Method Article

Czterowymiarowy wymiar zastawki pod kontrolą tomografii komputerowej do przezcewnikowej wymiany zastawki płucnej

DOI:

10.3791/63367

⸱

January 20th, 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Pediatric Cardiology and Congenital Heart Disease, Charité University Medicine Berlin, 2Department of Pediatric Cardiology and Congenital Heart Disease, Deutsches Herzzentrum Berlin, 3DZHK (German Centre for Cardiovascular Research) and BMBF (German Ministry of Education and Research)

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie oceniało nową metodologię z wyprostowanym modelem wygenerowanym z czterowymiarowej sekwencji tomografii komputerowej serca w celu uzyskania pożądanych pomiarów dla rozmiaru zastawki w zastosowaniu przezcewnikowej wymiany zastawki płucnej.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Pomiary prawej komory (RV) i tętnicy płucnej (PA), dla wyboru optymalnego rozmiaru protezy do przezcewnikowej wymiany zastawki płucnej (TPVR), różnią się znacznie. Trójwymiarowa (3D) tomografia komputerowa (CT) do przewidywania wielkości urządzenia jest niewystarczająca do oceny przemieszczenia drogi odpływu prawej komory (RVOT) i PA, co może zwiększać ryzyko nieprawidłowego przemieszczenia stentu i przecieku przyzastawkowego. Celem tego badania jest dostarczenie dynamicznego modelu do wizualizacji i ilościowego określenia anatomii RVOT do PA w całym cyklu pracy serca za pomocą czterowymiarowej (4D) rekonstrukcji CT serca w celu uzyskania dokładnej oceny ilościowej wymaganej wielkości zastawki. W tym badaniu pilotażowym wybrano tomografię komputerową serca od owcy J, aby zilustrować procedury. Tomografia komputerowa 3D serca została zaimportowana do oprogramowania do rekonstrukcji 3D w celu zbudowania sekwencji 4D, która została podzielona na jedenaście klatek w cyklu pracy serca w celu wizualizacji deformacji serca. Średnicę, pole przekroju poprzecznego i obwód pięciu płaszczyzn obrazowania w głównym PA, połączeniu sinotubularnym, zatoki, płaszczyźnie podstawy zastawki płucnej (BPV) i RVOT zmierzono na każdej klatce w wyprostowanych modelach 4D przed implantacją zastawki w celu przewidzenia wielkości zastawki. W międzyczasie mierzono również dynamiczne zmiany objętości RV w celu oceny frakcji wyrzutowej prawej komory (RVEF). Pomiary 3D na końcu rozkurczu uzyskano w celu porównania z pomiarami 4D. U owiec J pomiary 4D CT z wyprostowanego modelu dały taki sam wybór rozmiaru zaworu dla TPVR (30 mm), jak pomiary 3D. RVEF owiec J przed CT wynosił 62,1 %. W przeciwieństwie do tomografii komputerowej 3D, wyprostowany model rekonstrukcji 4D nie tylko umożliwił dokładne przewidywanie wyboru rozmiaru zaworu dla TPVR, ale także zapewnił idealną rzeczywistość wirtualną, prezentując w ten sposób obiecującą metodę TPVR i innowacyjność urządzeń TPVR.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dysfunkcja drogi odpływu prawej komory (RVOT) i nieprawidłowości zastawki płucnej to dwie najczęstsze konsekwencje ciężkiej wrodzonej wady serca, na przykład pacjenci z naprawioną tetralogią Fallota (TOF), niektórymi typami podwójnej komory prawej komory (DORV) i transpozycją wielkich tętnic1,2,3. Większość tych pacjentów musi stawić czoła wielu operacjom w ciągu swojego życia, a wraz z wiekiem wzrasta ryzyko powikłań i chorób współistniejących. Pacjenci ci mogą odnieść korzyści z przezcewnikowej wymiany zastawki płucnej (TPVR) jako leczenia minimalnie inwazyjnego4. Do tej pory obserwuje się stały wzrost liczby pacjentów poddawanych TPVR, a na całym świecie wykonano kilka tysięcy takich zabiegów. W porównaniu z tradycyjną chirurgią na otwartym sercu, TPVR wymaga dokładniejszego pomiaru anatomicznego ksenoprzeszczepu lub homograftu od prawej komory (RV) do tętnicy płucnej (PA), a także naprawy zwężenia płuc i RVOT za pomocą łaty przezpierścieniowej, za pomocą angiografii tomografii komputerowej (CTA) przed interwencją oraz zapewnienia, że pacjenci są wolni od złamania stentu i przecieku przyzastawkowego (PVL)5, 6.

Prospektywne, wieloośrodkowe badanie wykazało, że algorytm pomiaru pierścieni CT z wieloma detektorami odegrał ważną rolę w doborze odpowiedniej wielkości zastawki, co mogło zmniejszyć stopień niedomykalności zastawkowej7. W ostatnich latach analiza ilościowa jest coraz częściej stosowana w medycynie klinicznej. Analiza ilościowa ma ogromny potencjał, aby umożliwić obiektywną i prawidłową interpretację obrazowania klinicznego oraz zweryfikować, czy pacjenci są wolni od złamań stentu i przecieku przyzastawkowego, co może usprawnić terapię specyficzną dla pacjenta i ocenę odpowiedzi na leczenie. W poprzedniej praktyce klinicznej możliwe było zrekonstruowanie obrazowania CT z trzech płaszczyzn (strzałkowej, czołowej i osiowej) za pomocą dwuwymiarowej (2D) CT w celu uzyskania modelu wizualizacji8. Tomografia komputerowa z elektrokardiogramem (EKG) z kontrastem stała się ważniejsza w ocenie morfologii i funkcji RVOT/PA 3D, a także w identyfikacji pacjentów z odpowiednim miejscem implantacji RVOT, które jest w stanie utrzymać stabilność TPVR przez cały cykl pracy serca9,10.

Jednak we współczesnych standardowych warunkach klinicznych i przedklinicznych, uzyskane dane z CT 4D są zwykle przekształcane na płaszczyzny 3D w celu ręcznej kwantyfikacji i oceny wizualnej, która nie może pokazać dynamicznych informacji 3D/4D11. Co więcej, nawet przy informacjach 3D, pomiary uzyskane z rekonstrukcji wielopłaszczyznowej (MPR) mają różne ograniczenia, takie jak słaba jakość wizualizacji i brak dynamicznej deformacji spowodowanej różnymi kierunkami przepływu krwi w prawym sercu12. Pomiary są czasochłonne i podatne na błędy, ponieważ wyrównanie i przekroje 2D mogą być nieprecyzyjne, co skutkuje błędną interpretacją i rozciągliwością. Obecnie nie ma zgody co do tego, który pomiar RVOT-PA może niezawodnie dostarczyć dokładnych informacji na temat wskazań i rozmiaru zastawki dla TPVR u pacjentów z dysfunkcyjnym RVOT i/lub chorobą zastawki płucnej.

W tym badaniu, metoda pomiaru RVOT-PA za pomocą wyprostowanego modelu prawego serca za pomocą sekwencji 4D CT serca jest dostarczana w celu określenia, jak najlepiej scharakteryzować deformacje 3D RVOT-PA podczas cyklu pracy serca. Obrazowanie korelacji czasoprzestrzennej zostało uzupełnione o wymiar czasowy, dzięki czemu udało nam się zmierzyć zmiany wielkości RVOT-PA. Dodatkowo, deformacja wyprostowanych modeli może pozytywnie wpłynąć na wymiarowanie zaworów TPVR i planowanie proceduralne.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie dane tomografii komputerowej serca uzyskano z badań przedklinicznych GrOwnValve za zgodą komisji prawnej i etycznej Regionalnego Urzędu ds. Zdrowia i Spraw Socjalnych w Berlinie (LAGeSo). Wszystkie zwierzęta otrzymały humanitarną opiekę zgodnie z wytycznymi Europejskiego i Niemieckiego Towarzystwa Nauk o Zwierzętach Laboratoryjnych (FELASA, GV-SOLAS). W tym badaniu wybrano Pre-CT od owiec J, aby zilustrować procedury.

1. Wykonaj tomografię komputerową serca 3D u owiec

  1. Znieczulenie dożylne
    1. Uspokoić owce (3 lata, 47 kg, samica, owczar) za pomocą premedykacji midazolamu (2 mg/ml, 0,4 mg/kg), butorfanolu (10 mg/ml, 0,4 mg/kg) i bromku glikopironium (200 mcg/ml, 0,011 mg/kg) we wstrzyknięciu domięśniowym.
    2. Sprawdź stan fizyczny owiec, gdy stały się posłuszne, 15 minut po wstrzyknięciu.
    3. Umieścić cewnik 18 G z portem do wstrzykiwań aseptycznie w żyle głowowej z liniami perfuzyjnymi połączonymi z trójnikiem do znieczulenia i środka kontrastowego.
    4. Znieczulić owce poprzez dożylne wstrzyknięcie propofolu (20 mg/ml, 1-2,5 mg/kg) i fentanylu (0,01 mg/kg). Sprawdź, czy nie ma objawów uspokojenia, takich jak rozluźnienie szczęki, utrata połykania i odruch rzęskowy. Zaintubuj owce rurką dotchawiczą 6,5 mm - 8 mm i umieść sondę żołądkową w żołądku w celu aspiracji płynu żołądkowego, a następnie dożylnego wstrzyknięcia propofolu (20 mg / ml, 1-2,5 mg / kg) i fentanylu (0,01 mg / kg).
    5. Osiągnij całkowite znieczulenie, wstrzykując propofol (10 mg/ml, 2,5-8,0 mg/kg/h) i ketaminę (10 mg/ml, 2-5 mg/kg/h) dożylnie, w ramach przygotowań do tomografii komputerowej serca.
  2. Tomografia komputerowa serca
    1. Po przygotowaniach przenieść owce z Instytutu Badawczego Medycyny Doświadczalnej (FEM) do pracowni tomografii komputerowej Niemieckiego Centrum Kardiologicznego w Berlinie (DHZB). Skanuj wszystkie owce w pozycji leżącej po bezpiecznym umocowaniu ich na łóżku tomografii komputerowej za pomocą 3 bandaży na rękach, brzuchu i nogach.
    2. Wykonaj tomografię komputerową serca na 64-warstwowym, wieloźródłowym systemie tomografii komputerowej z dwoma źródłami z bramkowaniem EKG, stosując następujące parametry. Ustaw standardowe parametry techniczne akwizycji w następujący sposób: czas obrotu suwnicy 0,33 s, 100-320 mAs na obrót, napięcie lampy 120 kV, matryca 256 o głębokości 16-bitowej, odchylenie efektywnej dawki promieniowania rentgenowskiego 15,5± 11,6 mSv, grubość warstwy 0,75 mm.
    3. Osiągnij poprawę kontrastu, podając 2 -2,5 ml/kg jodowego środka kontrastowego z szybkością 5 ml/s przez złącze T na ramieniu.
    4. Wykonaj protokół skanowania 4D CT w sekwencji. Podziel cały cykl pracy serca na 11 ramek od 0% do 100%, przy czym 10% odstępu między załamkami R (RR) obejmuje cykl pracy serca. Przeprowadź fazę końcoworozkurczową przy około 70% przedziału RR w celu analizy dla serii 3D. Uzyskaj dane strzałkowe, czołowe i osiowe w każdej klatce CT 4D, a także w 70% w seriach 3D.
    5. Użyj metody śledzenia bolusa w celu wyczucia czasu bolusa kontrastowego w obszarze zainteresowania na głównej tętnicy płucnej, aby uzyskać idealną synchronizację. Nie należy podawać beta-adrenolityku owcom.
    6. Przenieś owce z powrotem do MES i zatrzymaj perfuzję propofolu i ketaminy po skanowaniu. Owca odzyskała przytomność po 10 - 20 minutach od ekstubacji. Anestezjolodzy i weterynarze nadzorowali całe leczenie znieczuleniem, aż owce były całkowicie przytomne i mogły się swobodnie poruszać.

2. Ustawienia aplikacji do rekonstrukcji 3D na licencji Open-source i raty rozszerzeń

  1. Kliknij Edytuj w górnym menu, aby zmodyfikować ustawienia aplikacji po uruchomieniu oprogramowania do rekonstrukcji 3D.
    1. Kliknij DICOM, a następnie Regular Acquisition Geometry Regularization i wybierz Apply Regularization Transform w sekcji DICOM Scalar Volume Plugin. Wybierz Sekwencja woluminów jako preferowany format importu wielowoluminowego w sekcji Wtyczka Multi Volume Importer (Wtyczka importera wielu woluminów).
    2. Kliknij Widoki, wybierz Małe osie. W polu Orientation (Orientacja) wybierz opcję Thin Ruler (Cienka linijka).
    3. Uruchom ponownie oprogramowanie 3D slicer, aby zapisać ustawienia aplikacji.
  2. Kliknij Menedżera rozszerzeń na pasku narzędzi, aby otworzyć stronę rozszerzeń.
    1. Znajdź wymagane rozszerzenia i kliknij lewym przyciskiem myszy, aby je zainstalować. W tym badaniu użyj następujących rozszerzeń: Sequence Registration, Slicer Elastix, Sandbox, Slice Heart, Slicer IGT, Slicer VMTK, DICOM web Browser, Intensity Segmenter, Markups To Model, Easy Clip, mp Review, Slicer Prostate i VASSTAUgorithms.
    2. Uruchom ponownie oprogramowanie slicera 3D, aby potwierdzić instalację wybranych rozszerzeń.

3. Załaduj dane tomografii komputerowej serca do fragmentatora 3D z plików DICOM

  1. Użyj jednego z dwóch kroków opisanych poniżej, aby załadować dane CT serca do fragmentatora 3D z plików DIOCM (Rysunek 1).
  2. Importuj dane TK: Dodaj dane CT serca (Pre-CT od owcy J został wybrany w celu zilustrowania procedur) do bazy danych aplikacji, przełączając się na moduł DICOM i przeciągając i upuszczając pliki do okna aplikacji.
  3. Załaduj dane CT: Załaduj obiekty danych do sceny, klikając dwukrotnie elementy (w owcy J, EKG-Ao asc 0,75 126f 3 70% to sekwencja 3D w fazie końcoworozkurczowej, a Funkion EKG-Ao asc 0,75 126f 3 0-100% Matrix 256 to sekwencja 4D jako 11-klatkowa sekwencja objętościowa według cyklu serca).
  4. Kliknij lewym przyciskiem myszy ikony oka w drzewie danych, aby wyświetlić sekwencje 3D i 4D z widoku osiowego, strzałkowego i koronalnego w przeglądarkach 2D.
  5. Kliknij lewym przyciskiem myszy ikonę układu fragmentatora na górnym pasku narzędzi i wybierz pozycję Układ czterokrotny lub Konwencjonalny.
  6. Kliknij ikonę Łącza w lewym górnym rogu, aby połączyć wszystkie trzy przeglądarki, oraz ikonę Oko, aby wyświetlić plasterki w przeglądarce 3D.
  7. Kliknij ikonę Zapisz i zapisz wszystkie dane załadowane do fragmentatora 3D w wybranym miejscu docelowym, aby utworzyć zestaw danych do segmentacji i edycji woluminu.

4. Utwórz głośność bijącego serca 4D i głośność bijącego prawego serca

  1. Wybierz opcję Volume Rendering (Renderowanie objętościowe) z menu rozwijanego modułów, a następnie wybierz sekwencję 4D (Volume (Głośność) z menu rozwijanego Volume (Głośność).
  2. Wybierz CT-Cardiac3 z menu rozwijanego Preset, aby wyświetlić serce 4D. Dostosuj kursor poniżej menu rozwijanego Preset, aby wyświetlić tylko serce.
  3. Kliknij Przeglądarka sekwencji w menu rozwijanym modułów, aby wybrać i wyświetlić sekwencję 4D. Bijące serce jest w scenie. Przeciągnij serce 4D do sceny 3D, aby obserwować serce z różnych kierunków.
  4. Wybierz funkcje Włącz i Wyświetl ROI w opcjach Kadrowanie pod paskiem zmiany biegów, aby przyciąć objętość 4D bijącego serca w celu lepszej obserwacji struktur serca.
  5. Utwórz głośność bijącego serca 4D, jak opisano powyżej. Wybierz Edytor segmentów z menu rozwijanego modułów, a następnie kliknij efekt Nożyczki za pomocą operacji Wypełnij wnętrze, aby wyciąć jedną klatkę.
  6. Kliknij efekt Objętość maski i zastosuj go, aby połączyć segmentację z sercem 4D jako zamaskowaną woluminem. Głośność wejściowa i głośność wyjściowa w efekcie głośności maski to sekwencje 4D.
  7. Wybierz efekt Nożyczki z operacją Wymaż wnętrze, aby usunąć kości i inne nieoczekiwane obszary. Wybierz efekt Wyspy z operacją Zachowaj największą wyspę, aby usunąć małe obszary.
  8. Wybierz efekt Wymaż za pomocą szczoteczki 1-3% Sphere Brush, aby usunąć tkanki na łuku aorty z przyczepami do głównej tętnicy płucnej, a także tkankę między aortą wstępującą a żyłą główną górną. Po każdym kroku zastosuj efekt Objętość maski, aby zamaskować objętość 4D.
  9. Powtórz kroki 4.7 - 4.8, aby kontynuować usuwanie obszarów, aż model prawego serca zostanie pokazany w scenie 3D.
  10. Kliknij przeglądarkę sekwencji i przejdź do następnej klatki. Użyj efektu Nożyczki z operacją Wymaż wnętrze, aby wyciąć dowolny obszar w scenie 3D; Model prawego serca automatycznie pojawi się w nowoczesnej ramce. Zastosuj tę samą metodę do pozostałych klatek, aż cała sekwencja 4D zostanie podzielona na segmenty.
  11. Kliknij przycisk Przeglądarka sekwencji, aby wyświetlić prawy wolumin 4D z sercem.
    UWAGA: Podczas usuwania lewej przedniej zstępującej tętnicy wieńcowej w niektórych ramkach, a także rozwidlenia lewej tętnicy wieńcowej, usunie niewielką część prawej komory. Z tego powodu zdecydowanie zaleca się zachowanie niewielkiej części tych naczyń wieńcowych, aby utrzymać odpowiednią objętość komory w każdej ramce.

5. Tworzenie wyprostowanych modeli z sekwencji 4D

UWAGA: Zdecydowanie zaleca się budowanie każdego 10% ramki cyklu sercowego w jednym folderze 3D slicera, w przeciwnym razie w module DATA będzie zbyt wiele drzew danych wyrównanych, co sprawi, że tworzenie wyprostowanych modeli będzie nieefektywne. Aby uzyskać pojedynczy folder fragmentatora 3D z każdą klatką 10%, musi on kilkakrotnie załadować sekwencję 4D, wybrać każdą klatkę i zapisać je w jednym folderze.

  1. Utwórz segmentację prawego serca dla każdej klatki, wybierając moduł Edytor segmentów na pasku narzędzi. Dodaj dwie segmentacje dla każdej 10% klatki sekwencji 4D i nazwij je odpowiednio, np. 60% segmentacja i Inne.
  2. Wybierz narzędzie Efekt malowania w module Edytor segmentów z edytowalnym zakresem intensywności, który zależy od obrazów CT, aby pomalować prawe serce sekwencją żyły głównej górnej, prawego przedsionka, prawej komory i tętnicy płucnej.
  3. Kliknij Inna segmentacja, użyj narzędzia do malowania, aby pomalować inne obszary, aby ogólnie prześledzić granice prawego serca.
  4. Wybierz efekt Wyhoduj z nasion, wybierz opcję Zainicjuj i Zastosuj, aby zastosować efekt. Kliknij przycisk Pokaż 3D w module Edytor segmentów, aby wyświetlić model 3D współczesnej ramy.
  5. Powtórz kroki 4.7 - 4.8, aby usunąć lub poprawić model 3D zgodnie z obrazami CT w trzech kierunkach. Usuń lewą i prawą gałąź tętnicy płucnej w miejscu rozwidlenia. Model 3D z prawym sercem pokaże scenę 3D w każdej klatce.
    UWAGA: Zdecydowanie zaleca się pomalowanie granic prawego serca szczotką kulistą o średnicy 1% - 2% w przyczepach między tętnicą płucną a tętnicami wieńcowymi, a także tętnicą płucną i żyłą główną górną.
  6. Sklonuj segmentacje w drzewie DATA jako kopię zapasową, nazwij segmentacje, na przykład 10% Segmentacja oryginalna i 10% Segmentacja dla wyprostowanego modelu.
  7. Dodaj linię środkową do modelu prawego serca zgodnie z poniższym opisem.
    1. Wybierz opcję Wyodrębnij linię środkową z menu rozwijanego modułów.
    2. Wybierz opcję Segmentacja z menu rozwijanego powierzchni w sekcji Dane wejściowe modułu wyodrębniania linii środkowej. Spowoduje to utworzenie segmentacji, takiej jak segmentacja 10% dla wyprostowanego modelu jako segmentu. Kliknij Utwórz nowe znaczniki Fiducial w menu rozwijanym punktów końcowych. Kliknij przycisk Umieść punkt znacznika, aby dodać punkty końcowe na górnej płaszczyźnie SVC i płaszczyźnie końcowej głównej tętnicy płucnej.
    3. Wybierz Utwórz nowy model jako model linii środkowej i Utwórz nową krzywą znaczników jako krzywą linii środkowej w drzewie menu Dane wyjściowe. Kliknij Zastosuj, aby wyświetlić model prawego serca z linią środkową.
    4. Kliknij moduł DANE, a następnie kliknij prawym przyciskiem myszy krzywą linii środkowej, aby edytować jej właściwości. Kliknij ikonę Oko, aby wyświetlić punkty kontrolne, a następnie w sekcji Ponowne próbkowanie ustaw liczbę ponownie próbkowanych punktów na 40, aby zmniejszyć obciążenie komputera.
  8. Tworzenie wyprostowanego modelu
    1. Wybierz opcję Zakrzywione formatowanie płaskie z menu rozwijanego modułów.
    2. Przesuń kursor po Rozdzielczość krzywej i Rozdzielczość przekroju na 0,8 mm, ustaw Rozmiar przekroju na 130140 mm, który był zgodny z zakresem prawej komory wyświetlanym na obrazach, a następnie wybierz Utwórz nową wolumin jako wyprostowaną objętość wyjściową.
    3. Kliknij Zastosuj, aby uzyskać wyprostowaną objętość.
    4. Wybierz opcję Renderowanie objętości w menu rozwijanym modułu, aby wyświetlić wyprostowaną objętość. Wybierz Wyprostowaną głośność z menu rozwijanego głośności i kliknij ikonę Oko. Wybierz CT-Cardiac3 jako ustawienie wstępne, przesuń kursor Shift, aby wyświetlić wyprostowaną głośność prawego serca w scenie 3D.
    5. Kolumnę wyprostowanego woluminu w drzewie DATA w nazwie wyprostowanego woluminu do segmentacji i kliknij prawym przyciskiem myszy, aby podzielić ten wyprostowany wolumin na segmenty.
    6. Wybierz efekt Próg w module edytora segmentów, aby pokolorować żądany wyprostowany prawy środek, a następnie kliknij przycisk Zastosuj, aby zastosować operację. Wybierz efekt Objętość maski, aby zamaskować wyprostowaną głośność, wybierając opcję Wyprostowana wolumin dla segmentacji, głośność jako Głośność wejściowa i Wolumin wyjściowy, a następnie kliknij przycisk Zastosuj, aby zastosować operację.
    7. Kliknij przycisk Zastosuj, aby zastosować tę samą operację, która została opisana powyżej w krokach 4.7–4.8, aby zachować tylko wyprostowaną segmentację prawego serca. Sprawdź wyprostowaną objętość prawego serca i model 3D wyprostowanej segmentacji prawego serca w scenie 3D.
    8. Kliknij przycisk Zastosuj, aby zastosować tę samą operację opisaną powyżej dla innych ramek w celu uzyskania wyprostowanego renderowania objętości prawego serca i wyprostowanych segmentacji oraz zapisania ich w folderze każdej klatki.

6. Eksportuj rysunki i pliki STL

  1. Wyeksportuj figury renderowania wyprostowanej objętości, klikając przycisk Przechwyć i nazwij efekt widoku sceny na pasku narzędzi i zapisując sceny w widoku 3D.
  2. Wyeksportuj pliki STL wyprostowanych segmentacji 3D, klikając moduł Segmentacja.

7. Wykonaj pięć pomiarów płaskich

  1. Wykonaj pięcioplanarny pomiar obwodu, pola przekroju poprzecznego i obwodu w wyprostowanych modelach z sekwencji 4D i pomiarów objętości prawej komory w wyprostowanym modelu, jak opisano poniżej.
  2. Zastosuj następujące pięć ustawień płaskich: Płaszczyzna A: w głównej tętnicy płucnej przesunięta o 2 cm od płaszczyzny połączenia zatokowo-rurkowego; Płaszczyzna B: na skrzyżowaniu sinotubularnym; Płaszczyzna C: w zatokach; Płaszczyzna D: u podstawy ulotki; Płaszczyzna E: przy RVOT 1 cm przesunięta od D.
  3. Dodaj wszystkie powyższe pięć płaszczyzn do wyprostowanych modeli w każdej klatce, przytrzymując Shift na klawiaturze i używając funkcji krzyżyka na pasku narzędzi do pięciu płaszczyzn. Kliknij moduł Utwórz i umieść na pasku narzędzi, aby wybrać efekt Płaszczyzna.
  4. Wybierz efekt Linia, aby zmierzyć obrysy, wybierz efekt Krzywa zamknięta, aby uzyskać obwody i pole przekroju. Skopiuj dane, aby skompilować zestaw danych.
  5. Wykonaj pomiary objętości prawej komory w wyprostowanym modelu, jak opisano poniżej.
    1. Kolumnę wyprostowanej segmentacji w każdej klatce uzyskanej z sekwencji 4D i oznacz segmentację zgodnie z pasującą ramką do pomiaru objętości.
    2. Wybierz moduł Statystyka segmentu z menu rozwijanego modułu. Wybierz Segmentację X% dla pomiaru objętości po Segmentacji i Objętości skalarnej w menu wejść. Wybierz pozycję Utwórz nową tabelę jako tabelę wyjściową, a następnie kliknij przycisk Zastosuj, aby zastosować operacje w celu pobrania tabeli woluminów.
    3. Skopiuj dane objętości, aby utworzyć zestaw danych pomiaru objętości dla każdej klatki wyprostowanej segmentacji.

8. 3D pomiary rekonstrukcji wielopłaszczyznowej (MPR) i pomiar objętości prawej komory z sekwencji 3D (najlepiej zrekonstruowana faza pod koniec rozkurczu)

UWAGA: W tym badaniu, owca J Pre-CT została wybrana do zilustrowania procedur pomiaru MPR.

  1. Załaduj rozkurczową sekwencję 3D, jak pokazano w poniższych krokach. Wybierz strzałkę w dół obok efektu krzyżyka, wybierz opcję Przeskocz plasterki – przesunięcie, Podstawa+ przecięcie, Drobne skrzyżowanie i Przecięcia przekroju dla ustawień krzyżyka.
  2. Shift + lewy przycisk myszy, aby przeciągnąć celownik na płaszczyznę, na przykład zatokę. Naciśnij Ctrl+Alt, aby ustawić krzyż nitkowy w żądanej pozycji w scenie osiowej, strzałkowej i koronalnej idealnie w środku docelowej pozycji.
  3. Wybierz efekt Linia, aby wykonać pomiary w każdej płaszczyźnie, jak pokazano w kroku 7.4. Skopiuj dane, aby utworzyć zestaw danych pomiaru 3D MPR.
  4. Kliknij moduł Edytor segmentów, aby utworzyć segmentację prawej komory, jak opisano powyżej w kroku 5.8.6.
  5. Kliknij moduł Statystyka segmentu, aby wykonać pomiar objętości prawej komory, jak opisano powyżej w kroku 7.5.2.
  6. Skopiuj informacje o objętości, aby utworzyć zestaw danych rozkurczowej objętości prawej komory 3D.

9. Obliczenia dotyczące wyboru stentowanej zastawki serca

UWAGA: W tej sekcji pomiary połączenia sinotubularnego zostały użyte do zilustrowania procedury.

  1. Obliczyć średnią długich obwodów osiowych (d1) i krótkich obwodów osiowych (d2) = (d3), a następnie średnią d1, d 2 i d3, aby otrzymać d4, jak pokazano we wzorach (1) - (2).
    figure-protocol-1
    figure-protocol-2
  2. Obliczenia pola przekroju poprzecznego (S1) podzielić przez π, aby uzyskać d5, następnie pierwiastek kwadratowy z d5, aby otrzymać d6, a następnie średnią z d5 i d6, jak pokazano we wzorach (3) - (5).
    figure-protocol-3
    figure-protocol-4
    figure-protocol-5
  3. Podzielić obwód (C1) przez π, aby uzyskać d8, jak pokazano we wzorze (6).
    figure-protocol-6
  4. Całkowitą średnicę ogólną d9 obliczyć średnią d4, d7 i d8, jak pokazano we wzorze (7).
    figure-protocol-7
  5. Zastosuj wzór (8), aby obliczyć najlepszy wybór rozmiaru zaworu (h).
    figure-protocol-8
    UWAGA: Zastawka serca ze stentem jest dostępna w średnicach 30 mm, 26 mm i 23 mm. Rozmiar zastawki (h) pokazuje dopasowanie w procentach dla trzech średnic, a mianowicie idealne dopasowanie jako 10-20%, duże dla implantacji jako 30% i więcej i małe dla implantacji poniżej 10%.
  6. Zaimportuj dane 3D i 4D do wszechstronnego oprogramowania statystycznego, aby zbudować wykresy trendów pomiarów w pięciu płaszczyznach i wyeksportować wykresy w formacie TIFF. Zaimportuj wszystkie figury do oprogramowania graficznego w celu organizacji.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

U owcy J, modele 4D całego serca i prawego serca zostały pomyślnie wygenerowane z sekwencji 4D CT serca, która wykazała deformację przez cały cykl pracy serca. Dla lepszej wizualizacji, cała deformacja bijącego serca i prawego serca jest pokazana we wszystkich kierunkach w Rysunek 3 - Rysunek 4 oraz w Wideo 1 - Wideo 2.

Modele wyprostowanego prawego serca...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Do tej pory jest to pierwsze badanie, które ilustruje specyficzny dla pacjenta pomiar morfologii i parametrów dynamicznych RVOT-PA za pomocą wyprostowanego modelu serca wygenerowanego z sekwencji 4D CT, który można zastosować do przewidywania optymalnego rozmiaru zastawki dla TPVR. Metodologia ta została zilustrowana za pomocą obrazowania J przed tomografią komputerową owiec w celu uzyskania dynamicznych deformacji, objętości prawej komory, funkcji prawej komory oraz wielkości zmiany RVOT / PA z RVOT do pnia płucnego w p...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Xiaolin Sun i Yimeng Hao w równym stopniu przyczynili się do powstania tego manuskryptu i są współautorami pierwszego autorstwa. Z całego serca dziękujemy wszystkim, którzy przyczynili się do tej pracy, zarówno byłym, jak i obecnym członkom. Prace te zostały wsparte grantami z niemieckiego Federalnego Ministerstwa Gospodarki i Energii, EXIST - Transfer of Research (03EFIBE103). Xiaolin Sun i Yimeng Hao są wspierani przez Chińską Radę Stypendialną (Xiaolin Sun- CSC: 201908080063, Yimeng Hao-CSC: 202008450028).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Adobe IllustratorAdobeIllustrator 2021Oprogramowanie graficzne
ButorphanolRichter Pharma AGVnr5319430,4 mg/kg
FentanylJanssen-Cilag Pharma GmbHDE/H/1047/001-0020,01 mg/kg
GlycopyrroniumbromidAccord Healthcare B.VPZN116491230,011 mg/kg
GraphPad PrismGraphPad Oprogramowanie Inc.Wersja 9.0Wszechstronne oprogramowanie statystyczne
Imeron 400MCT Bracco ImagingPZN002299782.0– 2,5 ml/kg
KetaminaActavis Group PTC EHFART.-Nr. 799-7622– 5 mg/kg/h
MidazolamHameln pharma plus GMBHMIDAZ501000,4 mg/kg
Multislice Somatom Definition FlashSiemens AGA91CT-01892-03C2-7600Tomograf komputerowy serca
PropofolB. Braun Melsungen AGPZN 1116449520mg/ml, 1– 2,5 mg/kg
PropofolB. Braun Melsungen AGPZN 1116444310mg/ml, 2,5– 8,0 mg/kg/h
Bezpieczny cewnik dożylny z portem iniekcyjnymB. Braun Melsungen AGLOT: 20D03G834618 G Cewnik z portem do wstrzykiwań
3D SlicerSlicerSlicer 4.13.0-2021-08-13Oprogramowanie: platforma przetwarzania obrazu 3D Slicer

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Baumgartner, H., et al. 2020 ESC Guidelines for the management of adult congenital heart disease: The Task Force for the management of adult congenital heart disease of the European Society of Cardiology (ESC). Endorsed by: Association for European Paediatric and Congenital Cardiology (AEPC), International Society for Adult Congenital Heart Disease. European Heart Journal. 42 (6), 563-645 (2021).
  2. Gales, J., Krasuski, R. A., Fleming, G. A. Transcatheter Valve Replacement for Right-sided Valve Disease in Congenital Heart Patients. Progress in Cardiovascular Diseases. 61 (3-4), 347-359 (2018).
  3. Goldstein, B. H., et al. Adverse Events, Radiation Exposure, and Reinterventions Following Transcatheter Pulmonary Valve Replacement. Journal of the American College of Cardiology. 75 (4), 363-376 (2020).
  4. Ansari, M. M., et al. Percutaneous Pulmonary Valve Implantation: Present Status and Evolving Future. Journal of the American College of Cardiology. 66 (20), 2246-2255 (2015).
  5. Nordmeyer, J., et al. Acute and midterm outcomes of the post-approval MELODY Registry: a multicentre registry of transcatheter pulmonary valve implantation. European Heart Journal. 40 (27), 2255-2264 (2019).
  6. Shahanavaz, S., et al. Intentional Fracture of Bioprosthetic Valve Frames in Patients Undergoing Valve-in-Valve Transcatheter Pulmonary Valve Replacement. Circulation. Cardiovascular Interventions. 11 (8), 006453(2018).
  7. Binder, R. K., et al. The impact of integration of a multidetector computed tomography annulus area sizing algorithm on outcomes of transcatheter aortic valve replacement: a prospective, multicenter, controlled trial. Journal of the American College of Cardiology. 62 (5), 431-438 (2013).
  8. Curran, L., et al. Computed tomography guided sizing for transcatheter pulmonary valve replacement. International Journal of Cardiology. Heart & Vasculature. 29, 100523(2020).
  9. Kidoh, M., et al. Vectors through a cross-sectional image (VCI): A visualization method for four-dimensional motion analysis for cardiac computed tomography. Journal of Cardiovascular Computed Tomography. 11 (6), 468-473 (2017).
  10. Schievano, S., et al. Four-dimensional computed tomography: a method of assessing right ventricular outflow tract and pulmonary artery deformations throughout the cardiac cycle. European Radiology. 21 (1), 36-45 (2011).
  11. Lantz, J., et al. Intracardiac Flow at 4D CT: Comparison with 4D Flow MRI. Radiology. 289 (1), 51-58 (2018).
  12. Kobayashi, K., et al. Quantitative analysis of regional endocardial geometry dynamics from 4D cardiac CT images: endocardial tracking based on the iterative closest point with an integrated scale estimation. Physics in Medicine and Biology. 64 (5), 055009(2019).
  13. Grbic, S., et al. Complete valvular heart apparatus model from 4D cardiac CT. Medical Image Analysis. 16 (5), 1003-1014 (2012).
  14. Hamdan, A., et al. Deformation dynamics and mechanical properties of the aortic annulus by 4-dimensional computed tomography: insights into the functional anatomy of the aortic valve complex and implications for transcatheter aortic valve therapy. Journal of the American College of Cardiology. 59 (2), 119-127 (2012).
  15. Kim, S., Chang, Y., Ra, J. B. Cardiac Motion Correction for Helical CT Scan With an Ordinary Pitch. IEEE Transactions on Medical Imaging. 37 (7), 1587-1596 (2018).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Four Dimensional Cardiac CTValve SizingTranscatheter Pulmonary ValveRight Ventricular OutflowPulmonary Artery3D ReconstructionVirtual Reality ModelingCardiac Cycle ImagingRight Ventricular VolumeDevice Innovation

Related Articles