Summary
Hier bieten wir ein schrittweises Erfassungs- und Analyseprotokoll für die volumetrische 3D-Beurteilung des rechten Ventrikels, wobei wir uns hauptsächlich auf die praktischen Aspekte konzentrieren, die die Machbarkeit dieser Technik maximieren.
Abstract
Traditionell glaubte man, dass die rechte Seite des Herzens eine untergeordnete Rolle bei der Zirkulation spielt; Immer mehr Daten deuten jedoch darauf hin, dass die rechtsventrikuläre (RV) Funktion eine starke diagnostische und prognostische Kraft bei verschiedenen kardiovaskulären Erkrankungen hat. Aufgrund seiner komplexen Morphologie und Funktion ist die Beurteilung des RV durch konventionelle zweidimensionale Echokardiographie begrenzt: Der klinische Alltag stützt sich meist auf einfache lineare Dimensionen und funktionelle Maße. Die dreidimensionale (3D) Echokardiographie überwand diese Einschränkungen, indem sie eine volumetrische Quantifizierung des RV frei von geometrischen Annahmen ermöglichte. Hier bieten wir eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, um echokardiographische 3D-Daten des Wohnmobils mit der führenden kommerziell erhältlichen Software zu erhalten und zu analysieren. Wir quantifizieren 3D-RV-Volumina und Auswurffraktion. Mehrere technische Aspekte können auch dazu beitragen, die Qualität der Wohnmobilerfassung und -analyse zu verbessern, die wir auf praktische Weise präsentieren. Wir überprüfen die aktuellen Möglichkeiten und die limitierenden Faktoren dieser Methode und heben auch die potenziellen Anwendungen der 3D-RV-Bewertung in der aktuellen klinischen Praxis hervor.
Introduction
Die Echokardiographie war weit entfernt von ihren ersten klinischen Anwendungen in den 1950er Jahren1. Die ersten eindimensionalen Ultraschallsonden wurden entwickelt, um einfache lineare Durchmesser der Kammerwände und Lumen zu liefern; Sie stellen jedoch zweifellos einen Meilenstein in der kardiovaskulären Bildgebung dar. Die Entwicklung der zweidimensionalen (2D) Ultraschallbildgebung war ein weiterer wichtiger Schritt durch eine wesentlich genauere Quantifizierung von Morphologie und Funktion und gilt bis heute als Standardmethode im klinischen Alltag. Dennoch birgt die 2D-Echokardiographie-basierte Beurteilung immer noch eine große Einschränkung der Technik: Die Bildgebung einer gegebenen Kammer aus einigen tomographischen Ebenen charakterisiert die Morphologie und Funktion einer dreidimensionalen (3D) Struktur nicht ausreichend. Dieses Problem ist beim rechten Ventrikel (RV) noch ausgeprägter: Im Vergleich zum relativ einfachen kugelförmigen linken Ventrikel (LV) hat das RV eine komplexe Geometrie2 , die mit linearen Durchmessern oder Flächen3 nicht ausreichend quantifiziert werden kann. Trotz dieser weithin bekannten Fakten werden RV-Morphologie und -Funktion in der klinischen Praxis in der Regel an solch einfachen Parametern gemessen.
Viele Jahrzehnte lang galt dem Wohnmobil eine viel weniger wichtige Rolle im Umlauf im Vergleich zu seinem linken Gegenstück. Mehrere wegweisende Arbeiten widerlegten diesen Standpunkt, die die starke prognostische Rolle der RV-Geometrie und -Funktion bei einer Vielzahl von Krankheiten zeigten 4,5,6,7. Zahlreiche Studien zeigten den inkrementellen Wert der RV-Messung selbst unter Verwendung relativ einfacher konventioneller Parameter, was die Bedeutung und Notwendigkeit einer genaueren Quantifizierung der Kammer mit potenziell aussagekräftigem klinischem Wert unterstreicht.
Die 3D-Echokardiographie überwindet mehrere Einschränkungen der 2D-Beurteilung der Herzkammern. Während die Messung von Volumina und auch funktionalen Parametern frei von geometrischen Annahmen auch bei der LV von großem Interesse sein mag, kann sie bei der Bewertung der RV8 besondere Bedeutung erlangen. 3D-abgeleitete RV-Volumina und Ejektionsfraktion (EF) haben einen signifikanten prognostischen Wert bei verschiedenen kardiovaskulären Erkrankungen 9,10.
Heutzutage bieten mehrere Anbieter halbautomatische Lösungen für die 3D-RV-Bewertung mit validierten Ergebnissen gegen Goldstandard-Herz-Magnetresonanz-Messungen (MR)11,12. Die technischen Anforderungen der 3D-Beurteilung sind heutzutage wesentliche Bestandteile einer hochmodernen kardiovaskulären Bildgebungsabteilung, und es wird erwartet, dass sie bald Teil der allgemeinen Ausstattung in jedem Echokardiographielabor sein wird. Mit dem richtigen Fachwissen in der 3D-Erfassung und -Nachbearbeitung kann die 3D-RV-Analyse leicht in das Standard-Untersuchungsprotokoll implementiert werden.
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Protocol
Das Protokoll folgt den Richtlinien der Ethikkommission für Humanforschung der Institution und die Patienten der klinischen Fälle gaben ihre schriftliche Einwilligung zur Studie.
1. Technische Voraussetzungen
- Verwenden Sie für die 3D-Erfassung und -Analyse geeignete Software und Hardware. Verwenden Sie EKG-Kabel des Echokardiographiegeräts; Darüber hinaus ist es für das unten beschriebene vollständige 3D-Erfassungsprotokoll obligatorisch.
- Verwenden Sie für die 3D-Erfassung eine echokardiographische 3D-Sonde und ein 3D-kompatibles Ultraschallgerät. Verwenden Sie für die volumetrische 3D-RV-Analyse eine spezielle Software.
2. Erwerb
- Führen Sie in den allermeisten Fällen eine 3D-Erfassung des Wohnmobils mithilfe apikaler Ansichten durch. Im Gegensatz zu den LV-fokussierten Ansichten wird eine andere Patientenpositionierung empfohlen. Wenn eine wesentlich bessere Bildqualität erreicht werden kann, indem auf einen Interkostalraum über die korrekte apikale Ansicht gewechselt wird, kann diese verkürzte Ansicht eine bessere 3D-Bildqualität ermöglichen. Die Verkürzung kann während der 3D-Analyse korrigiert werden.
- Im Vergleich zur standardmäßigen apikalen echokardiographischen Erfassung, bei der die linke laterale Dekubitusposition (Patient auf der linken Seite liegend mit dem linken Arm über dem Kopf gestreckt) empfohlen wird, sollte sich der Patient etwas mehr zurücklehnen, um eine lateralere Position des Schallkopfes zu ermöglichen.
- Wählen Sie eine Bildtiefe, die nur das Wohnmobil enthält. Unnötig große Tiefe kann die Aufnahmebildrate senken, da keine positiven Auswirkungen auf die volumetrische RV-Analyse bestehen.
- Bestätigen Sie die korrekte RV-fokussierte Ansicht aus 2D-Echokardiographie-Bildern. Wenn die freie Wand des Wohnmobils selbst aus dieser Ansicht schlecht visualisiert wird, ist die erwartete 3D-Bildqualität für weitere Analysen nicht optimal.
- Wechseln Sie mit der 4D-Taste zur Live-3D-Bildgebung, wo eine weitere Korrektur der RV-Ansicht durchgeführt werden kann.
- Während der 3D-Live-Modus ästhetisch sehr ansprechend sein kann, verwenden Sie den 12-Slice-Modus für die 3D-Ansicht, der ein Dreideckerbild des interessierenden Bereichs sowie 9 Querschnittsebenen zeigt, die frei geändert werden können. Durch Drehen und korrekte Positionierung der Schnittebenen wird die Sichtbarkeit der gesamten RV-freien Wand (einschließlich des Ausflusstrakts und der apikalen Segmente) bestätigt.
- Passen Sie das Bild weiter an, indem Sie die linke Neigung des Sektors (zweite Seite auf dem Touchscreen) verwenden, um die RV-Visualisierung zu verbessern.
- Verwenden Sie zwei 3D-Erfassungsmodi für die volumetrische RV-Analyse: den Multi-Beat- und den Single-Beat-Modus. Verwenden Sie beide Ansätze bei jedem Patienten, aber in einigen Fällen (z. B. bestimmte Arrhythmien, schwere Dyspnoe des Patienten) kann nur der letztere möglich sein.
- Erzielen Sie im Single-Beat-Modus einen Kompromiss zwischen Bildqualität und Bildrate. Wählen Sie eine optimale Bildtiefe, Breite und Bildrate (unteres Bedienfeld des Touchscreens) und erhalten Sie 3D-Schleifen des Wohnmobils ohne weiteres Zutun. Diese Methode ist bei der Mehrheit der Patienten durchführbar; Es liefert jedoch im Allgemeinen eine geringere Bildqualität und Bildrate im Vergleich zum Multi-Beat-Ansatz .
- Im Falle einer durchschnittlichen Herzfrequenz (60-70 / min) halten Sie eine untere Bildrate von 16 Bildern / s für eine angemessene RV-Analyse ein. Wenn jedoch eine Tachykardie vorliegt, werden noch höhere Bildraten empfohlen.
- Rekonstruieren Sie mit dem Multi-Beat-Modus die erfasste 3D-Schleife aus einer bestimmten Anzahl von Herzzyklen, die auf dem Touchscreen ausgewählt werden können (2, 3, 4 und 6 Beat-Modi können verwendet werden). Im Gegensatz zur Single-Beat-Aufnahme werden im Allgemeinen eine bessere Bildqualität und Bildrate erwartet; Es erfordert jedoch relativ konstante Herzzykluslängen und auch Patienten-Compliance aufgrund des obligatorischen Atemanhaltensmanövers. Das Manöver ist unerlässlich, um die sogenannten Stitching-Artefakte zu vermeiden: Wenn das erworbene 3D-Volumen zusammengenäht wird, können ungleiche Herzzykluslängen und/oder Bewegungen aufgrund der Atmung zu diesem Phänomen führen.
- Nach der korrekten Positionierung der Sonde und Einstellung des Geräts (ähnlich dem "Single Beat" -Modus) bitten Sie den Patienten, tief durchzuatmen und ihn zu halten. In diesem Fall bedeckt die expandierende Lunge normalerweise das gesamte Bild.
- Bitten Sie den Patienten, langsam und streng unter Anleitung auszuatmen. Parallel zur Entleerung der Lunge wird das Wohnmobil wieder sichtbar.
- Wenn das gesamte RV (freie Wand und Septum) wieder auftritt, bitten Sie den Patienten, in diesem Zustand den Atem anzuhalten.
- Durch Klicken auf Multi-Beat auf dem Bildschirm, beginnen Sie mit der Erfassung, und die 3D-Schleife baut sich während der angegebenen Anzahl von Herzzyklen auf.
- Wenn die Erfassung fertig ist (das gesamte Wohnmobil wird visualisiert), bitten Sie den Patienten, wieder frei zu atmen.
- Überprüfen Sie die erhaltene Schleife, um sicherzustellen, dass keine Stitching- oder Drop-Out-Artefakte vorhanden sind.
3. 4D RV Analyse
- Führen Sie mit einer speziellen Software eine volumetrische 3D-Analyse des Wohnmobils durch. Nachdem Sie die RV-fokussierte 3D-Schleife aus der Patientenbibliothek ausgewählt haben, öffnen Sie die Software im Fenster Messung im Ordner Volume .
- Nachdem Sie die Software geöffnet haben, richten Sie das Wohnmobil auf vier vordefinierten Schnittebenen aus.
- Setzen Sie zwei Marker (TV Center) in der Mitte der Trikuspidalklappe in der oberen und unteren linken Längsachsenebene. Passen Sie die Längsachse des Bildes mit dem Drehwerkzeug an die tatsächliche Längsachse des Wohnmobils an. Referenzbilder am oberen rechten Rand zeigen, wie die richtige Ausrichtung aussehen soll.
- Richten Sie die Bilder mit kurzen Achsen im oberen und unteren rechten Bereich durch Drehen an der richtigen Position aus. Ähnlich wie im vorherigen Schritt helfen Referenzbilder auch bei diesem Prozess.
- Klicken Sie abschließend auf Markierungen für den nächsten Schritt der Analyse festlegen. Setzen Sie Orientierungspunkte in zwei Bildern.
- Markieren Sie auf der linken Seite den Trikuspidalring an der freien Wand (TV-freie Wand) und das Septum (TV-Septum) und die RV-Spitze auf der zuvor ausgerichteten apikalen Vierkammeransicht.
- Stellen Sie auf der rechten Seite die RV-Einfügepunkte posterior (LV/RV posterior) und anterior (LV/RV anterior) und die RV-freie Wand (RV-freie Wand) ein. Ähnlich wie im vorherigen Fenster helfen Referenzbilder in der oberen rechten Ecke bei der korrekten Einrichtung. Nach dem Setzen aller Orientierungspunkte springt die Software automatisch zum nächsten Fenster (Review).
- Überprüfen und korrigieren Sie in diesem Fenster (Überprüfen) die automatische endokardiale Grenzerkennung während des gesamten Herzzyklus, falls erforderlich. Standardmäßig sind 9 Felder zu sehen: auf der linken Seite 3 bewegliche Schleifen (1 Längsachse und 2 Kurzachse), auf der Mitte die enddiastolischen Rahmen der gleichen Bilder und auf der rechten Seite die endsystolischen.
- Bei falschem Tracking korrigieren Sie frei die Endokardgrenzen (grüne Linien), den verfolgten Rand, indem Sie darauf klicken. Überprüfen Sie mit dem Drehwerkzeug auf der kurzen Achse die Bilder, die entlang des gesamten Umfangs des Wohnmobils verfolgt werden. Passen Sie den Korrekturumfang an, indem Sie auf der rechten Seite die Stiftgröße auswählen. Wenn das Tracking als korrekt angesehen wird, klicken Sie im selben Bereich auf die Ergebnisse .
- Überprüfen Sie im letzten Abschnitt die endgültigen volumetrischen 3D-Daten und andere berechnete Parameter oben rechts (Arbeitsbereich ). Neben RV-Volumen und Auswurffraktion zeigt die Software auch 2D-Parameter wie lineare Durchmesser (Mitte, Basal und Langachse) sowie FAC- und TAPSE-Werte an, die aus der vordefinierten apikalen Vierkammeransicht abgeleitet werden. Die Software zeigt auch eine lange und kurze Achse des Wohnmobils (linke Seite), ein 3D-Live-Modell des Wohnmobils (obere Mitte) und eine Volumen-Zeit-Kurve der Kammer (unten rechts).
- Falls weitere Anpassungen im Tracking erforderlich sind, stehen alle vorherigen Schritte zur Korrektur zur Verfügung, indem Sie auf der rechten Seite darauf klicken. Wenn das Tracking und die 3D-Parameter als gültig erachtet werden, speichern Sie die Ergebnisse, indem Sie im selben Panel auf "Genehmigen und beenden" klicken.
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Representative Results
Die 3D-Analyse des Wohnmobils ist bei einer Vielzahl von Herz-Kreislauf-Erkrankungen möglich. Fall 1 ist ein gesunder Freiwilliger mit normalem ventrikulärem Volumen und normaler Funktion (Abbildung 1). Fall 2 ist ein Patient mit postmitraler Klappenreparatur, der ein typisches Beispiel für die widersprüchlichen Ergebnisse der konventionellen 2D-Beurteilung ist: Während TAPSE deutlich reduziert ist, zeigt der Patient keine Anzeichen einer RV-Dysfunktion und eine aufrechterhaltene globale systolische RV-Funktion wurde durch normale 3D-RV-EF BESTÄTIGT (Abbildung 2). Beide Patienten hatten ein ausgezeichnetes Echokardiographie-Fenster mit einer daraus resultierenden hohen Tracking-Qualität. Fall 3 ist ein semiprofessioneller Athlet mit dilatativer Kardiomyopathie (Abbildung 3). Nur eine moderate Bildqualität war erreichbar (der Ausflusstrakt ist schlecht visualisiert); Die 3D-RV-Analyse war jedoch erfolgreich und zeigte eine gute Übereinstimmung mit den kardialen MR-Ergebnissen.
Abbildung 1: 3D-RV-Analyse eines gesunden Probanden. Auf den linken Feldern sind eine Längsachse (oberes Feld) und eine kurze Achse (unteres Bild) des Wohnmobils zu sehen. Die grüne Linie stellt den endokardialen Rand dar. Das zentrale obere Bild ist ein 3D-Modell des Wohnmobils basierend auf der aktuellen Analyse. Neben RV-Volumina und Auswurffraktion zeigt die Software 2D-Parameter wie lineare Durchmesser (Mitte, Basal und Langachse) sowie FAC- und TAPSE-Werte an, die aus der vordefinierten apikalen Vierkammeransicht abgeleitet werden (rechtes oberes Bild) und eine Volumen-Zeit-Kurve wird ebenfalls generiert (rechtes unteres Feld). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 2: 3D-RV-Analyse eines Patienten mit postmitraler Klappenreparatur. Während 3D-RV-Volumen und EF im normalen Bereich liegen, ist TAPSE deutlich niedriger. Eine reduzierte longitudinale Verkürzung des Wohnmobils ist ein häufiges Phänomen nach Herzoperationen, die Mehrheit dieser Patienten zeigt jedoch keine Anzeichen eines RV-Versagens. Die 3D-EF-Bewertung bestätigt die Aufrechterhaltung der globalen systolischen Funktion trotz deutlich reduzierter TAPSE-Werte. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 3: Fall eines Athleten mit dilatativer Kardiomyopathie. 3D RV Volumen werden erhöht, während 3D RV EF leicht reduziert wird. Beachten Sie die suboptimale Bildqualität mit einem schlecht visualisierten RV-Ausflusstrakt. Trotz des schlechten echokardiographischen Fensters zeigt die RV-Analyse eine gute Übereinstimmung mit kardialen MR-abgeleiteten Messungen unter Berücksichtigung der bekannten systematischen Volumenunterschätzung der echokardiographischen 3D-RV-Analyse im Vergleich zur Goldstandard-Herz-MR (RVEDV: 168 ml; RVESV: 99 ml; RVEF: 41%). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
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Discussion
Die 3D-Analyse des Wohnmobils stellt einen wichtigen Schritt im kardiologischen Praxisalltag dar. Parallel zum wachsenden Interesse an der Morphologie und Funktion der bisher vernachlässigten Herzkammer liefern diese neuartigen Lösungen klinisch aussagekräftige Informationen über die rechte Herzseite. Während die 3D-Akquisition mehrere Aspekte aufweist, die sich deutlich von der echokardiographischen 2D-Bildgebung unterscheiden, kann die 3D-RV-Analyse durch besondere Aufmerksamkeit auf die kritischen Punkte und durch die Verwendung eines gründlichen Protokolls von einem wissenschaftlichen Werkzeug zu einem wesentlichen Schritt der echokardiographischen Untersuchung übergehen. Bei optimaler Bildqualität und entsprechendem Fachwissen kann die volumetrische RV-Analyse mittels Echokardiographie nur wenige Minuten von der Aufnahme bis zu Ergebnissen mit hoher Machbarkeit dauern13. Die deutlich geringeren Kosten und die kürzere Eingriffszeit machen sie in mehreren Fällen zu einer attraktiven Alternative zur Herz-MR-Untersuchung nach Goldstandard.
Dennoch ist eine 3D-Analyse möglicherweise nicht in jedem Szenario durchführbar. Der wichtigste limitierende Faktor ist die echokardiographische Bildqualität: Bei Patienten mit einem schlechten 2D-echokardiographischen Fenster ist eine akzeptable 3D-Bildqualität selten erreichbar. Dennoch ist es wichtig zu erwähnen, dass verschiedene Manöver (seitliche Positionierung der Sonde, Verkürzung, richtige Voreinstellungen) die 3D-Bildqualität verbessern können. Eine suboptimale Visualisierung des RV-Ausflusstraktes ist keine Seltenheit, wird jedoch von den RV-Analyselösungen, die zuverlässige Ergebnisse liefern, in der Regel gut vertragen. Von der Verwendung von 3D-Schleifen mit Stitching wird dringend von Drop-out-Artefakten abgeraten, daher wird dringend empfohlen, mehrere Schleifen aufzuzeichnen und die Kontrolle nach der Erfassung durchzuführen.
Die 3D-Untersuchung des RV eröffnet die Möglichkeit der 3D-RV-Deformationsanalyse und der regionalen Beurteilung der Kammersowie 14. Es ist bekannt, dass die beibehaltene EF wesentliche Änderungen in der RV-Mechanik4 nicht ausschließt. Die Bewertung der RV-Deformation zeigt deutliche Veränderungen des RV-Kontraktionsmusters in einer Vielzahl von Populationen, wie z. B. Patienten nach Herzoperationen 15,16,17, angeborene Herzfehler18, pulmonale arterielle Hypertonie 19,20,21 und Spitzensportler 22 . Darüber hinaus kann die Messung der segmentalen Morphologie und Funktion bei Erkrankungen von großem Interesse sein, bei denen ein regionaler Umbau des RV erwartet wird, wie z. B. arrhythmogene Kardiomyopathie23 oder Patienten mit angeborenen Herzfehlern24. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Nachbearbeitung von 3D-RV-Daten neuartige Parameter der Kammer mit inkrementellen diagnostischen und prognostischen Werten liefern kann.
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Acknowledgments
Projekt-Nr. NVKP_16-1–2016-0017 ("Nationales Herzprogramm") wurde mit Unterstützung des Nationalen Fonds für Forschung, Entwicklung und Innovation Ungarns durchgeführt, der im Rahmen des NVKP_16 Förderprogramms finanziert wird. Die Forschung wurde durch das Thematische Exzellenzprogramm (2020-4.1.1.-TKP2020) des ungarischen Ministeriums für Innovation und Technologie im Rahmen der thematischen Programme Therapeutische Entwicklung und Bioimaging der Semmelweis Universität finanziert.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3V-D/4V-D/4Vc-D | General Electric | n.a. | ultrasound probe |
| 4D Auto RVQ | General Electric | n.a. | software for analysis |
| E9/E95 | General Electric | n.a. | ultrasound machine |
| EchoPac v203 | General Electric | n.a. | software for analysis |
References
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