Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

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

2.6K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/63367

⸱

20 stycznia 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

W tym artykule

Podsumowanie

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.

Streszczenie

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.

Wprowadzenie

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.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Wszystkie dane z tomografii komputerowej (CT) serca uzyskano z badań przedklinicznych GrOwnValve za zgodą komisji prawnej i etycznej Regionalnego Urzędu ds. Zdrowia i Spraw Społecznych w Berlinie (LAGeSo). Wszystkie zwierzęta były traktowane humanitarnie zgodnie z wytycznymi Europejskiego i Niemieckiego Towarzystwa Nauki o Zwierzętach Laboratoryjnych (FELASA, GV-SOLAS). W niniejszym badaniu do zilustrowania procedur wybrano obraz CT przedoperacyjne (Pre-CT) owcy J.

1. Wykonanie trójwymiarowej tomografii komputerowej (CT) serca u owiec

  1. Znieczulenie dożylne
    1. Uspokoić owcę (3 lata, 47 kg, samica, Ovis aries) poprzez podanie domięśniowe premedykacji w postaci midazolamu (2 mg/mL, 0,4 mg/kg), butorfanolu (10 mg/mL, 0,4 mg/kg) oraz bromku glikopironium (20 mcg/mL, 0,01 mg/kg).
    2. Sprawdzić stan fizyczny owcy po 15 min od wstrzyknięcia, gdy zwierzę stanie się uległe.
    3. Aseptycznie wprowadzić do żyły głowowej cewnik 18 G z portem wtryskowym, z liniami perfuzyjnymi połączonymi za pomocą łącznika T do podawania środka znieczulającego i kontrastu.
    4. Znieczulić owcę poprzez dożylne wstrzyknięcie propofolu (20 mg/mL, 1-2,5 mg/kg) i fentanylu (0,01 mg/kg). Sprawdzić objawy uspokojenia, takie jak rozluźnienie żuchwy, utrata odruchu połykania oraz odruchu rzęskowego. Intubować owcę rurką tchawiczą o średnicy 6,5 mm - 8 mm i wprowadzić sondę żołądkową do żołądka w celu aspiracji treści żołądkowej, a następnie podać dożylnie propofol (20 mg/mL, 1-2,5 mg/kg) i fentanyl (0,01 mg/kg).
    5. Utrzymać pełną narkozę poprzez dożylną infuzję propofolu (10 mg/ml, 2,5-8,0 mg/kg/h) i ketaminy (10 mg/mL, 2-5 mg/kg/h) w ramach przygotowania do tomografii komputerowej (TK) serca.
  2. Tomografia komputerowa (TK) serca
    1. Po zakończeniu przygotowań przetransportować owcę z Instytutów Badawczych Medycyny Eksperymentalnej (FEM) do pracowni TK w Niemieckim Centrum Serca w Berlinie (DHZB). Wszystkie owce badać w pozycji brzusznej po bezpiecznym przymocowaniu do stołu TK za pomocą trzech opasek na przed肢iach, brzuchu i kończynach dolnych.
    2. Wykonać TK serca na 64-sekcyjnym dwuźródłowym systemie TK wielodetekcyjnym z synchronizacją EKG, stosując następujące parametry. Ustawić standardowe parametry techniczne akwizycji w następujący sposób: czas rotacji gantry 0,3 s, 100-320 mAs na rotację, napięcie lampy 120 kV, macierz 256 z głębokością 16-bit, efektywna dawka promieniowania rentgenowskiego 15,5± 1,6 mSv, grubość przekroju 0,75 mm.
    3. Wzmocnienie kontrastowe uzyskać poprzez podanie 2-2,5 mL/kg jodowanego środka kontrastowego z prędkością 5 mL/s via łącznik T na przed肢iu.
    4. Wykonaj sekwencyjnie protokół skanowania TK 4D. Podzielić cały cykl serca na 1 klatek od 0% do 10%, gdzie 10% odstępu od fali R do fali R (RR) obejmuje cykl serca. Wykonać fazę końcoworoskurczową przy około 70% odstępu RR do analizy serii 3D. Uzyskać dane w przekroju strzałkowym, czołowym i osiowym w każdej klatce TK 4D, a także w serii 3D przy 70%.
    5. W celu idealnej synchronizacji czasu podania bolusa kontrastowego zastosować metodę bolus tracking w obszarze zainteresowania w głównej tętnicy płucnej. Nie podawać beta-blokerów żadnej z owiec.
    6. Po skanowaniu przetransportować owce z powrotem do FEM i przerwać perfuzję propofolu oraz ketaminy. Owce odzyskały przytomność 10-20 min po ekstubacji. Anestezjolodzy i weterynarze nadzorowali cały proces znieczulenia aż do pełnego wybudzenia owiec i odzyskania przez nie zdolności do swobodnego poruszania się.

2. Ustawienia aplikacji otwartoźródłowego oprogramowania do rekonstrukcji 3D oraz instalacja rozszerzeń

  1. Po uruchomieniu oprogramowania do rekonstrukcji 3D kliknij Edit w górnym menu, aby zmodyfikować ustawienia aplikacji.
    1. Kliknij DICOM, następnie Acquisition Geometry Regularization i zaznacz Apply Regularization Transform w sekcji DICOM Scalar Volume Plugin. W sekcji Multi Volume Importer Plugin wybierz Volume Sequence jako preferowany format importu wielu wolumenów.
    2. Kliknij Views i wybierz Small Axes. W polu Orientation marker wybierz Thin Ruler.
    3. Zrestartuj oprogramowanie 3D Slicer, aby zapisać ustawienia aplikacji.
  2. Kliknij Extension Manager na pasku narzędzi, aby otworzyć stronę rozszerzeń.
    1. Znajdź wymagane rozszerzenia i kliknij lewym przyciskiem myszy, aby je zainstalować. W niniejszym badaniu zastosowano następujące rozszerzenia: 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 oraz VASSTAUgorithms.
    2. Zrestartuj oprogramowanie 3D Slicer, aby potwierdzić instalację wybranych rozszerzeń.

3. Wczytywanie danych CT serca do programu 3D slicer z plików DICOM

  1. Należy skorzystać z jednego z dwóch poniższych kroków, aby załadować dane tomografii komputerowej (CT) serca do programu 3D Slicer z plików DICOM (Rycina 1).
  2. Import danych CT: Dodaj dane CT serca (do zilustrowania procedur wybrano obraz Pre-CT owcy J) do bazy danych aplikacji, przełączając się do modułu DICOM i przeciągając pliki do okna aplikacji.
  3. Ładowanie danych CT: Załaduj obiekty danych do sceny, dwukrotnie klikając elementy (w przypadku owcy J, EKG- Ao asc 0.75 126f 3 70% jest sekwencją 3D w fazie końca rozkurczu, a Funkion EKG- Ao asc 0.75 126f 3 0- 10% Matrix 256 jest sekwencją 4D w formie sekwencji wolumetrycznej złożonej z 1 klatek cyklu serca).
  4. Kliknij lewym przyciskiem myszy ikony Oka w drzewie danych, aby wyświetlić sekwencje 3D i 4D w widokach osiowym, strzałkowym i czołowym w podglądach 2D.
  5. Kliknij lewym przyciskiem myszy ikonę Slicer layout na górnym pasku narzędzi i wybierz układ Four-Up lub Conventional layout.
  6. Kliknij ikonę Links w lewym górnym rogu, aby powiązać wszystkie trzy podglądy, oraz ikonę Oka, aby wyświetlić przekroje w podglądzie 3D.
  7. Kliknij ikonę Save i zapisz wszystkie dane załadowane do programu 3D Slicer w wybranym folderze docelowym, aby utworzyć zestaw danych do segmentacji i edycji wolumetrycznej.

4. Utworzenie 4D objętości bijącego serca oraz objętości bijącej prawej komory serca

  1. W rozwijanym menu modułów wybierz Volume Rendering, a następnie w rozwijanym menu Volume wybierz sekwencję 4D.
  2. W rozwijanym menu Preset wybierz CT-Cardiac3, aby wyświetlić serce 4D. Dostosuj suwak pod rozwijanym menu Preset, aby wyświetlać tylko serce.
  3. W rozwijanym menu modułów kliknij Sequence Browser, aby wybrać i wyświetlić sekwencję 4D. W scenie pojawi się bijące serce. Przeciągnij serce 4D do sceny 3D, aby obserwować je z różnych kierunków.
  4. W opcjach Crop poniżej paska przesunięcia wybierz funkcje Enable and Display ROI, aby przyciąć objętość 4D bijącego serca w celu lepszej obserwacji struktur serca.
  5. Utwórz objętość bijącego serca 4D zgodnie z powyższym opisem. W rozwijanym menu modułów wybierz Segment Editor, a następnie kliknij efekt Scissors z operacją Fill Inside, aby wyciąć pojedynczą klatkę.
  6. Kliknij efekt Mask Volume i zastosuj go, aby powiązać segmentację z sercem 4D jako objętość zamaskowaną. Objętość wejściowa i wyjściowa w efekcie maskowania objętości to sekwencje 4D.
  7. Wybierz efekt Scissors z operacją Erase inside, aby usunąć kości i inne niepożądane obszary. Wybierz efekt Islands z operacją Keep Largest Island, aby usunąć małe obszary.
  8. Wybierz efekt Erase z pędzlem 1-3% Sphere Brush, aby usunąć tkanki w obrębie łuku aorty z przyczepami do głównej tętnicy płucnej, a także tkankę między aortą wstępującą a żyłą główną górną. Po każdym kroku zastosuj efekt Mask Volume, aby zamaskować objętość 4D.
  9. Powtarzaj kroki 4.7 - 4.8, usuwając kolejne obszary, aż w scenie 3D zostanie wyświetlony prawidłowy model prawej komory serca.
  10. Kliknij Sequence Browser i przejdź do następnej klatki. Użyj efektu Scissors z operacją Erase Inside, aby wyciąć dowolny obszar w scenie 3D; model prawej komory automatycznie pojawi się w bieżącej klatce. Stosuj tę samą metodę dla pozostałych klatek, aż cała sekwencja 4D zostanie zsegmentowana.
  11. Kliknij przycisk Sequence Browser, aby wyświetlić objętość 4D prawej komory serca.
    ​UWAGA: Podczas usuwania w niektórych klatkach lewej przedniej zstępującej tętnicy wieńcowej oraz bifurkacji lewej tętnicy wieńcowej, może dojść do usunięcia niewielkiej części prawej komory. Z tego powodu zaleca się pozostawienie niewielkiego fragmentu tych tętnic wieńcowych, aby zachować objętość prawej komory w każdej klatce.

5. Tworzenie wyprostowanych modeli z sekwencji 4D

UWAGA: Zaleca się tworzenie każdego kadru odpowiadającego 10% cyklu serca w jednym folderze programu 3D Slicer; w przeciwnym razie w module DATA pojawi się zbyt wiele drzew danych, co utrudni i spowolni proces tworzenia wyprostowanych modeli. Aby uzyskać pojedynczy folder 3D Slicer dla każdego kadru 10%, należy kilkukrotnie wczytać sekwencję 4D, wybrać odpowiednie klatki i zapisać je w jednym folderze.

  1. Utwórz segmentacje prawej części serca dla każdej klatki, wybierając moduł Segment Editor na pasku narzędzi. Dodaj dwie segmentacje dla każdej klatki stanowiącej 10% sekwencji 4D i nazwij je odpowiednio, np. 60% segmentation oraz Other.
  2. W module Segment Editor wybierz narzędzie efektu Paint z opcją Editable Intensity Range, zależną od obrazów CT, aby zamalować prawą część serca zgodnie z następującą sekwencją: żyła główna górna, prawy przedsionek, prawa komora i tętnica płucna.
  3. Kliknij Other Segmentation i użyj narzędzia malowania, aby zaznaczyć pozostałe obszary w celu wyznaczenia ogólnych granic prawej części serca.
  4. Wybierz efekt Grow From Seeds, zaznacz Initialize oraz Apply, aby zastosować efekt. Kliknij przycisk Show 3D w module Segment Editor, aby wyświetlić model 3D bieżącej klatki.
  5. Powtórz kroki 4.7 – 4.8, aby usunąć lub ulepszyć model 3D zgodnie z obrazami CT w trzech kierunkach. Usuń lewą i prawą gałąź tętnicy płucnej w miejscu rozwidlenia. Model 3D prawej części serca wyświetli wówczas scenę 3D dla każdej klatki.
    ​UWAGA: Zdecydowanie zaleca się malowanie granic prawej części serca pędzlem w kształcie sfery o średnicy 1% – 2% w miejscach połączeń między tętnicą płucną a tętnicami wieńcowymi, a także między tętnicą płucną a żyłą główną górną.
  6. Zduplikuj segmentacje w drzewie DATA jako kopię zapasową; nazwij segmentacje na przykład 10% Segmentation Original oraz 10% Segmentation for Straightened Model.
  7. Dodaj linię środkową do modelu prawej części serca zgodnie z poniższym opisem:
    1. W rozwijanym menu modułów wybierz Extract Centerline.
    2. W sekcji Inputs modułu wyodrębniania linii środkowej, w rozwijanym menu powierzchni, wybierz Segmentation. Utworzy to segmentację, taką jak 10% segmentation for straightened model, jako segment. W rozwijanym menu punktów końcowych kliknij Create New Markups Fiducial. Kliknij przycisk Place a Markup Point, aby dodać punkty końcowe na górnej płaszczyźnie SVC oraz na płaszczyźnie końcowej głównej tętnicy płucnej.
    3. W drzewie menu wyjściowego (Outputs) wybierz model Create a New Model as a Centerline oraz krzywą linii środkowej Create New Markups Curve. Kliknij Apply, aby wyświetlić model linii środkowej prawej części serca.
    4. Kliknij moduł DATA, następnie kliknij prawym przyciskiem myszy Centerline Curve, aby edytować jej właściwości. Kliknij ikonę Eye, aby wyświetlić punkty kontrolne, a w sekcji Resample ustaw liczbę punktów próbkowania na 40, aby zmniejszyć obciążenie komputera.
  8. Utwórz model wyprostowany (straightened model):
    1. W rozwijanym menu modułów wybierz Curved Planar Reformat.
    2. Zmień wartość Curve resolution oraz Slice resolution na 0,8 mm, ustaw Slice Size na 130-140 mm (zależnie od zakresu prawej komory widocznego na obrazach), a następnie wybierz Create a New Volume as Output Straightened Volume.
    3. Kliknij Apply, aby uzyskać wyprostowaną objętość.
    4. W rozwijanym menu modułów wybierz Volume Rendering, aby wyświetlić wyprostowaną objętość. W rozwijanym menu objętości wybierz Straightened Volume i kliknij ikonę Eye. Jako Preset wybierz CT-Cardiac3 i przesuń kursor Shift, aby wyświetlić wyprostowaną objętość prawej części serca w scenie 3D.
    5. Zmień nazwę wyprostowanej objętości w drzewie DATA na straightened volume for segmentation, a następnie kliknij prawym przyciskiem myszy, aby segmentować tę wyprostowaną objętość.
    6. W module edytora segmentów wybierz efekt Threshold, aby pokolorować pożądaną wyprostowaną prawą część serca, i kliknij Apply, aby zastosować operację. Wybierz efekt Mask Volume, aby zamaskować wyprostowaną objętość, wybierając Straightened Volume for Segmentation jako Input Volume and Output Volume, a następnie kliknij Apply, aby zastosować operację.
    7. Kliknij Apply, aby zastosować tę samą operację, co opisano powyżej w krokach 4.7–4.8, tak aby zachować wyłącznie segmentację wyprostowanej prawej części serca. Sprawdź wyprostowaną objętość prawej części serca oraz model 3D segmentacji wyprostowanej prawej części serca w scenie 3D.
    8. Kliknij Apply, aby zastosować tę samą operację opisaną powyżej dla pozostałych klatek w celu uzyskania renderowania objętościowego i segmentacji wyprostowanej prawej części serca; zapisz wyniki w folderze każdej klatki.

6. Eksport rycin i plików STL

  1. Wyeksportuj ryciny wyprostowanego renderowania objętościowego, klikając Capture i nazywając efekt widoku sceny na pasku narzędzi, a następnie zapisując sceny w widoku 3D.
  2. Wyeksportuj pliki STL wyprostowanych segmentacji 3D, klikając w moduł Segmentation .

7. Wykonaj pięć pomiarów płaskich

  1. Wykonaj pomiary w pięciu płaszczyznach obwodu, pola przekroju poprzecznego i średnicy w modelach wyprostowanych z sekwencji 4D oraz pomiary objętości prawej komory w modelu wyprostowanym zgodnie z poniższym opisem.
  2. Zastosuj następujące ustawienia pięciu płaszczyzn: Płaszczyzna A: w głównej tętnicy płucnej, 2 cm od płaszczyzny złącza sinotubularnego; Płaszczyzna B: w złączu sinotubularnym; Płaszczyzna C: w zatoce; Płaszczyzna D: u podstawy zastawki; Płaszczyzna E: w RVOT, 1 cm od płaszczyzny D.
  3. Dodaj wszystkie powyższe pięć płaszczyzn do modeli wyprostowanych w każdej klatce, przytrzymując klawisz Shift na klawiaturze i używając funkcji celownika na pasku narzędzi dla pięciu płaszczyzn. Kliknij moduł Create and Place na pasku narzędzi, aby wybrać efekt Plane.
  4. Wybierz efekt Line do pomiaru obwodów, a efekt Closed Curve, aby uzyskać średnice i pole przekroju poprzecznego. Skopiuj dane w celu zbudowania zbioru danych.
  5. Wykonaj pomiary objętości prawej komory w modelu wyprostowanym zgodnie z poniższym opisem.
    1. Uporządkuj wyprostowaną segmentację w każdej klatce uzyskanej z sekwencji 4D i oznacz segmentację zgodnie z odpowiadającą jej klatką do pomiaru objętości.
    2. Wybierz moduł Segment Statistics z rozwijanego menu modułów. W menu wejść wybierz X% Segmentation do pomiaru objętości po Segmentation and Scalar Volume. Wybierz opcję Create New Table as the Output Table, a następnie kliknij Apply, aby zastosować operacje i uzyskać tabelę objętości.
    3. Skopiuj dane o objętości, aby utworzyć zbiór pomiarów objętości dla każdej klatki wyprostowanej segmentacji.

8. Pomiary wielopłaszczyznowej rekonstrukcji 3D (MPR) oraz pomiar objętości prawej komory z sekwencji 3D (najlepiej zrekonstruowana faza w końcówce rozkurczu)

UWAGA: W niniejszym badaniu do zilustrowania procedur pomiaru MPR wybrano przedoperacyjną tomografię komputerową (Pre-CT) owcy J.

  1. Wczytaj sekwencję 3D w fazie rozkurczowej zgodnie z ilustracją w poniższych krokach. Wybierz strzałkę w dół obok efektu celownika, a następnie wybierz ustawienia celownika: Jump Slices- Offset, Basic+ Intersection, Fine Crosshair, and The Slice Intersections.
  2. Użyj kombinacji Shift + lewy przycisk myszy, aby przesunąć celownik na płaszczyznę, np. zatokę. Naciśnij Ctrl+Alt, aby dopasować celownik do pożądanej pozycji w przekrojach osiowym, strzałkowym i czołowym, idealnie w centrum wyznaczonego punktu.
  3. Wybierz efekt Line , aby wykonać pomiary w każdej płaszczyźnie, zgodnie z ilustracją w kroku 7.4. Skopiuj dane w celu utworzenia zestawu danych pomiarowych 3D MPR.
  4. Przejdź do modułu Segment Editor, aby stworzyć segmentację prawej komory, jak opisano powyżej w kroku 5.8.6.
  5. Przejdź do modułu Segment Statistics, aby wykonać pomiar objętości prawej komory, jak opisano powyżej w kroku 7.5.2.
  6. Skopiuj informacje o objętości, aby utworzyć zestaw danych objętości prawej komory w 3D w fazie rozkurczowej.

9. Obliczenia w celu wyboru zastawki serca ze stentem

UWAGA: W tej sekcji pomiary połączenia zatokowo-tętniczego zostały wykorzystane do zilustrowania procedury.

  1. Oblicz średnią wartość długiej osi (d1) oraz krótkie obwody osiowe (d2) = (d3), a następnie średnia z d1, d2, i d3 aby uzyskać d4, zgodnie z wzorami (1) – (2).
    figure-protocol-1
    figure-protocol-2
  2. Podziel obliczenia powierzchni przekroju poprzecznego (S1) przez π aby uzyskać d5 a następnie pierwiastka kwadratowego z d5 aby uzyskać d6, a następnie średnia wartość d5 oraz d6zgodnie z wzorami (3)–(5).
    figure-protocol-3
    figure-protocol-4
    figure-protocol-5
  3. Podziel obwód (C1) przez π aby uzyskać d8, zgodnie z wzorem (6).
    figure-protocol-6
  4. Wyznaczyć całkowitą średnicę ogólną d9 poprzez obliczenie średniej wartości d4, d7, oraz d8, zgodnie z wzorem (7).
    figure-protocol-7
  5. Zastosuj wzór (8), aby obliczyć optymalny rozmiar zaworu (h).
    figure-protocol-8
    UWAGA: Zastawka serca ze stentem jest dostępna w średnicach 30 mm, 26 mm i 23 mm. Rozmiar zastawki (h) wskazuje stopień dopasowania wyrażony w procentach dla trzech średnic, gdzie dopasowanie idealne wynosi 10–20%, rozmiar zbyt duży do implantacji wynosi 30% i więcej, a rozmiar zbyt mały do implantacji – poniżej 10%.
  6. Zaimportuj dane 3D i 4D do wszechstronnego oprogramowania statystycznego, aby stworzyć wykresy trendów pomiarów w pięciu płaszczyznach, a następnie wyeksportuj wykresy w formacie TIFF. Zaimportuj wszystkie rysunki do oprogramowania graficznego w celu ich uporządkowania.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

W przypadku owcy J z sekwencji 4D tomografii komputerowej serca pomyślnie wygenerowano 4D modele całego serca oraz prawej komory, które ukazały odkształcenia w całym cyklu pracy serca. W celu lepszej wizualizacji pełne odkształcenie bijącego serca oraz prawej komory przedstawiono we wszystkich kierunkach w Rysunek 3 - Rysunek 4 oraz w Wideo 1 - Wideo 2.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Podziękowania

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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
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

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Czterowymiarowa tomografia komputerowa sercaodpływ prawej komorytętnica płucnarekonstrukcja 3Dmodelowanie w rzeczywistości wirtualnejobrazowanie cyklu sercaobjętość prawej komoryinnowacje w urządzeniach
Czterowymiarowy wymiar zastawki pod kontrolą tomografii komputerowej do przezcewnikowej wymiany zastawki płucnej
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.