L'uso dell'ecocardiografia 3D nella pianificazione chirurgica della valvola mitrale in cardiologia pediatrica

Riepilogo

L'ecocardiografia 3D della valvola mitrale in cardiologia pediatrica produce ricostruzioni anatomiche complete che contribuiscono a migliorare la gestione chirurgica. Qui, delineiamo un protocollo per l'acquisizione 3D e la post-elaborazione della valvola mitrale in cardiologia pediatrica.

Abstract

La malattia della valvola mitrale in cardiologia pediatrica è complessa e può coinvolgere una combinazione di anomalie anulari, dei lembi elastici, delle corde tendinee e dei muscoli papillari. L'ecocardiografia transtoracica bidimensionale (2DE) rimane la principale tecnica di diagnostica per immagini utilizzata nella pianificazione chirurgica pediatrica. Tuttavia, dato che la valvola mitrale è una struttura tridimensionale (3D), l'aggiunta dell'ecocardiografia 3D (3DE) per definire meglio i meccanismi di stenosi e/o rigurgito è vantaggiosa. La tecnologia 3DE transtoracica è migliorata con i progressi della tecnologia delle sonde e degli scanner a ultrasuoni, producendo immagini con una buona risoluzione spaziale e un'adeguata risoluzione temporale. In particolare, l'aggiunta di trasduttori 3D pediatrici con frequenze più elevate e un ingombro ridotto fornisce un migliore imaging 3DE nei bambini. La maggiore efficienza dell'acquisizione e dell'analisi 3DE consente di integrare più facilmente la valutazione 3D della valvola mitrale da parte dell'ecografista, del cardiologo e del chirurgo nella valutazione della valvola mitrale. Questo miglioramento è stato reso possibile anche dall'ottimizzazione del software di post-elaborazione.

In questo articolo di metodo, miriamo a descrivere la valutazione transtoracica 3DE della valvola mitrale nei bambini e il suo utilizzo nella pianificazione chirurgica della malattia della valvola mitrale pediatrica. In primo luogo, la valutazione 3DE inizia con la selezione della sonda corretta e l'ottenimento di una vista della valvola mitrale. Quindi, il metodo di acquisizione dei dati appropriato dovrebbe essere selezionato in base al singolo paziente. Successivamente, l'ottimizzazione del set di dati è fondamentale per bilanciare correttamente la risoluzione spaziale e temporale. Durante la scansione in tempo reale o dopo l'acquisizione, il set di dati può essere ritagliato utilizzando strumenti innovativi che consentono all'utente di ottenere rapidamente un numero infinito di piani di taglio o ricostruzioni volumetriche. Il cardiologo e il chirurgo possono visualizzare la valvola mitrale en front; ricostruendo così accuratamente la sua morfologia al fine di supportare la pianificazione medica o chirurgica. Infine, viene proposta una revisione di alcune applicazioni cliniche, mostrando esempi nella gestione della valvola mitrale pediatrica.

Introduzione

L'apparato della valvola mitrale è una struttura complessa costituita dall'anulus della valvola mitrale, dai lembi, dalle corde tendinee e dai muscoli papillari ventricolari sinistri ^1,2. La malattia della valvola mitrale pediatrica consiste in un'ampia gamma di anomalie morfologiche associate ad anomalie cardiache congenite e acquisite³. La descrizione della morfologia della malattia della valvola mitrale e dei suoi meccanismi sono parametri chiave per la pianificazione chirurgica⁴. Ciò richiede l'uso di accurate modalità di diagnostica per immagini. L'ecocardiografia si è affermata come una delle principali tecniche diagnostiche utilizzate nella malattia della valvola mitrale pediatrica⁵. In particolare, l'ecocardiografia bidimensionale (2D) nella malattia della valvola mitrale pediatrica rimane il metodo diagnostico più utilizzato. Tuttavia, a causa della natura dell'imaging 2D, l'ecografista, il cardiologo e il chirurgo devono ricostruire mentalmente questa complessa struttura 3D per determinare i meccanismi patologici.

Con la capacità di produrre viste anatomicamente corrette e un numero infinito di piani di taglio, l'ecocardiografia tridimensionale (3D) ha la capacità di migliorare l'imaging della valvola mitrale. Il valore dell'ecocardiografia 3D è dimostrato dalla sua capacità di fornire informazioni specifiche sulla forma e la dinamica anulare, sul prolasso della capesante del lembo e sulla zona di coaptazione del lembo ^6,7. Mentre l'ecocardiografia transesofagea 3D (TEE) ha dimostrato di essere la modalità ecografica più accurata nell'identificazione della patologia della valvola mitrale^{adulta 8}, l'ecocardiografia transtoracica 3D (TTE) è più fattibile nei bambini grazie a una migliore finestra acustica. È stato dimostrato che la TTE 3D è estremamente accurata nel distinguere le lesioni della valvola mitrale semplici da quelle complesse e la necessità di un intervento chirurgico⁹. Inoltre, l'acquisizione di un set di dati volumetrico 3D consente a chirurghi e cardiologi di collaborare alla post-elaborazione, migliorando ulteriormente la pianificazione chirurgica.

La tecnologia 3D TTE ha continuato a migliorare con i progressi nella tecnologia delle sonde, nella potenza di elaborazione degli ultrasuoni e nell'efficienza della post-elaborazione. Le attuali sonde a matrice 3D sono ora in grado di acquisire un set di dati a battito singolo a volume completo a una velocità di volume di circa 25 volumi al secondo¹⁰. È possibile aumentare ulteriormente la velocità del volume di un set di dati a battito singolo superiore a 25 volumi al secondo, a seconda del fornitore dell'ecografo, della tecnologia della sonda e dell'ottimizzazione del volume. Tuttavia, se si utilizza il metodo del volume completo con controllo ECG (sottovolumi), questo numero può più che raddoppiare, fornendo i tassi di volume necessari nei bambini. Le frequenze cardiache più elevate nei bambini rispetto agli adulti richiedono una risoluzione 3D temporale più elevata per l'accuratezza diagnostica. Inoltre, lo sviluppo di una specifica tecnologia di sonde 3D pediatriche ha consentito una frequenza di scansione più elevata, fornendo una migliore risoluzione spaziale che è fondamentale per le piccole dimensioni della valvola mitrale e del suo apparato¹¹. Nonostante tutti questi miglioramenti tecnologici, i fornitori sono riusciti a produrre sonde con impronte adattate all'anatomia dei bambini piccoli per mantenere una finestra acustica ottimale. Infine, le nuove funzionalità di post-elaborazione, come gli strumenti di ritaglio rapido, consentono una post-elaborazione efficiente.

In questo articolo, descriviamo la tecnica per la valutazione 3D TTE della valvola mitrale nei bambini, che può essere applicata a qualsiasi sistema a ultrasuoni con applicazione 3D TTE. Inoltre, verrà esaminata la post-elaborazione dei dati 3D e ne verranno riportati i benefici nella pianificazione chirurgica. Infine, discuteremo alcune applicazioni cliniche dell'imaging 3D nei bambini e includeremo alcuni esempi.

Protocollo

Questo protocollo segue le linee guida del comitato etico per la ricerca umana della nostra istituzione.

NOTA: Per l'implementazione di questo protocollo, viene utilizzato un sistema a ultrasuoni General Electric (GE) Vivid E95 o Philips Epiq 7C. Sul sistema GE Vivid E95, l'utente può scegliere tra 4Vc-D (sonda per adulti) o 6Vc-D (sonda pediatrica). Sul Philips Epiq 7C, l'utente può scegliere tra X5-1 (sonda per adulti) o X7-2 (sonda pediatrica). Vedere la Figura 1.

1. Configurazione del paziente e selezione della sonda

1. Posizionare il paziente in posizione di decubito laterale sinistro, quando possibile. Vedere la Figura 1, passaggio A.
2. Selezionare la sonda a matrice 3D appropriata, pediatrica o per adulti, in base alle dimensioni del paziente e alla qualità della finestra di imaging. Nella maggior parte dei pazienti pediatrici di età inferiore ai dieci anni, è possibile utilizzare una sonda ad alta frequenza (pediatrica) durante l'imaging da una finestra di imaging parasternale a causa della stretta vicinanza della valvola mitrale. Oltre i dieci anni, si può tentare l'uso di una sonda pediatrica, tuttavia con un'eccellente qualità dell'immagine sui bambini più grandi, la sonda per adulti è più ideale. Vedere la Figura 1, passaggio B.
   NOTA: Se l'utente ha accesso solo a una sonda a matrice 3D per adulti, per i pazienti pediatrici più piccoli, aumentare la frequenza di scansione per una risoluzione spaziale ottimale.

2. Posizionamento della sonda e ottimizzazione dell'immagine 2D

1. Applicare una generosa quantità di gel sulla sonda a matrice 3D selezionata.
   NOTA: La finestra di imaging ottimale per la valutazione 3D della mitrale è una vista dell'asse lungo parasternale inferiore modificata. Da questo punto di vista, l'apparato della valvola mitrale si trova in prossimità della sonda e i lembi della valvola mitrale sono relativamente perpendicolari al fascio di ultrasuoni. Inoltre, una vista dell'asse lungo parasternale basso fornisce una visualizzazione completa dell'intero apparato valvolare mitralico. Vedere la Figura 1, passaggio C.
2. Per ottenere una vista modificata dell'asse lungo parasternale basso, posizionare la sonda sul torace in una vista standard dell'ecocardiografia parasternale dell'asse lungo.
   1. Far scorrere la sonda lateralmente sul torace fino a quando i lembi della valvola mitrale sono più perpendicolari al fascio di ultrasuoni e la finestra di imaging 2D è ottimale (questa posizione sarà tra la finestra parasternale standard e la finestra apicale standard).
      NOTA: Se il paziente non ha una visione parasternale inferiore modificata ottimale, una finestra parasternale standard e una finestra apicale in combinazione consentiranno la visualizzazione completa dell'anatomia della valvola mitrale.
   2. Centrare la valvola mitrale nel settore degli ultrasuoni facendo oscillare la sonda. L'oscillazione della sonda comporta il movimento nell'asse lungo della sonda lungo un punto fisso, modificando l'angolo di insonazione lontano da 90 gradi. Nell'imaging 3D, centrare l'area di interesse nel settore degli ultrasuoni per consentire un volume più stretto e quindi una migliore risoluzione temporale.

3. 3D Metodo di acquisizione del volume

1. Inizia attivando il pulsante 3D sulla console ecografica (potrebbe anche essere etichettato come 4D da alcuni fornitori) per accedere a una visualizzazione del volume completo. La visualizzazione del volume completo dovrebbe iniziare come volume massimo in tempo reale.
   NOTA: Lo zoom 3D può essere utilizzato anche per ottenere un set di dati 3D della valvola mitrale, tuttavia con la sua regione di interesse limitata, non sarebbe raccomandato perché includere le strutture circostanti può essere importante per la gestione chirurgica.
2. Se il paziente è collaborativo e in grado di trattenere il respiro, utilizzare l'acquisizione dell'intero volume con controllo ECG (vedere Figura 1, passaggio E). Scegliere il numero di sottovolumi (battiti cardiaci) da utilizzare per l'acquisizione; sulla maggior parte dei sistemi a ultrasuoni il numero di sottovolumi può essere impostato tra 2 e 6 (vedere la Figura 1, passaggio H). Il numero più elevato di sottovolumi utilizzati durante l'acquisizione si tradurrà in una maggiore velocità di volume (maggiore risoluzione temporale) ma può causare artefatti di sutura legati alla respirazione o al movimento quando i sottovolumi vengono messi insieme.
3. Se il paziente non collabora o non è in grado di trattenere il respiro, l'acquisizione 3D in tempo reale dell'intero volume eliminerà il potenziale di artefatti da "sutura" (vedere la Figura 1, passaggio F). Tuttavia, la risoluzione temporale ridotta non è l'ideale nei bambini e richiederà all'utente di sacrificare le dimensioni del volume (regione di interesse) o la risoluzione spaziale per compensare (entrambe discusse nel passaggio successivo).

4. 3D l'ottimizzazione dei volumi (vedere la Figura 1, passaggio G)

1. Ottimizzare l'intera dimensione del volume per includere tutto l'anulus della valvola mitrale, le corde, i muscoli papillari e la valvola aortica, ove possibile.
   NOTA: Con l'acquisizione con controllo ECG, è possibile acquisire un volume maggiore di dati grazie all'aumento della velocità di volume ottenuto tramite i sottovolumi.
   1. Per l'acquisizione in tempo reale sarà necessario un volume minore di dati, al fine di mantenere un frame rate ragionevole. A tale scopo, restringendo il piano di elevazione e l'imaging in un asse corto parasternale per consentire la visualizzazione completa dei lembi e dell'anulus della valvola mitrale (vedere la Figura 2).
2. Ottimizza il rapporto segnale/rumore 3D (qualità delle immagini) aumentando la densità della linea degli ultrasuoni quando possibile. Un aumento della densità della linea ultrasonica comporterà una diminuzione della velocità del volume. Diversi fornitori hanno una terminologia variabile per questa funzione. Sul sistema a ultrasuoni GE Vivid E95, ottimizza la densità della linea utilizzando la manopola Frame Rate . Sul sistema a ultrasuoni Philips Epiq 7C, ottimizza la densità della linea utilizzando il pulsante touch screen Qualità immagine .
   1. Con l'acquisizione con gate ECG, aumentare la densità della linea di volume 3D perché l'uso di sottovolumi manterrà una buona velocità di volume.
   2. Con l'acquisizione in tempo reale, è possibile bilanciare la densità della linea del volume 3D con una frequenza di volume accettabile per la frequenza cardiaca del paziente.
3. Impostare le impostazioni del guadagno 3D su un valore superiore alle impostazioni del guadagno 2D per ridurre al minimo la caduta nei lembi della valvola mitrale. Il guadagno può essere ridotto durante la post-elaborazione per ottimizzare ulteriormente l'immagine ritagliata, se necessario.

5. Memorizzazione dell'acquisizione 3D dell'intero volume (vedi Figura 1, passaggio I)

1. Se si utilizza l'acquisizione con controllo ECG, chiedere al paziente di trattenere il respiro e di rimanere fermo. Quindi attivare il numero di sottovolumi (battiti cardiaci) selezionati. Attendere almeno il numero di battute selezionate prima di premere Store (più sottovolumi vengono selezionati risulteranno in un processo di memorizzazione più lungo)
   1. Assicurarsi che non siano presenti artefatti di "sutura" e che l'intera valvola mitrale sia visibile nel volume 3D prima di memorizzare il volume finale.
2. Se si utilizza l'acquisizione in tempo reale, memorizzare il volume finale una volta completata l'ottimizzazione.

6. 3D acquisizione color Doppler

1. Ottenere separatamente un'acquisizione del volume 3D color Doppler aggiungendo color Doppler e seguendo i passaggi 3-5 del protocollo. Ottimizza le dimensioni della scatola color Doppler il più strette possibile, includendo l'intero anulus della valvola mitrale. Imposta la scala di velocità color Doppler tra 60 e 80 cm/s.
2. Utilizzare l'acquisizione con controllo ECG per mantenere una frequenza di volume adeguata. Seguire il passaggio 5.1 per memorizzare il volume Color Doppler 3D.
   NOTA: L'aggiunta del color Doppler a un volume 3D riduce significativamente la risoluzione temporale, rendendone difficile la fattibilità nei bambini.

7. Post-elaborazione e ritaglio della valvola mitrale

NOTA: La post-elaborazione e il ritaglio della valvola mitrale possono essere eseguiti direttamente sul sistema a ultrasuoni per ottenere risultati immediati. Tuttavia, esistono anche software GE dedicati (EchoPAC) e software Philips (QLAB) che forniscono le stesse funzioni da una stazione di revisione. Inoltre, TomTec fornisce un software universale per la post-elaborazione e il ritaglio di set di dati 3D di entrambi i fornitori.

1. Caricare il volume 3D memorizzato della valvola mitrale in una visualizzazione multiplanare a 3 pannelli (piano laterale 2D, piano di elevazione 2D e ricostruzione 3D) e attivare lo strumento di ritaglio rapido. Lo strumento di ritaglio rapido richiede due clic e consente all'utente di ritagliare su qualsiasi piano.
   NOTA: Diversi fornitori avranno una terminologia variabile per lo strumento di ritaglio rapido. Sul sistema a ultrasuoni GE Vivid E95, questo strumento di ritaglio è etichettato come "2 Click Crop". Sul sistema a ultrasuoni Philips Epiq 7C, questo strumento di ritaglio è etichettato come "Quick Vue".
2. Per ottenere una vista en face della valvola mitrale viewing dall'atrio sinistro (vista del chirurgo) seguire i passaggi seguenti (vedere Figura 3, passaggio E).
   1. Lavorando dal piano laterale 2D (asse lungo parasternale basso in questo protocollo), posizionare il primo cursore all'interno dell'atrio sinistro, appena sopra l'anulus mitralico. Dopo aver impostato la prima posizione, trascinare il cursore sulla valvola mitrale verso il lato ventricolare e allineare la linea di taglio parallelamente all'anulus della valvola mitrale. Posizionare il secondo cursore all'interno del ventricolo sinistro, assicurandosi che i lembi della valvola mitrale vengano catturati all'interno delle linee di coltura, e impostare questo punto (vedere la Figura 3 passaggio B).
   2. L'orientamento consigliato per il display della valvola mitrale è anteriore verso l'alto¹². Usando la trackball, ruota la valvola mitrale 3D per posizionare la valvola aortica nella parte superiore dello schermo.
3. Per ottenere una vista en face della valvola mitrale dal ventricolo sinistro, è sufficiente capovolgere l'immagine ritagliata del passaggio precedente di 180 gradi (su alcuni sistemi di fornitori è disponibile una funzione di ritaglio flip che consente di eseguire questa operazione rapidamente) (vedere la Figura 3, passaggio F).
   1. Ritagliare il volume Color Doppler 3D della valvola mitrale con lo stesso orientamento del passaggio 7.3.
4. Ottenere una visione dell'apparato sottovalvolare della valvola mitrale, comprese le corde tendinee e i muscoli papillari.
   1. Lavorando dal piano laterale 2D (asse lungo parasternale basso in questo protocollo), posizionare il primo cursore al centro del ventricolo sinistro. Dopo aver impostato la prima posizione, trascinare il cursore verso la parete posteriore del ventricolo sinistro e allineare le linee di ritaglio parallelamente all'asse lungo del ventricolo sinistro. Posizionare il secondo cursore sotto la parete posteriore e impostare questo punto (vedi Figura 4).
5. Ottimizza le impostazioni di guadagno e compressione 3D.
   1. Ottimizza le impostazioni di guadagno 3D al minimo, mantenendo una caduta minima o nulla del lembo della valvola mitrale.
   2. Ottimizza le impostazioni di compressione 3D per includere una gamma più ampia o più ristretta di sfumature di colore. La compressione 3D può migliorare la percezione della profondità 3D. Sul sistema Philips Epiq 7, la regolazione della compressione 3D viene eseguita ruotando la manopola di compressione . Sul sistema GE Vivid E95, la regolazione della compressione 3D viene eseguita ruotando la manopola del guadagno in modalità attiva .
6. Memorizza le viste 3D ottimizzate e ritagliate della valvola mitrale come clip cine loop separate.

Risultati

Un set di dati 3D di buona qualità della valvola mitrale nell'ecocardiografia pediatrica avrà una frequenza di volume ottimale che è appropriata per valutare il movimento dei lembi e un'eccellente risoluzione spaziale che utilizza una risoluzione assiale superiore. Per valutare il successo dei protocolli di acquisizione con gate ECG 3D, determinare innanzitutto se è presente un artefatto significativo di "punto". In assenza di artefatti e se l'acquisizione è stata effettuata utilizz...

Discussione

Per l'operatore/ecografista, l'ecocardiografia 3D incontra spesso diverse sfide. In primo luogo, per natura c'è una variazione significativa nelle dimensioni del paziente, nella frequenza cardiaca e nella cooperazione durante un esame ecocardiografico pediatrico. Questi parametri rendono difficile avere protocolli specifici per il 3D e quindi rendono dipendente l'operatore di acquisizione 3D. Spesso la formazione per gli ecografisti si concentra principalmente sull'imaging 2D, lasciando...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
4Vc-D probe	General Electric		Ultraspound probe (GE)
6Vc-D probe	General Electric		Ultraspound probe (GE)
Epiq 7C	Philips		Ultrasound system
Vivid E95	General Electric		Ultrasound system
X5-1	Philips		Ultraspound probe (Philips)
X7-2	Philips		Ultraspound probe (Philips)