Magnetic Resonance Derived Myocardial Dehnungs-Beurteilung anhand von Feature-Tracking-

Das Konzept der Dehnung beschreibt die Verformung eines Objekts, normiert auf seine ursprüngliche Form, und ist von grundlegender Bedeutung bei der Beurteilung der ventrikulären Funktion. Dieses Video demonstriert eine neuartige Merkmalsverfolgungstechnik zur Bestimmung der zirkumferenziellen Dehnung mithilfe standardmäßiger Cine-Sequenzen. Zunächst wird eine standardmäßige kurze Achsen-Sequenz der kardialen MRT aufgezeichnet.

Die kurze Zugangs-Sydney-Sequenz der kardialen MRT wird anschließend in die Software zur Merkmalsverfolgung übertragen, und ein Datensatz für die Dehnungsanalyse wird erstellt. Nachdem eine anfängliche endokardiale Begrenzung in der enddiastolischen Phase markiert wurde, verfolgt die Software zur Merkmalsverfolgung automatisch die Verschiebung einzelner Muster, die anatomische Strukturen über den gesamten Herzzyklus hinweg repräsentieren. Schließlich wird die Kontur zur Beurteilung der zirkumferenziellen Dehnung analysiert.

Absolute Werte sowie regionale Werte von Geschwindigkeiten, Verschiebungen und Dehnungen können abgeleitet werden. Der Hauptvorteil der Merkmalsverfolgungstechnik gegenüber bestehenden Methoden liegt darin, dass die Analyse der zirkumferenziellen Dehnung ohne zusätzliche Bildgebung durchgeführt werden kann, einfach zu bedienen ist und gut mit der derzeit verfügbaren Software für Tag-Bildgebung korreliert. Sobald die Technik beherrscht ist, kann sie innerhalb weniger Minuten durchgeführt werden, obwohl diese Analysemethode hier für einzelne kurze Schnittbilder dargestellt wird.

Auf mittlerer Ebene ermöglicht es eine vollständige Beurteilung des Ventrikels. Dies wird erreicht, indem zusätzlich Schnittebene an der Basis und an der Spitze sowie langachsige Schnitte zur Messung der longitudinalen Deformation verwendet werden. Der erste Schritt des Verfahrens besteht darin, eine standardmäßige kurze Achsen-Sequenz der Herz-MRT mithilfe einer Standard-MRT-Anlage mit kardialer Software aufzuzeichnen.

Dies ist Teil eines Standardprotokolls, und es ist kein zusätzlicher, zeitaufwändiger Markierungsprozess erforderlich. Die standardmäßige kurze Syn-Zugangssequenz wird offline gespeichert, und die Bilder können in die Software zur Merkmalsverfolgung zur Analyse der zirkumferenziellen Dehnung importiert werden. Nun sehen wir uns an, wie Daten importiert und ausgewählt werden.

Die standardmäßige kurze Cini-Aufnahme wird aus einer Offline-Workstation oder einem Netzlaufwerk in die Patientendatenbank der Feature-Tracking-Software importiert. Sobald die kurze Cini-Aufnahme in der Patientendatenbank verfügbar ist, wird ein Datenpaket mithilfe eines Paket-Editors für die Dehnungsanalyse zusammengestellt. Der Paket-Editor ermöglicht die Auswahl einer bestimmten kurzen Achsenschnittbildserie aus der kurzen Achsenaufnahme oder einem Stapel aus der Patientendatenbank.

Dies wird in der Patientendatenbank zur Streckungsanalyse gespeichert und abgelegt. In diesem Fall wird der kurze Achsenschnitt im mittleren Ventrikel auf Höhe des Papillarmuskels für die zirkumferentielle Streckungsanalyse ausgewählt. Nun sehen wir uns an, wie die Daten analysiert werden.

Die ausgewählte kurze Achse wird in die Software zur Merkmalsverfolgung importiert, und der Bildkontrast kann nach Belieben angepasst werden. Starten Sie die Analyse, indem Sie zunächst die endokardiale Grenzlinie in der enddiastolischen Phase verfolgen, wenn die Herzkammern ihre größte Ausdehnung erreicht haben. Die Konturierung kann bei Bedarf korrigiert oder modifiziert werden. Bevor die Verfolgung gestartet wird, stellen Sie sicher, dass die anfängliche Kontur innerhalb der Grenzfläche zwischen Hohlraum und Gewebe liegt; mit einem Knopfdruck starten Sie dann das vollautomatische Verfolgungsverfahren.

Die einzelnen Punkte, aus denen die erste Spur besteht, werden zeitlich verfolgt, indem in den nachfolgenden Einzelbildern dieselben Merkmale gesucht werden, die sich etwa um einen Punkt in der Umgebung befinden. Die verfolgten Merkmale können die Grenzfläche des Hohlraumgewebes oder anatomische Elemente sein, die entlang des Gewebes variieren. Sie werden mithilfe von Maximum-Likelihood-Methoden in zwei interessierenden Bereichen zwischen zwei Einzelbildern gefunden.

Die Merkmalsverfolgungsanalyse der kurzen Achse liefert Daten zur Geschwindigkeitsverschiebung und Dehnung sowohl in radialer als auch in umfänglicher Richtung. Bisher wurde nur die umfängliche Dehnung validiert und korreliert stark mit der derzeit verfügbaren Software für die Analyse markierter Aufnahmen. Die umfängliche Dehnung der kurzen Achse kann segmental basierend auf dem 16- oder 17-Segment-Modell der American Society of Echocardiography oder als Mittelwert aller Segmente dargestellt werden, was die globale mittlere linksventrikuläre umfängliche Dehnung repräsentiert.

Die Ergebnisse der zirkumferenziellen Dehnung können anschließend in eine Textdatei exportiert werden, um weiter analysiert zu werden. Diese Merkmalsverfolgungstechnik korreliert gut mit der harmonischen Phasenbewertung markierter Bilder in einer großen Patientengruppe mit Duchenne-Muskeldystrophie und einem breiten Spektrum kardialer Dysfunktionen. Nun betrachten wir die Validierung der Technik anhand eines Phantoms.

Eine Reihe künstlicher, computergenerierter Schleifen wurde erstellt, um die Bildanalyseprozedur unter einfachen und vollständig kontrollierten Bedingungen zu testen. Ein Phantom in einer kurzen Achsenprojektion eines idealen linken Ventrikels wurde hergestellt. Die Verfolgungsmethode wurde mit Phantomen getestet, die sich in räumlicher Auflösung, Bildwiederholfrequenz und Art der epikardialen Bewegung unterschieden.

Außerdem wurde die Anzahl der Punkte, die für die anfängliche Konturverfolgung verwendet wurden, variiert, und der Effekt in allen Fällen geprüft. Die Fehler waren sehr gering für die integralen Größen, Radius und Dehnung, und leicht größer für die differentiellen Größen, Geschwindigkeit und Dehnungsrate. Dies war erwartet, da der Ableitungsoperator Fehler verstärkt.

Die Qualität der Ergebnisse verschlechtert sich bei verringerter räumlicher Auflösung und wird sehr gering. Die zeitliche Auflösung beeinflusst die Ergebnisse hingegen nicht signifikant, solange eine Mindestgeschwindigkeit von etwa 25 Bildern pro Sekunde sehr hoch gehalten wird. Höhere Bildraten verbessern die Ergebnisse nicht, da die Bewegung von Bild zu Bild geringer als die Pixelgröße wird.

Daher ist eine Erhöhung der Bildrate von geringem oder keinerlei Nutzen, wenn sie nicht von einer Erhöhung der räumlichen Auflösung begleitet wird. Nun zeigen wir Ihnen einige repräsentative klinische Fälle und Ergebnisse: der Dehnungsunterschied zwischen einem gesunden Kontrollsubjekt, einem jungen DMD-Patienten mit normaler Ejektionsfraktion, älteren DMD-Patienten mit normaler Ejektionsfraktion, einem DMD-Patienten mit abnormaler Ejektionsfraktion und einem DMD-Patienten mit Herzinsuffizienz im Endstadium wird dargestellt. Beachten Sie den globalen zirkumferenziellen Dehnungsunterschied zwischen den Kontrollpersonen sowie den DMD-Patienten in verschiedenen Krankheitsstadien.

Das Feature-Tracking der linksventrikulären zirkumferenziellen Dehnung korreliert nicht nur stark mit der Dehnungsbeurteilung anhand markierter Bilder, sondern konnte auch eine ähnliche ST-Schichtung wie die harmonische Phasenanalyse einer markierten Bildsequenz definieren. Die Analyse der zirkumferenziellen Dehnung mittels Feature-Tracking könnte dazu beitragen, zentrale Fragen im Bereich der Herzinsuffizienz zu beantworten, indem kardiale Dysfunktionen erkannt werden, bevor die Ejektionsfraktion bei erworbenen und angeborenen Erkrankungen abnimmt. Dies könnte eine frühzeitige Intervention und Beurteilung der therapeutischen Wirksamkeit ermöglichen.

Ein Problem bei der kardialen Quantifizierung bestand schon immer darin, dass verschiedene bildgebende Verfahren unterschiedliche Messmethoden verwenden und die Ergebnisse daher schwer vergleichbar sind. Die hier gezeigte Technologie ist nicht nur auf die kardiale MRT anwendbar, sondern auch auf andere bildgebende Verfahren wie den Ultraschall und stellt somit einen großen Schritt in Richtung Vergleichbarkeit über verschiedene Modalitäten hinweg dar.