Summary
이 연구는 경피적 폐 판막 교체의 적용에서 밸브 크기 조정에 대한 원하는 측정을 얻기 위해 네 차원 심장 컴퓨터 단층 촬영 시퀀스에서 생성 된 직선화 된 모델을 사용하여 새로운 방법론을 평가했습니다.
Abstract
경피적 폐판막 치환(TPVR)을 위한 최적의 보철물 크기를 선택하기 위한 우심실(RV) 및 폐동맥(PA)의 측정은 상당히 다양하다. 장치 크기 예측을 위한 3차원(3D) 컴퓨터 단층촬영(CT) 영상은 우심실 유출관(RVOT) 및 PA의 변위를 평가하기에 불충분하며, 이는 스텐트 잘못 배치 및 paravalvular 누출의 위험을 증가시킬 수 있다. 이 연구의 목적은 필요한 판막 크기의 정확한 정량 평가를 얻기 위해 4차원(4D) 심장 CT 재구성에 의해 전체 심장 주기에 걸쳐 PA에 대한 RVOT의 해부학을 시각화하고 정량화하는 동적 모델을 제공하는 것이다. 이 파일럿 연구에서, 양 J의 심장 CT는 절차를 설명하기 위해 선택되었습니다. 3D 심장 CT는 심장의 변형을 시각화하기 위해 심장 사이클에 걸쳐 열한 프레임으로 나뉘어진 4D 시퀀스를 구축하기 위해 3D 재구성 소프트웨어로 가져 왔습니다. 주 PA, 시노관형 접합부, 부비동, 폐 밸브(BPV)의 기저면, 및 RVOT에서의 다섯 개의 이미징 평면의 직경, 단면적 및 둘레를 밸브 이식 전에 4D 직선화된 모델에서 각 프레임에서 측정하여 밸브 크기를 예측하였다. 한편, RV 부피의 동적 변화는 또한 우심실 토출 분율 (RVEF)을 평가하기 위해 측정되었다. 디아스톨의 끝에서 3D 측정은 4D 측정과의 비교를 위해 얻어졌다. 양 J에서 직선화 된 모델의 4D CT 측정은 TPVR (30mm)의 밸브 크기를 3D 측정과 동일하게 선택했습니다. CT 이전의 양 J의 RVEF는 62.1 %였다. 3D CT와 달리 직선화된 4D 재구성 모델은 TPVR의 밸브 크기 선택을 위한 정확한 예측을 가능하게 했을 뿐만 아니라 이상적인 가상 현실을 제공하여 TPVR과 TPVR 장치의 혁신을 위한 유망한 방법을 제시했습니다.
Introduction
우심실 유출관 (RVOT)의 기능 장애와 폐 판막 이상은 심각한 선천성 심장 질환의 가장 빈번한 결과 중 두 가지입니다 (예 : 팔롯 수리 사면술 (TOF), 특정 유형의 이중 출구 우심실 (DORV) 및 대동맥의 전이1,2,3 . 이 환자의 대다수는 평생 동안 여러 가지 수술에 직면하고 나이가 들어감에 따라 복잡성과 합병증의 위험이 증가합니다. 이러한 환자들은 최소 침습적 치료로서 경피적 폐판막 치환술(TPVR)로부터 이익을 얻을 수 있다4. 현재까지 TPVR을 겪고있는 환자 수가 꾸준히 증가해 왔으며 전 세계적으로 수천 건의 절차가 수행되었습니다. 전통적인 개방 심장 수술과 비교할 때, TPVR은 우심실 (RV)에서 폐동맥 (PA)으로의 이종 이식편 또는 동종 이식편의보다 정확한 해부학 적 측정뿐만 아니라 개입 전에 컴퓨터 단층 촬영 혈관 조영술 (CTA)에 의한 경환형 패치를 통한 폐 및 RVOT 협착증의 복구와 환자가 스텐트 골절 및 부정맥 누출 (PVL)5로부터 자유로울 수 있도록, 6.
장래의 다중 센터 연구에 따르면 다중 검출기 CT 환형 크기 조정 알고리즘이 적절한 밸브 크기를 선택하는 데 중요한 역할을했으며, 이는 paravalvular 역류의 정도를 감소시킬 수 있습니다7. 최근 몇 년 동안, 정량적 분석은 임상 의학에 점점 더 많이 적용되고 있다. 정량적 분석은 임상 영상에 대한 객관적이고 정확한 해석을 가능하게 하고 환자가 스텐트 골절 및 부정맥 누출이 없는지 확인할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있으며, 이는 환자별 치료 및 치료 반응 평가를 향상시킬 수 있습니다. 이전의 임상 실습에서는 시각화 모델을 얻기 위해 2차원(2D) CT로 세 개의 평면(시그널, 코로나 및 축방향)에서 CT 이미징을 재구성하는 것이 가능했습니다8. 콘트라스트 강화 심전도(ECG)-게이티드 CT는 RVOT/PA 3D 형태학 및 기능의 평가뿐만 아니라 심장 주기 전반에 걸쳐 TPVR 안정성을 유지할 수 있는 적합한 RVOT 이식 부위를 가진 환자의 식별에서 더욱 중요해졌다9,10.
그러나 현대 표준 임상 및 전임상 설정에서 획득 한 4D CT 데이터는 일반적으로 수동 정량화 및 시각적 평가를 위해 3D 평면으로 변환되어 3D / 4D 동적 정보를 표시 할 수 없습니다11. 또한, 3D 정보를 사용하더라도 MPR(다중 평면 재구성)에서 얻은 측정은 시각화 품질 저하 및 오른쪽 심장의 혈류 방향이 다르기 때문에 동적 변형이 부족한 등 다양한 한계를 가지고 있습니다12. 측정은 수집에 시간이 많이 걸리고 실수가 발생하기 쉽기 때문에 2D 정렬 및 단면화가 부정확하여 오해와 확장이 발생할 수 있습니다. 현재, RVOT-PA의 측정이 기능 장애 RVOT 및/또는 폐판막 질환을 앓고 있는 환자에서 TPVR에 대한 적응증 및 밸브 크기 조정에 대한 정확한 정보를 확실하게 제공할 수 있는지에 대한 합의는 없다.
본 연구에서, 4D 심장 CT 시퀀스를 통해 곧게 펴진 우심 모델을 사용하여 RVOT-PA를 측정하는 방법이 제공되어 심장 주기 전반에 걸쳐 RVOT-PA의 3D 변형을 가장 잘 특성화하는 방법을 결정한다. 시공간-시간적 상관영상은 시간적 차원을 포함함으로써 완성되었고, 따라서, RVOT-PA 크기의 변화를 측정할 수 있었다. 또한 직선화 된 모델의 변형은 TPVR 밸브 크기 조정 및 절차 계획에 긍정적 인 영향을 줄 수 있습니다.
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Protocol
모든 심장 CT 데이터는 베를린 보건 사회 문제 지역 사무소 (LAGeSo)의 법률 및 윤리위원회의 승인을 받아 GrOwnValve 전임상 시험에서 얻은 것입니다. 모든 동물은 유럽 및 독일 실험실 동물 과학 협회 (FELASA, GV-SOLAS)의 지침에 따라 인도적 인 보살핌을 받았습니다. 이 연구에서, 양 J의 Pre-CT는 절차를 설명하기 위해 선택되었습니다.
1. 양에서 3D 심장 CT를 수행하십시오.
- 정맥 마취
- 근육 주사로 미다졸람 (2 mg / mL, 0.4 mg / kg), 부토르판올 (10 mg / mL, 0.4 mg / kg) 및 글리코 피로늄 브로마이드 (200 mcg / mL, 0.011 mg / kg)를 미리 복용하여 양 (3 년, 47kg, 암컷, 난 소 양자리)을 진정시킵니다.
- 양이 유순 해졌을 때, 주사 후 15 분 후에 양의 신체 상태를 확인하십시오.
- 마취 및 조영제를 위해 T-커넥터에 접합된 관류 라인으로 두개 정맥에 무균적으로 주사 포트가 있는 18G 카테터를 놓습니다.
- 프로포폴 (20 mg / mL, 1-2.5 mg / kg)과 펜타닐 (0.01 mg / kg)을 정맥 주사하여 양을 마취하십시오. 턱 이완, 삼키는 것 상실 및 섬모 반사와 같은 진정의 증상을 확인하십시오. 6.5 mm - 8 mm 기관관으로 양을 삽관하고 위액 흡인을 위해 위관을 위장에 넣은 다음 프로포폴 (20 mg / mL, 1-2.5 mg / kg)과 펜타닐 (0.01 mg / kg)을 정맥 주사하십시오.
- 심장 CT에 대비하여 프로포폴 (10 mg / ml, 2.5-8.0 mg / kg / h)과 케타민 (10 mg / mL, 2-5 mg / kg / h)을 정맥 주사하여 총 마취를 달성하십시오.
- 심장 CT
- 준비 후 실험 의학 연구소 (FEM)에서 독일 심장 센터 베를린 (DHZB)의 CT 룸으로 양을 옮깁니다. 모든 양을 팔, 복부 및 다리에 3 개의 붕대로 CT 침대에 단단히 고정시킨 후 경향이있는 자세로 스캔하십시오.
- 다음 매개 변수를 사용하여 ECG 게이팅이 있는 64슬라이스 듀얼 소스 다중 검출기 CT 시스템에서 심장 CT를 수행합니다. 표준 획득 기술 파라미터를 다음과 같이 설정하십시오: 갠트리 회전 시간 0.33 s, 회전 당 100-320 mAs, 120 kV 튜브 전압, 16 비트 깊이의 매트릭스 256, 편차 유효 x-레이 선량 15.5± 11.6 mSv, 슬라이스 두께 0.75 mm.
- 팔의 T-커넥터를 통해 5 mL/s의 속도로 요오드화 조영제 2 -2.5 mL/kg을 투여하여 조영제 조영제를 투여하여 조영제 향상을 달성하십시오.
- 4D CT 스캐닝 프로토콜을 순차적으로 수행합니다. 전체 심장 사이클을 0 %에서 100 %까지 11 프레임으로 나누고 심장 사이클을 덮는 R-wave to R-wave (RR) 간격의 10 %를 나눕니다. 3D 시리즈에 대한 분석을 위해 RR 간격의 약 70%에서 말단 확장기 단계를 수행합니다. 4D CT의 각 프레임과 70% 3D 시리즈에서 시그널, 코로나 및 축방향 데이터를 가져옵니다.
- 주요 폐동맥의 관심 영역에서 대조 볼루스 타이밍에 대한 볼루스 추적 방법을 사용하여 이상적인 동기화를 달성하십시오. 어떤 양에도 베타 차단제를 투여하지 마십시오.
- 양을 FEM으로 다시 옮기고 주사 후 프로포폴 및 케타민의 관류를 중단하십시오. 양들은 삽관 후 10-20 분 후에 의식을 회복했습니다. 마취 전문의와 수의사는 양이 완전히 깨어 자유롭게 움직일 수있을 때까지 전체 마취 치료를 감독했습니다.
2. 오픈 소스 3D 재구성 소프트웨어 응용 프로그램 설정 및 확장 할부
- 상단 메뉴에서 편집을 클릭하여 3D 재구성 소프트웨어를 시작한 후 응용 프로그램 설정을 수정합니다.
- DICOM을 클릭한 다음 획득 지오메트리 정규화를 클릭하고 DICOM 스칼라 볼륨 플러그인 섹션에서 정규화 변환 적용을 선택합니다. 다중 볼륨 임포터 플러그인 섹션에서 볼륨 시퀀스를 선호하는 다중 볼륨 가져오기 형식으로 선택합니다.
- 보기를 클릭하고 작은 축을 선택합니다. 방향 마커에서 얇은 눈금자를 선택합니다.
- 3D 슬라이서 소프트웨어를 다시 시작하여 응용 프로그램 설정을 저장합니다.
- 도구 모음에서 확장 관리자를 클릭하여 확장 페이지를 엽니다.
- 필요한 확장 프로그램을 찾아 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하여 설치합니다. 이 연구에서는 시퀀스 등록, 슬라이서 엘라스틱스, 샌드박스, 슬라이스 하트, 슬라이서 IGT, 슬라이서 VMTK, DICOM 웹 브라우저, 강도 세그먼트러, 모델로의 마크업, 쉬운 클립, mp 검토, 슬라이서 전립선 및 VASSTAUgorithms의 확장을 사용합니다.
- 3D 슬라이서 소프트웨어를 다시 시작하여 선택한 확장의 설치를 확인합니다.
3. 심장 CT 데이터를 DICOM 파일에서 3D 슬라이서로로드
- 아래에 설명된 두 단계 중 하나를 사용하여 심장 CT 데이터를 DIOCM 파일에서 3D 슬라이서로 로드합니다(그림 1).
- CT 데이터 가져오기: DICOM 모듈로 전환하고 파일을 응용 프로그램 창으로 끌어다 놓음으로써 심장 CT 데이터(양 J의 Pre-CT가 절차를 설명하기 위해 선택됨)를 응용 프로그램의 데이터베이스에 추가합니다.
- CT 데이터로드 : 항목을 두 번 클릭하여 장면에 데이터 객체를로드합니다 (양 J에서 EKG-Ao asc 0.75 126f 3 70 %는 말단 이완기 단계의 3D 시퀀스이고 Funkion EKG-Ao asc 0.75 126f 3 0-100 % 매트릭스 256은 심장 사이클에 의한 11 프레임 볼륨 시퀀스로서의 4D 시퀀스입니다).
- 데이터 트리에서 눈 아이콘을 마우스 왼쪽 단추로 클릭하여 2D 뷰어에서 축, 시그널 및 코로나 뷰의 3D 및 4D 시퀀스를 표시합니다.
- 위쪽 도구 모음에서 슬라이서 레이아웃 아이콘을 마우스 왼쪽 단추로 클릭하고 Four-Up 또는 Conventional 레이아웃을 선택합니다.
- 왼쪽 위 모서리에 있는 링크 아이콘을 클릭하여 세 명의 뷰어를 모두 연결하고 눈 아이콘을 클릭하여 3D 뷰어에 슬라이스를 표시합니다.
- 저장 아이콘을 클릭하고 3D 슬라이서에 로드된 모든 데이터를 선택한 대상에 저장 하여 세분화 및 볼륨 편집을 위한 데이터 세트를 빌드합니다.
4. 4D 박동 심장 볼륨과 박동 오른쪽 심장 볼륨 만들기
- 모듈 드롭다운 메뉴에서 볼륨 렌더링 을 선택한 다음, 볼륨 드롭다운 메뉴에서 4D 시퀀스를 선택합니다.
- 사전 설정 드롭다운 메뉴에서 CT-Cardiac3 를 선택하여 4D 하트를 표시합니다. 사전 설정 드롭다운 메뉴 아래의 커서를 조정하여 하트만 표시합니다.
- 모듈 드롭다운 메뉴에서 시퀀스 브라우저를 클릭하여 4D 시퀀스 를 선택하고 표시합니다. 뛰는 심장이 현장에 있습니다. 4D 하트를 3D 장면으로 드래그하여 다양한 방향에서 심장을 관찰합니다.
- 시프트 바 아래의 자르기 옵션에서 ROI 기능 활성화 및 표시를 선택하여 심장의 구조를 더 잘 관찰하기 위해 박동하는 심장의 4D 볼륨을 자릅니다.
- 위에 설명된 대로 4D 박동 심장 볼륨을 만듭니다. 모듈 드롭다운 메뉴에서 세그먼트 편집기를 선택한 다음 내부 채우기 작업을 사용하여 가위 효과를 클릭하여 단일 프레임을 자릅니다.
- [마스크 볼륨] 효과를 클릭하고 적용하여 세그멘테이션을 4D 하트에 마스크된 볼륨으로 연결합니다. 마스크 볼륨 효과의 입력 볼륨과 출력 볼륨은 4D 시퀀스입니다.
- 내부 지우기 작업을 사용하여 가위 효과를 선택하여 뼈 및 기타 예기치 않은 영역을 제거합니다. 가장 큰 섬 유지 작업을 사용하여 아일랜드 효과를 선택하여 작은 영역을 제거합니다.
- 1-3% 스피어 브러시로 지우기 효과를 선택하여 주요 폐동맥에 부착된 대동맥 아치의 조직뿐만 아니라 상승하는 대동맥과 우수한 베나 카바 사이의 조직을 제거합니다. 각 단계를 수행한 후 [마스크 볼륨] 효과를 적용하여 4D 볼륨을 마스크합니다.
- 4.7 - 4.8단계를 반복하여 오른쪽 심장 모델이 3D 장면에 표시될 때까지 영역 제거를 계속합니다.
- 시퀀스 브라우저를 클릭하고 다음 프레임으로 이동하십시오. 내부 지우기 작업과 함께 가위 효과를 사용하여 3D 장면의 모든 영역을 잘라냅니다. 오른쪽 심장 모델은 자동으로 현대 프레임에 나타납니다. 전체 4D 시퀀스가 분할될 때까지 나머지 프레임에 동일한 방법을 적용합니다.
- 시퀀스 브라우저 버튼을 클릭하여 오른쪽 심장 4D 볼륨을 표시합니다.
참고 : 왼쪽 관상 동맥의 분기뿐만 아니라 일부 프레임에서 왼쪽 전방 하강 관상 동맥을 제거 할 때 우심실의 작은 부분을 제거합니다. 이 때문에 각 프레임에서 오른쪽 심실 볼륨을 유지하기 위해이 관상 동맥의 작은 조각을 유지하는 것이 좋습니다.
5. 4D 시퀀스에서 직선화된 모델 만들기
참고: 심장 주기 프레임의 각 10%를 단일 3D 슬라이서 폴더에 빌드하는 것이 좋으며, 그렇지 않으면 DATA 모듈에 정렬된 데이터 트리가 너무 많아서 곧게 펴진 모델을 만드는 것이 비효율적입니다. 각 10 % 프레임의 단일 3D 슬라이서 폴더를 가져 오려면 4D 시퀀스를 여러 번로드하고 모든 프레임을 선택한 다음 단일 폴더에 저장해야합니다.
- 도구 모음에서 세그먼트 편집기 모듈을 선택하여 각 프레임에 대한 오른쪽 심장 세분화를 만듭니다. 4D 시퀀스의 각 10% 프레임에 대해 두 개의 세그먼트레이션을 추가하고 그에 따라 이름을 지정합니다(예: 60% 세그멘테이션 및 기타).
- CT 이미지에 따라 편집 가능한 강도 범위가 있는 세그먼트 편집기 모듈에서 페인트 효과 도구를 선택하여 시퀀스 우수한 베나 카바, 우심방, 우심실 및 폐동맥으로 오른쪽 심장을 페인트합니다.
- 기타 세분화를 클릭하고 페인트 도구를 사용하여 다른 영역을 페인트하여 일반적으로 오른쪽 심장의 경계를 추적하십시오.
- 시드에서 증가 효과를 선택하고 초기화 및 적용을 선택하여 효과를 적용합니다. 세그먼트 편집기 모듈에서 3D 표시 버튼을 클릭하여 현대 프레임의 3D 모델을 표시합니다.
- 4.7 - 4.8단계를 반복하여 세 방향의 CT 이미지에 따라 3D 모델을 제거하거나 개선합니다. 분기에서 폐동맥의 왼쪽 및 오른쪽 가지를 제거하십시오. 그러면 오른쪽 심장 3D 모델이 각 프레임의 3D 장면을 표시합니다.
참고 : 폐동맥과 관상 동맥 사이의 부착물뿐만 아니라 폐동맥과 우수한 정맥 카바 사이의 부착물에서 1 % - 2 % 직경의 구 브러시로 오른쪽 심장의 경계를 페인트하는 것이 좋습니다. - DATA 트리의 세그멘테이션을 백업으로 복제하고 세그멘테이션 이름을 지정합니다(예: 10% 세그멘테이션 원본, 스트레이트된 모델의 경우 10% 세그멘테이션).
- 아래에 설명된 대로 오른쪽 심장 모델에 중심선을 추가합니다.
- 모듈 드롭다운 메뉴에서 중심선 추출 을 선택합니다.
- 추출 중심선 모듈의 입력 섹션에 있는 서피스 드롭다운 메뉴에서 세그멘테이션 을 선택합니다. 이렇게 하면 직선화된 모델에 대해 세그먼트로 10% 세분화와 같은 세분화가 생성됩니다. 끝점 드롭다운 메뉴에서 새 마크업 신탁 만들기 를 클릭합니다. 마크업 포인트 배치 버튼을 클릭하여 SVC의 상단 평면과 주 폐동맥의 끝 평면에 끝점을 추가합니다.
- 새 모델을 중심선 모델 로 만들기를 선택하고 [출력] 메뉴의 트리에서 중심선 커브로 새 마크업 커브 생성을 선택합니다. 적용 을 클릭하여 중심선 오른쪽 심장 모델을 표시합니다.
- DATA 모듈을 클릭한 다음 중심선 커브를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 속성을 편집합니다. 눈 아이콘을 클릭하여 제어점을 표시하고 Resample 섹션에서 리샘플링된 지점 수를 40으로 설정하여 컴퓨터 부하를 낮춥니다.
- 곧게 펴진 모델 만들기
- 모듈 드롭다운 메뉴에서 곡선 평면 재포맷 을 선택합니다.
- 곡선 해상도 및 슬라이스 해상도 후 커서를 0.8mm로 이동하고 슬라이스 크기를 이미지에 표시된 우심실 범위에 따라 130140mm로 설정한 다음 출력 직선화된 볼륨으로 새 볼륨 만들기를 선택합니다.
- 적용을 클릭하여 곧게 펴진 볼륨을 얻습니다.
- 모듈 드롭다운 메뉴에서 볼륨 렌더링을 선택하여 곧게 펴진 볼륨 을 표시합니다. 볼륨 드롭다운 메뉴에서 곧게 펴진 볼륨을 선택하고 눈 아이콘을 클릭합니다. CT-Cardiac3 를 프리셋으로 선택하고 Shift 커서를 움직여 3D 장면에서 곧게 펴진 오른쪽 심장 볼륨을 표시합니다.
- 세그멘테이션을 위해 DATA 트리에서 곧게 펴진 볼륨을 세그멘테이션을 위해 곧게 펴고 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 이 곧게 펴진 볼륨을 세그먼트화합니다.
- 세그먼트 편집기 모듈에서 [임계값] 효과를 선택하여 원하는 곧게 펴진 오른쪽 심장에 색상을 지정하고 적용을 클릭하여 작업을 적용합니다. [마스크 볼륨] 효과를 선택하여 세분화를 위해 곧게 펴진 볼륨, 입력 볼륨으로 볼륨 및 출력 볼륨을 선택하여 곧게 펴진 볼륨을 마스크하고 적용을 클릭하여 작업을 적용합니다.
- 적용을 클릭하여 위의 4.7-4.8단계에서 설명한 것과 동일한 작업을 적용하여 곧게 펴진 오른쪽 심장 세분화만 유지합니다. 3D 장면에서 곧게 펴진 오른쪽 심장 볼륨과 곧게 펴진 오른쪽 심장 분할의 3D 모델을 확인하십시오.
- 적용을 클릭하여 다른 프레임에 대해 위에서 설명한 것과 동일한 작업을 적용하여 곧게 펴진 오른쪽 하트 볼륨 렌더링 및 직선화된 세그멘테이션을 가져와 각 프레임의 폴더에 저장합니다.
6. 그림 및 STL 파일 내보내기
- 캡처(Capture)를 클릭하여 곧게 펴진 볼륨 렌더링의 그림을 내보내고 도구 모음에서 장면 보기 효과의 이름을 지정하고 장면을 3D 뷰에 저장합니다.
- 세그멘테이션 모듈을 클릭하여 곧게 펴진 3D 세 그멘 테이션의 STL 파일을 내보냅니다.
7. 다섯 개의 평면 측정 수행
- 아래에 설명된 대로 직선화된 모델에서 4D 시퀀스 및 우심실 부피 측정에서 직선화된 모델에서 둘레, 단면적 및 둘레에 대한 다섯 개의 평면 측정을 수행합니다.
- 다음 다섯 가지 평면 설정을 적용하십시오 : 평면 A : 주요 폐동맥에서 sinotubular 접합부의 평면에서 2cm 오프셋; 평면 B: 시노관형 접합부에서; 비행기 C: 부비동에서; 평면 D: 전단지의 바닥에; 평면 E: RVOT에서 D로부터 1cm 오프셋.
- 키보드의 Shift 키를 누른 상태에서 도구 모음의 십자선 기능을 사용하여 다섯 개의 평면에 대해 위의 다섯 개의 평면을 각 프레임의 직선화된 모델에 모두 추가합니다. 도구 모음에서 만들기 및 배치 모듈을 클릭하여 평면 효과를 선택합니다.
- 선 효과를 선택하여 둘레를 측정하고 닫힌 커브(Closed Curve) 효과를 선택하여 원주와 횡단면적을 가져옵니다. 데이터를 복사하여 데이터 세트를 빌드합니다.
- 아래에 설명된 대로 교정된 모델에서 우심실 부피 측정을 수행합니다.
- 4D 시퀀스로부터 얻어진 각 프레임에서 곧게 펴진 세그멘테이션을 컬럼하고, 볼륨 측정을 위해 매칭 프레임에 따라 세그멘테이션에 라벨링한다.
- 모듈 드롭다운 메뉴에서 세그먼트 통계 모듈을 선택합니다. 입력 메뉴에서 세그멘테이션 및 스칼라 볼륨 이후의 볼륨 측정을 위해 X% 세그멘테이션을 선택합니다. 출력 테이블로 새 테이블 만들기를 선택한 다음 적용을 클릭하여 볼륨 테이블을 가져오는 작업을 적용합니다.
- 볼륨 데이터를 복사하여 곧게 펴진 세그멘테이션의 각 프레임에 대한 볼륨 측정 데이터 세트를 만듭니다.
8.3D 다중 평면 재구성 (MPR) 측정 및 3D 시퀀스에서 우심실 부피 측정 (디아스톨 끝에서 가장 잘 재구성 된 단계)
참고: 이 연구에서, 양 J Pre-CT는 MPR 측정 절차를 설명하기 위해 선택되었다.
- 다음 단계에 설명된 대로 확장기 3D 시퀀스를 로드합니다. 십자선 효과 옆의 아래쪽 화살표를 선택하고 십자선 설정을 위해 점프 슬라이스 - 오프셋, 기본+ 교차점, 미세 십자선 및 슬라이스 교차점을 선택합니다.
- Shift + 왼쪽 버튼을 클릭하여 십자선을 평면, 예를 들어 부비동으로 드래그합니다. Ctrl+Alt를 눌러 십자선을 축방향, 시궁창 및 코로나 장면에서 원하는 위치로 조정하여 대상 위치의 중앙에 완벽하게 맞춥니다.
- 선 효과를 선택하여 7.4단계에서 설명한 대로 각 평면에서 측정을 수행합니다. 데이터를 복사하여 3D MPR 측정 데이터 세트를 빌드합니다.
- 세그먼트 편집기 모듈을 클릭하여 5.8.6단계에서 위에서 설명한 대로 우심실 세분화를 만듭니다.
- 세그먼트 통계 모듈을 클릭하여 7.5.2단계에서 위에서 설명한 대로 오른쪽 심실 부피 측정을 수행합니다.
- 볼륨 정보를 복사하여 이완기 3D 우심실 볼륨 데이터 세트를 빌드합니다.
9. 스텐트 심장 판막 선택을위한 계산
참고: 이 섹션에서는 시저관형 접합부의 측정을 사용하여 절차를 설명했습니다.
- 긴 축 (d1) 및 짧은 축 둘레 (d2) = (d3)의 평균을 계산하고, d1, d2 및 d3의 평균을 계산하여 식 (1) - (2)와 같이 d4를 구한다.
- 단면적(S1)의 계산을 π하여 d5를 구한 다음 d5의 제곱근을 구하여 d6을 구한 다음 d5와 d6의 평균을 수식 3 - (5)와 같이 나눕니다.
- 원주(C1)를 π로 나누어 화학식 6과 같이 d8을 얻었다.
- 화학식 7에 나타낸 바와 같이 d4, d7, 및 d8의 평균을 계산하여 전체 일반 직경 d9를 구한다.
- 수식 (8)을 적용하여 밸브 크기 (h)의 최적 선택을 계산하십시오.
참고: 스텐트 심장 판막은 직경 30mm, 26mm 및 23mm로 제공됩니다. 밸브 크기 (h)는 3 개의 직경에 대한 백분율, 즉 10-20 %의 이상적인 일치, 30 % 이상으로 이식의 경우 크고, 10 % 미만의 이식에 대한 작은 일치로 일치합니다. - 3D 및 4D 데이터를 다목적 통계 소프트웨어로 가져와서 다섯 개의 평면에서 측정의 추세 다이어그램을 작성하고 다이어그램을 TIFF 형식으로 내보냅니다. 모든 수치를 조직의 그래픽 소프트웨어로 가져옵니다.
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Representative Results
양 J에서, 4D 총 심장 및 오른쪽 심장 모델은 전체 심장 주기에 걸쳐 변형을 보여준 4D 심장 CT 서열로부터 성공적으로 생성되었다. 더 나은 시각화를 위해 박동하는 심장과 오른쪽 심장의 전체 변형은 그림 3 - 그림 4 및 비디오 1 - 비디오 2의 모든 방향으로 표시됩니다.
곧게 펴진 우심 모델은 양 J Pre-CT에서 곧게 펴진 모델에서 우심의 변형을 설명하기 위해 세분화의 각 10%에서 마스크 부피를 따름으로써 얻어졌다(도 5).
도 2A에 도시된 바와 같이 측정을 수행하기 위해 원하는 위치에 다섯 개의 평면을 추가하였고, 도 2B에 도시된 양 J Pre-CT에서 4D 부피를 자르는 종래의 방법이 아닌 3D 재구성 소프트웨어에서의 MPR 측정도 추가하였다. 횡단면, 둘레 및 둘레의 변화는 도 6에 도시된 바와 같이 경향도를 생성하기 위해 심장 주기의 상이한 위상에서 얻어졌다. 4D CT 측정 및 3D CT 측정의 원본 데이터는 보충 파일 1에 나와 있습니다. 양 J에서 직선화 모델의 4D CT 측정은 TPVR (30mm)의 밸브 크기를 최종 이완기 시리즈의 MPR 측정과 동일한 선택으로 가져 왔으며 놀라운 가상 현실과 신뢰할 수있는 결과의 이점을 얻었습니다. RVOT와 폐 밸브의 기저면에서 측정된 단면적(RVOT: 4D에서 3.42cm2 대 2D에서 4.28cm2, BPV: 4D에서 2.96cm2 대 2D에서 3.92cm2), 원주(RVOT: 4D에서 76.1mm 대 2D에서 87.06mm, BPV: 4D에서 67.65mm 대 2D에서 75.73mm)에 유의한 차이가 있었다. CT 이전으로부터의 양 J의 우심실 배출 분율은 62.1%였다.
그림 1. 3 차원 재구성 소프트웨어의 사용자 인터페이스. 도구 모음, 데이터 트리 및 3차원 재구성 소프트웨어의 기타 기능 메뉴가 프로그램 작동을 위해 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2. 3차원 시퀀스(말단 이완기 위상)에서 측정 및 다평면 재구성 측정을 위한 직선화된 모델의 다섯 개의 평면. (A) 평면 a: 주폐동맥, 평면 b로부터 20mm 오프셋; 평면 b: 시노관형 접합부; 평면 c: 폐판막의 부비동; 평면 d: 폐 판막의 바닥; 평면 e: 우심실 유출관에서, 평면 d. (B) 다섯 평면에서 말단 이완기 단계의 3D 시퀀스에서 MPR 측정으로부터 10mm 오프셋: 폐 판막의 바닥으로부터 10mm 오프셋, 폐 판막의 바닥, 폐 판막의 부비동, 시노관 접합부 및 주폐동맥 (시노관 접합부로부터 20mm 오프셋). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3. 심장 주기 전반에 걸쳐 4차원 심장 변형. 양 J 사전 컴퓨터 단층 촬영의 총 심장 변형은 심장 주기의 0 %에서 100 %로 모양 변화를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4. 심장 주기 전반에 걸쳐 4- 차원 오른쪽 심장 변형. 양 J의 우심 변형은 사전 컴퓨터 단층 촬영은 심장 주기의 0%에서 100%로 형태 변화를 보여준다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5. 양 J의 곧게 펴진 우심 변형은 심장 주기 전반에 걸쳐 미리 계산된 단층 촬영을 한다. 양 J 사전-컴퓨터 단층 촬영의 곧게 펴진 우심 변형은 심장 주기의 0%에서 100%로 형태 변화를 보여준다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6. 심장 주기 전반에 걸친 둘레, 평균 직경, 단면적 및 우심실 부피의 변화. (A) 다섯 평면에서 심장 주기 동안 둘레의 변화. (b) 다섯 평면에서 심장 주기 동안 평균 직경의 변화(단계 9.1에서 식 1을 사용하여 계산됨). (C) 다섯 평면에서 심장 주기 동안 횡단면의 변화. (D) 심장 주기 동안 우심실 부피의 변화. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 1. 4 차원 총 심장 변형. 심장 주기 전반에 걸쳐, 4차원 전체 심장 재건은 모든 방향으로 시각화될 수 있다. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
비디오 2. 4 차원 오른쪽 심장 변형. 박동하는 심장 (우수한 정맥 카바, 우심방, 우심실 및 폐동맥)은 전체 심장주기에 걸쳐 모든 방향으로 시각화 될 수 있습니다. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 1. 이 표는 폐동맥으로부터의 파라미터, 우심실 부피 및 양 J 사전 컴퓨터 단층 촬영으로부터의 대동맥의 측정치를 포함하여 설명된 프로토콜에 따라 생성된 4D CT 측정 및 3D CT 측정으로부터의 원본 데이터를 제시한다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
현재까지, 이것은 TPVR에 대한 최적의 밸브 크기를 예측하기 위해 적용될 수 있는 4D CT 시퀀스로부터 생성된 직선화된 심장 모델을 이용한 RVOT-PA의 형태학 및 동적 파라미터의 환자 특이적 측정을 예시하는 최초의 연구이다. 이 방법론은 양 J Pre-CT 이미징을 사용하여 심장 사이클의 10 % 재구성마다 다섯 개의 평면에서 RVOT에서 폐 트렁크로의 동적 변형, 우심실 부피, 우심실 기능 및 RVOT / PA 변화의 크기를 얻기 위해 예시되었습니다. 3D 이미징과 비교할 때, 곧게 펴진 모델은 말단 이완기 3D 이미지에서 MPR 측정과 동일한 밸브 크기를 예측했을 뿐만 아니라 더 직관적인 모델이 오른쪽 심장에 대한 원하는 정보를 추출할 수 있도록 했습니다. 이전 연구13의 결과에 따르면, 제안된 방법은 기능장애성 RVOT 및/또는 폐판막 질환을 앓고 있는 환자의 생체내 로딩 상태를 더 잘 이해할 수 있을 뿐만 아니라, TPVR을 필요로 하는 환자의 상이한 RVOT 해부학에 형태학적으로 적응되고 장기적으로 개선된 기계적 성능을 나타낼 수 있는 새로운 TPVR 장치의 개발을 가능하게 한다. 그러나 TPVR의 사전 개입 평가를위한 정량적 측정의 현재 방법론은 3D 시퀀스의 MPR 측정을 기반으로하므로 RVOT 및 PA의 해부학 적 곡선을 기반으로 평가 중에 예기치 않은 오류가 발생할 수 있습니다. 또한, 심장의 전체 움직임14의 관점에서 4D 시퀀스로부터 생성된 3D 모델에서 상세한 정보가 손실될 수 있다.
이 연구에서, 양 J에서 4D 부피를 자르는 기존의 방법이 아닌 3D 재구성 소프트웨어에서 세분화의 4D 볼륨에 대한 마스크를 사용하여 심장 주기 전반에 걸친 심장의 총 변형을 관찰하고 시각화하기 위해 4D 박동 심장 모델이 만들어졌습니다. 이 방법은 심장을 시각화하고 밸브 크기를 선택하기 위해 3D 시퀀스에서 3D 재구성으로 4D 모델을 구축하는 정확하고 효율적인 방법을 제공 할 수 있습니다. 또한, 3D 재구성 소프트웨어에서 Grow From Seeds 효과를 사용하여 세분화 된 심장 사이클의 각 10 %에서 세분화 된 동적 모델로서 오른쪽 심장 모델을 재구성하는 데 동일한 방법이 사용되었습니다. 4D 오른쪽 심장 모델은 RR 간격 전반에 걸쳐 전체 해부학 적 형태를 시각화 할 수 있으며, 이를 기반으로 심장 전문의가 TPVR에 대한 환자 별 전략을 개발할 수 있습니다. 또한, 심장 주기의 각 10%에서 4D 시퀀스로부터 얻은 3D 곧게 펴진 우심 모델은 특히 스텐트된 심장 판막 선택을 위해 적용된 다섯 개의 평면에서 오른쪽 심장의 정밀하고, 형태학적이며, 기능적인 정량화를 제공할 수 있다. 곧게 펴진 모델을 만들기 전에 각 10% 심장 주기에서 오른쪽 심장을 수동적이고 정확하게 3D 세분화해야 합니다. 오른쪽 심장 세분화를 수행 할 때, 한 프레임의 볼륨이 마스킹 된 후, 바람직하지 않은 구조에 가위 기능을 사용하여 현재 프레임의 3D 세분화가 자동으로 나타납니다. RVOT의 전체 부피를 유지하려면 왼쪽 관상 동맥의 작은 조각을 세분화에 보관해야합니다. 곧게 펴진 모델을 만들려면 원래 오른쪽 심장 모델에 중심선을 추가하여 직선화된 모델의 품질을 보장하고 계산 부하를 줄이는 것이 중요합니다. 곧게 펴진 오른쪽 심장 모델은 둘레, 둘레 및 단면 영역을 포함한 심장 해부학의 모든 상관 관계를 정확하게 반영하여 형태 학적 정보와 직접 측정을 전체 론적 방식으로 추출 할 수있었습니다. 이 연구에서 4D 직선화 모델의 측정은 MPR의 3D 측정과 동일한 밸브 크기 (직경 30mm)를 선택했지만 양 J에서 놀라운 가상 현실과 신뢰할 수있는 결과의 이점을 얻었습니다. 또한 전체 심장 주기 동안 우심실 볼륨에 대한 데이터 수집을 가능하게 하며, 이를 적용하여 우심실 배출 분율을 계산할 수 있습니다.
이전의 임상 연구는 대형 3D 변위 및 회전에 이차적인 정적 및 동적 단면 평면 사이의 RVOTPA의 측정된 단면 영역에서 상당한 차이를 보여 주었다15. 양 J Pre-CT에서, 폐 판막의 RVOT 평면 및 기저 평면에서 측정된 단면적 영역과 둘레의 유의한 차이는 RVOT에서도 관찰되었다: 4D에서 3.42 cm2 대 3D에서 4.28 cm2, BPV: 4D에서 2.96 cm2 대 3D에서 3.92 cm2, 및 RVOT 둘레: 4D에서 76.1mm, 3D에서 87.06mm, BPV: 4D에서 67.65mm, 3D에서 75.73mm. 측정에 대한 데이터를 얻기 위해 고정 평면 대신 다섯 개의 동적 평면이 적용되었습니다. 여기에서, sinotubular 평면과 폐 판막의 기저 평면이 참조 라인으로 선택되었습니다. 이 다섯 대의 비행기에는 스텐트 심장 판막을 배치하는 데 사용할 수있는 모든 공간이 포함되었습니다. RVOT 평면은 다섯 개의 평면에서 심장 주기 전반에 걸쳐 가장 큰 변형을 나타내었으며, 다양한 해부학에 대한 적응성을 가능하게 하고 스텐트 심장 판막의 설계된 형상을 유지하여 골절 및 이동 없이 장기간 내구성을 유지할 수 있는 다목적 TPVR 장치의 필요성을 강조했습니다. 형상 기억이 있는 니티놀 스텐트는 미래의 TPVR을 위한 트라이 리플릿 밸브를 장착하기 위한 유망한 후보입니다. 임상 적용의 경우, 특히 환형 패치 수리 또는 TPVR을 가진 환자의 경우, 심낭과 심근 사이의 접착, 스텐트 및 변형 된 해부학 사이의 접착으로 인한 유물이 있기 때문에 해부학을 재구성하는 데 더 많은 노력이 필요합니다. 이 방법을 임상 용도로 번역하기 위해서는 더 높은 해상도의 CT 데이터, 잘 발달 된 재구성 소프트웨어 및 풍부한 CT 분석 경험이 필요합니다. 그러나이 방법은 대규모 동물 시험뿐만 아니라 Fallot의 Tetralogy, 개방 심장 수술이나 중재 요법이없는 고립 된 폐 협착증 환자에 대한 수술 전 평가에도 사용할 수 있습니다.
4D 교정 모델에 대해 설명된 방법은 RVOT에서 PA에 이르는 심장의 모든 세그먼트를 정확하고 시각적으로 식별하고 계산할 수 있게 해주며, 이는 심장 전문의가 정확한 사전 중재 평가를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 심장 엔지니어가 향후 응용 분야를 위해 새로운 TPVR 장치를 혁신하는 데 도움이 될 수 있습니다.
이 연구에서 4D 직선화 모델 측정을위한 방법론의 주요 한계는 큰 표본 집단이없는 CT 이전의 한 양으로부터 데이터를 얻었 음을 의미합니다. 추가적으로, 이식 후 CT 영상은 오른쪽 심장의 판막 크기 및 구조적 변화에 대한 후속 조치를 취하기 위해 수행되지 않았다. 마지막으로, 환형 패치 수리 또는 TPVR을 한 환자의 경우 심낭과 심근 사이의 접착, 스텐트 및 변형 된 해부학 사이의 접착으로 인한 유물이 있기 때문에 해부학을 재구성하는 것이 더 어렵습니다.
결론
3D CT와 달리 직선화 된 4D 재구성 모델은 TPVR의 밸브 크기 선택에 대한 정확한 예측을 가능하게했을뿐만 아니라 양 J에서 이상적인 가상 현실을 제공하므로 TPVR과 TPVR 장치의 혁신을위한 유망한 방법이 될 것입니다.
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Disclosures
저자는 이해 상충이 없다고 선언합니다.
Acknowledgments
Xiaolin Sun과 Yimeng Hao는이 원고에 동등하게 기여했으며 첫 번째 저자를 공유합니다. 이 사업에 기여한 모든 사람들, 과거와 현재의 회원들에게 진심 어린 감사가 전해집니다. 이 작업은 독일 연방 경제 에너지부, EXIST - Transfer of Research (03EFIBE103)의 보조금으로 지원되었습니다. Xiaolin Sun과 Yimeng Hao는 China Scholarship Council (Xiaolin Sun- CSC : 201908080063, Yimeng Hao-CSC : 202008450028)의 지원을 받습니다.
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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