Оценка структуры и функции левого желудочка с помощью 3D-эхокардиографии

Summary

В этой статье мы предоставляем пошаговый протокол сбора и анализа для объемной оценки и спекл-трекингового анализа левого желудочка с помощью 3D-эхокардиографии, уделяя особое внимание практическим аспектам, которые максимизируют осуществимость этого метода.

Abstract

Трехмерная (3D) количественная оценка левого желудочка (LV) обеспечивает значительную добавленную стоимость с точки зрения диагностической точности и точной стратификации риска при различных сердечных расстройствах. В последнее время 3D эхокардиография стала доступна в рутинной кардиологической практике; однако получение высококачественных изображений и последующий анализ имеют крутую кривую обучения. Настоящая статья направлена на то, чтобы провести читателя через подробный 3D-протокол, представив советы и рекомендации, а также выделив потенциальные подводные камни для облегчения широкого, но технически обоснованного использования этого важного метода, касающегося LV. В первую очередь, мы показываем получение качественного 3D-набора данных с оптимальным пространственным и временным разрешением. Затем мы представляем аналитические шаги к детальной количественной оценке LV с использованием одного из наиболее широко применяемых встроенных программ. Мы будем количественно оценивать объемы ЛЖ, сферичность, массу, а также систолическую функцию путем измерения фракции выброса и деформации миокарда (продольная и окружная деформация). Мы обсудим и предоставим клинические примеры основных сценариев, в которых настоятельно рекомендуется переход от обычного эхокардиографического подхода к количественной оценке на основе 3D.

Introduction

Оценка морфологии и функции левого желудочка (ЛЖ) является преобладающей целью общих и даже более специфических исследований в кардиологии1. Широко доступная и неинвазивная трансторакальная эхокардиография (TTE), которая может обеспечить большие объемы информации, является методом выбора для удобной, быстрой и экономически эффективной оценки.

Измерение массы, объемов и последующей фракции выброса РН имеет значительное диагностическое, а также прогностическое ^{значение2}. Чем точнее данная мера, тем выше будет ее значение. Лучшая корреляция со значениями магнитно-резонансной томографии сердца (CMR) золотого стандарта - это постоянная погоня за эхокардиографическими методами. Как правило, в руководстве по клинической практике рекомендуется метод биплана Симпсона для измерения объема РН и фракции ^{выброса3}. Тем не менее, LV представляет собой трехмерную (3D) структуру с часто неправильной формой, и поэтому несколько томографических плоскостей, несомненно, не смогут в некоторых клинических сценариях точно очертить морфологию и функцию LV. Последние достижения в области ультразвуковых аппаратных и программных технологий позволили разработать 3D-визуализацию в реальном времени, которая революционизирует эхокардиографические протоколы.

Кроме того, необходимость количественного подхода к аномалиям движения стен привела к росту деформационной ^{визуализации4}. Параметры деформации и скорости деформации могут быть рассчитаны путем отслеживания пятен с использованием стандартных изображений серого цвета. 3D-эхокардиография также может преодолеть несколько недостатков двумерной оценки ^{деформации5}. Из дорогостоящего научного инструмента 3D-эхокардиография начала становиться мощным методом, используемым в повседневной клинической практике, и количественная оценка ЛЖ, безусловно, находится на первой линии в этом прорыве.

Настоящая статья направлена на то, чтобы провести читателя через подробный 3D-протокол, представив советы и рекомендации, а также выделив потенциальные подводные камни для облегчения широкого, но технически обоснованного использования этого важного метода, касающегося LV.

Protocol

Этот протокол следует руководящим принципам Регионального и институционального комитета по этике науки и исследований Университета Земмельвайса. Настоящий протокол применяется к конкретному поставщику. Хотя некоторые шаги остаются в силе независимо от ультразвукового аппарата и программного обеспечения для постобработки, при использовании решений других поставщиков могут существовать важные различия.

1. Технические требования

1. Используйте эхокардиографическую машину, способную к 3D-визуализации.
2. Подключите 3D-трансторакальный эхокардиографический преобразователь с фазированной решеткой.
3. Примените встроенную 3-выводную ЭКГ ультразвуковой системы, чтобы система могла синхронизировать записи и анализы с сердечным циклом.

2. Получение 3D эхокардиографических изображений

1. Расположите больного в левом боковом пролежневом положении (больной лежит на левом боку с вытянутой над головой левой рукой).
2. Убедитесь, что трассировка ЭКГ на экране имеет хорошее качество.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Это необходимое условие для постобработки, так как программное обеспечение будет обнаруживать различные точки сердечного цикла на основе сигнала ЭКГ.
3. Разморозьте изображение, и начните осматривать пациента с помощью датчика. Визуализируйте обычный апикальный четырехкамерный вид.
4. Оптимизируйте качество изображения, отрегулировав ширину сектора до LV, уменьшив глубину для усечения левого предсердия, и используя небольшой избыток.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что вся эндо- и эпикардиальная поверхность LV видны.
5. Нажмите кнопку 4D , чтобы переключиться в режим 3D.
   ПРИМЕЧАНИЕ: При нажатии кнопки Multi-Slice... на сенсорном экране будут доступны четыре опции (5, 7, 8, 12 фрагментов) для просмотра набора 3D-данных с использованием стандартных коротких и длинных разрезов осей. При необходимости позиционирование преобразователя может быть скорректировано, чтобы обеспечить включение всей толщины стенки РН от апикального до уровня митрального клапана в пирамидальный 3D-набор данных. Рекомендуется использовать 12 срезов (с девятью настраиваемыми видами с короткой осью).
6. Получайте 3D-изображения в режиме Multi Beat или Single Beat .
   1. Используйте режим Multi Beat для достижения более высокого пространственного и временного разрешения, где набор данных будет реконструирован из 2, 3, 4 или 6 сердечных циклов (это можно настроить на экране) - задержка дыхания пациента в конце выдоха и стабильное позиционирование датчика, необходимое для минимизации артефактов сшивания.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Одиночный захват имеет более низкое пространственное и временное разрешение; однако большинство современных преобразователей имеют лучшее качество и, следовательно, могут использоваться для получения надлежащих наборов 3D-данных без реконструкции для дальнейшего анализа. В качестве общей рекомендации для дальнейшего анализа рекомендуются скорости объема более 15 томов в секунду.
   2. Когда полный объем реконструируется из подобъемов, и виден весь РН, заморозьте изображение. С помощью ручек «Выбор цикла» и «Количество циклов» выберите оптимальный приобретенный сердечный цикл (циклы) и нажмите «Хранилище изображений».
      ПРИМЕЧАНИЕ: Сшивающие артефакты представляют собой пространственно или временно смещенные подобъемы рядом друг с другом. Наборы данных со значительным выпадением стенок LV или с артефактами сшивания, как правило, не подходят для дальнейшего анализа. Качество уже полученного набора 3D-данных можно перепроверить с помощью режима Multi-Slice.

3. Постобработка для количественной оценки морфологии и функции LV

1. Выберите набор 3D-данных, подходящий для дальнейшего анализа.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Эта часть протокола требует ранее полученных и сохраненных высококачественных 3D-изображений и может быть выполнена на ультразвуковом аппарате и отдельной рабочей станции.
2. Нажмите на измерение | Громкость, а затем выберите 4D Auto LVQ.
3. На четырехэкранном режиме (три апикальных вида: четырех-, двух- и трехкамерный виды, и один вид с короткой осью, последний может быть отрегулирован горизонтальной плоскостью на длинноосевых видах) программное обеспечение запрашивает Изменение выравнивания апикальных срезов по стандартным видам. При необходимости исправьте апикальные виды вручную, наклонив и повернув, чтобы показать соответствующий стандартный вид, тем самым исключив ракурс. Установите наклон, чтобы выровнять суппорт с длинной осью LV, перетаскивая и перемещая суппорты по длинной оси. Установите поворот с помощью соответствующих или поворотных всех ручек на машине или путем регулировки суппортов на коротком осевом изображении.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендацию по программному обеспечению можно сбросить, нажав кнопку Auto Align .
4. После завершения выравнивания представления перейдите к следующему шагу EDV. Конечная диастолическая (ЭД) рамка автоматически определяется с помощью сигнала ЭКГ, но при необходимости может быть скорректирована вручную.
5. Полуавтоматическое обнаружение эндо- и эпикардиальной поверхности РН
   1. Вручную выберите две ориентира на любых апикальных видах. Во-первых, определите вершину LV, а затем середину основания LV (уровень митрального кольца) в любом апикальном представлении. Алгоритм автоматически обведет эндокардиальную границу всего РН.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Есть еще два варианта: ручной, что означает, что два базальных и один апикальный ориентир должны быть установлены в каждом апикальном представлении, и Auto Init, который автоматически контурирует LV без какого-либо взаимодействия с пользователем.
   2. Проверьте достоверность контура в трех апикальных видах, трех видах с короткой осью разных уровней и четвертой короткой оси, контролируемой пользователем, чтобы обеспечить визуальную проверку обнаруженной поверхности. Контурная пластика возможна путем ручного добавления точек, которые затем будут включены в контурную линию.
      ПРИМЕЧАНИЕ: При отмене ранее добавленная точка может быть удалена. Кнопка Сброса сбрасывает контур, чтобы начать весь раздел с самого начала. Контурная видимость может быть отрегулирована, чтобы позволить оценить поверхность эндокарда на изображении в оттенке серого. Контурная пластика эндокарда и эпикарда должна выполняться точно и последовательно. Для получения подробной рекомендации, пожалуйста, проверьте следующую ^{ссылку6}.
   3. Выберите следующий шаг, который является ESV.
   4. Повторите ту же процедуру (3.5.1-3.5.2), как упоминалось в предыдущих пунктах, чтобы определить и скорректировать контур эндокарда на конечной систолической рамке.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Конечная систолическая (ES) рамка автоматически определяется с помощью сигнала ЭКГ, но при необходимости может быть исправлена вручную. На экране уже отображаются значения конечного диастолического объема (EDV), конечного систолического объема (ESV), фракции выброса (EF), частоты сердечных сокращений (HR), объема инсульта (SV), сердечного выброса (CO) и индекса сферичности (SpI).
   5. Нажмите Форма сигнала громкости для следующего шага. Программное обеспечение отображает динамическую 3D-модель LV, а также кривую времени-объема, поскольку оно отслеживает поверхность эндокарда на протяжении всего сердечного цикла кадр за кадром (рисунок 1).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь есть возможность редактировать эндокардиальную границу в любом кадре.
   6. Для следующего шага нажмите LV Mass. Программа автоматически контурирует эпикардиальный контур ЛЖ на концевой диастолической раме и вычисляет массу РН (EDMass).
      ПРИМЕЧАНИЕ: При необходимости отредактируйте контур эпикардиальной поверхности, добавив точки для включения (тот же метод, что и описанный ранее) в любую плоскость с короткой или длинной осью. Можно выбрать, какой контур корректировать: Endo, Epi или Endo+Epi.
   7. Нажмите 4D Strain ROI для следующего шага. Программа автоматически контурирует эпикардиальный контур ЛЖ на концевой систолической рамке и вычисляет конечную систолическую массу РН (ESMass).
      ПРИМЕЧАНИЕ: При необходимости отредактируйте конечный систолический контур эпикардиальной поверхности, добавив точки для включения (тот же метод, что и описанный ранее) в любую коротко- или длинную ось плоскости. ESMass должен иметь такое же значение, как и EDMass. Этот шаг необходим для расчета значений 3D-деформаций путем отслеживания пятен.
   8. Нажмите 4D Strain Results для следующего шага. Программное обеспечение визуализирует 3D-отслеживание миокарда на нескольких коротко- и длинных плоскостях и соответствующие значения деформаций 17 стандартных сегментов ЛЖ на протяжении всего сердечного цикла, покадрово. Также отображаются кривые временного напряжения и график бычьего глаза. Рассчитаны и могут быть продемонстрированы следующие параметры: продольная деформация, кольцевая деформация, радиальная деформация, деформация площади, вращение и кручение.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Существует возможность исключения конкретного сегмента РН из анализа, если он рассматривается как имеющий низкое качество отслеживания путем визуального наблюдения изображений или на основе кривой времени-деформации. Тем не менее, программное обеспечение рекомендует по умолчанию утверждение или отклонение сегмента. Значения деформаций с цветовой кодировкой можно визуализировать на динамической 3D-модели РН путем изменения «Макета».
6. Чтобы завершить анализ, нажмите Утвердить и выйти.

Results

3D-анализ ЛЖ возможен у большинства пациентов. Случай 1 – здоровый доброволец с нормальными желудочковыми объемами и функцией (рисунок 1). Случай 2 (Рисунок 2) представляет собой 64-летнего пациента мужского пола с дилатационной кардиомиопатией и широким комплексом QRS (160 мс) морфологии блока левого пучка. Измерения CMR золотого стандарта были следующими: объем конечной диастолии: 243 мл, объем конечной систолии: 160 мл, фракци...

Discussion

Морфологические и функциональные измерения ЛЖ представляют собой краеугольные камни диагностики, лечения и наблюдения за сердечными заболеваниями; более того, они являются мощными предикторами результата. Как правило, оценка РН на основе 2D-эхокардиографии рекомендуется действующими практическими рекомендациями; однако было доказано, что 3D-эхокардиография более точна, поскольку она свободна от геометрических предположений относительно формы ^РН7,8. Визуализация д...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3V-D/4V-D/4Vc-D	General Electric	n.a.ультразвуковой	зонд
4D Auto LVQ	General Electric	n.a.software	для анализа
E9/E95	General Electric	n.a.ультразвуковой	аппарат
EchoPac v203	General Electric	n.a.software для	анализа