Summary
Este estudo avaliou uma nova metodologia com um modelo endireitado gerado a partir da sequência de tomografia computadorizada cardíaca quadridimensional para obter as medidas desejadas para o dimensionamento da válvula na aplicação da substituição da válvula pulmonar transcateter.
Abstract
As medidas do ventrículo direito (RV) e da artéria pulmonar (PA), para a seleção do tamanho ideal da prótese para substituição da válvula pulmonar transcateter (TPVR), variam consideravelmente. A tomografia computadorizada tridimensional (3D) para previsão do tamanho do dispositivo é insuficiente para avaliar o deslocamento do trato de saída ventricular direito (RVOT) e pa, o que poderia aumentar o risco de extravio de stent e vazamento paravalvular. O objetivo deste estudo é fornecer um modelo dinâmico para visualizar e quantificar a anatomia do RVOT ao PA durante todo o ciclo cardíaco por reconstrução de tomografia cardíaca quadridimensional (4D) para obter uma avaliação quantitativa precisa do tamanho da válvula necessária. Neste estudo piloto, foi escolhida a tomografia cardíaca da ovelha J para ilustrar os procedimentos. A tomografia cardíaca 3D foi importada em software de reconstrução 3D para construir uma sequência 4D que foi dividida em onze quadros ao longo do ciclo cardíaco para visualizar a deformação do coração. Diâmetro, área transversal e circunferência de cinco planos de imagem no PA principal, junção sinotubular, sinuso, plano basal da válvula pulmonar (BPV) e RVOT foram medidos em cada quadro em modelos endireitados em 4D antes da implantação da válvula para prever o tamanho da válvula. Enquanto isso, mudanças dinâmicas no volume do RV também foram medidas para avaliar a fração de ejeção ventricular direita (RVEF). Foram obtidas medidas 3D no final da diástola para comparação com as medições 4D. Em ovinos J, as medidas de tomografia 4D do modelo endireitado resultaram na mesma escolha do tamanho da válvula para TPVR (30 mm) como medições 3D. O RVEF de ovelhas J do pré-CT foi de 62,1 %. Em contraste com o 3D CT, o modelo de reconstrução 4D endireitado não só possibilitou uma previsão precisa para a seleção do tamanho da válvula para TPVR, mas também proporcionou uma realidade virtual ideal, apresentando assim um método promissor para tpvr e a inovação de dispositivos TPVR.
Introduction
A disfunção do trato de saída ventricular direita (RVOT) e anormalidades da válvula pulmonar são duas das consequências mais frequentes de doença cardíaca congênita grave, por exemplo, pacientes com tetralogia reparada de Fallot (TOF), certos tipos de ventrículo direito de saída dupla (DORV) e transposição das grandes artérias1,2,3 . A maioria desses pacientes enfrenta múltiplas operações ao longo de suas vidas e, juntamente com o avanço da idade, os riscos de complexidade e comorbidades aumentam. Esses pacientes podem se beneficiar da substituição da válvula pulmonar transcateter (TPVR) como um tratamento minimamente invasivo4. Até o momento, houve um crescimento constante no número de pacientes submetidos ao TPVR e vários milhares desses procedimentos foram realizados em todo o mundo. Comparado com a tradicional cirurgia de coração aberto, O TPVR requer uma medição anatômica mais precisa do xenoenxerto ou homoenerto do ventrículo direito (RV) para a artéria pulmonar (PA), bem como o reparo da estenose pulmonar e RVOT via patch transannular, por angiografia de tomografia computadorizada (CTA) antes da intervenção e para garantir que os pacientes estejam livres de fratura de stent e vazamento paravalvular (PVL)5, 6.
Um estudo prospectivo e multicêntrico demonstrou que um algoritmo de dimensionamento anular ct multidetetorial desempenhou um papel importante na seleção do tamanho adequado da válvula, o que poderia diminuir o grau de regurgitação paravalvular7. Nos últimos anos, a análise quantitativa tem sido cada vez mais aplicada na medicina clínica. A análise quantitativa tem um enorme potencial para permitir a interpretação objetiva e correta da imagem clínica e verificar se os pacientes estão livres de fratura de stent e vazamento paravalvular, o que pode melhorar a terapia específica do paciente e a avaliação da resposta ao tratamento. Na prática clínica anterior, era viável reconstruir a imagem de tomografia computadorizada a partir de três planos (sagital, coronal e axial) com tomografia bidimensional (2D) para obter um modelo de visualização8. O eletrocardiograma aprimorado (ECG) tornou-se mais importante na avaliação da morfologia e função 3D do RVOT/PA, bem como na identificação de pacientes com local adequado de implantação de RVOT capaz de manter a estabilidade do TPVR durante todo o ciclo cardíaco9,10.
No entanto, nas configurações clínicas e pré-clínicas padrão contemporâneas, os dados adquiridos de tomografia 4D são geralmente traduzidos em planos 3D para quantificação manual e avaliação visual que não podem mostrar informações dinâmicas 3D/4D11. Além disso, mesmo com informações 3D, as medidas obtidas a partir da reconstrução multiplanar (MPR) possuem diversas limitações, como má qualidade de visualização e falta de deformação dinâmica devido às diferentes direções do fluxo sanguíneo no coração direito12. As medidas são demoradas para serem coletadas e propensas a erros, pois o alinhamento e a secção 2D podem ser imprecisos, resultando em má interpretação e distensibilidade. Atualmente, não há consenso sobre qual medida do RVOT-PA poderia fornecer informações precisas sobre as indicações e o dimensionamento da válvula para TPVR em pacientes com doença disfuncional de RVOT e/ou válvula pulmonar.
Neste estudo, o método de medição do RVOT-PA utilizando um modelo cardíaco direito endireitado através de uma sequência de tomografia cardíaca 4D é fornecido para determinar a melhor forma de caracterizar as deformações 3D de RVOT-PA durante todo o ciclo cardíaco. A imagem de correlação espátula-temporal foi completada por incluir a dimensão temporal e, portanto, foi capaz de medir variações na magnitude do RVOT-PA. Além disso, a deformação dos modelos endireitados poderia impactar positivamente o dimensionamento da válvula TPVR e o planejamento processual.
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Protocol
Todos os dados da Tomografia Cardíaca foram obtidos a partir de ensaios pré-clínicos da GrOwnValve com a aprovação do comitê jurídico e ético do Escritório Regional de Saúde e Assuntos Sociais de Berlim (LAGeSo). Todos os animais receberam cuidados humanos em conformidade com as diretrizes das Sociedades Europeias e Alemãs de Ciência Animal Laboratorial (FELASA, GV-SOLAS). Neste estudo, foi escolhido o Pré-CT da ovelha J para ilustrar os procedimentos.
1. Realizar tomografia cardíaca 3D em ovelhas
- Anestesia intravenosa
- Ovelhas tranquilizantes (3 anos, 47 kg, fêmeas, ovis áries) com premedicção de midazolam (2 mg/mL, 0,4 mg/kg), butorphanol (10 mg/mL, 0,4 mg/kg) e brometo de glicoconium (200 mcg/mL, 0,011 mg/kg) por injeção intramuscular.
- Verifique a condição física das ovelhas quando elas se tornaram dóceis, 15 minutos após a injeção.
- Coloque um cateter de 18 G com porta de injeção asepticamente na veia cefálica com linhas de perfusão articuladas a um conector T para anestesia e agente de contraste.
- Anestesiar as ovelhas injetando propofol por via intravenosa (20 mg/mL, 1-2,5 mg/kg) e fentanil (0,01 mg/kg). Verifique se há sintomas de tranquilização como relaxamento da mandíbula, perda de deglutição e reflexo ciliar. Entubar as ovelhas com tubo traqueal de 6,5 mm - 8 mm e colocar uma sonda gástrica no estômago para aspiração de fluido gástrico seguido de injeção intravenosa de propofol (20 mg/mL, 1-2,5 mg/kg) e fentanil (0,01 mg/kg).
- Alcançar anestesia total injetando propofol (10 mg/ml, 2,5-8,0 mg/kg/h) e cetamina (10 mg/mL, 2-5 mg/kg/h) por via intravenosa, em preparação para tomografia cardíaca.
- Tomografia Cardíaca
- Transfira as ovelhas dos Institutos de Pesquisa para Medicina Experimental (FEM) para a sala de tomografia do Centro Cardíaco Alemão de Berlim (DHZB) após os preparativos. Escaneie todas as ovelhas na posição propensa depois de fixá-las com segurança no leito ct com 3 ataduras nos braços, abdômen e pernas.
- Realize a tomografia cardíaca em um sistema de tomografia multidetector de 64 fatias com ECG-gating usando os seguintes parâmetros. Defina os parâmetros técnicos de aquisição padrão da seguinte forma: tempo de rotação de pórtico 0,33 s, 100-320 mAs por rotação, tensão do tubo de 120 kV, matriz 256 com profundidade de 16 bits, desvio efetivo dose de raio-x 15,5± 11,6 mSv, espessura de fatia 0,75 mm.
- Obtenha o aprimoramento do contraste administrando 2 -2,5 mL/kg de agente de contraste iodinaado à taxa de 5 mL/s através do conector T no braço.
- Realize o protocolo de digitalização da tomografia computadorizada 4D em sequencial. Divida todo o ciclo cardíaco em 11 quadros de 0% a 100% com 10% de intervalo de onda R a R (RR) cobrindo o ciclo cardíaco. Realizar uma fase de diastólica final em aproximadamente 70% do intervalo de RR para análise da série 3D. Obtenha dados sagitos, coronais e axiais em cada quadro de CT 4D, bem como em séries 3D 70%.
- Use um método de rastreamento de bolus para cronometragem de bolus de contraste na região de interesse na artéria pulmonar principal para alcançar a sincronização ideal. Não administre beta-bloqueador em nenhuma ovelha.
- Transfira as ovelhas de volta para o FEM e pare a perfusão de propofol e cetamina após a varredura. As ovelhas recuperaram a consciência 10-20 minutos após a extubação. Anestesiologistas e veterinários supervisionaram todo o tratamento da anestesia até que as ovelhas estivessem completamente acordadas e capazes de se mover livremente.
2. Configurações de aplicativos de software de reconstrução 3D de código aberto e parcelas de extensão
- Clique em Editar no menu superior para modificar as configurações do aplicativo após o lançamento do software de reconstrução 3D.
- Clique em DICOM e, em seguida, Regularização de Geometria de Aquisição e selecione Aplicar a regularização transform na seção Plugin de volume escalar DICOM . Selecione a Sequência de volume como o formato de importação multi-volume preferido na seção Plugin do Importador de Vários Volumes .
- Clique em Visualizações, selecione Pequenos Eixos. No marcador de orientação, selecione Régua Fina.
- Reinicie o software de cortador 3D para salvar as configurações do aplicativo.
- Clique no Gerenciador de extensão na barra de ferramentas para abrir a página de extensões.
- Encontre as extensões necessárias e clique à esquerda para instalá-las. Use as seguintes extensões neste estudo: Registro de Sequência, Slicer Elastix, Sandbox, Slice Heart, Slicer IGT, Slicer VMTK, NAVEGADOR WEB DICOM, Intensity Segmenter, Markups To Model, Easy Clip, mp Review, Slicer Prostate e VASSTAUgorithms.
- Reinicie o software de cortador 3D para confirmar a instalação das extensões selecionadas.
3. Carregue dados de tomografia cardíaca em fatiador 3D dos arquivos DICOM
- Use uma das duas etapas descritas abaixo para carregar os dados da tomografia cardíaca em fatiador 3D dos arquivos DIOCM (Figura 1).
- Dados do CT de importação: Adicione dados de CT cardíaco (o Pré-CT da ovelha J foi selecionado para ilustrar os procedimentos) no banco de dados do aplicativo, mudando para o módulo DICOM e arrastando e soltando arquivos para a janela do aplicativo.
- Carregue os dados ct: Carregue objetos de dados na cena clicando duas vezes em itens (Em ovelhas J, o EC- Ao asc 0,75 126f 3 70% é a sequência 3D na fase diabólica final, e Funkion EKG- Ao asc 0,75 126f 3 0- 100% Matrix 256 é a sequência 4D como uma sequência de volume de 11 quadros por ciclo cardíaco).
- Clique à esquerda nos ícones Eye na árvore de dados para mostrar as sequências 3D e 4D das visualizações axial, sagital e coronal nos espectadores 2D.
- Clique à esquerda no ícone de layout do Slicer na barra de ferramentas superior e selecione o layout Four-Up ou Convencional.
- Clique no ícone Links no canto superior esquerdo para vincular os três espectadores e no ícone Olho para exibir as fatias no Visualizador 3D.
- Clique no ícone Salvar e salvar todos os dados carregados no cortador 3D em um destino selecionado para construir um conjunto de dados para a segmentação e edição de volume.
4. Crie volume cardíaco pulsante 4D e bate o volume do coração direito
- Selecione a renderização de volume no menu suspenso dos módulos e selecione a sequência 4D no menu suspenso de volume .
- Selecione CT-Cardiac3 no menu suspenso predefinido para exibir o coração 4D. Ajuste o cursor abaixo do menu suspenso predefinido para mostrar apenas o coração.
- Clique em Sequence Browser no menu suspenso dos módulos para selecionar e exibir a sequência 4D. O coração pulsante está na cena. Arraste o coração 4D para a cena 3D para observar o coração de várias direções.
- Selecione as funções de ROI de habilitação e exibição nas opções Crop abaixo da barra de turno para cortar o volume 4D do coração pulsante, a fim de observar melhor as estruturas do coração.
- Crie o volume cardíaco pulsante 4D conforme descrito acima. Selecione o Editor de segmento no menu suspenso dos módulos e clique no efeito Tesoura com a operação Fill Inside para cortar um único quadro.
- Clique no efeito Volume da máscara e aplique-o para vincular a segmentação ao coração 4D como um volume mascarado. O volume de entrada e o volume de saída no efeito de volume da máscara são as sequências 4D.
- Selecione o efeito Tesoura com a operação dentro da borracha para remover os ossos e outras áreas inesperadas. Selecione o efeito Ilhas com a operação Keep Largest Island para remover pequenas áreas.
- Escolha o efeito Apagar com a Escova de Esferas de 1-3% para remover os tecidos no arco aórtico com anexos à artéria pulmonar principal, bem como o tecido entre a aorta ascendente e a veia cava superior. Após cada etapa, aplique o efeito Volume da máscara para mascarar o volume 4D.
- Repita as etapas 4.7 - 4.8 para continuar removendo as áreas até que o modelo cardíaco direito seja mostrado na cena 3D.
- Clique no Navegador sequência e vá para o próximo quadro. Use o efeito Tesoura com a operação Apagar Dentro para cortar qualquer área na cena 3D; o modelo de coração direito aparecerá automaticamente no quadro contemporâneo. Aplique o mesmo método ao resto dos quadros até que toda a sequência 4D tenha sido segmentada.
- Clique no botão Sequenciar navegador para exibir o volume 4D do coração direito.
NOTA: Ao remover a artéria coronária descendente anterior esquerda em alguns quadros, bem como a bifurcação da artéria coronária esquerda, removerá uma pequena porção do ventrículo direito. Por causa disso, é altamente recomendável manter um pequeno pedaço dessas coronárias para manter o volume ventricular direito em cada quadro.
5. Crie modelos endireitados a partir da sequência 4D
NOTA: É altamente recomendável construir cada 10% do quadro do ciclo cardíaco em uma única pasta fatiadora 3D, caso contrário haverá muitas árvores de dados alinhadas no módulo DATA, tornando-se ineficiente para criar os modelos endireitados. Para obter a única pasta fatiador 3D de cada quadro de 10%, ele precisa carregar a sequência 4D várias vezes, escolher cada quadro e salvá-los em uma única pasta.
- Crie segmentações cardíacas certas para cada quadro selecionando o módulo Editor de segmentos na barra de ferramentas. Adicione duas segmentações para cada quadro de 10% da sequência 4D, e nomeie-as em conformidade, por exemplo, 60% de segmentação e outras.
- Selecione a ferramenta de efeito Paint no módulo Editor de segmento com faixa de intensidade editável que depende das imagens ct para pintar o coração direito com a sequência superior vena cava, átrio direito, ventrículo direito e artéria pulmonar.
- Clique em Outra Segmentação, use a ferramenta de pintura para pintar outras áreas para traçar os limites do coração direito em geral.
- Selecione o efeito Crescer a partir de sementes , selecione Inicializar e Aplicar para aplicar o efeito. Clique no botão Mostrar 3D no módulo Editor de Segmento para exibir o modelo 3D do quadro contemporâneo.
- Repita as etapas 4.7 - 4.8 para remover ou melhorar o modelo 3D de acordo com as imagens ct nas três direções. Remova os ramos esquerdo e direito da artéria pulmonar na bifurcação. O modelo 3D coração direito mostrará a cena 3D em cada quadro.
NOTA: É altamente recomendável pintar os limites do coração direito com uma escova de esfera de 1% a 2% de diâmetro nos acessórios entre as artérias pulmonar e coronária, bem como a artéria pulmonar e a veia cava superior. - Clone as segmentações na árvore DE DADOS como backup, nomeie as segmentações, por exemplo, segmentação original de 10% e segmentação de 10% para modelo endireitado.
- Adicione uma linha central ao modelo cardíaco direito como descrito abaixo.
- Selecione Extrato centerline no menu suspenso dos módulos.
- Selecione Segmentação no menu suspenso da superfície na seção Entradas do módulo de linha central do extrato. Isso cria uma segmentação, como a segmentação de 10% para modelo endireitado como segmento. Clique em Criar novas marcações Fiduciais no menu suspenso dos pontos finais. Clique no botão Colocar um ponto de marcação para adicionar pontos finais no plano superior do SVC e no plano final da artéria pulmonar principal.
- Selecione Criar um novo modelo como um modelo de linha central e criar novas marcações Curva como uma curva central no menu Árvore das Saídas. Clique em Aplicar para mostrar o modelo de coração direito central.
- Clique no módulo DATA e clique com o botão direito do mouse na Curva da Linha Central para editar suas propriedades. Clique no ícone Olho para exibir os pontos de controle e na seção Resample defina o número de pontos resamtrados para 40 para diminuir a carga do computador.
- Crie um modelo endireitado
- Selecione Reformat planar curvo no menu suspenso dos módulos.
- Mude o cursor após resolução de curva e resolução de fatia para 0,8 mm, defina o Tamanho da fatia para 130140 mm, de acordo com o intervalo do ventrículo direito exibido nas imagens e selecione Criar um novo volume como volume endireitado de saída.
- Clique em Aplicar para obter o volume endireitado.
- Selecione renderização de volume no menu suspenso do módulo para mostrar o volume endireitado. Selecione o volume endireitado no menu suspenso de volume e clique no ícone Olho . Selecione CT-Cardiac3 como predefinição, mova o cursor Shift para mostrar o volume cardíaco direito endireitado na cena 3D.
- Coluna o volume endireitado na árvore DATA em nome do volume endireitado para segmentação e clique com o botão direito do mouse para segmentar este volume endireitado.
- Selecione o efeito Limiar no módulo de editor do segmento para colorir o coração direito endireitado desejado e clique em Aplicar para aplicar a operação. Selecione o efeito Volume da máscara para mascarar o volume endireitado escolhendo o volume endireitado para segmentação, volume como volume de entrada e volume de saída e clique em Aplicar a operação.
- Clique em Aplicar para aplicar a mesma operação descrita acima nas etapas 4.7- 4.8 para manter apenas a segmentação cardíaca direita endireitada. Verifique o volume do coração direito endireitado e o modelo 3D da segmentação do coração direito endireitado na cena 3D.
- Clique em Aplicar para aplicar a mesma operação descrita acima para outros quadros para obter a renderização endireitada do volume cardíaco direito e segmentações endireitadas e salvá-las na pasta de cada quadro.
6. Exporte os números e arquivos STL
- Exporte os números da renderização de volume endireitado clicando na Captura e nomeie um efeito de visualização de cena na barra de ferramentas e salvando as cenas na exibição 3D.
- Exporte os arquivos STL das segmentações 3D endireitadas clicando no módulo segmentação .
7. Realize cinco medidas planar
- Realize uma medição de cinco planars do perímetro, área transversal e circunferência nos modelos endireitados da sequência 4D e medições de volume ventricular direito no modelo endireitado conforme descrito abaixo.
- Aplique as seguintes cinco configurações planares: Plano A: na artéria pulmonar principal 2 cm deslocada do plano da junção sinotubular; Plano B: na junção sinotubular; Plano C: no seio; Plano D: na base do folheto; Plano E: em RVOT 1 cm offset de D.
- Adicione todos os cinco planos acima nos modelos endireitados em cada quadro, segurando a tecla Shift no teclado e usando a função de mira na barra de ferramentas para os cinco planos. Clique no módulo Criar e Colocar na barra de ferramentas para selecionar o efeito Plano .
- Selecione o efeito Linha para medir os perímetros, selecione o efeito Curva Fechada para obter as circunferências e a área transversal. Copie os dados para construir o conjunto de dados.
- Realize medições de volume ventricular direito no modelo endireitado conforme descrito abaixo.
- Consulte a segmentação endireitada em cada quadro obtido a partir da sequência 4D e rotule a segmentação de acordo com o quadro correspondente para medição de volume.
- Selecione o módulo Estatísticas de Segmento no menu suspenso do módulo. Selecione a segmentação X% para medição de volume após segmentação e volume escalar no menu de entradas. Selecione Criar nova tabela como tabela de saída e, em seguida, clique em Aplicar as operações para obter a tabela de volume.
- Copie os dados de volume para criar o conjunto de dados de medição de volume para cada quadro da segmentação endireitada.
8.3D medidas de reconstrução multiplanar (MPR) e medição de volume ventricular direito da sequência 3D (a fase mais bem reconstruída no final da diastole)
NOTA: Neste estudo, foi escolhida a ovelha J Pré-CT para ilustrar os procedimentos de medição do MPR.
- Carregue a sequência 3D diastólica conforme ilustrado nas etapas seguintes. Selecione a seta descendente ao lado do efeito de mira, escolha Jump Slices-Offset, Basic+ Intersection, Fine Crosshair e The Slice Intersections para configurações de mira.
- Shift + clique esquerdo para arrastar a mira para o plano, por exemplo, o seio. Pressione Ctrl+Alt para ajustar a mira à posição desejada nas cenas axial, sagital e coronal perfeitamente no centro da posição alvo.
- Selecione o efeito Linha para executar as medições em cada plano conforme ilustrado na etapa 7.4. Copie os dados para construir o conjunto de dados de medição 3D MPR.
- Clique no módulo Editor de Segmento para criar uma segmentação ventricular direita conforme descrito acima na etapa 5.8.6.
- Clique no módulo Estatísticas do Segmento para realizar a medição do volume ventricular direito conforme descrito acima na etapa 7.5.2.
- Copie as informações de volume para construir o conjunto de dados de volume ventricular direito 3D diastólico.
9. Cálculo para seleção de válvula cardíaca stent
NOTA: Nesta seção, foram utilizadas as medidas da junção sinotubular para ilustrar o procedimento.
- Calcular a média dos longos perímetros axiais (d1) e curtos axiais (d2) = (d3), seguido da média de d1, d2 e d3 para obter d4, como mostrado nas fórmulas (1) - (2).
- Divida o cálculo da área transversal (S1) por π para obter d5 seguido pela raiz quadrada de d5 para obter d6, e depois a média de d5 e d6, como mostrado nas fórmulas (3) - (5).
- Divida a circunferência (C1) por π para obter d8, conforme mostrado na fórmula (6).
- Obtenha o diâmetro geral geral d9 calculando a média de d4, d7 e d8, conforme mostrado na fórmula (7).
- Aplique fórmula (8) para calcular a melhor escolha do tamanho da válvula (h).
NOTA: A válvula cardíaca stent está disponível nos diâmetros de 30 mm, 26 mm e 23 mm. O tamanho da válvula (h) mostra a correspondência como uma porcentagem para os três diâmetros, ou seja, uma correspondência ideal como 10-20%, grande para implantação como 30% ou mais, e pequeno para implantação abaixo de 10%. - Importe os dados 3D e 4D em um versátil software estatístico para construir os diagramas de tendência das medições nos cinco planos e exportar os diagramas em formato TIFF. Importe todos os números em software gráfico para organização.
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Representative Results
Em ovelhas J, os modelos 4D de coração e coração direito foram gerados com sucesso a partir da sequência de tomografia cardíaca 4D que mostrou a deformação durante todo o ciclo cardíaco. Para melhor visualização, toda a deformação do coração pulsante e coração direito é exibida em todas as direções na Figura 3 - Figura 4 e no Vídeo 1 - Vídeo 2.
Os modelos de coração direito endireitados foram obtidos seguindo o volume da máscara em cada 10% da segmentação para ilustrar as deformações do coração direito em um modelo endireitado em ovelhas J Pré-CT (Figura 5).
Cinco planos foram adicionados nos locais desejados para realizar as medições como mostrado na Figura 2A, bem como as medições de MPR em software de reconstrução 3D e não o método convencional de corte do volume 4D em ovinos J Pré-CT mostrado na Figura 2B. As alterações na área transversal, perímetro e circunferência foram obtidas em diferentes fases do ciclo cardíaco para gerar os diagramas de tendência, conforme mostrado na Figura 6. Os dados originais das medições de tomografia 4D e as medições de tomografia 3D são mostrados no arquivo complementar 1. Em OvinoS J, as medidas de tomografia 4D do modelo endireitado resultaram na mesma escolha do tamanho da válvula para TPVR (30 mm) como as medidas de MPR da série final diastólica, com as vantagens de notável realidade virtual e resultados confiáveis. Houve diferenças significativas na área transversal medida (RVOT: 3,42 cm2 em 4D versus 4,28 cm2 em 2D, BPV: 2,96 cm2 em 4D contra 3,92 cm2 em 2D) e circunferência (RVOT: 76,1 mm em 4D contra 87,06 mm em 2D, BPV: 67,65 mm em 4D contra 75,73 mm em 2D) em RVOT e o plano basal da válvula pulmonar. A fração de ejeção ventricular direita de ovelhas J do pré-CT foi de 62,1%.
Figura 1. Interface do usuário em software de reconstrução tridimensional. Barra de ferramentas, árvore de dados e outros menus funcionais do software de reconstrução tridimensional são mostrados para o funcionamento do programa. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. Cinco planos no modelo endireitado para medição e medições de reconstrução multiplanar na sequência tridimensional (fase diastólica final). (A) Plano a: artéria pulmonar principal, deslocamento de 20 mm do plano b; plano b: junção sinotubular; plano c: seio da válvula pulmonar; plano d: fundo da válvula pulmonar; plano e: no trato de saída ventricular direito, deslocamento de 10 mm das medições do plano d. (B) MPR na sequência 3D da fase diastólica final em cinco planos: deslocamento de 10 mm da parte inferior da válvula pulmonar, fundo da válvula pulmonar, seio da válvula pulmonar, junção sinotubular e artéria pulmonar principal (deslocamento de 20 mm da junção sinotubular). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. Deformações cardíacas 4-dimensionais ao longo do ciclo cardíaco. Deformações cardíacas totais de ovelhas J tomografia pré-computada mostra que a forma muda de 0% para 100% do ciclo cardíaco. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4. 4- deformação do coração direito dimensional durante todo o ciclo cardíaco. Deformações cardíacas certas de ovelhas J tomografia pré-computada mostra que a forma muda de 0% para 100% do ciclo cardíaco. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5. Deformação do coração direito endireitada da tomografia pré-computada da ovelha J durante todo o ciclo cardíaco. Deformações do coração direito endireitadas de ovelhas J tomografia pré-computada mostra que a forma muda de 0% para 100% do ciclo cardíaco. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6. Alterações na circunferência, diâmetro médio, área transversal e volume ventricular direito durante todo o ciclo cardíaco. (A) Alterações na circunferência durante o ciclo cardíaco nos cinco planos. (B) Alterações no diâmetro médio (calculadas utilizando a fórmula 1 na etapa 9.1) durante o ciclo cardíaco nos cinco planos. (C) Alterações na área transversal durante o ciclo cardíaco nos cinco planos. (D) Alteração no volume ventricular direito durante o ciclo cardíaco. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Vídeo 1. 4- deformação cardíaca total dimensional. Ao longo do ciclo cardíaco, toda a reconstrução cardíaca bidimensional pode ser visualizada em todas as direções. Clique aqui para baixar este vídeo.
Vídeo 2. 4- deformação do coração direito dimensional. O coração pulsante (veia cava superior, átrio direito, ventrículo direito e artéria pulmonar) pode ser visualizado em todas as direções durante todo o ciclo cardíaco. Clique aqui para baixar este vídeo.
Arquivo complementar 1. A tabela apresenta os dados originais das medições de tomografia 4D e da tomografia 3D geradas seguindo o protocolo descrito, incluindo os parâmetros da artéria pulmonar, volume ventricular direito e as medidas da aorta da tomografia pré-computada de ovelhas J. Clique aqui para baixar este Arquivo.
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Discussion
Até o momento, este é o primeiro estudo a ilustrar uma medição específica do paciente da morfologia e parâmetros dinâmicos do RVOT-PA com um modelo cardíaco endireitado gerado a partir de uma sequência de tomografia 4D, que pode ser aplicada para prever o tamanho ideal da válvula para TPVR. Esta metodologia foi ilustrada utilizando imagens pré-CT de ovelhas J para obter as deformações dinâmicas, volumes ventriculares direito, função ventricular direita e magnitude da mudança de RVOT/PA do RVOT para o tronco pulmonar em cinco planos a cada 10% de reconstrução do ciclo cardíaco. Em comparação com a imagem 3D, os modelos endireitados não apenas previram o mesmo tamanho da válvula das medições de MPR a partir das imagens 3D diastólicas finais, mas também permitiram um modelo mais intuitivo para extrair as informações desejadas sobre o coração direito. De acordo com os achados de um estudo anterior13, o método proposto permite uma melhor compreensão das condições de carregamento in vivo em pacientes com doença disfuncional de RVOT e/ou válvula pulmonar, bem como o desenvolvimento de novos dispositivos TPVR que são morfologicamente adaptados às diferentes anatomias RVOT de pacientes que necessitam de TPVR e podem apresentar melhor desempenho mecânico a longo prazo. No entanto, a metodologia atual de medição quantitativa para uma avaliação pré-intervencional do TPVR baseia-se em medições de MPR na sequência 3D, o que pode resultar em erros inesperados durante avaliações baseadas na curva anatômica do RVOT e pa. Além disso, informações detalhadas podem ser perdidas nos modelos 3D gerados a partir da sequência 4D em termos do movimento geral do coração14.
Neste estudo, foi criado um modelo cardíaco pulsante em 4D para observar e visualizar a deformação total do coração ao longo do ciclo cardíaco, utilizando uma máscara para o volume 4D da segmentação em software de reconstrução 3D e não o método convencional de cortar o volume 4D em ovinos J. Este método pode fornecer uma maneira precisa e eficiente de construir um modelo 4D como uma reconstrução 3D a partir de uma sequência 3D para visualizar o coração e selecionar o tamanho da válvula. Além disso, o mesmo método foi utilizado para reconstruir o modelo cardíaco certo como modelo dinâmico das segmentações em cada 10% do ciclo cardíaco segmentado utilizando o efeito Grow From Seeds em software de reconstrução 3D. O modelo de coração direito 4D pode visualizar toda a morfologia anatômica durante todo o intervalo de RR, com base na qual os cardiologistas podem desenvolver uma estratégia específica do paciente para TPVR. Além disso, os modelos cardíacos direito endireitados 3D obtidos a partir da sequência 4D em cada 10% do ciclo cardíaco podem fornecer uma quantificação precisa, morfológica e funcional do coração direito, especialmente nos cinco planos aplicados para a seleção da válvula cardíaca stent. Antes de criar os modelos endireitados, é necessária uma segmentação 3D manual e exata do coração direito a cada ciclo cardíaco de 10%. Ao fazer segmentações cardíacas certas, após o volume de um quadro ter sido mascarado, a segmentação 3D no quadro atual surgirá automaticamente usando a função Tesoura para as estruturas indesejáveis. Para reter todo o volume de RVOT, um pequeno pedaço da artéria coronária esquerda deve ser mantido nas segmentações. Para criar um modelo endireitado, é fundamental adicionar uma linha central no modelo cardíaco direito original para garantir a qualidade do modelo endireitado e diminuir a carga computacional. O modelo cardíaco direito endireitado refletiu com precisão todas as correlações da anatomia cardíaca, incluindo perímetros, circunferências e áreas transversais, permitindo uma posterior extração de informações morfológicas e medições diretas de forma holística. Neste estudo, as medições do modelo endireitado 4D resultaram na mesma escolha do tamanho da válvula (30 mm de diâmetro) como as medidas 3D em MPR, mas com as vantagens de notável realidade virtual e resultados confiáveis em ovelhas J. Também permite a coleta de dados sobre volumes ventriculares certos durante todo o ciclo cardíaco, que podem ser então aplicados para calcular a fração de ejeção ventricular direita.
Estudos clínicos anteriores mostraram diferenças significativas nas áreas transversais medidas de RVOTPA entre planos de seção estática e dinâmica secundários a grandes deslocamentos e rotações 3D15. Em ovelhas J Pré-CT, as diferenças significativas nas áreas transversais e circunferências medidas no plano RVOT e no plano basal da válvula pulmonar também foram observadas no RVOT: 3,42 cm2 em 4D contra 4,28 cm2 em 3D, BPV: 2,96 cm2 em 4D contra 3,92 cm2 em 3D e circunferências RVOT: 76,1 mm em 4D contra 87,06 mm em 3D, BPV: 67,65 mm em 4D contra 75,73 mm em 3D. Para obter dados para as medições, os cinco planos dinâmicos foram aplicados em vez de planos fixos; aqui, o plano sinotubular e o plano basal da válvula pulmonar foram escolhidos como linhas de referência. Estes cinco planos incluíram todo o espaço que pode ser utilizado para implantar a válvula cardíaca stented. O plano RVOT apresentou a maior deformação ao longo do ciclo cardíaco nos cinco planos, destacando a necessidade de um dispositivo TPVR versátil que permita a adaptabilidade a várias anatomias e retenha a geometria projetada da válvula cardíaca stented para durabilidade a longo prazo sem fratura e migração. O stent nitinol com memória de forma é um candidato promissor para a montagem de uma válvula de tri-folheto para o futuro TPVR. Para a aplicação clínica, especialmente para os pacientes que tiveram reparo de patch transannular ou TPVR, seria necessário mais esforços para reconstruir a anatomia, pois há artefatos da adesão entre o pericárdio e o miocárdio, o stent e a anatomia deformada. Precisa de dados de tomografia de maior resolução, software de reconstrução bem desenvolvido e experiência abundante de análise de tomografia computadorizada para traduzir este método para uso clínico. Mas este método pode ser usado para grandes ensaios em animais, bem como para a avaliação peri-operatória para pacientes com Tetralogia de Fallot, estenose pulmônica isolada que não fizeram cirurgias de coração aberto ou terapias intervencionistas.
O método descrito para o modelo endireitado 4D pode permitir a identificação e o cálculo precisos e visuais de todos os segmentos do coração do RVOT ao PA, o que pode ajudar não apenas os cardiologistas a obter uma avaliação pré-intervencional precisa, mas também engenheiros cardíacos a inovar novos dispositivos TPVR para aplicações futuras.
A principal limitação da metodologia para a medição do modelo 4D neste estudo é que os dados foram obtidos de apenas um pastor pré-TC sem uma grande população amostral. Além disso, a imagem da tomografia computadorizada pós-implantação não foi realizada para acompanhamento do tamanho da válvula e mudanças estruturais no coração direito. Por fim, para os pacientes que tiveram reparo de patch transannular ou TPVR, é mais difícil reconstruir a anatomia, pois há artefatos da adesão entre o pericárdio e o miocárdio, o stent e a anatomia deformada.
Conclusão
Em contraste com o 3D CT, o modelo de reconstrução 4D endireitado não só possibilitou uma previsão precisa da seleção do tamanho da válvula para TPVR, mas também forneceu realidade virtual ideal em ovelhas J, e, portanto, será um método promissor para tpvr e a inovação de dispositivos TPVR.
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Disclosures
Os autores não declaram conflito de interesses.
Acknowledgments
Xiaolin Sun e Yimeng Hao contribuíram igualmente para este manuscrito e compartilham a primeira autoria. A apreciação sincera é estendida a todos que contribuíram para este trabalho, tanto membros passados quanto presentes. Este trabalho foi apoiado por subvenções do Ministério Federal alemão para Assuntos Econômicos e Energia, EXIST - Transfer of Research (03EFIBE103). Xiaolin Sun e Yimeng Hao são apoiados pelo Conselho de Bolsas da China (Xiaolin Sun-CSC: 201908080063, Yimeng Hao-CSC: 202008450028).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Adobe Illustrator | Adobe | Adobe Illustrator 2021 | Graphics software |
| Butorphanol | Richter Pharma AG | Vnr531943 | 0.4mg/kg |
| Fentanyl | Janssen-Cilag Pharma GmbH | DE/H/1047/001-002 | 0.01mg/kg |
| Glycopyrroniumbromid | Accord Healthcare B.V | PZN11649123 | 0.011mg/kg |
| GraphPad Prism | GraphPad Software Inc. | Version 9.0 | Versatile statistics software |
| Imeron 400 MCT | Bracco Imaging | PZN00229978 | 2.0–2.5 ml/kg |
| Ketamine | Actavis Group PTC EHF | ART.-Nr. 799-762 | 2–5 mg/kg/h |
| Midazolam | Hameln pharma plus GMBH | MIDAZ50100 | 0.4mg/kg |
| Multislice Somatom Definition Flash | Siemens AG | A91CT-01892-03C2-7600 | Cardiac CT Scanner |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164495 | 20mg/ml, 1–2.5 mg/kg |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164443 | 10mg/ml, 2.5–8.0 mg/kg/h |
| Safety IV Catheter with Injection port | B. Braun Melsungen AG | LOT: 20D03G8346 | 18 G Catheter with Injection port |
| 3D Slicer | Slicer | Slicer 4.13.0-2021-08-13 | Software: 3D Slicer image computing platform |
References
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