Summary
Här tillhandahåller vi ett steg-för-steg-förvärvs- och analysprotokoll för 3D-volymetrisk bedömning av höger kammare, främst med fokus på de praktiska aspekterna som maximerar genomförbarheten av denna teknik.
Abstract
Traditionellt trodde man att höger sida av hjärtat har en mindre roll i cirkulationen; emellertid tyder mer och mer data på att höger ventrikulär (RV) funktion har stark diagnostisk och prognostisk kraft vid olika kardiovaskulära störningar. På grund av dess komplexa morfologi och funktion är bedömningen av RV genom konventionell tvådimensionell ekokardiografi begränsad: den dagliga kliniska praxisen bygger vanligtvis på enkla linjära dimensioner och funktionella åtgärder. Tredimensionell (3D) ekokardiografi övervann dessa begränsningar genom att tillhandahålla volymetrisk kvantifiering av husbilen fri från geometriska antaganden. Här erbjuder vi en steg-för-steg-guide för att få och analysera 3D-ekokardiografiska data från husbilen med hjälp av den ledande kommersiellt tillgängliga programvaran. Vi kommer att kvantifiera 3D RV-volymer och utstötningsfraktion. Flera tekniska aspekter kan också bidra till att förbättra kvaliteten på husbilsförvärv och analys, som vi presenterar på ett praktiskt sätt. Vi granskar de nuvarande möjligheterna och de begränsande faktorerna för denna metod och belyser också de potentiella tillämpningarna av 3D RV-bedömning i nuvarande klinisk praxis.
Introduction
Ekokardiografi kom långt från sina första kliniska tillämpningar på 1950-talet1. De första endimensionella ultraljudssonderna var utformade för att ge enkla linjära diametrar av kammarväggarna och lumen; Men de representerar utan tvekan en milstolpe i kardiovaskulär avbildning. Utvecklingen av tvådimensionell (2D) ultraljudsavbildning var ett annat viktigt steg genom att ge mycket mer exakt kvantifiering av morfologi och funktion och anses fortfarande vara standardmetoden i daglig klinisk praxis. Ändå har 2D-ekokardiografibaserad bedömning fortfarande en stor begränsning av tekniken: avbildning av en given kammare från några tomografiska plan karakteriserar inte tillräckligt morfologin och funktionen hos en tredimensionell (3D) struktur. Detta problem är ännu mer uttalat när det gäller höger kammare (RV): jämfört med den relativt enkla kulformade vänstra ventrikeln (LV) har RV en komplex geometri2 som inte kan kvantifieras tillräckligt med linjära diametrar eller områden3. Trots dessa allmänt kända fakta mäts RV-morfologi och funktion vanligtvis med sådana enkla parametrar i klinisk praxis.
Under många årtionden ansågs husbilen ha en mycket mindre viktig roll i cirkulationen jämfört med sin vänstra motsvarighet. Flera landmärken besegrade denna ståndpunkt som visar den starka prognostiska rollen för RV-geometri och funktion i en mängd olika sjukdomar 4,5,6,7. Många studier visade det inkrementella värdet av RV-mätning även genom att använda relativt enkla konventionella parametrar, vilket belyser vikten och behovet av mer exakt kvantifiering av kammaren med potentiellt meningsfullt kliniskt värde.
3D-ekokardiografi övervinner flera begränsningar av 2D-bedömningen av hjärtkamrarna. Även om mätning av volymer och även funktionella parametrar som är fria från geometriska antaganden kan vara av stort intresse även när det gäller LV, kan det få särskild betydelse vid bedömningen av RV8. 3D-härledda RV-volymer och ejektionsfraktion (EF) har visat sig ha signifikant prognostiskt värde vid olika kardiovaskulära tillstånd 9,10.
Numera tillhandahåller flera leverantörer halvautomatiska lösningar för 3D RV-bedömning med validerade resultat mot guldstandardmätningar av hjärtmagnetisk resonans (MR)11,12. De tekniska kraven för 3D-bedömning är väsentliga delar av en toppmodern kardiovaskulär bildavdelning nuförtiden, och det förväntas att det snart kommer att vara en del av den allmänna utrustningen i varje ekokardiografilaboratorium. Med rätt expertis inom 3D-förvärv och efterbehandling kan 3D RV-analys enkelt implementeras i standardundersökningsprotokollet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollet följer riktlinjerna från institutionens etikkommitté för mänsklig forskning och patienterna i de kliniska fallen gav sitt skriftliga informerade samtycke till studien.
1. Tekniska krav
- För 3D-förvärv och analys, använd lämplig programvara och hårdvara. Använd EKG-kablar på ekokardiografienheten; Dessutom är det obligatoriskt för det fullständiga 3D-förvärvsprotokollet som beskrivs nedan.
- För 3D-förvärv, använd en 3D-ekokardiografisk sond och 3D-kompatibel ultraljudsmaskin. För volymetrisk 3D-husbilsanalys, använd dedikerad programvara.
2. Förvärv
- I de allra flesta fall utför du 3D-förvärv av husbilen med apikala vyer. I motsats till de LV-fokuserade åsikterna rekommenderas en annan patientpositionering. Om betydligt bättre bildkvalitet kan uppnås genom att byta till ett interkostalt utrymme över rätt apikal vy, kan denna förskjutna vy möjliggöra bättre 3D-bildkvalitet. Fördämningen kan korrigeras under 3D-analys.
- Jämfört med det vanliga apikala ekokardiografiska förvärvet, där den vänstra laterala decubituspositionen (patient som ligger på vänster sida med vänster arm sträckt ovanför huvudet) rekommenderas, låt patienten luta sig tillbaka något mer för att möjliggöra en mer lateral position hos givaren.
- Välj ett bilddjup som bara inkluderar husbilen. Onödigt stort djup kan sänka förvärvets bildhastighet med bristen på fördelaktiga effekter när det gäller volymetrisk analys av husbilar.
- Bekräfta rätt RV-fokuserad vy från 2D-ekokardiografibilder. Om husbilens fria vägg är dåligt visualiserad även från denna vy kommer den förväntade 3D-bildkvaliteten inte att vara optimal för vidare analys.
- Byt till live 3D-avbildning med 4D-knappen , där ytterligare korrigering av husbilsvyn kan utföras.
- Medan 3D-live-läget kan vara ganska tilltalande estetiskt, använd 12 Slice-läget för 3D-vyn, som visar en triplanbild av intresseområdet samt 9 tvärsnittsplan som kan modifieras fritt. Genom rotation och korrekt positionering av de skurna planen, bekräfta synligheten för hela RV-fria väggen (inklusive utflödeskanalen och apikala segment).
- Justera bilden ytterligare genom att använda sektorns vänstra lutning (andra sidan på pekskärmen) för att förbättra husbilsvisualiseringen.
- Använd två 3D-förvärvslägen för volymetrisk RV-analys: multi beat och single beat-läget . Använd båda dessa metoder hos varje patient, men i vissa fall (t.ex. vissa arytmier, svår dyspné hos patienten) kan endast den senare vara möjlig.
- Använd single beat-läge för att uppnå en kompromiss mellan bildkvalitet och bildhastighet. Välj ett optimalt bilddjup, bredd och bildhastighet (nedre panelen på pekskärmen) och få 3D-slingor på husbilen utan ytterligare åtgärder. Denna metod är möjlig hos de flesta patienter; det ger dock i allmänhet lägre bildkvalitet och bildhastighet jämfört med multi beat-metoden .
- Vid en genomsnittlig (60-70 / min) hjärtfrekvens, håll en lägre bildhastighetsgräns på 16 bilder / s för adekvat RV-analys; Men om takykardi är närvarande rekommenderas ännu högre bildhastigheter.
- Använd multi beat-läget för att rekonstruera den förvärvade 3D-slingan från ett visst antal hjärtcykler som kan väljas på pekskärmen (2,3,4 och 6 taktlägen kan användas). I motsats till förvärvet av enstaka slag förväntas i allmänhet bättre bildkvalitet och bildhastighet; Det kräver dock relativt konstanta hjärtcykellängder och även patientöverensstämmelse på grund av den obligatoriska andningsmanövern. Manövern är avgörande för att undvika de så kallade sömnadsartefakterna: när den förvärvade 3D-volymen sys ihop kan ojämna hjärtcykellängder och / eller rörelse på grund av andning resultera i detta fenomen.
- Efter korrekt placering av sonden och inställning av maskinen (på samma sätt som "single beat" -läge), be patienten att ta ett djupt andetag och hålla det. I det här fallet täcker de expanderande lungorna vanligtvis hela bilden.
- Be patienten att andas ut långsamt, strikt med vägledning. Parallellt med deflationen av lungorna blir husbilen synlig igen.
- När hela husbilen (fri vägg och septum) återkommer, be patienten att hålla andan i detta tillstånd.
- Genom att klicka för att multi beat på skärmen börjar du förvärvet och 3D-slingan byggs upp under den givna mängden hjärtcykler.
- När förvärvet är klart (hela husbilen visualiseras), be patienten att andas fritt igen.
- Kontrollera den erhållna slingan för att säkerställa om det inte finns några sömnads- eller bortfallsartefakter.
3. 4D RV-analys
- Använd dedikerad programvara för att utföra 3D-volymetrisk analys av husbilen. När du har valt den RV-fokuserade 3D-slingan från patientbiblioteket öppnar du programvaran från mätfönstret som finns i volymmappen .
- När du har öppnat programvaran, orientera husbilen på fyra fördefinierade snittplan.
- Sätt två markörer (TV Center) i mitten av tricuspidventilen i de övre och nedre vänstra långaxelplanen. Justera bildens långaxel till husbilens faktiska långa axel med hjälp av rotationsverktyget. Referensbilder på de övre högra kanterna visar hur rätt orientering ska se ut.
- På de övre och nedre högra panelerna justerar du kortaxelbilderna till rätt position genom rotation. På samma sätt som föregående steg hjälper referensbilder också till i den här processen.
- När du är klar klickar du på Ange landmärken till nästa steg i analysen. Ställ in landmärken i två bilder.
- På vänster sida markerar du tricuspid annulus vid den fria väggen (TV-fri vägg) och septum (TV-septum) och RV-toppen på den tidigare orienterade apikala fyrkammarvyn.
- På höger sida ställer du in husbilens bakre (LV/husbil bakre) och främre införingspunkter (LV/RV främre) och den husbilsfria väggen (husbilsfri vägg). På samma sätt som i föregående fönster hjälper referensbilder i det övre högra hörnet till att ställa in rätt. Efter att ha ställt in alla landmärken hoppar programvaran automatiskt till nästa fönster (Granska).
- I det här fönstret (Granska), granska och manuellt korrigera den automatiska endokardiella gränsdetekteringen under hela hjärtcykeln, om det behövs. Som standard kan 9 paneler ses: på vänster sida, 3 rörliga slingor (1 långaxel och 2 kortaxel), på mitten de änddiastoliska ramarna på samma bilder och på höger sida de ändsystoliska.
- Vid falsk spårning, korrigera fritt endokardiella gränser (gröna linjer), den spårade gränsen genom att klicka på dem. Använd rotationsverktyget på den korta axeln och granska bilder som spårar längs hela omkretsen av husbilen. Justera storleken på korrigeringen genom att välja Pennstorlek på den högra sidopanelen. Om spårningen anses vara korrekt klickar du på Resultat i samma panel.
- I det sista avsnittet granskar du de slutliga 3D-volymetriska data och andra beräknade parametrar längst upp till höger (kalkylbladspanelen ). Utöver RV-volymer och utstötningsfraktion visar programvaran också 2D-parametrar, såsom linjära (mitt-, basala och långaxliga) diametrar, samt FAC- och TAPSE-värden härledda från den fördefinierade apikala fyrkammarvyn. Programvaran visar också en lång- och kort axel på husbilen (vänster sida), en 3D-levande modell av husbilen (övre mitten) och en volymtidskurva för kammaren (nedre högra).
- Vid behov av ytterligare justeringar i spårningen är alla tidigare steg tillgängliga för korrigering genom att klicka på dem på den högra panelen. Om spårningen och 3D-parametrarna anses vara giltiga, spara resultaten genom att klicka på "Godkänn och avsluta" på samma panel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
3D-analys av husbilen är möjlig vid en mängd olika hjärt-kärlsjukdomar. Fall 1 är en frisk volontär med normala ventrikulära volymer och funktion (figur 1). Fall 2 är en post-mitralventilreparationspatient som är ett typiskt exempel på de motstridiga resultaten av konventionell 2D-bedömning: medan TAPSE är markant reducerad visar patienten inga tecken på RV-dysfunktion och en bibehållen RV global systolisk funktion bekräftades av normal 3D RV EF (figur 2). Båda patienterna hade utmärkt ekokardiografifönster med därmed bra spårningskvalitet. Fall 3 är en semi-professionell idrottare med dilaterad kardiomyopati (figur 3). Endast måttlig bildkvalitet kunde uppnås (utflödeskanalen är dåligt visualiserad); 3D RV-analys var dock framgångsrik och visade god överensstämmelse med hjärt-MR-resultat.
Figur 1: 3D RV-analys av en frisk frivillig. På de vänstra panelerna kan en lång axel (övre panel) och en kort axel (nedre panel) bild av husbilen ses. Den gröna linjen representerar endokardialgränsen. Den centrala övre bilden är en 3D-modell av husbilen baserat på den aktuella analysen. Utöver RV-volymer och utstötningsfraktion visar programvaran 2D-parametrar, såsom linjära (mitt-, basala och långaxel) diametrar, samt FAC- och TAPSE-värden härledda från den fördefinierade apikala fyrkammarvyn (höger övre panel) och en volymtidskurva genereras också (höger nedre panel). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: 3D RV-analys av en patient med reparation av post-mitralventiler. Medan 3D RV-volymer och EF ligger i det normala intervallet är TAPSE markant lägre. Minskad longitudinell förkortning av husbilen är ett vanligt fenomen efter hjärtkirurgi, men majoriteten av dessa patienter visar inte tecken på husbilssvikt. 3D EF-bedömning bekräftar bibehållen global systolisk funktion trots markant reducerade TAPSE-värden. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Fall av en idrottsman med dilaterad kardiomyopati. 3D RV-volymerna ökas, medan 3D RV EF minskas milt. Observera den suboptimala bildkvaliteten med ett dåligt visualiserat RV-utflödesområde. Trots det dåliga ekokardiografiska fönstret visar RV-analys god överensstämmelse med hjärt-MR-härledda mätningar med tanke på den kända systematiska volymunderskattningen av 3D-ekokardiografisk RV-analys jämfört med guldstandarden hjärt-MR (RVEDV: 168 ml; RVESV: 99 ml; RVEF: 41%). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
3D-analys av husbilen representerar ett viktigt steg i den dagliga kardiologiska praktiken. Parallellt med det växande intresset för morfologin och funktionen hos den tidigare försummade hjärtkammaren ger dessa nya lösningar kliniskt meningsfull information om hjärtats högra sida. Medan 3D-förvärv har flera aspekter som skiljer sig markant från 2D-ekokardiografisk avbildning, genom att hålla särskild uppmärksamhet åt de kritiska punkterna och genom att använda ett grundligt protokoll, kan 3D RV-analys utvecklas från ett vetenskapligt verktyg till ett viktigt steg i ekokardiografisk undersökning. Med optimal bildkvalitet och korrekt expertis kan RV-volymetrisk analys med ekokardiografi ta bara några minuter från förvärv till resultat med hög genomförbarhet13. De betydligt lägre kostnaderna och kortare handläggningstiden gör det till ett tilltalande alternativ till guldstandarden hjärt-MR-undersökning i flera fall.
Ändå kanske 3D-analys inte är genomförbar i alla scenarier. Den viktigaste begränsningsfaktorn är ekokardiografisk bildkvalitet: hos patienter med ett dåligt 2D-ekokardiografiskt fönster är acceptabel 3D-bildkvalitet sällan uppnåelig. Ändå är det viktigt att nämna att olika manövrer (sidopositionering av sonden, förskjutning, korrekta förinställningar) kan förbättra 3D-bildkvaliteten. Suboptimal visualisering av RV-utflödeskanalen är inte ovanligt, men det tolereras vanligtvis väl av RV-analyslösningarna som ger tillförlitliga resultat. Användning av 3D-loopar med sömnad, bortfallsartefakter avråds starkt, därför rekommenderas inspelning av flera loopar och kontroll efter förvärv.
3D-undersökning av husbilen öppnar möjligheten för 3D RV-deformationsanalys och regional bedömning av kammaren också14. Det är välkänt att bibehållen EF inte utesluter betydande förändringar i RV-mekanik4. Utvärdering av RV-deformation avslöjar tydliga förändringar av RV-sammandragningsmönster i en mängd olika populationer, såsom patienter efter hjärtkirurgi 15,16,17, medfödd hjärtsjukdom 18, pulmonell arteriell hypertension 19,20,21 och elitidrottare 22 . Dessutom kan mätning av segmentell morfologi och funktion vara av stort intresse för sjukdomar där regional ombyggnad av husbilen förväntas, såsom arytmogen kardiomyopati23 eller medfödda hjärtsjukdomspatienter24. Sammanfattningsvis kan efterbehandling av 3D-RV-data ge nya parametrar i kammaren med inkrementellt diagnostiskt och prognostiskt värde.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Projekt nr. NVKP_16-1–2016-0017 ("National Heart Program") har genomförts med stöd från Ungerns nationella forsknings-, utvecklings- och innovationsfond, finansierat inom ramen för finansieringssystemet NVKP_16. Forskningen finansierades av tematiska excellensprogrammet (2020-4.1.1.-TKP2020) vid ministeriet för innovation och teknik i Ungern, inom ramen för de tematiska programmen för terapeutisk utveckling och bioimaging vid Semmelweis-universitetet.
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
- Edler, I., Lindstrom, K.
- Ho, S. Y., Nihoyannopoulos, P. Anatomy, echocardiography, and normal right ventricular dimensions. Heart. 92 (Suppl 1), i2-i13 (2006).
- Genovese, D., et al. Comparison Between Four-Chamber and Right Ventricular-Focused Views for the Quantitative Evaluation of Right Ventricular Size and Function. Journal of the American Society of Echocardiography. 32 (4), 484-494 (2019).
- Kovacs, A., Lakatos, B., Tokodi, M., Merkely, B. Right ventricular mechanical pattern in health and disease: beyond longitudinal shortening. Heart Failure Reviews. 24 (4), 511-520 (2019).
- Antoni, M. L., et al. Prognostic value of right ventricular function in patients after acute myocardial infarction treated with primary percutaneous coronary intervention. Circulation: Cardiovascular Imaging. 3 (3), 264-271 (2010).
- Amsallem, M., et al. Right Heart End-Systolic Remodeling Index Strongly Predicts Outcomes in Pulmonary Arterial Hypertension: Comparison With Validated Models. Circulation: Cardiovascular Imaging. 10 (6), (2017).
- Merlo, M., et al. The Prognostic Impact of the Evolution of RV Function in Idiopathic DCM. JACC: Cardiovascular Imaging. 9 (9), 1034-1042 (2016).
- Addetia, K., Muraru, D., Badano, L. P., Lang, R. M. New Directions in Right Ventricular Assessment Using 3-Dimensional Echocardiography. JAMA Cardiology. , (2019).
- Nagata, Y., et al. Prognostic Value of Right Ventricular Ejection Fraction Assessed by Transthoracic 3D Echocardiography. Circulation: Cardiovascular Imaging. 10 (2), (2017).
- Surkova, E., et al. Relative Prognostic Importance of Left and Right Ventricular Ejection Fraction in Patients With Cardiac Diseases. Journal of the American Society of Echocardiography. 32 (11), 1407-1415 (2019).
- Maffessanti, F., et al. Age-, body size-, and sex-specific reference values for right ventricular volumes and ejection fraction by three-dimensional echocardiography: a multicenter echocardiographic study in 507 healthy volunteers. Circulation: Cardiovascular Imaging. 6 (5), 700-710 (2013).
- GE 4D RVQ White Paper. , https://www.imv-imaging.com/media/5879/4d_auto_rvq_whitepaper_v8.pdf (2017).
- Medvedofsky, D., et al. Novel Approach to Three-Dimensional Echocardiographic Quantification of Right Ventricular Volumes and Function from Focused Views. Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (10), 1222-1231 (2015).
- Lakatos, B., et al. Quantification of the relative contribution of the different right ventricular wall motion components to right ventricular ejection fraction: the ReVISION method. Cardiovascular Ultrasound. 15 (1), 8 (2017).
- Lakatos, B. K., et al. Dominance of free wall radial motion in global right ventricular function of heart transplant recipients. Clinical Transplantation. 32 (3), e13192 (2018).
- Raina, A., Vaidya, A., Gertz, Z. M., Susan, C., Forfia, P. R. Marked changes in right ventricular contractile pattern after cardiothoracic surgery: implications for post-surgical assessment of right ventricular function. Journal of Heart and Lung Transplantation. 32 (8), 777-783 (2013).
- Nowak-Machen, M., et al. Regional Right Ventricular Volume and Function Analysis Using Intraoperative 3-Dimensional Echocardiography-Derived Mesh Models. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 33 (6), 1527-1532 (2019).
- Pettersen, E., et al. Contraction pattern of the systemic right ventricle shift from longitudinal to circumferential shortening and absent global ventricular torsion. Journal of the American College of Cardiology. 49 (25), 2450-2456 (2007).
- Moceri, P., et al. Three-dimensional right-ventricular regional deformation and survival in pulmonary hypertension. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. , (2017).
- Addetia, K., et al. Three-dimensional echocardiography-based analysis of right ventricular shape in pulmonary arterial hypertension. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 17 (5), 564-575 (2016).
- Addetia, K., et al. Morphologic Analysis of the Normal Right Ventricle Using Three-Dimensional Echocardiography-Derived Curvature Indices. Journal of the American Society of Echocardiography. 31 (5), 614-623 (2018).
- Lakatos, B. K., et al. Exercise-induced shift in right ventricular contraction pattern: novel marker of athlete's heart? American Journal of Physiology - Heart and Circulatory. , (2018).
- Corrado, D., et al. Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy: evaluation of the current diagnostic criteria and differential diagnosis. European Heart Journal. , (2019).
- Luo, S., et al. Right ventricular outflow tract systolic function correlates with exercise capacity in patients with severe right ventricle dilatation after repair of tetralogy of Fallot. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 24 (5), 755-761 (2017).
