Summary
Denne studien vurderte en ny metodikk med en rettet modell generert fra den firedimensjonale hjerteberegnede tomografisekvensen for å oppnå de ønskede målingene for ventilstørrelse ved bruk av transkateterpulmonalventilerstatning.
Abstract
Målingene av høyre ventrikel (RV) og lungearterie (PA), for å velge optimal protesestørrelse for utskifting av transkateterpulmonalventil (TPVR), varierer betydelig. Tredimensjonal (3D) beregnet tomografi (CT) avbildning for enhetsstørrelsesprediksjon er ikke tilstrekkelig til å vurdere forskyvningen av høyre ventrikulære utstrømningskanal (RVOT) og PA, noe som kan øke risikoen for stentfeilplassering og paravalvulær lekkasje. Målet med denne studien er å gi en dynamisk modell for å visualisere og kvantifisere rvotens anatomi til PA over hele hjertesyklusen ved firedimensjonal (4D) hjerte-CT-rekonstruksjon for å oppnå en nøyaktig kvantitativ evaluering av den nødvendige ventilstørrelsen. I denne pilotstudien ble hjerte-CT fra sau J valgt for å illustrere prosedyrene. 3D hjerte CT ble importert til 3D rekonstruksjon programvare for å bygge en 4D-sekvens som ble delt inn i elleve rammer over hjertesyklusen for å visualisere deformasjon av hjertet. Diameter, tverrsnittsområde og omkrets av fem bildeplan ved hoved-PA, sinotubulært kryss, bihule, basalplan av lungeventilen (BPV) og RVOT ble målt ved hver ramme i 4D-rettede modeller før ventilimplantasjon for å forutsi ventilstørrelsen. I mellomtiden ble dynamiske endringer i rv-volumet også målt for å evaluere høyre ventrikulær ejeksjonsfraksjon (RVEF). 3D-målinger på slutten av diastolen ble oppnådd for sammenligning med 4D-målingene. I sau J resulterte 4D CT-målinger fra rettet modell i samme valg av ventilstørrelse for TPVR (30 mm) som 3D-målinger. RVEF av sau J fra pre-CT var 62,1 %. I motsetning til 3D CT aktiverte den rettede 4D-rekonstruksjonsmodellen ikke bare nøyaktig prediksjon for valg av ventilstørrelse for TPVR, men ga også en ideell virtuell virkelighet, og presenterte dermed en lovende metode for TPVR og innovasjonen av TPVR-enheter.
Introduction
Dysfunksjon av høyre ventrikulære utstrømningskanal (RVOT) og lungeventilavvik er to av de hyppigste konsekvensene av alvorlig medfødt hjertesykdom, for eksempel pasienter med reparert tetralogi av Fallot (TOF), visse typer dobbeltuttak høyre ventrikel (DORV), og transposisjon av de store arteriene1,2,3 . Flertallet av disse pasientene står overfor flere operasjoner gjennom hele livet, og sammen med fremrykkende alder øker risikoen for kompleksitet og komorbiditeter. Disse pasientene kan dra nytte av utskifting av transkateterpulmonalventil (TPVR) som en minimal invasiv behandling4. Til dags dato har det vært en jevn vekst i antall pasienter som gjennomgår TPVR, og flere tusen av disse prosedyrene har blitt utført over hele verden. Sammenlignet med tradisjonell åpen hjertekirurgi, krever TPVR en mer nøyaktig anatomisk måling av xenograft eller homograft fra høyre ventrikel (RV) til lungearterie (PA), samt reparasjon av lunge- og RVOT-stenose via transannulær patch, ved beregnet tomografi angiografi (CTA) før intervensjon og for å sikre at pasientene er fri for stentbrudd og paravalvulær lekkasje (PVL) 6.
En prospektiv multisenterstudie viste at en multidetector CT ringformet størrelsesalgoritme spilte en viktig rolle i å velge riktig ventilstørrelse, noe som kunne redusere graden av paravalvulær oppblåsthet7. De siste årene har kvantitativ analyse blitt mer og mer anvendt i klinisk medisin. Kvantitativ analyse har et enormt potensial for å muliggjøre objektiv og korrekt tolkning av klinisk avbildning og verifisere at pasientene er fri for stentbrudd og paravalvulær lekkasje, noe som kan forbedre pasientspesifikk terapi og behandlingsresponsevaluering. I tidligere klinisk praksis var det mulig å rekonstruere CT-avbildning fra tre plan (sagittal, coronal og aksial) med todimensjonal (2D) CT for å oppnå en visualiseringsmodell8. Kontrastforbedret elektrokardiogram (EKG)-inngjerdet CT har blitt viktigere i evalueringen av RVOT/PA 3D-morfologi og funksjon, samt i identifisering av pasienter med et egnet RVOT-implantasjonssted som er i stand til å opprettholde TPVR-stabilitet gjennom hele hjertesyklusen9,10.
I moderne standard kliniske og prekliniske omgivelser blir imidlertid de ervervede 4D CT-dataene vanligvis oversatt til 3D-plan for manuell kvantifisering og visuell evaluering som ikke kan vise dynamisk 3D/4D-informasjon11. Videre, selv med 3D-informasjon, har målingene hentet fra multiplanar rekonstruksjon (MPR) ulike begrensninger, for eksempel dårlig kvalitet på visualisering og mangel på dynamisk deformasjon på grunn av de forskjellige retningene for blodstrømmen i høyre hjerte12. Målinger er tidkrevende å samle og utsatt for feil, da 2D-justering og seksjonering kan være upresis, noe som resulterer i feiltolkning og distensibilitet. For tiden er det ingen konsensus om hvilken måling av RVOT-PA som på en pålitelig måte kan gi nøyaktig informasjon om indikasjonene og ventilstørrelse for TPVR hos pasienter med dysfunksjonell RVOT og / eller lungeventilsykdom.
I denne studien er metoden for måling av RVOT-PA ved hjelp av en rettet høyre hjertemodell via en 4D-hjerte-CT-sekvens gitt for å bestemme hvordan man best kan karakterisere 3D-deformasjonene av RVOT-PA gjennom hele hjertesyklusen. Den romlige-temporale korrelasjonsavbildningen ble fullført ved å inkludere den tidsmessige dimensjonen og var derfor i stand til å måle variasjoner i RVOT-PA-størrelse. I tillegg kan deformasjonen av de rettede modellene positivt påvirke TPVR-ventilstørrelse og prosedyreplanlegging.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle hjerte-CT-data ble innhentet fra GrOwnValve prekliniske studier med godkjenning av den juridiske og etiske komiteen til Regional Office for Health and Social Affairs, Berlin (LAGeSo). Alle dyr fikk human omsorg i samsvar med retningslinjene fra de europeiske og tyske samfunnene for laboratoriedyrvitenskap (FELASA, GV-SOLAS). I denne studien ble Pre-CT fra sau J valgt for å illustrere prosedyrene.
1. Utfør 3D hjerte-CT hos sauer
- Intravenøs anestesi
- Tranquilize sauer (3 år, 47 kg, hunn, Ovis væren) med premedikasjon av midazolam (2 mg/ml, 0,4 mg/kg), butorphanol (10 mg/ml, 0,4 mg/kg) og glykopyrroniumbromid (200 mikrogram/ml, 0,011 mg/kg) ved intramuskulær injeksjon.
- Kontroller sauens fysiske tilstand da de ble fulle, 15 min etter injeksjonen.
- Plasser et 18 G kateter med injeksjonsport aseptisk i den cephalic venen med perfusjonslinjer knyttet til en T-kontakt for anestesi og kontrastmiddel.
- Bedøv sauene ved intravenøst injeksjon av propofol (20 mg/ml, 1-2,5 mg/kg) og fentanyl (0,01 mg/kg). Se etter symptomer på beroligende som kjeveavslapping, tap av svelging og ciliary refleks. Intuber sauene med et 6,5 mm - 8 mm trakealrør, og legg et magerør i magen for gastrisk væskeaspirasjon etterfulgt av intravenøs injeksjon av propofol (20 mg /ml, 1-2,5 mg/kg) og fentanyl (0,01 mg/kg).
- Oppnå total anestesi ved å injisere propofol (10 mg/ml, 2,5-8,0 mg/kg/t) og ketamin (10 mg/ml, 2-5 mg/kg/t) intravenøst, som forberedelse til hjerte-CT.
- Hjerte-CT
- Overfør sauene fra Forskningsinstituttene for eksperimentell medisin (FEM) til CT-rommet til det tyske hjertesenteret Berlin (DHZB) etter forberedelsene. Skann alle sauer i utsatt stilling etter å ha festet dem sikkert på CT-sengen med 3 bandasjer på armer, mage og ben.
- Utfør hjerte-CT på et 64-skiver dual-source multidetector CT-system med EKG-gating ved hjelp av følgende parametere. Angi standard anskaffelsestekniske parametere som følger: gantry rotasjonstid 0,33 s, 100-320 mAs per rotasjon, 120 kV rørspenning, matrise 256 med en 16-biters dybde, avvik effektiv røntgendose 15,5± 11,6 mSv, skivetykkelse 0,75 mm.
- Oppnå kontrastforbedring ved å administrere 2 -2,5 ml/kg jodet kontrastmiddel med en hastighet på 5 ml/s via T-kontakten på armen.
- Utfør 4D CT-skanneprotokollen i sekvensiell. Del hele hjertesyklusen i 11 bilder fra 0% til 100% med 10% av R-bølge til R-bølge (RR) intervall som dekker hjertesyklusen. Utfør en end-diastolisk fase på ca. 70% av RR-intervallet for analyse for 3D-serien. Få sagittale, koronale og aksiale data i hver ramme av 4D CT, samt i 70% 3D-serien.
- Bruk en bolussporingsmetode for kontrastbolustid i interesseområdet på hovedpulmonalarterien for å oppnå ideell synkronisering. Ikke administrer betablokker i noen sauer.
- Overfør sauene tilbake til FEM og stopp perfusjonen av propofol, og ketaminetter skanning. Sauene gjenvunnet bevisstheten 10 - 20 min etter overfloden. Anestesiologer og veterinærer overvåket hele anestesibehandlingen til sauene var helt våken og i stand til å bevege seg fritt.
2. Åpen kildekode 3D rekonstruksjon programvareinnstillinger og utvidelse avdrag
- Klikk rediger i toppmenyen for å endre programinnstillingene etter at du har startet 3D-rekonstruksjonsprogramvare.
- Klikk på DICOM, deretter Acquisition Geometry Regularization, og velg Bruk regulariseringstransformasjon i delen DICOM Scalar Volume Plugin . Velg Volumsekvens som det foretrukne importformatet for flere volumer i delen Plugin-modul for import av flere volumer .
- Klikk på Visninger, velg Små akser. Velg Tynn linjal i retningsmerket.
- Start 3D slicer-programvaren på nytt for å lagre programinnstillingene.
- Klikk Utvidelsesbehandling på verktøylinjen for å åpne utvidelsessiden.
- Finn de nødvendige utvidelsene og venstreklikk for å installere dem. Bruk følgende utvidelser i denne studien: Sekvensregistrering, Slicer Elastix, Sandbox, Slice Heart, Slicer IGT, Slicer VMTK, DICOM-nettleser, Intensitetssegmenter, Markeringer til modell, Enkelt klipp, mp Review, Slicer Prostate og VASSTAUgorithms.
- Start 3D slicer-programvaren på nytt for å bekrefte installasjonen av de valgte utvidelsene.
3. Last inn hjerte-CT-data i 3D slicer fra DICOM-filene
- Bruk ett av de to trinnene beskrevet nedenfor for å laste inn hjerte-CT-dataene i 3D slicer fra DIOCM-filene (figur 1).
- Importer CT-data: Legg til hjerte-CT-data (Pre-CT fra sau J ble valgt for å illustrere prosedyrene) i applikasjonens database ved å bytte til DICOM-modulen og dra og slippe filer til programvinduet.
- Last inn CT-data: Last dataobjekter inn i scenen ved å dobbeltklikke på elementer (I sau J, EKG- Ao asc 0,75 126f 3 70% er 3D-sekvensen i end-diastolisk fase, og Funkion EKG- Ao asc 0,75 126f 3 0- 100% Matrix 256 er 4D-sekvensen som en 11-bilde volumvolum etter hjertesyklus).
- Venstreklikk øyeikonene i datatreet for å vise 3D- og 4D-sekvensene fra aksial-, sagittal- og coronal-visningene i 2D-visningsprogrammer.
- Venstreklikk sliceroppsettikonet på den øverste verktøylinjen, og velg Oppsett med fire opp eller konvensjonelt.
- Klikk på Koblinger-ikonet øverst til venstre for å koble sammen alle tre seerne, og på Eye-ikonet for å vise stykkene i 3D Viewer.
- Klikk på Lagre-ikonet og lagre alle dataene som er lastet inn i 3D-sliceren i et valgt mål for å bygge et datasett for segmentering og volumredigering.
4. Lag 4D-bankende hjertevolum og slå riktig hjertevolum
- Velg Volumgjengivelse på rullegardinmenyen moduler, og velg deretter 4D-sekvensen på rullegardinmenyen Volum .
- Velg CT-Cardiac3 i rullegardinmenyen Forhåndsinnstilling for å vise 4D-hjertet. Juster markøren under rullegardinmenyen Forhåndsinnstilling for å vise bare hjertet.
- Klikk på Sequence Browser i rullegardinmenyen for moduler for å velge og vise 4D-sekvensen. Det bankende hjertet er i scenen. Dra 4D-hjertet inn i 3D-scenen for å observere hjertet fra forskjellige retninger.
- Velg Aktiver og vis ROI-funksjoner i beskjæringsalternativene under skiftlinjen for å beskjære 4D-volumet til det bankende hjertet for bedre å observere hjertets strukturer.
- Opprett 4D-hjertevolumet som beskrevet ovenfor. Velg Segmentredigering på rullegardinmenyen moduler, og klikk deretter sakseffekten med fyll innvendig operasjon for å klippe ut én enkelt ramme.
- Klikk på maskevolumeffekten og bruk den til å koble segmenteringen til 4D-hjertet som et maskert volum. Inngangsvolumet og utdatavolumet i maskevolumeffekten er 4D-sekvensene.
- Velg Sakseeffekten med Slett innvendig-operasjonen for å fjerne beinene og andre uventede områder. Velg Øyeffekten med operasjonen Behold største øy for å fjerne små områder.
- Velg Sletteeffekt med 1-3% Kulebørste for å fjerne vevet ved aortabuen med vedlegg til hovedpulmonal arterien, samt vevet mellom stigende aorta og overlegen vena cava. Etter hvert trinn bruker du maskevolumeffekten til å maskere 4D-volumet.
- Gjenta trinn 4.7 - 4.8 for å fortsette å fjerne områdene til riktig hjertemodell vises i 3D-scenen.
- Klikk på sekvensleseren og gå til neste bilde. Bruk sakseffekten med Slett innvendig-operasjonen for å kutte et område i 3D-scenen; Den høyre hjertemodellen vises automatisk i den moderne rammen. Bruk samme metode på resten av delbildene til hele 4D-sekvensen er segmentert.
- Klikk på Sekvensleser-knappen for å vise riktig hjerte 4D-volum.
MERK: Når du fjerner venstre fremre koronararterie i noen rammer, samt bifurkasjonen av venstre koronararterie, vil den fjerne en liten del av høyre ventrikel. På grunn av dette anbefales det på det sterkeste å holde et lite stykke av disse koronarene for å opprettholde riktig ventrikulært volum i hver ramme.
5. Lag rettede modeller fra 4D-sekvensen
MERK: Det anbefales på det sterkeste å bygge hver 10% av hjertesyklusrammen i en enkelt 3D-slicermappe, ellers vil det være for mange datatrær justert i DATA-modulen, noe som gjør det ineffektivt å lage de rettede modellene. For å få den enkle 3D slicer-mappen til hver 10% ramme, må den laste 4D-sekvensen flere ganger, velge hver ramme og lagre dem i en enkelt mappe.
- Opprett høyre hjertesegmenteringer for hver ramme ved å velge Segmentredigering-modulen på verktøylinjen. Legg til to segmenteringer for hver 10 % ramme i 4D-sekvensen, og gi dem et navn tilsvarende, for eksempel 60 % segmentering og Annet.
- Velg malingseffektverktøyet i Segmentredigering-modulen med redigerbart intensitetsområde som avhenger av CT-bildene for å male riktig hjerte med sekvensoverlegne vena cava, høyre atrium, høyre ventrikel og lungearterie.
- Klikk på Annen segmentering, bruk malingsverktøyet til å male andre områder for å spore grensene til høyre hjerte generelt.
- Velg effekten Øk fra frø , velg Initialiser og bruk for å bruke effekten. Klikk på Vis 3D-knappen i Segmentredigering-modulen for å vise 3D-modellen til den moderne rammen.
- Gjenta trinn 4.7 - 4.8 for å fjerne eller forbedre 3D-modellen i henhold til CT-bildene i de tre retningene. Fjern venstre og høyre gren av lungearterien ved bifurkasjonen. Den høyre hjerte 3D-modellen vil da vise 3D-scenen i hver ramme.
MERK: Det anbefales på det sterkeste å male grensene til høyre hjerte med en 1% - 2% diameter sfærebørste ved vedleggene mellom lungearterien og koronararteriene, samt lungearterien og den overlegne vena cava. - Klone segmenteringene i DATA-treet som en sikkerhetskopi, gi segmenteringene et navn, for eksempel 10 % segmenteringsoriginal og 10 % segmentering for rettet modell.
- Legg til en midtlinje i høyre hjertemodell som beskrevet nedenfor.
- Velg Trekk ut midtlinje på rullegardinmenyen for moduler.
- Velg Segmentering på rullegardinmenyen for overflater i Innganger-delen av midtlinjemodulen for ekstrakt. Dette oppretter en segmentering, for eksempel 10 % segmentering for rettet modell som et segment. Klikk på Opprett nye markeringer Fiducial i rullegardinmenyen for endepunkter. Klikk knappen Plasser et markeringspunkt for å legge til endepunkter på øverste plan i SVC og sluttplanet til hovedpulsåren.
- Velg Opprett en ny modell som en midtlinjemodell , og opprett ny markeringskurve som en midtlinjekurve i Tre på Utdata-menyen. Klikk på Bruk for å vise midtlinjen høyre hjertemodell.
- Klikk på DATA-modulen , og høyreklikk deretter på Midtlinjekurven for å redigere egenskapene. Klikk øyeikonet for å vise kontrollpunktene, og i Delen Oppdater angir du antall omsamplede punkter til 40 for å redusere datamaskinbelastningen.
- Opprette en rettet modell
- Velg Buet planar-reformatering på rullegardinmenyen for moduler.
- Flytt markøren etter kurveoppløsning og stykkeoppløsning til 0,8 mm, sett stykkestørrelsen til 130140 mm, som var i henhold til området til høyre ventrikel som vises på bildene, og velg deretter Opprett et nytt volum som utskrøvd volum.
- Klikk på Bruk for å få det rette volumet.
- Velg Volumgjengivelse på rullegardinmenyen for modulen for å vise det rettede volumet. Velg rettet volum i rullegardinmenyen volum og klikk på Eye-ikonet . Velg CT-Cardiac3 som forhåndsinnstilling, flytt Skift-markøren for å vise det rette høyre hjertevolumet i 3D-scenen.
- Kolonne det rettede volumet i DATA-treet i navnet på rettet volum for segmentering, og høyreklikk for å segmentere dette rettede volumet.
- Velg Terskelverdi-effekten i segmentredigeringsmodulen for å fargelegge ønsket rettet høyre hjerte og klikk på Bruk for å bruke operasjonen. Velg maskevolumeffekten for å maskere det rettede volumet ved å velge Rettet volum for segmentering, volum som inngangsvolum og utdatavolum , og klikk Bruk for å bruke operasjonen.
- Klikk Bruk for å bruke den samme operasjonen som beskrevet ovenfor i trinn 4.7- 4.8 for å beholde den rettede høyre hjertesegmenteringen. Sjekk det rette høyre hjertevolumet og 3D-modellen til den rette høyre hjertesegmenteringen i 3D-scenen.
- Klikk Bruk for å bruke den samme operasjonen som er beskrevet ovenfor, for andre rammer for å få den rettede høyre hjertevolumgjengivelsen og rettede segmenteringene og lagre dem i mappen for hver ramme.
6. Eksporter tallene og STL-filene
- Eksporter tallene for den rettede volumgjengivelsen ved å klikke på Capture og gi navn til en scenevisningseffekt på verktøylinjen og lagre scenene i 3D-visning.
- Eksporter STL-filene til de rettede 3D-segmenteringene ved å klikke på segmenteringsmodulen .
7. Utfør fem planmål
- Utfør en fem planmåling av omkretsen, tverrsnittsområdet og omkretsen i de rettede modellene fra 4D-sekvensen og høyre ventrikulære volummålinger i rettet modell som beskrevet nedenfor.
- Påfør følgende fem planiske innstillinger: Plan A: ved hovedpulmonal arterien 2 cm offset fra planet i det sinotubulære krysset; Plan B: ved det sinotubulære krysset; Plan C: ved bihulen; Plan D: ved foten av pakningsvedlegget; Plan E: ved RVOT 1 cm offset fra D.
- Legg til alle de fem ovennevnte planene i de rettede modellene i hver ramme ved å holde nede Skift-tasten på tastaturet og bruke trådkorsfunksjonen på verktøylinjen til de fem planene. Klikk på Opprett- og Plasser-modulen på verktøylinjen for å velge Plan-effekten .
- Velg Linje -effekten for å måle omkretsene, og velg effekten Lukket kurve for å få omkretsene og tverrsnittsområdet. Kopier dataene for å bygge datasettet.
- Utfør riktige ventrikulære volummålinger i den rettede modellen som beskrevet nedenfor.
- Kolonne den rettede segmenteringen i hver ramme hentet fra 4D-sekvensen, og merk segmenteringen i henhold til den samsvarende rammen for volummåling.
- Velg Segmentstatistikk-modulen i rullegardinmenyen for modulen. Velg X% segmentering for volummåling etter segmentering og skalarvolum i inngangsmenyen. Velg Opprett ny tabell som utdatatabell, og klikk deretter Bruk for å bruke operasjonene for å hente volumtabellen.
- Kopier volumdataene for å opprette volummålingsdatasettet for hver ramme i den rettede segmenteringen.
8.3D multiplanar rekonstruksjon (MPR) målinger og høyre ventrikulær volummåling fra 3D-sekvensen (den best rekonstruerte fasen på slutten av diastolen)
MERK: I denne studien ble sauene J Pre-CT valgt for å illustrere MPR-måleprosedyrene.
- Last inn den diastoliske 3D-sekvensen som vist i følgende trinn. Velg nedoverpilen ved siden av trådkorseffekten, velg Hopp stykker - Forskyvning, Grunnleggende + Skjæringspunkt, Fin trådkors og Skjæringspunktene for stykke for trådkorsinnstillinger .
- Skift + venstreklikk for å dra trådkorset til planet, for eksempel bihulen. Trykk CTRL+ALT for å justere trådkorset til ønsket posisjon i aksial-, sagittal- og koronalscenene perfekt i midten av den målrettede posisjonen.
- Velg Linje -effekten for å utføre målingene i hvert plan, som vist i trinn 7.4. Kopier dataene for å bygge datasettet for 3D MPR-måling.
- Klikk på Segmentredigering-modulen for å opprette en høyre ventrikulær segmentering som beskrevet ovenfor i trinn 5.8.6.
- Klikk på Segmentstatistikk-modulen for å utføre riktig ventrikulær volummåling som beskrevet ovenfor i trinn 7.5.2.
- Kopier voluminformasjonen for å bygge det diastoliske 3D høyre ventrikulære volumdatasettet.
9. Beregning for valg av stented hjerteklaff
MERK: I dette avsnittet ble målingene av det sinotubulære krysset brukt til å illustrere prosedyren.
- Beregn gjennomsnittet av de lange aksiale (d1) og korte aksiale omkretsene (d2) = (d3), etterfulgt av gjennomsnittet av d1, d2 og d3 for å oppnå d4, som vist i formler (1) - (2).
- Del beregningen av tverrsnittsområdet (S1) med π for å få d5 etterfulgt av kvadratroten av d5 for å oppnå d6, og deretter gjennomsnittet av d5 og d6, som vist i formler (3) - (5).
- Del omkretsen (C1) med π for å få d8, som vist i formelen (6).
- Oppnå den generelle generelle diameteren d9 ved å beregne gjennomsnittet av d4, d7 og d8, som vist i formelen (7).
- Påfør formel (8) for å beregne det beste valget av ventilstørrelse (h).
MERK: Den stentede hjerteventilen er tilgjengelig i diameter 30 mm, 26 mm og 23 mm. Ventilstørrelsen (h) viser kampen som en prosentandel for de tre diameterne, nemlig en ideell match som 10-20%, stor for implantasjon som 30% og over, og liten for implantasjon under 10%. - Importer 3D- og 4D-dataene til en allsidig statistikkprogramvare for å bygge trenddiagrammene for målingene i de fem planene og eksportere diagrammene i TIFF-format. Importer alle tallene til grafikkprogramvare for organisasjonen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Hos sau J ble 4D totalt hjerte- og høyre hjertemodeller vellykket generert fra 4D-hjerte-CT-sekvensen som viste deformasjonen gjennom hele hjertesyklusen. For bedre visualisering stilles hele deformasjonen av det bankende hjertet og høyre hjerte i alle retninger i figur 3 - figur 4 og i video 1 - video 2.
De rettede høyre hjertemodellene ble oppnådd etter maskevolumet i hver 10% av segmenteringen for å illustrere deformasjonene av høyre hjerte i en rettet modell i sau J Pre-CT (figur 5).
Fem plan ble lagt til på de ønskede stedene for å utføre målingene som vist i figur 2A, samt MPR-målingene i 3D-rekonstruksjonsprogramvare og ikke den konvensjonelle metoden for beskjæring av 4D-volumet i sau J Pre-CT vist i figur 2B. Endringene i tverrsnittsområde, omkrets og omkrets ble oppnådd i ulike faser av hjertesyklusen for å generere tendensdiagrammene som vist i figur 6. Originale data fra 4D CT-målinger og 3D CT-målinger vises i tilleggsfil 1. I sau J resulterte 4D CT-målinger fra den rettede modellen i samme valg av ventilstørrelse for TPVR (30 mm) som MPR-målingene fra end-diastolic-serien, med fordelene med bemerkelsesverdig virtuell virkelighet og pålitelige resultater. Det var signifikante forskjeller i det målte tverrsnittsområdet (RVOT: 3,42 cm2 i 4D versus 4,28 cm2 i 2D, BPV: 2,96 cm2 i 4D versus 3,92 cm2 i 2D), og omkrets (RVOT: 76,1 mm i 4D versus 87,06 mm i 2D, BPV: 67,65 mm i 4D mot 75,73 mm i 2D) i RVOT og basalplanet til lungeventilen. Riktig ventrikulær ejeksjonsfraksjon av sau J fra pre-CT var 62,1%.
Figur 1. Brukergrensesnitt i 3-dimensjonal rekonstruksjonsprogramvare. Verktøylinje, datatre og andre funksjonelle menyer i den tredimensjonale rekonstruksjonsprogramvaren vises for å betjene programmet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2. Fem plan i rettet modell for måling og multiplanare rekonstruksjonsmålinger i den 3-dimensjonale sekvensen (end-diastolisk fase). (A) Plan a: hoved lungearterie, 20 mm offset fra plan b; plan b: sinotubulært veikryss; plan c: sinus av lungeventilen; plan d: bunnen av lungeventilen; plan e: i høyre ventrikulære utstrømningskanal, 10 mm forskyvning fra plan d. (B) MPR-målinger i 3D-sekvensen av enddiastolisk fase ved fem plan: 10 mm offset fra bunnen av lungeventilen, bunnen av lungeventilen, sinus av lungeventilen, sinotubulært kryss og hoved lungearterie (20 mm offset fra sinotubulært kryss). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3. 4-dimensjonale hjertedeformasjoner gjennom hele hjertesyklusen. Totale hjertedeformasjoner av sau J forhåndsberegnet tomografi viser at formen endres fra 0% til 100% av hjertesyklusen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4. 4-dimensjonal høyre hjertedeformasjon gjennom hele hjertesyklusen. Høyre hjertedeformasjoner av sau J pre-beregnet tomografi viser formen endres fra 0% til 100% av hjertesyklusen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5. Rettet høyre hjertedeformasjon av sauene J pre-beregnet tomografi gjennom hele hjertesyklusen. Rettet høyre hjertedeformasjoner av sau J pre-beregnet tomografi viser formen endres fra 0% til 100% av hjertesyklusen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6. Endringer i omkrets, gjennomsnittlig diameter, tverrsnittsområde og høyre ventrikkelvolum gjennom hele hjertesyklusen. (A) Endringer i omkrets under hjertesyklusen ved de fem flyene. (B) Endringer i gjennomsnittlig diameter (beregnet ved hjelp av formel 1 i trinn 9.1) under hjertesyklusen ved de fem planene. (C) Endringer i tverrsnittsområdet under hjertesyklusen ved de fem flyene. (D) Endring i høyre ventrikulært volum under hjertesyklusen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Video 1. 4-dimensjonal total hjertedeformasjon. Gjennom hele hjertesyklusen kan den 4-dimensjonale hele hjerterekonstruksjonen visualiseres i alle retninger. Klikk her for å laste ned denne videoen.
Video 2. 4-dimensjonal høyre hjertedeformasjon. Det bankende hjertet (overlegen vena cava, høyre atrium, høyre ventrikel og lungearterie) kan visualiseres i alle retninger gjennom hele hjertesyklusen. Klikk her for å laste ned denne videoen.
Tilleggsfil 1. Tabellen presenterer de opprinnelige dataene fra 4D CT-målinger og 3D CT-målinger generert ved å følge protokollen som er beskrevet, inkludert parametrene fra lungearterien, høyre ventrikulært volum og målingene av aorta fra sau J forhåndsberegnet tomografi. Klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Til dags dato er dette den første studien som illustrerer en pasientspesifikk måling av morfologien og dynamiske parametere av RVOT-PA med en rettet hjertemodell generert fra en 4D CT-sekvens, som kan brukes til å forutsi den optimale ventilstørrelsen for TPVR. Denne metoden ble brukt ved hjelp av sau J Pre-CT-avbildning for å oppnå dynamiske deformasjoner, riktige ventrikulære volumer, høyre ventrikkelfunksjon og omfanget av RVOT / PA-endring fra RVOT til lungestammen i fem plan ved hver 10% rekonstruksjon av hjertesyklusen. Sammenlignet med 3D-bildebehandling forutsa de rettede modellene ikke bare samme ventilstørrelse som MPR-målingene fra de enddiastoliske 3D-bildene, men tillot også en mer intuitiv modell for å trekke ut ønsket informasjon om riktig hjerte. Ifølge funnene fra en tidligere studie13 gir den foreslåtte metoden en bedre forståelse av in vivo-lasteforhold hos pasienter med dysfunksjonell RVOT og / eller lungeventilsykdom, samt utvikling av nye TPVR-enheter som er morfologisk tilpasset de forskjellige RVOT-anatomiene til pasienter som krever TPVR og kan vise forbedret mekanisk ytelse i det lange løp. Imidlertid er den nåværende metodikken for kvantitativ måling for en preintervensjonell evaluering av TPVR basert på MPR-målinger i 3D-sekvensen, noe som kan føre til uventede feil under evalueringer basert på den anatomiske kurven til RVOT og PA. Videre kan detaljert informasjon gå tapt i 3D-modellene generert fra 4D-sekvensen når det gjelder hjertets samlede bevegelse14.
I denne studien ble en 4D-bankende hjertemodell opprettet for å observere og visualisere hjertets totale deformasjon gjennom hjertesyklusen ved å bruke en maske for 4D-volumet av segmenteringen i 3D-rekonstruksjonsprogramvare og ikke den konvensjonelle metoden for å beskjære 4D-volumet i sau J. Denne metoden kan gi en nøyaktig og effektiv måte å bygge en 4D-modell som en 3D-rekonstruksjon fra en 3D-sekvens for å visualisere hjertet og velge ventilstørrelse. Videre ble den samme metoden brukt til å rekonstruere riktig hjertemodell som en dynamisk modell fra segmenteringene i hver 10% av hjertesyklusen segmentert ved hjelp av Grow From Seeds-effekten i 3D-rekonstruksjonsprogramvare. 4D høyre hjertemodell kan visualisere hele anatomisk morfologi gjennom hele RR-intervallet, basert på hvilke kardiologer kan utvikle en pasientspesifikk strategi for TPVR. I tillegg kan de 3D-rettede høyre hjertemodellene hentet fra 4D-sekvensen i hver 10% av hjertesyklusen gi en presis, morfologisk og funksjonell kvantifisering av høyre hjerte, spesielt i de fem flyene som brukes for det stentede hjerteklaffvalget. Før du oppretter de rettede modellene, er det nødvendig med en manuell og nøyaktig 3D-segmentering av høyre hjerte fra hver 10% hjertesyklus. Når du gjør riktige hjertesegmenteringer, etter at volumet fra ett bilde er maskert, vil 3D-segmenteringen i den nåværende rammen dukke opp automatisk ved å bruke Saks-funksjonen for de uønskede strukturene. For å beholde hele volumet av RVOT, må et lite stykke av venstre koronararterie holdes i segmenteringene. For å lage en rettet modell er det viktig å legge til en midtlinje i den opprinnelige høyre hjertemodellen for å sikre kvaliteten på den rettede modellen og redusere beregningsbelastningen. Den rette høyre hjertemodellen reflekterte nøyaktig alle korrelasjonene i hjerteanatomien, inkludert omkretser, omkretser og tverrsnittsområder, noe som muliggjør en etterfølgende utvinning av morfologisk informasjon og direkte målinger på en helhetlig måte. I denne studien resulterte målingene fra den rettede 4D-modellen i samme valg av ventilstørrelse (30 mm i diameter) som 3D-målingene i MPR, men med fordelene med bemerkelsesverdig virtuell virkelighet og pålitelige resultater hos sau J. Det muliggjør også innsamling av data på høyre ventrikulære volumer under hele hjertesyklusen, som deretter kan brukes til å beregne riktig ventrikulær ejeksjonsfraksjon.
Tidligere kliniske studier har vist signifikante forskjeller i de målte tverrsnittsområdene i RVOTPA mellom statiske og dynamiske seksjonsplan sekundært til store 3D-forskyvninger og rotasjoner15. Hos sauer J Pre-CT, De signifikante forskjellene i målte tverrsnittsområder og omkretser i RVOT-flyet og basalplanet til lungeventilen ble også observert i RVOT: 3,42 cm2 i 4D versus 4,28 cm2 i 3D, BPV: 2,96 cm2 i 4D versus 3,92 cm2 i 3D og RVOT-omkretser: 76,1 mm i 4D mot 87,06 mm i 3D, BPV: 67,65 mm i 4D mot 75,73 mm i 3D. For å hente data for målingene ble de fem dynamiske planene brukt i stedet for faste plan. her ble det sinotubulære planet og basalplanet til lungeventilen valgt som referanselinjer. Disse fem flyene inkluderte all plassen som kan brukes til å distribuere den stentede hjerteventilen. RVOT-flyet viste den største deformasjonen gjennom hjertesyklusen i de fem flyene, og fremhevet behovet for en allsidig TPVR-enhet som muliggjør tilpasningsevne til ulike anatomier og beholder den utformede geometrien til den stentede hjerteklaffen for langvarig holdbarhet uten brudd og migrasjon. Nitinolstenten med formminne er en lovende kandidat for montering av en tri-brosjyreventil for fremtidig TPVR. For den kliniske applikasjonen, spesielt for pasientene som har hatt depotreparasjon eller TPVR, ville det trenge mer innsats for å rekonstruere anatomien da det er gjenstander fra adhesjonen mellom perikardium og myokardi, stent og deformert anatomi. Den trenger CT-data med høyere oppløsning, velutviklet rekonstruksjonsprogramvare og rikelig erfaring med CT-analyse for å oversette denne metoden for klinisk bruk. Men denne metoden kan brukes til store dyreforsøk så vel som for peri-operativ evaluering for pasienter med Tetralogy of Fallot, isolert pulmonisk stenose som ikke har hatt noen åpne hjerteoperasjoner eller intervensjonsterapier.
Den beskrevne metoden for den rettede 4D-modellen kan muliggjøre nøyaktig og visuell identifisering og beregning av alle deler av hjertet fra RVOT til PA, noe som ikke bare kan hjelpe kardiologer med å oppnå en presis preintervensjonell evaluering, men også hjerteingeniører for å innovere nye TPVR-enheter for fremtidige applikasjoner.
Hovedbegrensningen av metodikken for 4D rettet modellmåling i denne studien er at dataene ble hentet fra bare en sau pre-CT uten stor utvalgspopulasjon. I tillegg ble det ikke utført CT-avbildning etter implantasjon for å følge opp ventilstørrelsen og strukturelle endringer i høyre hjerte. Til slutt, for pasientene som har hatt depotreparasjon eller TPVR, er det vanskeligere å rekonstruere anatomien, da det er gjenstander fra adhesjonen mellom perikardium og myokardium, stent og deformert anatomi.
Konklusjon
I motsetning til 3D CT aktiverte den rettede 4D-rekonstruksjonsmodellen ikke bare en nøyaktig prediksjon av valg av ventilstørrelse for TPVR, men ga også ideell virtuell virkelighet hos sau J, og vil derfor være en lovende metode for TPVR og innovasjon av TPVR-enheter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer ingen interessekonflikt.
Acknowledgments
Xiaolin Sun og Yimeng Hao bidro likt til dette manuskriptet og deler førsteforfatterskap. Inderlig takknemlighet utvides til alle som bidro til dette arbeidet, både tidligere og nåværende medlemmer. Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra det tyske føderale departementet for økonomiske saker og energi, EXIST - Transfer of Research (03EFIBE103). Xiaolin Sun og Yimeng Hao støttes av 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).
