Evaluatie van linkerventrikelstructuur en -functie met behulp van 3D-echocardiografie

Summary

In dit artikel bieden we een stapsgewijs acquisitie- en analyseprotocol voor de volumetrische beoordeling en spikkelvolganalyse van de linker ventrikel door 3D-echocardiografie, met bijzondere aandacht voor praktische aspecten die de haalbaarheid van deze techniek maximaliseren.

Abstract

Driedimensionale (3D) kwantificering van de linker ventrikel (LV) biedt een aanzienlijke toegevoegde waarde in termen van diagnostische nauwkeurigheid en nauwkeurige risicostratificatie bij verschillende hartaandoeningen. Onlangs is 3D-echocardiografie beschikbaar gekomen in de routinematige cardiologiepraktijk; hoogwaardige beeldacquisitie en daaropvolgende analyse hebben echter een steile leercurve. Dit artikel is bedoeld om de lezer door een gedetailleerd 3D-protocol te leiden door tips en trucs te presenteren en ook door de mogelijke valkuilen te benadrukken om het wijdverspreide maar technisch verantwoorde gebruik van deze belangrijke techniek met betrekking tot de LV te vergemakkelijken. Eerst en vooral tonen we de verwerving van een hoogwaardige 3D-dataset met optimale ruimtelijke en temporele resolutie. Vervolgens presenteren we de analytische stappen naar een gedetailleerde kwantificering van de LV met behulp van een van de meest toegepaste ingebouwde software. We zullen LV-volumes, sfericiteit, massa en ook systolische functie kwantificeren door ejectiefractie en myocardiale vervorming (longitudinale en omtrekstammige spanning) te meten. We zullen klinische voorbeelden bespreken en geven over de essentiële scenario's waarin de overgang van een conventionele echocardiografische benadering naar een op 3D gebaseerde kwantificering ten zeerste wordt aanbevolen.

Introduction

De beoordeling van de morfologie en functie van de linkerventrikel (LV) is het belangrijkste doel van algemene en nog specifiekere onderzoeken in de ^cardiologie1. De algemeen beschikbare en niet-invasieve transthoracale echocardiografie (TTE), die grote hoeveelheden informatie kan leveren, is de voorkeursmethode voor een handige, snelle en kosteneffectieve evaluatie.

Meting van LV-massa, volumes en daaropvolgende ejectiefractie heeft een significante diagnostische en ook prognostische ^waarde2. Hoe nauwkeuriger een bepaalde maat is, hoe hoger de waarde ervan zal zijn. Een betere correlatie met gouden standaard cardiale magnetische resonantie (CMR) beeldvorming afgeleide waarden is een voortdurende jacht op echocardiografische technieken. Over het algemeen bevelen klinische praktijkrichtlijnen de tweedekker Simpson's methode aan voor LV-volume- en ejectiefractiemeting3. De LV is echter een driedimensionale (3D) structuur met een vaak onregelmatige vorm, en daarom zullen verschillende tomografische vlakken er in sommige klinische scenario's ongetwijfeld niet in slagen om LV-morfologie en -functie nauwkeurig af te bakenen. Recente ontwikkelingen in ultrasone hardware- en softwaretechnologie maakten de ontwikkeling van real-time 3D-beeldvorming mogelijk, die een revolutie teweegbrengt in echocardiografische protocollen.

Bovendien resulteerde de behoefte aan een kwantitatieve benadering van wandbewegingsafwijkingen in de opkomst van vervormingsbeeldvorming4. Spannings- en reksnelheidsparameters kunnen worden berekend door spikkeltracking met behulp van standaard grijsschaalafbeeldingen. 3D-echocardiografie kan ook verschillende tekortkomingen van een tweedimensionale stambeoordeling ^overwinnen5. Van een duur wetenschappelijk hulpmiddel begon 3D-echocardiografie een krachtige techniek te worden die in de dagelijkse klinische praktijk wordt gebruikt, en de kwantificering van de LV bevindt zich zeker in de eerste lijn in deze doorbraak.

Dit artikel is bedoeld om de lezer door een gedetailleerd 3D-protocol te leiden door tips en trucs te presenteren en ook door de mogelijke valkuilen te benadrukken om het wijdverspreide maar technisch verantwoorde gebruik van deze belangrijke techniek met betrekking tot de LV te vergemakkelijken.

Protocol

Dit protocol volgt de richtlijnen van de Semmelweis University Regional and Institutional Committee of Science and Research Ethics. Dit protocol is van toepassing op een specifieke leverancier. Hoewel sommige stappen geldig blijven, ongeacht het echoapparaat en de nabewerkingssoftware, kunnen er belangrijke verschillen bestaan bij het gebruik van de oplossingen van andere leveranciers.

1. Technische voorschriften

1. Gebruik een echocardiografiemachine die geschikt is voor 3D-beeldvorming.
2. Sluit een 3D-transthoracale echocardiografie-compatibele phased array-transducer aan.
3. Pas het ingebouwde 3-afleidings-ECG van het echografiesysteem toe om het systeem in staat te stellen de opnames en analyses te synchroniseren met de hartcyclus.

2. Verwerving van de 3D-echocardiografische beelden

1. Plaats de patiënt in de linker laterale decubituspositie (patiënt ligt aan de linkerkant met de linkerarm gestrekt boven het hoofd).
2. Zorg ervoor dat de ECG-tracering op het scherm van goede kwaliteit is.
   OPMERKING: Dit is een voorwaarde voor nabewerking, omdat de software de verschillende punten van de hartcyclus detecteert op basis van het ECG-signaal.
3. Maak het beeld los en begin de patiënt met de transducer te onderzoeken. Visualiseer een conventioneel apicale vierkameraanzicht.
4. Optimaliseer de beeldkwaliteit door de sectorbreedte aan te passen aan LV, de diepte te verlagen om het linkeratrium af te kapen en door een lichte overgain te gebruiken.
   OPMERKING: Zorg ervoor dat het gehele LV endo- en ook het epicardiale oppervlak zichtbaar is.
5. Druk op de 4D-knop om over te schakelen naar de 3D-modus.
   OPMERKING: Door op de Multi-Slice... knop op het touchscreen te drukken, zijn er vier opties beschikbaar (5, 7, 8, 12 slices) om de 3D dataset te bekijken met behulp van standaard korte- en lange assneden. Indien nodig kan de positionering van de transducer worden gecorrigeerd om ervoor te zorgen dat de volledige LV-wanddikte van apicale tot mitralisklepniveau in de piramidale 3D-dataset wordt opgenomen. Het gebruik van 12 segmenten (met negen instelbare weergaven met korte assen) wordt aanbevolen.
6. Verkrijg 3D-afbeeldingen met de multibeat- of single beat-modus.
   1. Gebruik de Multi Beat-modus om een hogere ruimtelijke en temporele resolutie te bereiken, waarbij de dataset wordt gereconstrueerd uit 2, 3, 4 of 6 hartcycli (dit kan op het scherm worden ingesteld) - eind-expiratoire adempauze van de patiënt en stabiele transducerpositionering die nodig is om stikartefacten te minimaliseren.
      OPMERKING: Single Beat-acquisitie heeft een lagere ruimtelijke en temporele resolutie; de meeste moderne transducers hebben echter een betere kwaliteit en kunnen daarom worden gebruikt om de juiste 3D-datasets te verkrijgen zonder reconstructie om verdere analyse te ondergaan. Als algemene aanbeveling worden volumes van meer dan 15 volumes per seconde aanbevolen voor verdere analyse.
   2. Wanneer het volledige volume is gereconstrueerd uit de subvolumes en de volledige LV zichtbaar is, bevriest u de afbeelding. Selecteer met de knoppen Cycle Select en Number of Cycles de optimale verkregen hartcyclus(en) en druk op Image Store.
      OPMERKING: Stitching artefacten zijn ruimtelijk of tijdelijk verkeerd uitgelijnde subvolumes naast elkaar. Datasets met een significante uitval van LV-wanden of met stikartefacten zijn over het algemeen niet geschikt voor verdere analyse. De kwaliteit van de reeds verkregen 3D-dataset kan worden gecontroleerd met behulp van de Multi-Slice-modus.

3. Postprocessing om LV morfologie en functie te kwantificeren

1. Selecteer een 3D-dataset die geschikt is voor verdere analyse.
   OPMERKING: Dit deel van het protocol vereist de eerder verkregen en opgeslagen 3D-beelden van goede kwaliteit en kan worden uitgevoerd op het echoapparaat en een apart werkstation.
2. Klik op Meten | Volume en selecteer vervolgens 4D Auto LVQ.
3. Op het quad-scherm (drie apicale weergaven: vier-, twee- en driekamerweergaven en één weergave met korte as, de laatste kan worden aangepast door een horizontaal vlak op weergaven met lange assen), vraagt de software om de uitlijning van apicale segmenten naar standaardweergaven te wijzigen. Corrigeer indien nodig de apicale weergaven handmatig door te kantelen en te roteren om de bijbehorende standaardweergave weer te geven, waardoor voorverkorting wordt geëlimineerd. Stel kantelen in om de remklauw uit te lijnen met de lange as van de LV door de remklauwen op lange-asweergaven te slepen en te bewegen. Stel de rotatie in met de overeenkomstige of de draai alle knoppen op de machine of door de remklauwen op het korte-asbeeld aan te passen.
   OPMERKING: Softwareaanbevelingen kunnen worden gereset door op de knop Automatisch uitlijnen te drukken.
4. Nadat u de weergave-uitlijning hebt voltooid, klikt u naar de volgende stap EDV. Het einddiastolische (ED) frame wordt automatisch gedetecteerd met behulp van het ECG-signaal, maar kan indien nodig handmatig worden gecorrigeerd.
5. Semi-automatische detectie van LV endo- en epicardiale oppervlakte
   1. Selecteer handmatig twee oriëntatiepunten in elke apicale weergave. Identificeer eerst de LV-top en vervolgens het midden van de LV-basis (mitralis annulusniveau) in elke apicale weergave. Het algoritme zal automatisch de endocardiale rand van de gehele LV contouren.
      OPMERKING: Er zijn nog twee opties: Handmatig, wat betekent dat twee basale en één apicale oriëntatiepunt in elke apicale weergave moeten worden ingesteld, en Auto Init, dat automatisch de LV contourt zonder enige interactie van de gebruiker.
   2. Controleer de contourgeloofwaardigheid in drie apicale weergaven, drie weergaven met korte assen van verschillende niveaus en een vierde door de gebruiker bestuurde korte as, om visuele verificatie van het gedetecteerde oppervlak mogelijk te maken. Contourcorrectie is mogelijk door handmatig punten toe te voegen die vervolgens in de contourlijn worden opgenomen.
      OPMERKING: Met Ongedaan maken kan het eerder toegevoegde punt worden verwijderd. De resetknop reset de contouren om het hele gedeelte vanaf het begin te starten. De contourzichtbaarheid kan worden aangepast om de waardering van het endocardiale oppervlak op het grijsschaalbeeld mogelijk te maken. Endocardiale en epicardiale contouren moeten op een nauwkeurige en consistente manier worden uitgevoerd. Voor een gedetailleerde aanbeveling raadpleegt u de volgende ^referentie6.
   3. Kies de volgende stap, namelijk de ESV.
   4. Herhaal dezelfde procedure (3.5.1-3.5.2) als vermeld in de vorige punten om de endocardiale contour op het eind-systolische frame te identificeren en te corrigeren.
      OPMERKING: Het end-systolische (ES) frame wordt automatisch gedetecteerd met behulp van het ECG-signaal, maar kan indien nodig handmatig worden gecorrigeerd. Waarden van einddiastolisch volume (EDV), eind-systolisch volume (ESV), ejectiefractie (EF), hartslag (HR), slagvolume (SV), cardiale output (CO) en sfericiteitsindex (SpI) worden al op het scherm weergegeven.
   5. Druk op Volumegolfvorm voor de volgende stap. De software toont een dynamisch 3D-model van de LV en ook tijd-volumecurve terwijl het het endocardiale oppervlak frame voor frame volgt gedurende de hartcyclus (figuur 1).
      OPMERKING: Hier is er een mogelijkheid om de endocardiale rand bij elk frame te bewerken.
   6. Druk voor de volgende stap op LV Mass. De software contourt automatisch LV-epicardiale contouren op het einddiastolische frame en berekent LV-massa (EDMass).
      OPMERKING: Bewerk indien nodig de contour van het epicardiale oppervlak door punten toe te voegen om op te nemen (dezelfde methode als eerder beschreven) in een vlak met korte of lange assen. Er kan worden gekozen welke contour moet worden aangepast: Endo, Epi of Endo + Epi.
   7. Druk op 4D Strain ROI voor de volgende stap. De software contoureert automatisch LV-epicardiale contouren op het end-systolische frame en berekent LV end-systolische massa (ESMass).
      OPMERKING: Bewerk indien nodig de eind-systolische contour van het epicardiale oppervlak door punten toe te voegen om op te nemen (dezelfde methode als eerder beschreven) in een vlak met korte of lange assen. ESMass moet van vergelijkbare waarde zijn als EDMass. Deze stap is essentieel om 3D-rekwaarden te berekenen door spikkeltracking.
   8. Druk op 4D Strain Results voor de volgende stap. De software visualiseert de 3D-myocardiale tracking op meerdere korte- en lange-asvlakken en bijbehorende spanningswaarden van de 17 standaard LV-segmenten gedurende de hartcyclus, frame voor frame. Tijdsbelastingscurven en bull's eye plot worden ook weergegeven. De volgende parameters worden berekend en kunnen worden aangetoond: longitudinale spanning, omtrekspanning, radiale spanning, gebiedsbelasting, rotatie en torsie.
      OPMERKING: Er is een mogelijkheid om een bepaald LV-segment uit te sluiten van analyse als het wordt beschouwd als een segment met een lage trackingkwaliteit door visuele observatie van beelden of op basis van de tijd-rekcurve. De software beveelt echter standaard aan bij goedkeuring of afwijzing van segmenten. Kleurgecodeerde rekwaarden kunnen worden gevisualiseerd op een dynamisch 3D-model van de LV door de "Lay-out" te wijzigen.
6. Als u de analyse wilt beëindigen, drukt u op Goedkeuren en afsluiten.

Results

3D-analyse van de LV is haalbaar bij de meerderheid van de patiënten. Casus 1 is een gezonde vrijwilliger met normale ventriculaire volumes en functie (figuur 1). Casus 2 (figuur 2) is een 64-jarige mannelijke patiënt met gedilateerde cardiomyopathie en een breed QRS-complex (160 ms) van de morfologie van het linkerbundeltakblok. Gouden standaard CMR-metingen waren de volgende: einddiastolisch volume: 243 ml, eind-systolisch volu...

Discussion

LV morfologische en functionele metingen vormen hoekstenen van diagnose, management en follow-up van hartaandoeningen; bovendien zijn ze krachtige voorspellers van de uitkomst. Over het algemeen wordt op 2D-echocardiografie gebaseerde evaluatie van de LV aanbevolen door de huidige praktijkrichtlijnen; het is echter bewezen dat 3D-echocardiografie nauwkeuriger is omdat het vrij is van geometrische aannames met betrekking tot ^LV-vorm7,8. Deformatiebeeldvorming door...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3V-D/4V-D/4Vc-D	General Electric	n.a.	echografie sonde
4D Auto LVQ	General Electric	n.a.	software voor analyse
E9/E95	General Electric	n.a.	echografie apparaat
EchoPac v203	General Electric	n.a.	software voor analyse