdier avledet fra den forhåndsdefinerte apikale firekammervisningen. Programvaren viser også en lang og kort akse av RV (venstre side), en 3D live modell av RV (øvre midten), og en volum-tid kurve av kammeret (nederst til høyre).
   1. I tilfelle behovet for ytterligere justeringer i sporingen, er hvert tidligere trinn tilgjengelig for korreksjon ved å klikke på dem på høyre panel. Hvis sporingen og 3D-parametrene anses å være gyldige, lagrer du resultatene ved å klikke på "Godkjenn og avslutt" på samme panel.

Representative Results

3D-analyse av RV er mulig i et bredt spekter av kardiovaskulære sykdommer. Case 1 er en frisk frivillig med normale ventrikkelvolumer og funksjon (figur 1). Tilfelle 2 er en post-mitralklaffreparasjonspasient som er et typisk eksempel på de motstridende resultatene av konvensjonell 2D-vurdering: mens TAPSE er markant redusert, viser pasienten ingen tegn til RV-dysfunksjon, og en opprettholdt RV global systolisk funksjon ble bekreftet ved normal 3D RV EF (figur 2). Begge pasientene hadde utmerket ekkokardiografivindu med påfølgende god sporingskvalitet. Case 3 er en semiprofesjonell idrettsutøver med dilatert kardiomyopati (figur 3). Bare moderat bildekvalitet var oppnåelig (utstrømningskanalen er dårlig visualisert); 3D RV-analyse var imidlertid vellykket, og viste godt samsvar med hjerte-MR-resultater.

Figur 1: 3D RV-analyse av en sunn frivillig. På venstre paneler kan man se en lang akse (øvre panel) og et kort aksebilde (nedre panel) av bobilen. Den grønne linjen representerer endokardialgrensen. Det sentrale øvre bildet er en 3D-modell av bobilen basert på gjeldende analyse. Utover RV-volumer og utkastningsfraksjon viser programvaren 2D-parametere, for eksempel lineære (midt-, basal- og langakse) diametre, samt FAC- og TAPSE-verdier avledet fra den forhåndsdefinerte apikale firekammervisningen (høyre øvre panel) og en volumtidskurve genereres også (høyre nedre panel). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2: 3D RV-analyse av en post-mitralventil reparasjonspasient. Mens 3D RV-volumer og EF er i det normale området, er TAPSE markant lavere. Redusert lengdeforkorting av bobilbehandlingen er et vanlig fenomen etter hjertekirurgi, men flertallet av disse pasientene viser ikke tegn til rv svikt. 3D EF-vurdering bekrefter opprettholdt global systolisk funksjon til tross for markert reduserte TAPSE-verdier. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3: Tilfelle av en idrettsutøver med dilatert kardiomyopati. 3D RV-volumene økes, mens 3D RV EF reduseres mildt. Legg merke til den suboptimale bildekvaliteten med en dårlig visualisert RV-utløpskanal. Til tross for det dårlige ekkokardiografiske vinduet, viser RV-analyse godt samsvar med hjerte-MR-avledede målinger med tanke på kjent systematisk volumunderestimering av 3D-ekkokardiografisk RV-analyse sammenlignet med gullstandarden hjerte-MR (RVEDV: 168 ml; RVESV: 99 ml; RVEF: 41%). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

3D-analyse av bobilen representerer et viktig skritt i daglig kardiologisk praksis. Parallelt med den økende interessen for morfologien og funksjonen til det tidligere forsømte hjertekammeret, gir disse nye løsningene klinisk meningsfull informasjon om høyre side av hjertet. Mens 3D-oppkjøp har flere aspekter som markant avviker fra 2D ekkokardiografisk bildebehandling, ved å holde spesiell oppmerksomhet til de kritiske punktene og ved å bruke en grundig protokoll, kan 3D RV-analyse utvikle seg fra et vitenskapelig verktøy til et viktig trinn i ekkokardiografisk undersøkelse. Med optimal bildekvalitet og riktig kompetanse kan RV volumetrisk analyse ved hjelp av ekkokardiografi ta bare noen få minutter fra oppkjøp til resultater med høy gjennomførbarhet¹³. De betydelig lavere kostnadene og kortere prosedyretid gjør det til et attraktivt alternativ til gullstandard hjerte-MR-undersøkelse i flere tilfeller.

Likevel kan 3D-analyse ikke være mulig i alle scenarier. Den viktigste begrensningsfaktoren er ekkokardiografisk bildekvalitet: hos pasienter med dårlig 2D-ekkokardiografisk vindu er akseptabel 3D-bildekvalitet sjelden oppnåelig. Likevel er det viktig å nevne at ulike manøvrer (lateral posisjonering av sonden, forkorting, riktige forhåndsinnstillinger) kan forbedre 3D-bildekvaliteten. Suboptimal visualisering av RV-utløpskanalen er ikke uvanlig, men det tolereres vanligvis godt av RV-analyseløsningene som gir pålitelige resultater. Ved bruk av 3D-løkker med søm frarådes drop-out-artefakter på det sterkeste, derfor anbefales opptak av flere løkker og kontroll etter anskaffelse.

3D-undersøkelse av RV åpner muligheten for 3D RV-deformasjonsanalyse og regional vurdering av kammeret også¹⁴. Det er velkjent at opprettholdt EF ikke utelukker vesentlige endringer i RV-mekanikk⁴. Evaluering av RV-deformasjon avslører tydelige endringer i RV-sammentrekningsmønster i et bredt spekter av populasjoner, for eksempel pasienter etter hjertekirurgi 15,16,17, medfødt hjertesykdom 18, pulmonal arteriell hypertensjon ^19,20,21 og eliteidrettsutøvere ²² . Videre kan måling av segmentmorfologi og funksjon være av stor interesse ved sykdommer der regional ombygging av bobil forventes, som arytmogen kardiomyopati²³ eller medfødte hjertesykdomspasienter²⁴. Avslutningsvis kan etterbehandling av 3D RV-data gi nye parametere i kammeret med inkrementell diagnostisk og prognostisk verdi.

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