Ocena struktury i funkcji lewej komory za pomocą echokardiografii 3D

Summary

W tym artykule przedstawiamy krok po kroku protokół akwizycji i analizy objętościowej i analizy śledzenia plamek lewej komory za pomocą echokardiografii 3D, szczególnie skupiając się na praktycznych aspektach, które maksymalizują wykonalność tej techniki.

Abstract

Trójwymiarowa (3D) kwantyfikacja lewej komory (LV) dostarcza znaczącej wartości dodanej pod względem dokładności diagnostycznej i precyzyjnej stratyfikacji ryzyka w różnych zaburzeniach serca. Niedawno echokardiografia 3D stała się dostępna w rutynowej praktyce kardiologicznej; Jednak pozyskiwanie wysokiej jakości obrazów i późniejsza analiza mają stromą krzywą uczenia się. Niniejszy artykuł ma na celu przeprowadzenie czytelnika przez szczegółowy protokół 3D poprzez przedstawienie wskazówek i sztuczek, a także poprzez podkreślenie potencjalnych pułapek, które ułatwią powszechne, ale technicznie poprawne zastosowanie tej ważnej techniki dotyczącej LV. Przede wszystkim pokazujemy pozyskanie wysokiej jakości zbioru danych 3D o optymalnej rozdzielczości przestrzennej i czasowej. Następnie przedstawiamy kroki analityczne w kierunku szczegółowej kwantyfikacji lewej komory przy użyciu jednego z najczęściej stosowanych wbudowanych programów. Określimy ilościowo objętość lewej kominy, sferyczność, masę, a także funkcję skurczową, mierząc frakcję wyrzutową i deformację mięśnia sercowego (odkształcenie podłużne i obwodowe). Omówimy i przedstawimy przykłady kliniczne dotyczące podstawowych scenariuszy, w których zdecydowanie zaleca się przejście z konwencjonalnego podejścia echokardiograficznego do kwantyfikacji opartej na 3D.

Introduction

Ocena morfologii i funkcji lewej komory (LV) jest głównym celem ogólnych i jeszcze bardziej szczegółowych badań w kardiologii¹. Powszechnie dostępna i nieinwazyjna echokardiografia przezklatkowa (TTE), która może dostarczyć dużej ilości informacji, jest metodą z wyboru do wygodnej, szybkiej i opłacalnej oceny.

Pomiar masy niskiego napięcia, objętości i późniejszej frakcji wyrzutowej ma istotną wartość diagnostyczną, a także prognostyczną². Im dokładniejsza jest dana miara, tym wyższa będzie jej wartość. Lepsza korelacja ze złotym standardem obrazowania metodą rezonansu magnetycznego serca (CMR) jest nieustającą pogonią za technikami echokardiograficznymi. Ogólnie rzecz biorąc, wytyczne praktyki klinicznej zalecają dwupłatową metodę Simpsona do pomiaru objętości LV i frakcji wyrzutowej³. Jednak LV jest strukturą trójwymiarową (3D) o często nieregularnym kształcie, a zatem kilka płaszczyzn tomograficznych z pewnością nie będzie w stanie dokładnie określić morfologii i funkcji lewej komory w niektórych scenariuszach klinicznych. Ostatnie postępy w technologii sprzętu i oprogramowania ultradźwiękowego pozwoliły na opracowanie obrazowania 3D w czasie rzeczywistym, które rewolucjonizuje protokoły echokardiograficzne.

Ponadto, potrzeba ilościowego podejścia do nieprawidłowości ruchu ścian spowodowała wzrost obrazowania deformacji⁴. Parametry odkształcenia i szybkości odkształcania można obliczyć za pomocą śledzenia plamek przy użyciu standardowych obrazów w skali szarości. Echokardiografia 3D może również przezwyciężyć kilka niedociągnięć dwuwymiarowej oceny odkształceń⁵. Z drogiego narzędzia naukowego, echokardiografia 3D zaczęła stawać się potężną techniką stosowaną w codziennej praktyce klinicznej, a kwantyfikacja lewej komory jest z pewnością na pierwszej linii tego przełomu.

Niniejszy artykuł ma na celu przeprowadzenie czytelnika przez szczegółowy protokół 3D, przedstawiając porady i triki, a także podkreślając potencjalne pułapki, które ułatwią powszechne, ale technicznie poprawne zastosowanie tej ważnej techniki dotyczącej LV.

Protocol

Ten protokół jest zgodny z wytycznymi Regionalnego i Instytucjonalnego Komitetu Etyki Nauki i Badań Uniwersytetu Semmelweis. Niniejszy protokół ma zastosowanie do konkretnego dostawcy. Chociaż niektóre kroki pozostają ważne niezależnie od aparatu ultrasonograficznego i oprogramowania do przetwarzania końcowego, mogą wystąpić istotne różnice w przypadku korzystania z rozwiązań innych dostawców.

1. Wymagania techniczne

1. Wykorzystaj echokardiografię zdolną do obrazowania 3D.
2. Podłącz przetwornik 3D z funkcją echokardiografii przezklatkowej z funkcją Phased Array.
3. Zastosuj wbudowane 3-odprowadzeniowe EKG systemu ultrasonograficznego, aby umożliwić systemowi synchronizację zapisów i analiz z cyklem pracy serca.

2. Akwizycja obrazów echokardiograficznych 3D

1. Ułóż pacjenta w lewej bocznej pozycji odleżynowej (pacjent leżący na lewym boku z lewą ręką wyciągniętą nad głową).
2. Upewnij się, że zapis EKG na ekranie jest dobrej jakości.
   UWAGA: Jest to warunek wstępny dla przetwarzania końcowego, ponieważ oprogramowanie wykryje różne punkty cyklu serca na podstawie sygnału EKG.
3. Odblokuj obraz i zacznij badać pacjenta za pomocą głowicy. Wizualizacja konwencjonalnego wierzchołkowego widoku czterokomorowego.
4. Zoptymalizuj jakość obrazu, dostosowując szerokość sektora do LV, zmniejszając głębię w celu obcięcia lewego przedsionka i używając niewielkiego nadmiaru.
   UWAGA: Upewnij się, że widoczna jest cała powierzchnia endo-, a także nasierdziowa.
5. Naciśnij przycisk 4D, aby przełączyć się w tryb 3D.
   UWAGA: Naciśnięcie przycisku Multi-Slice... na ekranie dotykowym spowoduje wyświetlenie czterech opcji (5, 7, 8, 12 plasterków) umożliwiających podgląd zestawu danych 3D przy użyciu standardowych cięć w krótkich i długich osiach. W razie potrzeby położenie przetwornika można skorygować, aby zapewnić uwzględnienie całej grubości ścianki niskiego napięcia od poziomu wierzchołkowego do poziomu zastawki mitralnej w piramidalnym zestawie danych 3D. Zaleca się użycie 12 warstw (z dziewięcioma regulowanymi widokami krótkich osi).
6. Rejestruj obrazy 3D w trybie Multi Beat lub Single Beat.
   1. Użyj trybu Multi Beat, aby uzyskać wyższą rozdzielczość przestrzenną i czasową, w którym zestaw danych zostanie zrekonstruowany z 2, 3, 4 lub 6 cykli pracy serca (można to ustawić na ekranie) - wstrzymanie oddechu pacjenta na końcu wydechu i stabilne ustawienie głowicy potrzebne do zminimalizowania artefaktów łączenia.
      UWAGA: Akwizycja pojedynczego uderzenia ma niższą rozdzielczość przestrzenną i czasową; jednak większość nowoczesnych przetworników ma lepszą jakość i dlatego można je wykorzystać do pozyskania odpowiednich zestawów danych 3D bez rekonstrukcji w celu poddania ich dalszej analizie. Jako ogólne zalecenie do dalszej analizy zaleca się szybkości głośności powyżej 15 objętości na sekundę.
   2. Gdy cała wolumin zostanie zrekonstruowany z podwoluminów, a cała LV jest widoczna, zamroź obraz. Za pomocą pokręteł Cycle Select (Wybór cyklu) i Number of Cycles (Liczba cykli) wybierz optymalny nabyty cykl (cykle) pracy serca i naciśnij Image Store.
      UWAGA: Artefakty łączenia to przestrzennie lub tymczasowo niewyrównane podwoluminy obok siebie. Zestawy danych ze znacznym spadkiem ścian nn lub z artefaktami łączenia na ogół nie nadają się do dalszej analizy. Jakość już pozyskanego zestawu danych 3D można dwukrotnie sprawdzić w trybie wielowarstwowym.

3. Przetwarzanie końcowe w celu ilościowego określenia morfologii i funkcji LV

1. Wybierz zestaw danych 3D odpowiedni do dalszej analizy.
   UWAGA: Ta część protokołu wymaga wcześniej pozyskanych i zapisanych dobrej jakości obrazów 3D i może być wykonana zarówno na paraparacie ultrasonograficznym, jak i na osobnym stanowisku pracy.
2. Kliknij na Measure | Głośność, a następnie wybierz opcję 4D Auto LVQ.
3. Na czterech ekranach (trzy widoki wierzchołkowe: widoki cztero-, dwu- i trzykomorowe oraz jeden widok krótkoosiowy, ten ostatni można dostosować o płaszczyznę poziomą w widokach długoosiowych) oprogramowanie prosi o Modyfikuj wyrównanie przekrojów wierzchołkowych do widoków standardowych. W razie potrzeby należy ręcznie skorygować widoki wierzchołkowe, przechylając i obracając, aby wyświetlić odpowiedni widok standardowy, eliminując w ten sposób skróty perspektywiczne. Ustaw pochylenie, aby wyrównać suwmiarkę z długą osią LV, przeciągając i przesuwając suwmiarki w widokach z długą osią. Ustaw obrót za pomocą odpowiednich pokręteł lub pokrętła Obróć wszystko na maszynie lub regulując suwmiarki na obrazie o krótkiej osi.
   UWAGA: Zalecenia dotyczące oprogramowania można zresetować, naciskając przycisk automatycznego wyrównywania.
4. Po zakończeniu wyrównywania widoku kliknij, aby przejść do następnego kroku EDV. Ramka końcoworozkurczowa (ED) jest automatycznie wykrywana za pomocą sygnału EKG, ale w razie potrzeby można ją skorygować ręcznie.
5. Półautomatyczne wykrywanie powierzchni endo- i nasierdzia lewej dawki
   1. Wybierz ręcznie dwa punkty orientacyjne w dowolnych widokach wierzchołkowych. Najpierw zidentyfikuj wierzchołek lewej wysokości, a następnie środek podstawy lewej komory (poziom pierścienia mitralnego) w dowolnym widoku wierzchołkowym. Algorytm automatycznie obrysuje granicę wsierdzia całego LV.
      UWAGA: Istnieją dwie dodatkowe opcje: Ręczna, co oznacza, że w każdym widoku wierzchołkowym należy ustawić dwa podstawowe i jeden wierzchołkowy punkt orientacyjny, oraz Auto Init, która automatycznie obrysuje LV bez żadnej interakcji z użytkownikiem.
   2. Sprawdź wiarygodność konturu w trzech widokach wierzchołkowych, trzech widokach krótkiej osi na różnych poziomach i czwartej krótkiej osi kontrolowanej przez użytkownika, aby umożliwić wizualną weryfikację wykrytej powierzchni. Korekcja konturu jest możliwa poprzez ręczne dodanie punktów, które następnie zostaną włączone do linii konturu.
      UWAGA: Za pomocą polecenia Cofnij można usunąć poprzednio dodany punkt. Przycisk resetowania resetuje konturowanie, aby rozpocząć całą sekcję od początku. Widoczność konturu można dostosować, aby umożliwić docenienie powierzchni wsierdzia na obrazie w skali szarości. Konturowanie wsierdzia i nasierdzia powinno być wykonywane w sposób dokładny i konsekwentny. Aby uzyskać szczegółowe zalecenia, zapoznaj się z następującym odniesieniem⁶.
   3. Wybierz następny krok, którym jest ESV.
   4. Powtórzyć tę samą procedurę (3.5.1-3.5.2), jak wspomniano w poprzednich punktach, aby zidentyfikować i skorygować kontur wsierdzia na ramie końcowoskurczowej.
      UWAGA: Ramka końcowoskurczowa (ES) jest automatycznie wykrywana za pomocą sygnału EKG, ale w razie potrzeby można ją skorygować ręcznie. Wartości objętości końcoworozkurczowej (EDV), objętości kończycowoskurczowej (ESV), frakcji wyrzutowej (EF), tętna (HR), objętości wyrzutowej (SV), rzutu serca (CO) i wskaźnika sferyczności (SpI) są już wyświetlane na ekranie.
   5. Naciśnij Kształt fali głośności, aby przejść do następnego kroku. Oprogramowanie wyświetla dynamiczny model 3D lewej komory nasennej, a także krzywą czasowo-objętościową, śledząc powierzchnię wsierdzia przez cały cykl pracy serca klatka po klatce (Rysunek 1).
      UWAGA: W tym miejscu istnieje możliwość edycji brzegu wsierdzia w dowolnej ramce.
   6. Aby wykonać następny krok, naciśnij LV Mass. Oprogramowanie automatycznie konturuje kontur nasierdzia lewej komory na ramie końcoworozkurczowej i oblicza masę lewej komory (EDMass).
      UWAGA: W razie potrzeby edytuj kontur powierzchni nasierdzia, dodając punkty, które mają zostać uwzględnione (ta sama metoda, co opisano wcześniej) w dowolnej płaszczyźnie o krótkiej lub długiej osi. Można wybrać, który kontur chcesz dostosować: Endo, Epi lub Endo+Epi.
   7. Naciśnij 4D Strain ROI, aby przejść do następnego kroku. Oprogramowanie automatycznie konturuje kontur nasierdzia lewej komory na ramie końcowej skurczowej i oblicza końcowo-skurczową masę lewej komory (ESMass).
      UWAGA: W razie potrzeby edytuj końcowoskurczowy kontur powierzchni nasierdzia, dodając punkty do uwzględnienia (ta sama metoda, co opisano wcześniej) w dowolnej płaszczyźnie krótkiej lub długiej. ESMass powinien mieć podobną wartość co EDMass. Ten krok jest niezbędny do obliczenia wartości odkształceń 3D za pomocą śledzenia plamek.
   8. Naciśnij 4D Strain Results, aby przejść do następnego kroku. Oprogramowanie wizualizuje śledzenie mięśnia sercowego 3D na wielu płaszczyznach krótkiej i długiej osi oraz odpowiadające im wartości odkształcenia 17 standardowych segmentów LV w całym cyklu pracy serca, klatka po klatce. Wyświetlane są również krzywe czasowo-odkształceniowe i wykres byka. Obliczane są następujące parametry, które można wykazać: odkształcenie podłużne, odkształcenie obwodowe, odkształcenie promieniowe, odkształcenie powierzchniowe, obrót i skręcanie.
      UWAGA: Istnieje możliwość wykluczenia określonego segmentu NV z analizy, jeśli zostanie on uznany za mający niską jakość śledzenia na podstawie obserwacji wizualnej obrazów lub na podstawie krzywej czas-odkształcenie. Jednak oprogramowanie domyślnie zaleca zatwierdzanie lub odrzucanie segmentów. Oznaczone kolorami wartości odkształceń można wizualizować na dynamicznym modelu 3D nn poprzez zmianę "Układu".
6. Aby zakończyć analizę, naciśnij przycisk Zatwierdź i wyjdź.

Results

Analiza 3D LV jest możliwa do wykonania u większości pacjentów. Przypadek 1 to zdrowy ochotnik z prawidłową objętością i funkcją komór (Ryc. 1). Przypadek 2 (Ryc. 2) to 64-letni pacjent płci męskiej z kardiomiopatią rozstrzeniową i szerokim zespołem QRS (160 ms) o morfologii bloku lewej odnogi pęczka Hisa. Złoty standard pomiarów CMR był następujący: objętość końcoworozkurczowa: 243 mL, objętość końcowoskurczowa: 160 ml, frakcja wyrzutowa: 34%, masa...

Discussion

Pomiary morfologiczne i czynnościowe lewej komory serca stanowią podstawę diagnostyki, leczenia i obserwacji chorób serca; Co więcej, są potężnymi predyktorami wyniku. Ogólnie rzecz biorąc, ocena lewej dawki opartej na echokardiografii 2D jest zalecana przez aktualne wytyczne dotyczące praktyki; Udowodniono jednak, że echokardiografia 3D jest dokładniejsza, ponieważ jest wolna od założeń geometrycznych dotyczących kształtu lewej komory ^7,8. Obrazowanie deformacji...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sonda ultrasonograficzna	3V-D/4V-D/4Vc-D	General Electric	n.a.
4D Auto LVQ	General Electric	n.a.oprogramowanie	do analizy
E9/E95	General Electric	n.a.ultrasonograf
EchoPac v203	General Electric	n.a.oprogramowanie	do analizy