Het gebruik van 3D-echocardiografie bij chirurgische planning van de mitralisklep in de kindercardiologie

Samenvatting

3D-echocardiografie van de mitralisklep in de kindercardiologie produceert volledige anatomische reconstructies die bijdragen aan een betere chirurgische behandeling. Hier schetsen we een protocol voor 3D-acquisitie en nabewerking van de mitralisklep in de kindercardiologie.

Samenvatting

Mitralisklepaandoeningen in de kindercardiologie zijn complex en kunnen een combinatie van ringvormige, folder-, chordae tendineae en papillaire spierafwijkingen omvatten. Transthoracale tweedimensionale echocardiografie (2DE) blijft de primaire diagnostische beeldvormingstechniek die wordt gebruikt bij pediatrische chirurgische planning. Aangezien de mitralisklep echter een driedimensionale (3D) structuur is, is de toevoeging van 3D-echocardiografie (3DE) om de mechanismen van stenose en/of regurgitatie beter te definiëren voordelig. Transthoracale 3DE-technologie is verbeterd door de vooruitgang in sondetechnologie en ultrasone scanners, waardoor beelden worden geproduceerd met een goede ruimtelijke resolutie en een adequate temporele resolutie. Met name de toevoeging van pediatrische 3D-transducers met hogere frequenties en een kleinere voetafdruk zorgt voor een betere 3DE-beeldvorming bij kinderen. Verbeterde efficiëntie van 3DE-acquisitie en -analyse maakt het mogelijk om 3D-beoordeling van de mitralisklep gemakkelijker te integreren door de echoscopist, de cardioloog en de chirurg bij mitralisklepbeoordeling. Deze verbetering werd ook mogelijk gemaakt door de optimalisatie van de nabewerkingssoftware.

In dit methodedocument willen we de transthoracale 3DE-beoordeling van de mitralisklep bij kinderen beschrijven en het gebruik ervan bij de chirurgische planning van pediatrische mitralisklepaandoeningen. Ten eerste begint de 3DE-beoordeling met het selecteren van de juiste sonde en het verkrijgen van een beeld van de mitralisklep. Vervolgens moet de juiste methode voor gegevensverzameling worden geselecteerd op basis van de individuele patiënt. Vervolgens is optimalisatie van de dataset van cruciaal belang om de ruimtelijke en temporele resolutie goed in evenwicht te brengen. Tijdens live scannen of na acquisitie kan de dataset worden bijgesneden met behulp van innovatieve tools waarmee de gebruiker snel een oneindig aantal snijvlakken of volumetrische reconstructies kan verkrijgen. De cardioloog en chirurg kunnen de mitralisklep en het gezicht bekijken; Zo kan de morfologie nauwkeurig worden gereconstrueerd om de medische of chirurgische planning te ondersteunen. Ten slotte wordt een overzicht voorgesteld van enkele klinische toepassingen, met voorbeelden in pediatrische mitralisklepmanagement.

Inleiding

Het mitralisklepapparaat is een complexe structuur die bestaat uit de mitralisklepannulus, blaadjes, chordae tendineae en linkerventrikelpapillaire spieren ^1,2. Pediatrische mitralisklepaandoeningen bestaan uit een uitgebreid scala aan morfologische afwijkingen die verband houden met aangeboren en verworven hartafwijkingen³. De beschrijving van de morfologie van mitralisklepaandoeningen en de onderliggende mechanismen zijn belangrijke parameters voor de chirurgische planning⁴. Dit vereist het gebruik van nauwkeurige diagnostische beeldvormingsmodaliteiten. Echocardiografie is een van de primaire diagnostische technieken die worden gebruikt bij mitralisklepaandoeningen bij kinderen⁵. Met name tweedimensionale (2D) echocardiografie bij pediatrische mitralisklepaandoeningen blijft de meest gebruikte diagnostische methode. Vanwege de aard van 2D-beeldvorming moeten de echoscopist, de cardioloog en de chirurg deze complexe 3D-structuur echter mentaal reconstrueren om de pathologische mechanismen te bepalen.

Met de mogelijkheid om anatomisch correcte weergaven en een oneindig aantal snijvlakken te produceren, heeft driedimensionale (3D) echocardiografie het vermogen om de beeldvorming van de mitralisklep te verbeteren. De waarde van 3D-echocardiografie wordt aangetoond in het vermogen om specifieke informatie te verstrekken over ringvorm en dynamiek, verzakking van de sint-jakobsschelp en de zone van de coaptatie van de folder ^6,7. Hoewel is aangetoond dat 3D transoesofageale echocardiografie (TEE) de meest nauwkeurige ultrasone modaliteit is bij het identificeren van mitraliskleppathologie bij volwassenen⁸, is 3D transthoracale echocardiografie (TTE) haalbaarder bij kinderen vanwege een beter akoestisch venster. Het is bewezen dat 3D TTE zeer nauwkeurig is bij het onderscheiden van eenvoudige versus complexe mitraliskleplaesies en de noodzaak van chirurgische ingreep⁹. Bovendien stelt het verkrijgen van een 3D-volumetrische dataset chirurgen en cardiologen in staat om samen te werken bij de nabewerking, waardoor de chirurgische planning verder wordt verbeterd.

De 3D TTE-technologie is blijven verbeteren met vooruitgang op het gebied van sondetechnologie, ultrasone verwerkingskracht en efficiëntie van nabewerking. De huidige 3D-matrixsondes kunnen nu een single-beat dataset met een volledig volume verkrijgen met een volumesnelheid van ongeveer 25 volumes per seconde¹⁰. Het is mogelijk om de volumesnelheid van een single-beat dataset verder te verhogen tot boven de 25 volumes per seconde, afhankelijk van de leverancier van de ultrasone klank, de sondetechnologie en de volume-optimalisatie. Als echter de ECG-gated (subvolumes) volledige volumemethode wordt gebruikt, kan dit aantal meer dan verdubbelen, waardoor volumesnelheden worden verkregen die nodig zijn bij kinderen. De hogere hartslag bij kinderen in vergelijking met volwassenen vereist een hogere temporele 3D-resolutie voor diagnostische nauwkeurigheid. Bovendien zorgde de ontwikkeling van specifieke pediatrische 3D-sondetechnologie voor een hogere scanfrequentie, wat een betere ruimtelijke resolutie opleverde, wat cruciaal is met betrekking tot de kleine omvang van de mitralisklep en zijn apparaat¹¹. Ondanks al deze technologische verbeteringen zijn de verkopers erin geslaagd sondes te produceren met voetafdrukken die zijn aangepast aan de anatomie van kleine kinderen om een optimaal akoestisch raam te behouden. Ten slotte zorgen nieuwe nabewerkingsfuncties, zoals een hulpmiddel voor snel bijsnijden, voor efficiënte nabewerking.

In dit artikel beschrijven we de techniek voor 3D TTE-beoordeling van de mitralisklep bij kinderen, die kan worden toegepast op elk ultrasoon systeem met 3D TTE-toepassing. Bovendien zal de nabewerking van de 3D-gegevens worden beoordeeld en zal het nut ervan worden opgenomen in de chirurgische planning. Ten slotte bespreken we enkele klinische toepassingen van 3D-beeldvorming bij kinderen en geven we enkele voorbeelden.

Protocol

Dit protocol volgt de richtlijnen van de ethische commissie voor menselijk onderzoek van onze instelling.

OPMERKING: Voor de implementatie van dit protocol wordt een General Electric (GE) Vivid E95 of Philips Epiq 7C echografiesysteem gebruikt. Op het GE Vivid E95-systeem heeft de gebruiker de keuze tussen de 4Vc-D (sonde voor volwassenen) of 6Vc-D (pediatrische sonde). Op de Philips Epiq 7C heeft de gebruiker de keuze tussen de X5-1 (sonde voor volwassenen) of X7-2 (pediatrische sonde). Zie figuur 1.

1. Instelling van de patiënt en selectie van de sonde

1. Plaats de patiënt indien mogelijk in een linker laterale decubituspositie. Zie Figuur 1, stap A.
2. Selecteer de juiste 3D-matrixsonde, pediatrisch of volwassen, op basis van de grootte van de patiënt en de kwaliteit van het beeldvormingsvenster. Bij de meerderheid van de pediatrische patiënten jonger dan tien jaar kan een hoogfrequente (pediatrische) sonde worden gebruikt bij beeldvorming vanuit een parasternaal beeldvormingsvenster vanwege de nabijheid van de mitralisklep. Boven de leeftijd van tien jaar kan het gebruik van een pediatrische sonde worden geprobeerd, maar met een uitstekende beeldkwaliteit bij oudere kinderen is de sonde voor volwassenen idealer. Zie Figuur 1, stap B.
   OPMERKING: Als de gebruiker alleen toegang heeft tot een 3D-matrixsonde voor volwassenen, verhoog dan voor kleinere pediatrische patiënten de scanfrequentie voor een optimale ruimtelijke resolutie.

2. Positionering van de sonde en optimalisatie van 2D-beelden

1. Breng een ruime hoeveelheid gel aan op de geselecteerde 3D-matrixsonde.
   OPMERKING: Het optimale beeldvormingsvenster voor 3D-mitralisbeoordeling is een aangepast beeld met een lage parasternale lange as. Vanuit dit oogpunt bevindt het mitralisklepapparaat zich in de nabijheid van de sonde en staan de mitralisklepbladen relatief loodrecht op de ultrasone straal. Bovendien biedt een lage parasternale weergave van de lange as volledige visualisatie van het gehele mitralisklepapparaat. Zie Figuur 1, stap C.
2. Om een aangepast beeld van de lage parasternale lange as te verkrijgen, plaatst u de sonde op de borst in een standaard echocardiografie met de parasternale lange as.
   1. Schuif de sonde zijdelings op de borst totdat de mitralisklepbladen meer loodrecht op de ultrasone straal staan en het 2D-beeldvormingsvenster optimaal is (deze positie bevindt zich tussen het standaard parasternale venster en het standaard apicale venster).
      OPMERKING: Als de patiënt geen optimaal gemodificeerd laag parasternaal zicht heeft, maakt een combinatie van een standaard parasternaal venster en een apicaal venster een volledige visualisatie van de anatomie van de mitralisklep mogelijk.
   2. Centreer de mitralisklep in de ultrasone sector door de sonde te wiegen. Het schommelen van de sonde omvat beweging in de lange as van de sonde langs een vast punt, terwijl de insonatiehoek wordt gewijzigd van 90 graden. Centreer bij 3D-beeldvorming het interessegebied in de ultrasone sector om een smaller volume en dus een betere temporele resolutie mogelijk te maken.

3. 3D Methode voor volume-acquisitie

1. Begin met het activeren van de 3D-knop op de ultrasone console (kan door sommige leveranciers ook als 4D worden bestempeld) om een weergave met volledig volume te openen. De weergave van het volledige volume moet beginnen als een real-time volledig volume.
   OPMERKING: 3D-zoom kan ook worden gebruikt om een 3D-dataset van de mitralisklep te verkrijgen, maar met zijn beperkte interessegebied wordt dit niet aanbevolen, omdat het opnemen van omliggende structuren belangrijk kan zijn voor chirurgische behandeling.
2. Als de patiënt meewerkt en in staat is om zijn adem in te houden, gebruik dan ECG-g. Kies het aantal subvolumes (hartslagen) dat u wilt gebruiken voor de acquisitie; op de meeste ultrasone systemen kan het aantal subvolumes worden ingesteld tussen 2-6 (zie figuur 1, stap H). Het hogere aantal subvolumes dat tijdens de acquisitie wordt gebruikt, zal resulteren in een hogere volumesnelheid (verhoogde temporele resolutie), maar kan resulteren in steekartefacten die verband houden met ademhaling of beweging wanneer de subvolumes worden samengevoegd.
3. Als de patiënt niet meewerkt of zijn adem niet kan inhouden, zal real-time 3D-acquisitie van het volledige volume de kans op "steek"-artefacten elimineren (zie figuur 1, stap F). De verminderde temporele resolutie is echter niet ideaal bij kinderen en vereist dat de gebruiker ofwel volumegrootte (interessegebied) of ruimtelijke resolutie opoffert om te compenseren (beide besproken in de volgende stap).

4. 3D volume-optimalisatie (zie Figuur 1, stap G)

1. Optimaliseer de volledige volumegrootte om waar mogelijk alle mitralisklepannulus, chordae, papillaire spieren en aortaklep op te nemen.
   OPMERKING: Met ECG-gated acquisitie kan een groter gegevensvolume worden verkregen vanwege een toename van de volumesnelheid die wordt bereikt via subvolumes.
   1. Er is een kleinere hoeveelheid gegevens nodig voor real-time acquisitie om een redelijke framesnelheid te behouden. Doe dit door het elevatievlak te verkleinen en beeldvorming in een parasternale korte as om volledige visualisatie van de mitralisklepbladen en annulus mogelijk te maken (zie figuur 2).
2. Optimaliseer de 3D-signaal-ruisverhouding (kwaliteit van de beelden) door de dichtheid van de ultrasone lijn waar mogelijk te verhogen. Een toename van de dichtheid van de ultrasone lijn zal resulteren in een afname van de volumesnelheid. Verschillende leveranciers hebben verschillende terminologie voor deze functie. Optimaliseer op het GE Vivid E95-echografiesysteem de lijndichtheid met behulp van de Frame Rate-knop . Op het Philips Epiq 7C-echografiesysteem kunt u de lijndichtheid optimaliseren met behulp van de touchscreen-knop voor beeldkwaliteit .
   1. Verhoog met ECG-gated acquisitie de dichtheid van de 3D-volumelijn, omdat het gebruik van subvolumes een goede volumesnelheid behoudt.
   2. Breng met real-time acquisitie de dichtheid van de 3D-volumelijn in evenwicht met een acceptabele volumefrequentie voor de hartslag van de patiënt.
3. Stel de 3D-versterkingsinstellingen hoger in dan de 2D-versterkingsinstellingen om uitval in de mitralisklepbladen te minimaliseren. De versterking kan tijdens de nabewerking worden verlaagd om de bijgesneden afbeelding indien nodig verder te optimaliseren.

5. Opslaan van de 3D-acquisitie op volledig volume (zie afbeelding 1, stap I)

1. Als u ECG-gated acquisitie gebruikt, vraag de patiënt dan om zijn adem in te houden en stil te blijven. Activeer vervolgens het aantal geselecteerde subvolumes (hartslagen). Wacht ten minste het aantal geselecteerde beats voordat u op Store drukt (hoe meer subvolumes er zijn geselecteerd, hoe langer het opslaan duurt)
   1. Zorg ervoor dat er geen "steek"-artefacten aanwezig zijn en dat de volledige mitralisklep zichtbaar is in het 3D-volume voordat u het definitieve volume opslaat.
2. Als u realtime acquisitie gebruikt, slaat u het uiteindelijke volume op zodra alle optimalisatie is voltooid.

6. 3D verwerving van kleurendoppler

1. Verkrijg afzonderlijk een 3D-volume-acquisitie van kleuren-Doppler door kleuren-Doppler toe te voegen en stap 3-5 van het protocol te volgen. Optimaliseer de grootte van de Doppler-doos in kleur zo smal mogelijk en neem de gehele mitralisklepannulus mee. Stel de kleuren-Doppler-snelheidsschaal in tussen 60-80 cm/s.
2. Gebruik ECG-gated acquisitie om een adequaat volume te behouden. Volg stap 5.1 om het 3D-kleurendopplervolume op te slaan.
   OPMERKING: De toevoeging van kleurendoppler aan een 3D-volume vermindert de temporele resolutie aanzienlijk, waardoor de haalbaarheid ervan bij kinderen moeilijk wordt.

7. Nabewerking en bijsnijden van de mitralisklep

OPMERKING: Nabewerking en bijsnijden van de mitralisklep kan rechtstreeks op het ultrasone systeem worden uitgevoerd voor onmiddellijke resultaten. Er is echter ook speciale GE-software (EchoPAC) en Philips-software (QLAB) die dezelfde functies bieden vanaf een reviewstation. Daarnaast biedt TomTec universele software voor het nabewerken en bijsnijden van 3D-datasets van beide leveranciers.

1. Laad het opgeslagen 3D-volume van de mitralisklep in een multiplanair display met 3 panelen (2D-zijvlak, 2D-elevatievlak en 3D-reconstructie) en activeer het gereedschap voor snel bijsnijden. De tool voor snel bijsnijden vereist twee klikken en stelt de gebruiker in staat om in elk vlak bij te snijden.
   OPMERKING: Verschillende leveranciers hebben verschillende terminologie voor de tool voor snel bijsnijden. Op het GE Vivid E95-echografiesysteem is dit bijsnijdgereedschap gelabeld met "2 Click Crop". Op het Philips Epiq 7C ultrasone systeem heeft dit bijsnijdgereedschap het label "Quick Vue".
2. Volg de onderstaande stappen om een beeld van de mitralisklep te krijgen vanuit het linker atrium (zicht van de chirurg) (zie figuur 3, stap E).
   1. Werkend vanuit het 2D laterale vlak (lage parasternale lange as in dit protocol), plaatst u de eerste curser in het linker atrium, net boven de mitralisannulus. Nadat de eerste positie is ingesteld, sleept u de cursor over de mitralisklep naar de ventriculaire zijde en lijnt u de bijsnijdlijn evenwijdig uit met de mitralisklepannulus. Plaats de tweede cursor in de linker hartkamer, zorg ervoor dat de mitralisklepbladen in uw graanlijnen worden opgevangen, en stel dit punt in (zie afbeelding 3 stap B).
   2. De aanbevolen weergaverichting voor de mitralisklep en het gezicht is anterieur up¹². Draai met behulp van de trackball aan de 3D-mitralisklep om de aortaklep bovenaan het scherm te plaatsen.
3. Om een en face view van de mitralisklep te verkrijgen vanaf de linker hartkamer, draait u eenvoudig de vorige stap bijgesneden afbeelding 180 graden (op sommige leverancierssystemen is er een flip crop-functie die dit snel doet) (zie Figuur 3, stap F).
   1. Snijd het Doppler 3D-kleurvolume van de mitralisklep bij in dezelfde richting als stap 7.3.
4. Krijg een beeld van het mitralisklepapparaat onder de valvar, inclusief de chordae, tendineae en papillaire spieren.
   1. Werkend vanuit het 2D laterale vlak (lage parasternale lange as in dit protocol), plaatst u de eerste curser in het midden van de linker hartkamer. Nadat de eerste positie is ingesteld, sleept u de cursor naar de achterwand van de linkerventrikel en lijnt u de bijsnijdlijnen evenwijdig uit met de lange as van de linkerventrikel. Plaats de tweede cursor onder de achterwand en stel dit punt in (zie afbeelding 4).
5. Optimaliseer de instellingen voor 3D-versterking en compressie.
   1. Optimaliseer de 3D-versterkingsinstellingen naar de laagste instelling met behoud van minimale tot geen uitval van de mitralisklepblad.
   2. Optimaliseer de 3D-compressie-instellingen om een breder of smaller scala aan kleurschakeringen op te nemen. 3D-compressie kan de 3D-dieptewaarneming verbeteren. Op het Philips Epiq 7-systeem wordt het aanpassen van de 3D-compressie uitgevoerd door aan de compressieknop te draaien. Op het GE Vivid E95-systeem wordt het aanpassen van de 3D-compressie uitgevoerd door aan de Active Mode-versterkingsknop te draaien.
6. Sla de geoptimaliseerde, bijgesneden 3D-weergaven van de mitralisklep op als afzonderlijke cine-lusclips.

Resultaten

Een 3D-dataset van goede kwaliteit van de mitralisklep bij pediatrische echocardiografie heeft een optimale volumesnelheid die geschikt is voor het beoordelen van de beweging van de folder en een uitstekende ruimtelijke resolutie die gebruik maakt van een superieure axiale resolutie. Om het succes van de 3D ECG-gated acquisitie van het protocol te beoordelen, moet u eerst bepalen of er een significant "stitch"-artefact aanwezig is. In aanwezigheid van geen artefact en als de acquisitie i...

Discussie

Voor de operator/echoscopist stuit 3D-echocardiografie vaak op verschillende uitdagingen. Ten eerste is er van nature een aanzienlijke variatie in de grootte van de patiënt, de hartslag en de samenwerking tijdens een pediatrisch echocardiografie-onderzoek. Deze parameters maken het moeilijk om 3D-specifieke protocollen te hebben en maken de 3D-acquisitie-operator daarom afhankelijk. Vaak is de training voor echografen voornamelijk gericht op 2D-beeldvorming, waardoor er een hiaat in de k...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
4Vc-D sonde	General Electric		Ultraspoed sonde (GE)
6Vc-D sonde	General Electric		Ultraspoed sonde (GE)
Epiq 7C	Philips		Ultrageluid systeem
Vivid E95	General Electric		Ultrageluid systeem
X5-1	Philips		Ultraspoed sonde (Philips)
X7-2	Philips		Ultraspoed sonde (Philips)