3D心エコーを用いた左心室構造と機能の評価

Summary

本稿では、3D心エコー検査による左心室の容積評価および分光追跡解析のためのステップバイステップの取得および分析プロトコルを提供し、特にこの技術の実現可能性を最大化する実用的な側面に焦点を当てる。

Abstract

左心室(LV)の3次元(3D)定量化は、様々な心臓障害における診断精度と正確なリスク階層化の点で有意な付加価値を提供する。最近では、3D心エコー検査は、日常的な心臓病の練習で利用可能になりました。ただし、高品質の画像取得とその後の解析には、学習曲線が急な値になります。本稿は、ヒントやトリックを提示し、また、LVに関するこの重要な技術の広範だが技術的に健全な使用を容易にする潜在的な落とし穴を強調することによって、詳細な3Dプロトコルを通して読者を導くことを目的としています。まず第一に、最適な空間と時間分解能を備えた高品質の3Dデータセットの取得を示します。次に、最も広く適用されている組み込みソフトウェアの1つを使用して、LVの詳細な定量化に向けた分析ステップを提示します。LV体積、球面性、質量、収縮期機能を、吐出分率と心筋変形(縦方向および経周歪み)を測定して定量化します。従来の心エコー手法から3Dベースの定量化への移行が強く推奨される重要なシナリオについて、臨床事例を紹介します。

Introduction

左心室(LV)形態および機能の評価は、心臓病学における一般的かつより具体的な調査の主な目的^である1。情報の高密度を提供することができる広く利用可能で非侵襲的な胸部心エコー検査(TTE)は、便利で迅速で費用対効果の高い評価のための選択の方法です。

LV質量、体積、および後続の放出率の測定は、有意な診断および予後値²を保持します。与えられたメジャーが正確であればあるほど、その値は高くなります。金標準心臓磁気共鳴(CMR)の画像化の派生値とのよりよい相関関係は、心エコー技術のための継続的な追跡である。一般的に、臨床実習ガイドラインでは、LV容積および駆出率測定³のための複葉機シンプソンの方法をお勧めします。しかし、LVは不規則な形状を持つ3次元(3D)構造であるため、LVの形態や機能を正確に表現するためにいくつかの臨床シナリオでは、いくつかの断層面が失敗することは間違いありません。超音波ハードウェアおよびソフトウェア技術の最近の進歩は、心エコープロトコルを革命化するリアルタイム3Dイメージングの開発を可能にしました。

また、壁運動異常に関する定量的アプローチの必要性は、変形画像化⁴の台頭をもたらした。ひずみとひずみ率のパラメータは、標準のグレースケール画像を使用してスペックルトラッキングで計算できます。3D心エコー検査は、2次元歪み評価⁵のいくつかの欠点を克服することもできる。高価な科学的ツールから、3D心エコーは日常の臨床現場で使用される強力な技術になり始め、LVの定量化は確かにこのブレークスルーの最初の行にあります。

本稿は、ヒントやトリックを提示し、また、LVに関するこの重要な技術の広範だが技術的に健全な使用を容易にする潜在的な落とし穴を強調することによって、詳細な3Dプロトコルを通して読者を導くことを目的としています。

Protocol

この議定書は、センメルワイス大学の地域・学術研究倫理委員会のガイドラインに従っています。現在のプロトコルは、特定のベンダーに適用されます。いくつかのステップは、超音波機械と後処理ソフトウェアに関係なく有効なままですが、他のベンダーのソリューションを使用する場合、重要な違いが存在する可能性があります。

1. 技術的な要件

1. 3Dイメージングが可能な心エコー検査機を利用する。
2. 3Dトランスソシック心エコー検査に対応したフェーズドアレイトランスデューサを接続します。
3. 超音波システムの内蔵3リードECGを適用して、システムが記録と分析を心臓周期に同期できるようにします。

2. 3次元心エコー画像の取得

1. 左横の褥瘡の位置に患者を配置する(患者は、左の側に横たわって、頭の上に左腕を伸ばした)。
2. 画面上の ECG トレースの品質が良好であることを確認します。
   注:ソフトウェアは心電図信号に基づいて心周期のさまざまなポイントを検出するので、これは後処理のための前提条件です。
3. 画像を凍結解除し、トランスデューサで患者を検査し始めます。従来のアペカル4室ビューを視覚化します。
4. セクタ幅をLVに調整し、深さを下げて左心房を切り詰め、わずかな過ゲインを使用して画質を最適化します。
   注意:LVの全端を確認し、また心外膜面が見えるようにしてください。
5. 4Dボタンを押して3Dモードに切り替えます。
   注: タッチスクリーンの マルチスライス ボタンを押すと、標準の短軸と長軸カットを使用して3Dデータセットの概要を表示する4つのオプション(5、7、8、12スライス)が利用可能になります。必要に応じて、トランスデューサの位置を補正して、円錐から僧帽弁レベルまでのLVの壁厚全体をピラミッド型3Dデータセットに確実に含めることができます。12 個のスライス (9 つの調整可能な短軸ビュー) の使用をお勧めします。
6. マルチビートまたはシングルビートモードを使用して3D画像を取得します。
   1. マルチビートモードを使用して、2、3、4、または6の心拍サイクル(これは画面上で設定することができます)からデータセットを再構築する、より高い空間および時間分解能を達成するために使用してください - ステッチアーティファクトを最小限に抑えるために必要な患者と安定したトランスデューサ位置の終わりの息止め。
      注: シングルビート の取得は、より低い空間と時間分解能です。しかし、ほとんどの最新のトランスデューサは高品質であるため、再構築せずに適切な3Dデータセットを取得してさらなる分析を行うことができます。一般的な推奨事項として、1 秒あたりのボリューム レートは、さらに分析するために推奨されます。
   2. フルボリュームがサブボリュームから再構築され、LV全体が表示されたら、イメージをフリーズします。 サイクル選択 と サイクル数ノブを 使用して、最適な取得した心臓サイクルを選択し、 イメージストアを押します。
      注: ステッチアーティファクトは、空間的または一時的に位置がずれるサブボリューム同士です。LV 壁の大きなドロップアウトを持つデータセットや、ステッチアーティファクトを含むデータセットは、一般に、さらなる分析には適していません。すでに取得した 3D データセットの品質は、マルチスライス モードを使用してダブルチェックできます。

3. LV形態と機能を定量化するための後処理

1. さらに解析に適した 3D データセットを選択します。
   注:プロトコルのこの部分は、以前に取得し、良質の3D画像を保存する必要があり、超音波装置と別のワークステーション上で実行することができます。
2. [測定]|をクリックします。ボリューム、4DオートLVQを選択します。
3. クワッドスクリーン(4、2、3室のビュー、および1つの短軸ビューの3つの補助的なビュー)では、後者は長軸ビュー上の水平面で調整できます。a0>必要に応じて、傾きと回転によって手動でアパイカルビューを修正し、対応する標準ビューを表示し、それによって短縮を排除します。長軸ビューでキャリパーをドラッグして移動することで、キャリパーを LV の長軸に合わせて傾斜を設定します。マシン上の対応するまたはすべての回転ノブまたは短軸イメージのキャリパーを調整することによって、回転を設定します。
   注: ソフトウェアの推奨設定は 、[自動整列 ] ボタンを押してリセットできます。
4. ビューの配置が完了したら、次のステップ EDV をクリックします。エンド拡張(ED)フレームは、ECG信号を使用して自動的に検出されますが、必要に応じて手動で修正することができます。
5. LV内膜・外膜表面の半自動検出
   1. 任意のアプカル ビューで 2 つのランドマーク ポイントを手動で選択します。まず、LV頂点を特定し、次にLVベースの中央(僧帽弁アヌラスレベル)を任意のアピックビューで識別します。アルゴリズムは、自動的に全体のLVの心内境界を輪郭を描きます。
      注:2つのオプションがあります: 手動、つまり、2つの基礎と1つのアペカルランドマークは、すべてのアパイカルビューで設定する必要があることを意味し、 自動Initは、ユーザーの操作なしで自動的にLVを輪郭を描きます。
   2. 3 つのアペカル ビュー、異なるレベルの 3 つの短軸ビュー、および第 4 のユーザー制御短軸で輪郭の信頼性を確認して、検出されたサーフェスの視覚的な検証を可能にします。輪郭補正は、手動でポイントを追加することで可能で、その後、コンター ラインに組み込まれます。
      注: [元に戻す]を使用すると、以前に追加したポイントを削除できます。リセットボタンは、輪郭をリセットして、セクション全体を最初から開始します。輪郭の可視性を調整して、グレースケールの画像上の心内膜表面の鑑賞を可能にできます。心内膜および心筋輪郭は、正確かつ一貫した方法で行われるべきである。詳細な推奨事項については、以下の参照を確認してください^。
   3. 次のステップ( ESV)を選択します。
   4. 前のポイントで説明したように、同じ手順(3.5.1~3.5.2)を繰り返して、エンドシストリックフレームの心内輪郭を特定して修正します。
      メモ:エンドシストリック(ES)フレームは、ECG信号を使用して自動的に検出されますが、必要に応じて手動で修正することができます。エンド拡張期容積(EDV)、終期収縮期容積(ESV)、駆出率(EF)、心拍数(HR)、脳卒中量(SV)、心拍出量(CO)および球面指数(SpI)の値が既に画面に表示されています。
   5. 次のステップで 音量波形 を押します。ソフトウェアは、心周期フレーム全体にわたって心内膜表面をトレースするLVと時間容積曲線の動的3Dモデルを表示します(図1)。
      注:ここでは、任意のフレームで心内膜の境界線を編集する可能性があります。
   6. 次のステップでは、 LV Mass を押します。ソフトウェアは自動的に末拡張期フレームのLV心外膜輪郭を輪郭を描き、LV質量(EDMass)を計算する。
      注: 必要に応じて、短軸または長軸平面に含める点(前述の方法と同じ方法)を追加して、心外膜サーフェスの輪郭を編集します。調整する輪郭を選択できます: 内線、エピ、または Endo +エピ。
   7. 次のステップに向けて 4D ひずみ ROI を押します。ソフトウェアは自動的に終部収縮期フレームのLV心外膜輪郭を輪郭し、LV末端収縮量質量(ESMass)を計算する。
      注: 必要に応じて、短軸または長軸面に含める点(前述と同じ方法)を追加して、心外膜サーフェスの終点-収縮期の輪郭を編集します。ESMass は、EDMass と同様の値である必要があります。このステップは、スペックルトラッキングによって3Dひずみ値を計算するために不可欠です。
   8. 次のステップで 4Dひずみ結果 を押します。ソフトウェアは、複数の短軸および長軸平面上の3D心筋追跡と、心臓サイクル全体の17の標準LVセグメントの対応する歪み値をフレームごとに視覚化します。時間ひずみ曲線と雄牛の目のプロットも表示されます。縦方向ひずみ、円周ひずみ、放射状ひずみ、面積ひずみ、回転、およびトーションのパラメータが計算され、実証できます。
      注:特定のLVセグメントが画像の視覚的観察や時間ひずみ曲線に基づいて低いトラッキング品質を有すると考えられる場合は、解析から特定のLVセグメントを除外する可能性があります。ただし、ソフトウェアは、デフォルトでセグメントの承認または拒否を推奨します。色分け歪み値は、LVの動的3Dモデルで「レイアウト」を変更することで可視化できます。
6. 分析を終了するには、[ 承認と終了] を押します。

Results

LVの3D分析は、大多数の患者で実現可能である。ケース1は正常な心室容積と機能を有する健康なボランティアである(図1)。症例2(図2)は、拡張型心筋症を有する64歳の男性患者であり、左束枝ブロック形態の広いQRS複合体(160ms)である。ゴールドスタンダードCMR測定は以下の通り:末拡張期容積:243mL、終期収縮期容積:160mL、駆出率:34%、LV質量:163g。従来の線形心エコー測定では、LV体積(末端拡張期:139mL、終期収縮期:76mL)および過大評価された駆出率(45%)およびLV質量(469g)を大幅に過小評価しています。しかし、図 2に示すように、3D心エコー測定はゴールドスタンダードにはるかに近い。さらに、3Dスペックルトラッキングによる心筋力学の解析は、同期性収縮および分節性機能不全に関する有意義なデータを提供する。患者は後に心臓再同期療法に成功した。

Discussion

LV形態学的および機能的測定は、心臓病の診断、管理、およびフォローアップの基礎を表します。さらに、それらは結果の強力な予測変数です。一般的に、LVの2D心エコーベースの評価は、現在の実践ガイドラインで推奨されています。しかし、3D心エコーは、LV ^shape7,8に関する幾何学的仮定から解放され、より正確であることが証明されています。スペックルトラッキングによる変形画像は、心筋歪みの異なる方向を評価する堅牢な方法であり、壁運動異常をより敏感に定量することができます⁵。縦方向歪みは、突出画分9と比較して確立された優れた予後値を有^する。

一般的に、LVは、終止間呼吸時の4~6回の周期で再構築されたフルボリューム3Dデータセットを使用してトランスソシックなアプリカルウィンドウから取得し、その後、最適な空間および時間的解像度を達成するためにサブボリュームを自動的につなぎ合わせます...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3V-D/4V-D/4Vc-D	ゼネラル・エレクトリック	n.a.	超音波プローブ
4D Auto LVQ	ゼネラル・エレクトリック	n.a.	解析用ソフトウェア
E9/E95	ゼネラル・エレクトリック	n.a.	超音波装置
EchoPac v203	ゼネラル・エレクトリック	n.a.	解析用ソフトウェア