Summary
Deze studie beoordeelde een nieuwe methodologie met een rechtgetrokken model gegenereerd uit de vierdimensionale cardiale computertomografiesequentie om de gewenste metingen te verkrijgen voor klepafmetingen bij de toepassing van transkatheter pulmonale klepvervanging.
Abstract
De metingen van de rechter ventrikel (RV) en longslagader (PA), voor het selecteren van de optimale prothesegrootte voor transkatheter pulmonale klepvervanging (TPVR), variëren aanzienlijk. Driedimensionale (3D) computertomografie (CT) beeldvorming voor het voorspellen van de grootte van het apparaat is onvoldoende om de verplaatsing van het rechter ventriculaire uitstroomkanaal (RVOT) en PA te beoordelen, wat het risico op misplaatsing van de stent en paravalvulair lek zou kunnen verhogen. Het doel van deze studie is om een dynamisch model te bieden om de anatomie van de RVOT tot PA over de gehele cardiale cyclus te visualiseren en te kwantificeren door middel van vierdimensionale (4D) cardiale CT-reconstructie om een nauwkeurige kwantitatieve evaluatie van de vereiste klepgrootte te verkrijgen. In deze pilotstudie werd gekozen voor cardiale CT van schaap J om de procedures te illustreren. 3D cardiale CT werd geïmporteerd in 3D-reconstructiesoftware om een 4D-sequentie te bouwen die werd verdeeld in elf frames over de hartcyclus om de vervorming van het hart te visualiseren. Diameter, doorsnede en omtrek van vijf beeldvormingsvlakken op de hoofd-PA, sinotubulaire junctie, sinus, basaal vlak van de longklep (BPV) en RVOT werden gemeten bij elk frame in 4D-rechtgetrokken modellen voorafgaand aan klepimplantatie om de klepgrootte te voorspellen. Ondertussen werden ook dynamische veranderingen in het RV-volume gemeten om de rechterventrikel-ejectiefractie (RVEF) te evalueren. 3D-metingen aan het einde van de diastole werden verkregen ter vergelijking met de 4D-metingen. Bij schaap J resulteerden 4D CT-metingen van het rechtgetrokken model in dezelfde keuze van klepgrootte voor TPVR (30 mm) als 3D-metingen. De RVEF van schapen J uit pre-CT was 62,1 %. In tegenstelling tot 3D CT maakte het rechtgetrokken 4D-reconstructiemodel niet alleen een nauwkeurige voorspelling mogelijk voor de selectie van de klepgrootte voor TPVR, maar bood het ook een ideale virtuele realiteit, waardoor een veelbelovende methode voor TPVR en de innovatie van TPVR-apparaten werd gepresenteerd.
Introduction
Disfunctie van het rechterventrikeluitstroomkanaal (RVOT) en pulmonale klepafwijkingen zijn twee van de meest voorkomende gevolgen van ernstige aangeboren hartaandoeningen, bijvoorbeeld patiënten met gerepareerde tetralogie van Fallot (TOF), bepaalde soorten dubbele uitlaat rechter ventrikel (DORV) en transpositie van de grote slagaders1,2,3 . De meerderheid van deze patiënten wordt gedurende hun leven geconfronteerd met meerdere operaties en samen met het vorderen van de leeftijd nemen de risico's op complexiteit en comorbiditeiten toe. Deze patiënten kunnen baat hebben bij transkatheter pulmonale klepvervanging (TPVR) als een minimaal invasieve behandeling4. Tot op heden is er een gestage groei van het aantal patiënten dat TPVR ondergaat en enkele duizenden van deze procedures zijn wereldwijd uitgevoerd. In vergelijking met traditionele openhartchirurgie vereist TPVR een nauwkeurigere anatomische meting van het xenograft of homograft van de rechter ventrikel (RV) naar de longslagader (PA), evenals het herstel van pulmonale en RVOT-stenose via transannulaire pleister, door computertomografieangiografie (CTA) voorafgaand aan interventie en om ervoor te zorgen dat de patiënten vrij zijn van stentfracturen en paravalvulair lek (PVL)5, 6.
Een prospectieve, multicenter studie toonde aan dat een multidetector CT ringvormig dimensioneringsalgoritme een belangrijke rol speelde bij het selecteren van de juiste klepgrootte, wat de mate van paravalvulaire regurgitatie kon verminderen7. De laatste jaren wordt kwantitatieve analyse steeds meer toegepast in de klinische geneeskunde. Kwantitatieve analyse heeft een enorm potentieel om objectieve en correcte interpretatie van klinische beeldvorming mogelijk te maken en om te verifiëren dat patiënten vrij zijn van stentfracturen en paravalvulair lek, wat de patiëntspecifieke therapie- en behandelingsresponsevaluatie kan verbeteren. In de eerdere klinische praktijk was het mogelijk om CT-beeldvorming te reconstrueren uit drie vlakken (sagittale, coronale en axiale) met tweedimensionale (2D) CT om een visualisatiemodel te verkrijgen8. Contrast-enhanced electrocardiogram (ECG)-gated CT is belangrijker geworden bij de evaluatie van RVOT/PA 3D morfologie en functie, evenals bij de identificatie van patiënten met een geschikte RVOT-implantatieplaats die in staat is om de TPVR-stabiliteit gedurende de hele hartcyclus te handhaven9,10.
In de hedendaagse standaard klinische en preklinische omgevingen worden de verkregen 4D CT-gegevens echter meestal vertaald in 3D-vlakken voor handmatige kwantificering en visuele evaluatie die geen 3D / 4D-dynamische informatie kunnen weergeven11. Bovendien hebben de metingen verkregen uit multiplanaire reconstructie (MPR) zelfs met 3D-informatie verschillende beperkingen, zoals een slechte kwaliteit van visualisatie en gebrek aan dynamische vervorming als gevolg van de verschillende richtingen van de bloedstroom in het rechter hart12. Metingen zijn tijdrovend om te verzamelen en vatbaar voor fouten, omdat 2D-uitlijning en sectie onnauwkeurig kunnen zijn, wat resulteert in verkeerde interpretatie en uitzetting. Momenteel is er geen consensus over welke meting van RVOT-PA op betrouwbare wijze nauwkeurige informatie zou kunnen opleveren over de indicaties en klepgrootte voor TPVR bij patiënten met disfunctionele RVOT en / of longklepaandoeningen.
In deze studie wordt de methode voor het meten van RVOT-PA met behulp van een rechtgetrokken rechterhartmodel via een 4D-cardiale CT-sequentie gegeven om te bepalen hoe de 3D-vervormingen van RVOT-PA gedurende de cardiale cyclus het beste kunnen worden gekarakteriseerd. De spatio-temporele correlatie beeldvorming werd voltooid door de temporele dimensie op te nemen en was daarom in staat om variaties in RVOT-PA magnitude te meten. Bovendien kan de vervorming van de rechtgetrokken modellen een positieve invloed hebben op de dimensionering van de TPVR-klep en de procedurele planning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle cardiale CT-gegevens werden verkregen uit GrOwnValve preklinische onderzoeken met de goedkeuring van de juridische en ethische commissie van het Regionaal Bureau voor Gezondheid en Sociale Zaken, Berlijn (LAGeSo). Alle dieren kregen humane zorg in overeenstemming met de richtlijnen van de Europese en Duitse Verenigingen voor Proefdierwetenschappen (FELASA, GV-SOLAS). In deze studie werd gekozen voor de Pre-CT van schaap J om de procedures te illustreren.
1. Voer 3D cardiale CT uit bij schapen
- Intraveneuze anesthesie
- Kalmeer schapen (3 jaar, 47 kg, vrouwelijk, Ovis aries) met premedicatie van midazolam (2 mg / ml, 0, 4 mg / kg), butorphanol (10 mg / ml, 0, 4 mg / kg) en glycopyrroniumbromide (200 mcg / ml, 0,011 mg / kg) door intramusculaire injectie.
- Controleer de fysieke conditie van de schapen toen ze volgzaam werden, 15 minuten na de injectie.
- Plaats een 18 G-katheter met injectiepoort aseptisch in de cefalische ader met perfusielijnen verbonden met een T-connector voor anesthesie en contrastmiddel.
- Verdoof de schapen door intraveneus propofol (20 mg /ml, 1-2,5 mg / kg) en fentanyl (0, 01 mg / kg) te injecteren. Controleer op symptomen van kalmering zoals kaakontspanning, verlies van slikken en ciliaire reflex. Intubeer de schapen met een tracheale buis van 6,5 mm - 8 mm en plaats een maagsonde in de maag voor maagvochtaspiratie gevolgd door intraveneuze injectie van propofol (20 mg / ml, 1-2,5 mg / kg) en fentanyl (0,01 mg / kg).
- Bereik totale anesthesie door propofol (10 mg / ml, 2,5-8,0 mg / kg / h) en ketamine (10 mg / ml, 2-5 mg / kg / h) intraveneus te injecteren, ter voorbereiding op cardiale CT.
- Cardiale CT
- Breng de schapen na de voorbereidingen over van de onderzoeksinstituten voor experimentele geneeskunde (FEM) naar de CT-kamer van het Duitse Hartcentrum Berlijn (DHZB). Scan alle schapen in buikligging nadat ze stevig op het CT-bed zijn bevestigd met 3 verbanden op de armen, buik en benen.
- Voer cardiale CT uit op een 64-slice dual-source multidetector CT-systeem met ECG-gating met behulp van de volgende parameters. Stel de standaard acquisitie technische parameters als volgt in: portaalrotatietijd 0,33 s, 100-320 mAs per rotatie, 120 kV buisspanning, matrix 256 met een 16-bits diepte, afwijking effectieve röntgendosis 15,5± 11,6 mSv, plakdikte 0,75 mm.
- Bereik contrastverbetering door 2 -2,5 ml/kg gejodeerd contrastmiddel toe te dienen met een snelheid van 5 ml/s via de T-connector op de arm.
- Voer het 4D CT-scanprotocol sequentieel uit. Verdeel de gehele cardiale cyclus in 11 frames van 0% tot 100% met 10% van het R-golf tot R-golf (RR) interval dat de cardiale cyclus bestrijkt. Voer een einddiastolische fase uit op ongeveer 70% van het RR-interval voor analyse voor de 3D-serie. Verkrijg sagittale, coronale en axiale gegevens in elk frame van 4D CT, evenals in 70% 3D-series.
- Gebruik een bolusvolgmethode voor contrastbolustiming in het interessante gebied op de belangrijkste longslagader om ideale synchronisatie te bereiken. Dien bij geen enkel schaap bètablokker toe.
- Breng de schapen terug naar de FEM en stop de perfusie van propofol en ketamine na het scannen. Het schaap kwam 10 - 20 min na de extubatie weer bij bewustzijn. Anesthesiologen en dierenartsen hielden toezicht op de hele anesthesiebehandeling totdat de schapen volledig wakker waren en vrij konden bewegen.
2. Open-source 3D reconstructie software applicatie-instellingen en uitbreidingsinstallaties
- Klik op Bewerken in het bovenste menu om de toepassingsinstellingen te wijzigen na het starten van 3D-reconstructiesoftware.
- Klik op DICOM en vervolgens op Acquisition Geometry Regularization en selecteer Apply Regularization Transform in de sectie DICOM Scalar Volume Plugin . Selecteer Volumevolgorde als de gewenste indeling voor het importeren van meerdere volumes in de sectie Plug-in voor importeren met meerdere volumes.
- Klik op Weergaven, selecteer Kleine assen. Selecteer in de richtingsmarkering de optie Dunne liniaal.
- Start de 3D-slicersoftware opnieuw om de toepassingsinstellingen op te slaan.
- Klik op Extensiebeheer op de werkbalk om de pagina extensies te openen.
- Zoek de vereiste extensies en klik met de linkermuisknop om ze te installeren. Gebruik de volgende extensies in dit onderzoek: Sequence Registration, Slicer Elastix, Sandbox, Slice Heart, Slicer IGT, Slicer VMTK, DICOM web Browser, Intensity Segmenter, Markups To Model, Easy Clip, mp Review, Slicer Prostate en VASSTAUgorithms.
- Start de 3D-slicersoftware opnieuw om de installatie van de geselecteerde extensies te bevestigen.
3. Laad cardiale CT-gegevens in een 3D-slicer uit de DICOM-bestanden
- Gebruik een van de twee onderstaande stappen om de cardiale CT-gegevens uit de DIOCM-bestanden in een 3D-slicer te laden (figuur 1).
- CT-gegevens importeren: voeg cardiale CT-gegevens (de Pre-CT van schaap J werd geselecteerd om de procedures te illustreren) toe aan de database van de toepassing door over te schakelen naar de DICOM-module en bestanden naar het toepassingsvenster te slepen en neer te zetten.
- Laad CT-gegevens: Laad gegevensobjecten in de scène door te dubbelklikken op items (in schaap J is de EKG- Ao asc 0,75 126f 3 70% de 3D-sequentie in de einddiastolische fase en Funkion EKG- Ao asc 0,75 126f 3 0- 100% Matrix 256 is de 4D-sequentie als een 11-frame volumesequentie per hartcyclus).
- Klik met de linkermuisknop op de oogpictogrammen in de gegevensstructuur om de 3D- en 4D-reeksen van de axiale, sagittale en coronale weergaven in de 2D-viewers weer te geven.
- Klik met de linkermuisknop op het pictogram Slicer-indeling op de bovenste werkbalk en selecteer Vier-omhoog of Conventionele lay-out.
- Klik op het pictogram Links in de linkerbovenhoek om alle drie de kijkers te koppelen en op het oogpictogram om de segmenten in 3D Viewer weer te geven.
- Klik op het pictogram Opslaan en sla alle gegevens op die in de 3D-slicer zijn geladen op een geselecteerde bestemming om een gegevensset te maken voor de segmentatie en volumebewerking.
4. Maak 4D kloppend hartvolume en kloppend hartvolume
- Selecteer Volumerendering in het vervolgkeuzemenu Modules en selecteer vervolgens de 4D-reeks in het vervolgkeuzemenu Volume .
- Selecteer CT-Cardiac3 in het vervolgkeuzemenu Preset om het 4D-hart weer te geven. Pas de cursor onder het vervolgkeuzemenu Voorinstelling aan om alleen het hart weer te geven.
- Klik op Sequence Browser in het vervolgkeuzemenu modules om de 4D-reeks te selecteren en weer te geven. Het kloppende hart is in beeld. Sleep het 4D-hart naar de 3D-scène om het hart vanuit verschillende richtingen te observeren.
- Selecteer de functies ROI inschakelen en weergeven in de opties Bijsnijden onder de schakelbalk om het 4D-volume van het kloppende hart bij te snijden om de structuren van het hart beter te observeren.
- Maak het 4D-kloppende hartvolume zoals hierboven beschreven. Selecteer Segmenteditor in het vervolgkeuzemenu modules en klik vervolgens op het effect Schaar met de bewerking Binnenkant vullen om één frame te knippen.
- Klik op het effect Maskervolume en pas het toe om de segmentatie te koppelen aan het 4D-hart als een gemaskeerd volume. Het invoervolume en het uitvoervolume in het maskervolume-effect zijn de 4D-sequenties.
- Selecteer het effect Schaar met de bewerking Binnenkant wissen om de bones en andere onverwachte gebieden te verwijderen. Selecteer het effect Eilanden met de bewerking Grootste eiland behouden om kleine gebieden te verwijderen.
- Kies het gumeffect met de 1-3% bolborstel om de weefsels bij de aortaboog te verwijderen met aanhechtingen aan de belangrijkste longslagader, evenals het weefsel tussen de opstijgende aorta en de superieure vena cava. Pas na elke stap het effect Maskervolume toe om het 4D-volume te maskeren.
- Herhaal stap 4.7 - 4.8 om door te gaan met het verwijderen van de gebieden totdat het juiste hartmodel wordt weergegeven in de 3D-scène.
- Klik op de Sequence Browser en ga naar het volgende frame. Gebruik het effect Schaar met de bewerking Binnenkant wissen om elk gebied in de 3D-scène te knippen; het rechter hartmodel verschijnt automatisch in het hedendaagse frame. Pas dezelfde methode toe op de rest van de frames totdat de volledige 4D-reeks is gesegmenteerd.
- Klik op de knop Sequence Browser om het juiste 4D-volume van het hart weer te geven.
OPMERKING: Bij het verwijderen van de linker voorste dalende kransslagader in sommige frames, evenals de splitsing van de linker kransslagader, zal het een klein deel van de rechter ventrikel verwijderen. Daarom wordt het ten zeerste aanbevolen om een klein stukje van deze kransslagaders te bewaren om het juiste ventriculaire volume in elk frame te behouden.
5. Maak rechtgetrokken modellen van de 4D-reeks
OPMERKING: Het wordt ten zeerste aanbevolen om elke 10% van het hartcyclusframe in een enkele 3D-slicermap te bouwen, anders zijn er te veel gegevensbomen uitgelijnd in de DATA-module, waardoor het inefficiënt wordt om de rechtgetrokken modellen te maken. Om de enkele 3D-slicermap van elk 10% frame te krijgen, moet de 4D-reeks meerdere keren worden geladen, elk frame kiezen en ze in één map opslaan.
- Maak segmentaties met het juiste hart voor elk frame door de module Segmenteditor op de werkbalk te selecteren. Voeg twee segmentaties toe voor elk 10% frame van de 4D-reeks en benoem ze dienovereenkomstig, bijvoorbeeld 60% segmentatie en Andere.
- Selecteer het gereedschap Verfeffect in de module Segmenteditor met bewerkbaar intensiteitsbereik , afhankelijk van de CT-afbeeldingen om het juiste hart te schilderen met de reeks superieure vena cava, rechter atrium, rechter ventrikel en longslagader.
- Klik op Andere segmentatie, gebruik het verfgereedschap om andere gebieden te schilderen om de grenzen van het rechterhart in het algemeen te traceren.
- Selecteer het effect Groeien van zaden , selecteer Initialiseren en Toepassen om het effect toe te passen. Klik op de knop 3D weergeven in de module Segmenteditor om het 3D-model van het hedendaagse frame weer te geven.
- Herhaal stap 4.7 - 4.8 om het 3D-model te verwijderen of te verbeteren volgens de CT-beelden in de drie richtingen. Verwijder de linker- en rechtertakken van de longslagader bij de bifurcatie. Het 3D-model met het rechterhart toont vervolgens de 3D-scène in elk frame.
OPMERKING: Het wordt ten zeerste aanbevolen om de grenzen van het rechterhart te schilderen met een bolborstel met een diameter van 1% - 2% op de aanhechtingen tussen de longslagader en kransslagaders, evenals de longslagader en de superieure vena cava. - Kloon de segmentaties in de DATA-boom als back-up, noem de segmentaties bijvoorbeeld 10% Segmentatie Origineel en 10% Segmentatie voor rechtgetrokken model.
- Voeg een middellijn toe aan het rechter hartmodel zoals hieronder beschreven.
- Selecteer Centerline uitpakken in het vervolgkeuzemenu modules.
- Selecteer Segmentatie in het vervolgkeuzemenu oppervlak in het gedeelte Ingangen van de module voor de middellijn extraheren. Hierdoor ontstaat een segmentatie, zoals 10% segmentatie voor rechtgetrokken modellen als segment. Klik op Create New Markups Fiducial in het vervolgkeuzemenu eindpunten. Klik op de knop Een markeringspunt plaatsen om eindpunten toe te voegen op het bovenste vlak van de SVC en het eindvlak van de hoofdlongslagader.
- Selecteer Een nieuw model maken als een middellijnmodel en Nieuwe markeringscurve maken als een middellijncurve in de structuur van het menu Uitvoer. Klik op Toepassen om het middellijn rechter hartmodel weer te geven.
- Klik op de module DATA en klik vervolgens met de rechtermuisknop op de middellijncurve om de eigenschappen ervan te bewerken. Klik op het oogpictogram om de bedieningspunten weer te geven en stel in het gedeelte Opnieuw aantal pixels het aantal opnieuw bemonsterde punten in op 40 om de computerbelasting te verlagen.
- Een rechtgetrokken model maken
- Selecteer Curved Planar Reformat in het vervolgkeuzemenu modules.
- Verplaats de cursor na Curveresolutie en Segmentresolutie naar 0,8 mm, stel de segmentgrootte in op 130140 mm, afhankelijk van het bereik van de rechterkamer die op de afbeeldingen wordt weergegeven, en selecteer vervolgens Een nieuw volume maken als uitvoer rechtgezet volume.
- Klik op Toepassen om het rechtgetrokken volume te verkrijgen.
- Selecteer Volumerendering in het vervolgkeuzemenu van de module om het rechtgetrokken volume weer te geven. Selecteer het rechtgetrokken volume in het vervolgkeuzemenu Volume en klik op het pictogram Oog . Selecteer CT-Cardiac3 als voorinstelling, verplaats de Shift-cursor om het rechtgetrokken hartvolume in de 3D-scène weer te geven.
- Kolom het rechtgetrokken volume in de datastructuur in de naam van het rechtgetrokken volume voor segmentatie en klik met de rechtermuisknop om dit rechtgetrokken volume te segmenteren.
- Selecteer het effect Drempel in de segmenteditormodule om het gewenste rechtgetrokken rechterhart te kleuren en klik op Toepassen om de bewerking toe te passen. Selecteer het effect Maskervolume om het rechtgetrokken volume te maskeren door het rechtgetrokken volume te kiezen voor Segmentatie, volume als invoervolume en uitvoervolume en klik op Toepassen om de bewerking toe te passen.
- Klik op Toepassen om dezelfde bewerking toe te passen als hierboven beschreven in stap 4.7- 4.8 om alleen de rechtgetrokken segmentatie van het rechter hart te behouden. Controleer het rechtgetrokken rechterhartvolume en het 3D-model van de rechtgetrokken rechterhartsegmentatie in de 3D-scène.
- Klik op Toepassen om dezelfde bewerking toe te passen als hierboven beschreven voor andere frames om de rechtgetrokken volumeweergave van het rechterhartvolume en de rechtgetrokken segmentaties te verkrijgen en deze op te slaan in de map van elk frame.
6. Exporteer de cijfers en STL-bestanden
- Exporteer de figuren van de rechtgetrokken volumeweergave door op het effect Vastleggen en een scèneweergave op de werkbalk te klikken en de scènes in de 3D-weergave op te slaan.
- Exporteer de STL-bestanden van de rechtgetrokken 3D-segmentaties door op de segmentatiemodule te klikken.
7. Voer vijf vlakke metingen uit
- Voer een vijfplanaire meting uit van de omtrek, het doorsnedegebied en de omtrek in de rechtgetrokken modellen van de 4D-sequentie en rechterventrikelvolumemetingen in het rechtgetrokken model zoals hieronder beschreven.
- Pas de volgende vijf vlakke instellingen toe: Vlak A: bij de belangrijkste longslagader 2 cm verschoven van het vlak van de sinotubulaire overgang; Vlak B: op de sinotubulaire kruising; Vlak C: bij de sinus; Vlak D: aan de basis van de folder; Vlak E: bij RVOT 1 cm offset van D.
- Voeg alle bovenstaande vijf vlakken toe aan de rechtgetrokken modellen in elk frame door de Shift-toets op het toetsenbord ingedrukt te houden en de crosshair-functie in de werkbalk te gebruiken voor de vijf vlakken. Klik op de module Maken en plaatsen in de werkbalk om het effect Vlak te selecteren.
- Selecteer het effect Lijn om de omtrek te meten, selecteer het effect Gesloten curve om de omtrek en het doorsnedegebied te verkrijgen. Kopieer de gegevens om de gegevensset samen te stellen.
- Voer rechterventrikelvolumemetingen uit in het rechtgetrokken model zoals hieronder beschreven.
- Kolom de rechtgetrokken segmentatie in elk frame verkregen uit de 4D-reeks en label de segmentatie volgens het overeenkomende frame voor volumemeting.
- Selecteer de module Segmentstatistieken in het vervolgkeuzemenu module. Selecteer de X% segmentatie voor volumemeting na segmentatie en scalair volume in het invoermenu. Selecteer Nieuwe tabel maken als uitvoertabel en klik vervolgens op Toepassen om de bewerkingen toe te passen om de volumetabel te krijgen.
- Kopieer de volumegegevens om de gegevensset voor volumemeting te maken voor elk frame van de rechtgetrokken segmentatie.
8.3D multiplanaire reconstructie (MPR) metingen en rechterventrikelvolumemeting van de 3D-sequentie (de best gereconstrueerde fase aan het einde van de diastole)
OPMERKING: In deze studie werd het schaap J Pre-CT gekozen om de MPR-meetprocedures te illustreren.
- Laad de diastolische 3D-reeks zoals geïllustreerd in de volgende stappen. Selecteer de pijl naar beneden naast het crosshair-effect, kies Jump Slices- Offset, Basic+ Intersection, Fine Crosshair en The Slice Intersections voor crosshair-instellingen.
- Shift + klik met de linkermuis om het vizier naar het vlak te slepen, bijvoorbeeld de sinus. Druk op Ctrl+Alt om het vizier perfect in het midden van de doelpositie in de axiale, sagittale en coronale scènes in het midden van de doelpositie aan te passen.
- Selecteer het effect Lijn om de metingen in elk vlak uit te voeren, zoals geïllustreerd in stap 7.4. Kopieer de gegevens om de 3D MPR-meetgegevensset te bouwen.
- Klik op de module Segmenteditor om een rechterventrikelsegmentatie te maken zoals hierboven beschreven in stap 5.8.6.
- Klik op de module Segmentstatistieken om de juiste ventriculaire volumemeting uit te voeren zoals hierboven beschreven in stap 7.5.2.
- Kopieer de volume-informatie om de diastolische 3D-gegevensset met het rechterventrikelvolume te bouwen.
9. Berekening voor de selectie van de hartklep met stent
OPMERKING: In deze sectie werden de metingen van de sinotubulaire junctie gebruikt om de procedure te illustreren.
- Bereken het gemiddelde van de lange axiale (d1) en korte axiale omtrek (d2) = (d3), gevolgd door het gemiddelde van d1, d2 en d3 om d4 te verkrijgen, zoals weergegeven in formules (1) - (2).
- Deel de berekening van de doorsnede (S1) door π om d5 te verkrijgen, gevolgd door de vierkantswortel van d5 om d6 te verkrijgen, en vervolgens het gemiddelde van d5 en d6, zoals weergegeven in formules (3) - (5).
- Deel de omtrek (C1) door π om d8 te verkrijgen, zoals weergegeven in formule (6).
- Verkrijg de totale algemene diameter d9 door het gemiddelde van d4, d7 en d8 te berekenen, zoals weergegeven in formule (7).
- Pas formule (8) toe om de beste keuze van de klepmaat (h) te berekenen.
OPMERKING: De hartklep met stent is verkrijgbaar in diameters 30 mm, 26 mm en 23 mm. De klepmaat (h) toont de match als percentage voor de drie diameters, namelijk een ideale match als 10-20%, groot voor implantatie als 30% en hoger, en klein voor implantatie onder de 10%. - Importeer de 3D- en 4D-gegevens in een veelzijdige statistische software om de trenddiagrammen van de metingen in de vijf vlakken te bouwen en de diagrammen in TIFF-indeling te exporteren. Importeer alle figuren in grafische software voor organisatie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bij schaap J werden de 4D-modellen voor het totale hart en het rechterhart met succes gegenereerd uit de 4D-cardiale CT-sequentie die de vervorming gedurende de hele hartcyclus liet zien. Voor een betere visualisatie wordt de hele vervorming van het kloppende hart en het rechterhart in alle richtingen weergegeven in figuur 3 - figuur 4 en in video 1 - video 2.
De rechtgetrokken rechterhartmodellen werden verkregen na het maskervolume in elke 10% van de segmentatie om de vervormingen van het rechterhart te illustreren in een rechtgetrokken model bij schapen J Pre-CT (figuur 5).
Vijf vlakken werden toegevoegd op de gewenste locaties om de metingen uit te voeren zoals weergegeven in figuur 2A, evenals de MPR-metingen in 3D-reconstructiesoftware en niet de conventionele methode om het 4D-volume in schapen J Pre-CT te bijsnijden in figuur 2B. De veranderingen in doorsnede, omtrek en omtrek werden verkregen in verschillende fasen van de hartcyclus om de tendensdiagrammen te genereren zoals weergegeven in figuur 6. Originele gegevens van 4D CT-metingen en 3D CT-metingen worden weergegeven in Aanvullend bestand 1. Bij schaap J resulteerden 4D CT-metingen van het rechtgetrokken model in dezelfde keuze van klepgrootte voor TPVR (30 mm) als de MPR-metingen uit de einddiastolische serie, met de voordelen van opmerkelijke virtual reality en betrouwbare resultaten. Er waren significante verschillen in de gemeten dwarsdoorsnede (RVOT: 3,42 cm2 in 4D versus 4,28 cm2 in 2D, BPV: 2,96 cm2 in 4D versus 3,92 cm2 in 2D) en omtrek (RVOT: 76,1 mm in 4D versus 87,06 mm in 2D, BPV: 67,65 mm in 4D versus 75,73 mm in 2D) in RVOT en het basale vlak van de longklep. De rechterventrikel ejectiefractie van schapen J uit de pre-CT was 62,1%.
Figuur 1. Gebruikersinterface in 3-dimensionale reconstructiesoftware. Werkbalk, databoom en andere functionele menu's van de 3-dimensionale reconstructiesoftware worden weergegeven voor het bedienen van het programma. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. Vijf vlakken in het rechtgetrokken model voor metingen en multiplanaire reconstructiemetingen in de 3-dimensionale sequentie (einddiastolische fase). A) vlak a: hoofdlongslagader, 20 mm verschoven van vlak b; vlak b: sinotubulaire junctie; vlak c: sinus van de longklep; vlak d: bodem van de longklep; vlak e: in het rechter ventriculaire uitstroomkanaal, 10 mm offset van vlak d. (B) MPR-metingen in de 3D-sequentie van de einddiastolische fase op vijf vlakken: 10 mm offset van de onderkant van de longklep, onderkant van de longklep, sinus van de longklep, sinobubulaire junctie en hoofdlongslagader (20 mm offset van sinotubulaire junctie). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3. 4-dimensionale hartvervormingen gedurende de hele hartcyclus. Totale hartvervormingen van schapen J pre-computertomografie toont de vormveranderingen van 0% tot 100% van de hartcyclus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4. 4-dimensionale rechter hartvervorming gedurende de hele hartcyclus. Rechter hartvervormingen van schapen J pre- computertomografie toont de vormveranderingen van 0% tot 100% van de hartcyclus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5. Rechtgetrokken rechter hartvervorming van het schaap J pre- computertomografie gedurende de gehele hartcyclus. Rechtgetrokken rechter hart vervormingen van schapen J pre- computertomografie toont de vormveranderingen van 0% tot 100% van de hartcyclus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6. Veranderingen in omtrek, gemiddelde diameter, dwarsdoorsnede en rechterventrikelvolume gedurende de hele hartcyclus. (A) Veranderingen in de omtrek tijdens de hartcyclus op de vijf vlakken. (B) Veranderingen in de gemiddelde diameter (berekend met behulp van formule 1 in stap 9.1) tijdens de hartcyclus op de vijf vlakken. (C) Veranderingen in het dwarsdoorsnedegebied tijdens de hartcyclus op de vijf vlakken. (D) Verandering in het rechterventrikelvolume tijdens de hartcyclus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Video 1. 4-dimensionale totale hartvervorming. Gedurende de hele hartcyclus kan de 4-dimensionale volledige hartreconstructie in alle richtingen worden gevisualiseerd. Klik hier om deze video te downloaden.
Video 2. 4-dimensionale rechter hartvervorming. Het kloppende hart (superieure vena cava, rechter atrium, rechter ventrikel en longslagader) kan in alle richtingen worden gevisualiseerd gedurende de hele hartcyclus. Klik hier om deze video te downloaden.
Aanvullend dossier 1. De tabel presenteert de originele gegevens van 4D CT-metingen en 3D CT-metingen die zijn gegenereerd door het beschreven protocol te volgen, inclusief de parameters van de longslagader, het rechterventrikelvolume en de metingen van de aorta van schapen J pre-computertomografie. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Tot op heden is dit de eerste studie die een patiëntspecifieke meting van de morfologie en dynamische parameters van RVOT-PA illustreert met een rechtgetrokken hartmodel gegenereerd uit een 4D CT-sequentie, die kan worden toegepast om de optimale klepgrootte voor TPVR te voorspellen. Deze methodologie werd geïllustreerd met behulp van schapen J Pre-CT-beeldvorming om de dynamische vervormingen, rechterventrikelvolumes, rechterventrikelfunctie en grootte van RVOT / PA-verandering van de RVOT naar de pulmonale romp in vijf vlakken te verkrijgen bij elke 10% reconstructie van de hartcyclus. In vergelijking met 3D-beeldvorming voorspelden de rechtgetrokken modellen niet alleen dezelfde klepgrootte als de MPR-metingen van de einddiastolische 3D-beelden, maar maakten ze ook een intuïtiever model mogelijk om de gewenste informatie over het juiste hart te extraheren. Volgens de bevindingen van een eerdere studie13 zorgt de voorgestelde methode voor een beter begrip van in vivo belastingsomstandigheden bij patiënten met disfunctionele RVOT en / of longklepaandoeningen, evenals de ontwikkeling van nieuwe TPVR-apparaten die morfologisch zijn aangepast aan de verschillende RVOT-anatomieën van patiënten die TPVR nodig hebben en op de lange termijn verbeterde mechanische prestaties kunnen vertonen. De huidige methodologie van kwantitatieve meting voor een pre-interventionele evaluatie van TPVR is echter gebaseerd op MPR-metingen in de 3D-sequentie, wat kan leiden tot onverwachte fouten tijdens evaluaties op basis van de anatomische curve van de RVOT en PA. Bovendien kan gedetailleerde informatie verloren gaan in de 3D-modellen die worden gegenereerd uit de 4D-reeks in termen van de algehele beweging van het hart14.
In deze studie werd een 4D kloppend hartmodel gemaakt om de totale vervorming van het hart gedurende de hele hartcyclus te observeren en te visualiseren door een masker te gebruiken voor het 4D-volume van de segmentatie in 3D-reconstructiesoftware en niet de conventionele methode om het 4D-volume bij schapen J te bijsnijden. Deze methode kan een nauwkeurige en efficiënte manier bieden om een 4D-model te bouwen als een 3D-reconstructie van een 3D-reeks om het hart te visualiseren en de klepgrootte te selecteren. Bovendien werd dezelfde methode gebruikt om het rechterhartmodel als een dynamisch model te reconstrueren uit de segmentaties in elke 10% van de hartcyclus gesegmenteerd met behulp van het Grow From Seeds-effect in 3D-reconstructiesoftware. Het 4D-rechterhartmodel kan de volledige anatomische morfologie gedurende het RR-interval visualiseren, op basis waarvan cardiologen een patiëntspecifieke strategie voor TPVR kunnen ontwikkelen. Bovendien kunnen de 3D-rechtgetrokken rechterhartmodellen verkregen uit de 4D-sequentie in elke 10% van de hartcyclus een nauwkeurige, morfologische en functionele kwantificering van het rechterhart opleveren, vooral in de vijf vlakken die worden toegepast voor de selectie van de gestenteerde hartklep. Voorafgaand aan het maken van de rechtgetrokken modellen, is een handmatige en exacte 3D-segmentatie van het rechterhart van elke 10% cardiale cyclus vereist. Bij het uitvoeren van segmentaties van het rechter hart, nadat het volume van één frame is gemaskeerd, zal de 3D-segmentatie in het huidige frame automatisch verschijnen door de scissor-functie te gebruiken voor de ongewenste structuren. Om het hele volume RVOT te behouden, moet een klein stukje van de linker kransslagader in de segmentaties worden gehouden. Om een rechtgetrokken model te maken, is het cruciaal om een middellijn toe te voegen aan het oorspronkelijke rechterhartmodel om de kwaliteit van het rechtgetrokken model te waarborgen en de rekenbelasting te verminderen. Het rechtgetrokken rechterhartmodel weerspiegelde nauwkeurig alle correlaties van de hartanatomie, inclusief omtrek, omtrek en dwarsdoorsnede, waardoor een daaropvolgende extractie van morfologische informatie en directe metingen op een holistische manier mogelijk was. In deze studie resulteerden de metingen van het 4D-rechtgetrokken model in dezelfde keuze van klepgrootte (30 mm in diameter) als de 3D-metingen in MPR, maar met de voordelen van opmerkelijke virtual reality en betrouwbare resultaten bij schaap J. Het maakt ook het verzamelen van gegevens over rechterventrikelvolumes gedurende de hele hartcyclus mogelijk, die vervolgens kunnen worden toegepast om de juiste ventriculaire ejectiefractie te berekenen.
Eerdere klinische studies hebben significante verschillen aangetoond in de gemeten dwarsdoorsnedegebieden van RVOTPA tussen statische en dynamische sectievlakken secundair aan grote 3D-verplaatsingen en rotaties15. Bij schapen J Pre-CT werden de significante verschillen in gemeten dwarsdoorsnedegebieden en omtrekken in het RVOT-vlak en basaal vlak van de longklep ook waargenomen in de RVOT: 3,42 cm2 in 4D versus 4,28 cm2 in 3D, BPV: 2,96 cm2 in 4D versus 3,92 cm2 in 3D en RVOT-omtrek: 76,1 mm in 4D versus 87,06 mm in 3D, BPV: 67,65 mm in 4D versus 75,73 mm in 3D. Om gegevens voor de metingen te verkrijgen, werden de vijf dynamische vlakken toegepast in plaats van vaste vlakken; hier werden het sinobulaire vlak en het basale vlak van de longklep gekozen als referentielijnen. Deze vijf vliegtuigen bevatten alle ruimte die kan worden gebruikt om de gestenteerde hartklep in te zetten. Het RVOT-vlak vertoonde de grootste vervorming gedurende de hele hartcyclus in de vijf vlakken, wat de behoefte aan een veelzijdig TPVR-apparaat benadrukte dat aanpassingsvermogen aan verschillende anatomieën mogelijk maakt en de ontworpen geometrie van de gestenteerde hartklep behoudt voor duurzaamheid op lange termijn zonder breuk en migratie. De nitinol stent met vormgeheugen is een veelbelovende kandidaat voor het monteren van een tri-leaflet klep voor toekomstige TPVR. Voor de klinische toepassing, vooral voor de patiënten die transannulaire patchreparatie of TPVR hebben gehad, zou het meer inspanningen vergen om de anatomie te reconstrueren, omdat er artefacten zijn van de hechting tussen het hartzakje en myocardium, stent en de misvormde anatomie. Het heeft CT-gegevens met een hogere resolutie, goed ontwikkelde reconstructiesoftware en overvloedige ervaring met CT-analyse nodig om deze methode te vertalen voor klinisch gebruik. Maar deze methode kan worden gebruikt voor grote dierproeven en voor de peri-operatieve evaluatie voor patiënten met Tetralogie van Fallot, geïsoleerde pulmonische stenose die geen openhartoperaties of interventionele therapieën hebben gehad.
De beschreven methode voor het 4D-rechtgetrokken model kan nauwkeurige en visuele identificatie en berekening van alle segmenten van het hart mogelijk maken, van de RVOT tot PA, wat niet alleen cardiologen kan helpen bij het verkrijgen van een nauwkeurige pre-interventionele evaluatie, maar ook hartingenieurs om nieuwe TPVR-apparaten voor toekomstige toepassingen te innoveren.
De belangrijkste beperking van de methodologie voor de 4D-gestrekte modelmeting in deze studie is dat de gegevens werden verkregen van slechts één schaap pre-CT zonder een grote steekproefpopulatie. Bovendien werd geen CT-beeldvorming na implantatie uitgevoerd om de klepgrootte en structurele veranderingen in het rechterhart op te volgen. Ten slotte is het voor de patiënten die transannulaire patchreparatie of TPVR hebben gehad, moeilijker om de anatomie te reconstrueren omdat er artefacten zijn van de adhesie tussen het hartzakje en myocardium, stent en de misvormde anatomie.
Conclusie
In tegenstelling tot 3D CT maakte het rechtgetrokken 4D-reconstructiemodel niet alleen een nauwkeurige voorspelling van de selectie van de klepgrootte voor TPVR mogelijk, maar bood het ook ideale virtual reality in schaap J, en daarom zal het een veelbelovende methode zijn voor TPVR en de innovatie van TPVR-apparaten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren geen belangenverstrengeling te hebben.
Acknowledgments
Xiaolin Sun en Yimeng Hao hebben evenveel bijgedragen aan dit manuscript en delen het eerste auteurschap. Oprechte waardering gaat uit naar iedereen die heeft bijgedragen aan dit werk, zowel vroegere als huidige leden. Dit werk werd ondersteund door subsidies van het Duitse federale ministerie van Economische Zaken en Energie, EXIST - Transfer of Research (03EFIBE103). Xiaolin Sun en Yimeng Hao worden ondersteund door de China Scholarship Council (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
- Baumgartner, H., et al. 2020 ESC Guidelines for the management of adult congenital heart disease: The Task Force for the management of adult congenital heart disease of the European Society of Cardiology (ESC). Endorsed by: Association for European Paediatric and Congenital Cardiology (AEPC), International Society for Adult Congenital Heart Disease. European Heart Journal. 42 (6), 563-645 (2021).
- Gales, J., Krasuski, R. A., Fleming, G. A. Transcatheter Valve Replacement for Right-sided Valve Disease in Congenital Heart Patients. Progress in Cardiovascular Diseases. 61 (3-4), 347-359 (2018).
- Goldstein, B. H., et al. Adverse Events, Radiation Exposure, and Reinterventions Following Transcatheter Pulmonary Valve Replacement. Journal of the American College of Cardiology. 75 (4), 363-376 (2020).
- Ansari, M. M., et al. Percutaneous Pulmonary Valve Implantation: Present Status and Evolving Future. Journal of the American College of Cardiology. 66 (20), 2246-2255 (2015).
- Nordmeyer, J., et al. Acute and midterm outcomes of the post-approval MELODY Registry: a multicentre registry of transcatheter pulmonary valve implantation. European Heart Journal. 40 (27), 2255-2264 (2019).
- Shahanavaz, S., et al. Intentional Fracture of Bioprosthetic Valve Frames in Patients Undergoing Valve-in-Valve Transcatheter Pulmonary Valve Replacement. Circulation. Cardiovascular Interventions. 11 (8), 006453 (2018).
- Binder, R. K., et al. The impact of integration of a multidetector computed tomography annulus area sizing algorithm on outcomes of transcatheter aortic valve replacement: a prospective, multicenter, controlled trial. Journal of the American College of Cardiology. 62 (5), 431-438 (2013).
- Curran, L., et al. Computed tomography guided sizing for transcatheter pulmonary valve replacement. International Journal of Cardiology. Heart & Vasculature. 29, 100523 (2020).
- Kidoh, M., et al. Vectors through a cross-sectional image (VCI): A visualization method for four-dimensional motion analysis for cardiac computed tomography. Journal of Cardiovascular Computed Tomography. 11 (6), 468-473 (2017).
- Schievano, S., et al. Four-dimensional computed tomography: a method of assessing right ventricular outflow tract and pulmonary artery deformations throughout the cardiac cycle. European Radiology. 21 (1), 36-45 (2011).
- Lantz, J., et al. Intracardiac Flow at 4D CT: Comparison with 4D Flow MRI. Radiology. 289 (1), 51-58 (2018).
- Kobayashi, K., et al. Quantitative analysis of regional endocardial geometry dynamics from 4D cardiac CT images: endocardial tracking based on the iterative closest point with an integrated scale estimation. Physics in Medicine and Biology. 64 (5), 055009 (2019).
- Grbic, S., et al. Complete valvular heart apparatus model from 4D cardiac CT. Medical Image Analysis. 16 (5), 1003-1014 (2012).
- Hamdan, A., et al. Deformation dynamics and mechanical properties of the aortic annulus by 4-dimensional computed tomography: insights into the functional anatomy of the aortic valve complex and implications for transcatheter aortic valve therapy. Journal of the American College of Cardiology. 59 (2), 119-127 (2012).
- Kim, S., Chang, Y., Ra, J. B. Cardiac Motion Correction for Helical CT Scan With an Ordinary Pitch. IEEE Transactions on Medical Imaging. 37 (7), 1587-1596 (2018).
