Bewertung der linksventrikulären Struktur und Funktion mittels 3D-Echokardiographie

Summary

In diesem Artikel stellen wir ein Schritt-für-Schritt-Erfassungs- und Analyseprotokoll für die volumetrische Beurteilung und Speckle-Tracking-Analyse des linken Ventrikels mittels 3D-Echokardiographie vor, wobei wir uns insbesondere auf praktische Aspekte konzentrieren, die die Machbarkeit dieser Technik maximieren.

Abstract

Die dreidimensionale (3D) Quantifizierung des linken Ventrikels (LV) bietet einen signifikanten Mehrwert in Bezug auf diagnostische Genauigkeit und präzise Risikostratifizierung bei verschiedenen Herzerkrankungen. Vor kurzem wurde die 3D-Echokardiographie in der kardiologischen Routinepraxis verfügbar; Eine qualitativ hochwertige Bilderfassung und anschließende Analyse haben jedoch eine steile Lernkurve. Der vorliegende Artikel zielt darauf ab, den Leser durch ein detailliertes 3D-Protokoll zu führen, indem er Tipps und Tricks präsentiert und auch die potenziellen Fallstricke hervorhebt, um den weit verbreiteten, aber technisch fundierten Einsatz dieser wichtigen Technik in Bezug auf die LV zu erleichtern. In erster Linie zeigen wir die Erfassung eines hochwertigen 3D-Datensatzes mit optimaler räumlicher und zeitlicher Auflösung. Anschließend stellen wir die analytischen Schritte zu einer detaillierten Quantifizierung des LV unter Verwendung einer der am weitesten verbreiteten integrierten Software vor. Wir werden LV-Volumen, Sphäroizität, Masse und auch systolische Funktion quantifizieren, indem wir die Ejektionsfraktion und die Myokarddeformation (Längs- und Umfangsdehnung) messen. Wir werden klinische Beispiele über die wesentlichen Szenarien diskutieren und liefern, in denen der Übergang von einem konventionellen echokardiographischen Ansatz zu einer 3D-basierten Quantifizierung dringend empfohlen wird.

Introduction

Die Beurteilung der linksventrikulären (LV) Morphologie und Funktion ist der vorherrschende Zweck allgemeiner und noch spezifischerer Untersuchungen in der Kardiologie1. Die weit verbreitete und nichtinvasive transthorakale Echokardiographie (TTE), die dichte Informationsmengen liefern kann, ist die Methode der Wahl für eine bequeme, schnelle und kostengünstige Bewertung.

Die Messung der LV-Masse, des Volumens und der anschließenden Auswurffraktion hat einen signifikanten diagnostischen und auch prognostischen ^Wert2. Je genauer ein bestimmtes Maß ist, desto höher ist sein Wert. Eine bessere Korrelation mit den von der Goldstandard-Bildgebung der kardialen Magnetresonanz (CMR) abgeleiteten Werte ist eine anhaltende Jagd nach echokardiographischen Techniken. Im Allgemeinen empfehlen die Richtlinien für die klinische Praxis die Simpson-Methode des Doppeldeckers zur Messung des LV-Volumens und der Auswurffraktion3. Die LV ist jedoch eine dreidimensionale (3D) Struktur mit einer oft unregelmäßigen Form, und daher werden mehrere tomographische Ebenen in einigen klinischen Szenarien zweifellos daran scheitern, die Morphologie und Funktion der LV genau abzugrenzen. Jüngste Fortschritte in der Ultraschall-Hardware- und Softwaretechnologie ermöglichten die Entwicklung der Echtzeit-3D-Bildgebung, die echokardiographische Protokolle revolutioniert.

Darüber hinaus führte die Notwendigkeit eines quantitativen Ansatzes in Bezug auf Wandbewegungsanomalien zu einem Anstieg der Deformationsbildgebung4. Dehnungs- und Dehnungsratenparameter können durch Speckle-Tracking unter Verwendung von Standard-Graustufenbildern berechnet werden. Die 3D-Echokardiographie kann auch mehrere Mängel einer zweidimensionalen Dehnungsbeurteilung ^überwinden5. Von einem teuren wissenschaftlichen Werkzeug wurde die 3D-Echokardiographie zu einer leistungsstarken Technik, die in der täglichen klinischen Praxis verwendet wird, und die Quantifizierung des LV steht bei diesem Durchbruch sicherlich an erster Stelle.

Der vorliegende Artikel zielt darauf ab, den Leser durch ein detailliertes 3D-Protokoll zu führen, indem er Tipps und Tricks präsentiert und auch die potenziellen Fallstricke hervorhebt, um den weit verbreiteten, aber technisch fundierten Einsatz dieser wichtigen Technik in Bezug auf die LV zu erleichtern.

Protocol

Dieses Protokoll folgt den Richtlinien des Regionalen und Institutionellen Ausschusses für Wissenschafts- und Forschungsethik der Semmelweis-Universität. Das vorliegende Protokoll gilt für einen bestimmten Anbieter. Obwohl einige Schritte unabhängig vom Ultraschallgerät und der Nachbearbeitungssoftware gültig bleiben, können wichtige Unterschiede bestehen, wenn Die Lösungen anderer Anbieter verwendet werden.

1. Technische Voraussetzungen

1. Verwenden Sie ein Echokardiographiegerät, das 3D-Bildgebung ermöglicht.
2. Schließen Sie einen transthorakalen 3D-Echokardiographie-fähigen Phased-Array-Wandler an.
3. Wenden Sie das eingebaute 3-Kanal-EKG des Ultraschallsystems an, damit das System die Aufzeichnungen und Analysen mit dem Herzzyklus synchronisieren kann.

2. Aufnahme der echokardiographischen 3D-Bilder

1. Positionieren Sie den Patienten in der linken seitlichen Dekubitusposition (Patient liegt auf der linken Seite mit dem linken Arm über dem Kopf gestreckt).
2. Stellen Sie sicher, dass die EKG-Ablaufverfolgung auf dem Bildschirm von guter Qualität ist.
   HINWEIS: Dies ist eine Voraussetzung für die Nachbearbeitung, da die Software die verschiedenen Punkte des Herzzyklus anhand des EKG-Signals erkennt.
3. Heben Sie das Einfrieren des Bildes auf und beginnen Sie, den Patienten mit dem Schallkopf zu untersuchen. Visualisieren Sie eine konventionelle apikale Vierkammeransicht.
4. Optimieren Sie die Bildqualität, indem Sie die Sektorbreite an LV anpassen, die Tiefe verringern, um den linken Vorhof abzuschneiden, und indem Sie einen leichten Overgain verwenden.
   HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die gesamte LV-Endo- und auch die epikardiale Oberfläche sichtbar ist.
5. Drücken Sie die 4D-Taste , um in den 3D-Modus zu wechseln.
   HINWEIS: Durch Drücken der Multi-Slice...- Taste auf dem Touchscreen stehen vier Optionen (5, 7, 8, 12 Slices) zur Verfügung, um den 3D-Datensatz mit Standard-Kurz- und Langachsenschnitten zu überblicken. Bei Bedarf kann die Positionierung des Wandlers korrigiert werden, um die Einbeziehung der gesamten LV-Wanddicke von der apikalen bis zur Mitralklappenebene in den pyramidalen 3D-Datensatz sicherzustellen. Die Verwendung von 12 Slices (mit neun einstellbaren Kurzachsenansichten) wird empfohlen.
6. Erfassen Sie 3D-Bilder im Multi-Beat - oder Single-Beat-Modus .
   1. Verwenden Sie den Multi-Beat-Modus , um eine höhere räumliche und zeitliche Auflösung zu erreichen, bei der der Datensatz aus 2, 3, 4 oder 6 Herzzyklen rekonstruiert wird (dies kann auf dem Bildschirm eingerichtet werden) - endexspiratorisches Atmen des Patienten und stabile Wandlerpositionierung erforderlich, um Stitching-Artefakte zu minimieren.
      HINWEIS: Die Single-Beat-Erfassung hat eine geringere räumliche und zeitliche Auflösung. Die meisten modernen Wandler haben jedoch eine bessere Qualität und können daher verwendet werden, um geeignete 3D-Datensätze ohne Rekonstruktion zu erhalten, um einer weiteren Analyse unterzogen zu werden. Als allgemeine Empfehlung werden Volumenraten über 15 Volumina pro Sekunde für die weitere Analyse empfohlen.
   2. Wenn das volle Volumen aus den Subbändern rekonstruiert ist und der gesamte LV sichtbar ist, frieren Sie das Bild ein. Wählen Sie mit den Reglern Cycle Select und Number of Cycles die optimal erfassten Herzzyklen aus und drücken Sie Image Store.
      HINWEIS: Stitching-Artefakte sind räumlich oder vorübergehend falsch ausgerichtete Teilbänder nebeneinander. Datensätze mit einem signifikanten Ausfall von LV-Wänden oder mit Stitching-Artefakten sind in der Regel nicht für eine weitere Analyse geeignet. Die Qualität des bereits erfassten 3D-Datensatzes kann im Multi-Slice-Modus überprüft werden.

3. Nachbearbeitung zur Quantifizierung der Morphologie und Funktion von LV

1. Wählen Sie einen 3D-Datensatz aus, der für die weitere Analyse geeignet ist.
   HINWEIS: Dieser Teil des Protokolls erfordert die zuvor aufgenommenen und gespeicherten 3D-Bilder in guter Qualität und kann entweder auf dem Ultraschallgerät und einer separaten Workstation durchgeführt werden.
2. Klicken Sie auf messen | Lautstärke und wählen Sie dann 4D Auto LVQ.
3. Auf dem Quad-Screen (drei apikale Ansichten: Vier-, Zwei- und Drei-Kammer-Ansichten und eine Kurzachsenansicht, letztere kann durch eine horizontale Ebene auf Langachsenansichten eingestellt werden) fragt die Software Nach Ausrichtung von apikalen Slices in Standardansichten ändern. Korrigieren Sie bei Bedarf die apikalen Ansichten manuell durch Neigen und Drehen, um die entsprechende Standardansicht anzuzeigen, wodurch eine Verkürzung entfällt. Stellen Sie die Neigung ein, um den Bremssattel an der Längsachse des LV auszurichten, indem Sie die Bremssättel auf langachsigen Ansichten ziehen und bewegen. Stellen Sie die Drehung durch die entsprechenden oder die Drehregler Alle an der Maschine oder durch Einstellen der Bremssättel auf dem Kurzachsenbild ein.
   HINWEIS: Die Softwareempfehlung kann durch Drücken der Taste "Automatisch ausrichten " zurückgesetzt werden.
4. Nachdem Sie die Ausrichtung der Ansicht abgeschlossen haben, klicken Sie auf den nächsten Schritt EDV. Der enddiastolische (ED) Rahmen wird über das EKG-Signal automatisch erkannt, kann aber bei Bedarf manuell korrigiert werden.
5. Halbautomatische Detektion von LV endo- und epikardialer Oberfläche
   1. Wählen Sie zwei Orientierungspunkte manuell in beliebigen apikalen Ansichten aus. Identifizieren Sie zunächst die LV-Spitze und dann die Mitte der LV-Basis (Mitralannulusebene) in jeder apikalen Ansicht. Der Algorithmus konturiert automatisch den endokardialen Rand des gesamten LV.
      HINWEIS: Es gibt zwei weitere Optionen: Manuell, was bedeutet, dass in jeder apikalen Ansicht zwei basale und eine apikale Landmarke eingestellt werden sollten, und Auto Init, das den LV automatisch ohne Benutzerinteraktion konturiert.
   2. Überprüfen Sie die Glaubwürdigkeit der Kontur in drei apikalen Ansichten, drei Kurzachsenansichten verschiedener Ebenen und einer vierten benutzergesteuerten kurzen Achse, um eine visuelle Überprüfung der erkannten Oberfläche zu ermöglichen. Die Konturkorrektur ist durch manuelles Hinzufügen von Punkten möglich, die dann in die Konturlinie integriert werden.
      HINWEIS: Mit Rückgängig kann der zuvor hinzugefügte Punkt gelöscht werden. Die Reset-Taste setzt die Konturierung zurück, um den gesamten Abschnitt von vorne zu starten. Die Kontursichtbarkeit kann angepasst werden, um die Erkennung der Endokardoberfläche auf dem Graustufenbild zu ermöglichen. Endokard- und Epikardkonturen sollten genau und konsistent durchgeführt werden. Eine detaillierte Empfehlung finden Sie in der folgenden ^Referenz6.
   3. Wählen Sie den nächsten Schritt, den ESV.
   4. Wiederholen Sie den gleichen Vorgang (3.5.1-3.5.2) wie in den vorherigen Punkten erwähnt, um die endokardiale Kontur auf dem endsystolischen Rahmen zu identifizieren und zu korrigieren.
      HINWEIS: Der endsystolische (ES) Frame wird automatisch über das EKG-Signal erkannt, kann aber bei Bedarf manuell korrigiert werden. Werte des enddiastolischen Volumens (EDV), des endsystolischen Volumens (ESV), der Auswurffraktion (EF), der Herzfrequenz (HR), des Schlagvolumens (SV), des Herzzeitvolumens (CO) und des Sphäroizitätsindex (SpI) werden bereits auf dem Bildschirm angezeigt.
   5. Drücken Sie die Lautstärkewellenform für den nächsten Schritt. Die Software zeigt ein dynamisches 3D-Modell des LV und auch eine Zeit-Volumen-Kurve an, während sie die Endokardoberfläche während des gesamten Herzzyklus Bild für Bild verfolgt (Abbildung 1).
      HINWEIS: Hier besteht die Möglichkeit, den endokardialen Rand an jedem Frame zu bearbeiten.
   6. Drücken Sie für den nächsten Schritt LV Mass. Die Software konturiert automatisch die LV-Epikartonkontur auf dem enddiastolischen Rahmen und berechnet die LV-Masse (EDMass).
      HINWEIS: Bearbeiten Sie bei Bedarf die Kontur der epikarden Fläche, indem Sie Punkte hinzufügen, die (dieselbe Methode wie zuvor beschrieben) in eine beliebige Kurz- oder Langachsenebene eingeschlossen werden sollen. Es kann ausgewählt werden, welche Kontur angepasst werden soll: Endo, Epi oder Endo+Epi.
   7. Drücken Sie 4D Strain ROI für den nächsten Schritt. Die Software konturiert automatisch die epikardiale LV-Kontur auf dem endsystolischen Rahmen und berechnet die LV-Endsystolische Masse (ESMass).
      HINWEIS: Bearbeiten Sie bei Bedarf die endsystolische Kontur der epikarden Fläche, indem Sie Punkte hinzufügen, die (dieselbe Methode wie zuvor beschrieben) in eine beliebige Kurz- oder Langachsenebene eingeschlossen werden sollen. ESMass sollte einen ähnlichen Wert haben wie EDMass. Dieser Schritt ist wichtig, um 3D-Dehnungswerte durch Speckle-Tracking zu berechnen.
   8. Drücken Sie 4D Strain Results für den nächsten Schritt. Die Software visualisiert die 3D-Myokardverfolgung auf mehreren Kurz- und Langachsenebenen und die entsprechenden Dehnungswerte der 17 Standard-LV-Segmente während des gesamten Herzzyklus Bild für Bild. Zeit-Dehnungskurven und Bull's Eye-Plot werden ebenfalls angezeigt. Folgende Parameter werden berechnet und können nachgewiesen werden: Längsdehnung, Umfangsdehnung, radiale Dehnung, Flächendehnung, Rotation und Torsion.
      HINWEIS: Es besteht die Möglichkeit, ein bestimmtes LV-Segment von der Analyse auszuschließen, wenn es durch visuelle Beobachtung von Bildern oder basierend auf der Zeit-Dehnungs-Kurve als minderwertig angesehen wird. Die Software empfiehlt jedoch standardmäßig die Segmentgenehmigung oder -ablehnung. Farbcodierte Dehnungswerte können auf einem dynamischen 3D-Modell des LV durch Ändern des "Layouts" visualisiert werden.
6. Um die Analyse zu beenden, klicken Sie auf Genehmigen & Beenden.

Results

Eine 3D-Analyse des LV ist bei der Mehrzahl der Patienten durchführbar. Fall 1 ist ein gesunder Freiwilliger mit normalem ventrikulärem Volumen und Normalfunktion (Abbildung 1). Fall 2 (Abbildung 2) ist ein 64-jähriger männlicher Patient mit dilatativer Kardiomyopathie und einem breiten QRS-Komplex (160 ms) der Linken-Bündel-Astblockmorphologie. Goldstandard-CMR-Messungen waren die folgenden: enddiastolisches Volumen: 243 ml, end...

Discussion

Morphologische und funktionelle Messungen der LV stellen Eckpfeiler der Diagnose, des Managements und der Nachsorge von Herzerkrankungen dar. Darüber hinaus sind sie starke Prädiktoren für das Ergebnis. Im Allgemeinen wird die 2D-Echokardiographie-basierte Bewertung des LV durch aktuelle Praxisrichtlinien empfohlen; Die 3D-Echokardiographie hat sich jedoch als genauer erwiesen, da sie frei von geometrischen Annahmen über die LV-Form ^ist7,8. Die Deformationsbildge...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3V-D/4V-D/4Vc-D	General Electric	n.a.Ultraschallsonde
4D Auto LVQ	General Electric	n.a.software	für die Analyse
E9/E95	General Electric	n.a.Ultraschallgerät
EchoPac v203	General Electric	n.a.software	für die Analyse