小児心臓病学における僧帽弁の外科的計画における3D心エコー検査の使用

要約

小児心臓病学における僧帽弁の3D心エコー検査は、完全な解剖学的再構成を行い、外科的管理の改善に貢献します。ここでは、小児心臓病学における僧帽弁の3D取得と後処理のプロトコルについて概説します。

要約

小児心臓病学における僧帽弁疾患は複雑で、環状、弁尖、腱索、および乳頭筋の異常の組み合わせを伴う可能性があります。経胸壁二次元心エコー検査 (2DE) は、依然として小児外科手術計画で使用される主要な画像診断技術です。ただし、僧帽弁が 3 次元 (3D) 構造であることを考えると、狭窄および/または逆流のメカニズムをより適切に定義するために 3D 心エコー検査 (3DE) を追加することは有利です。経胸壁3DE技術は、プローブ技術と超音波スキャナーの進歩により向上し、優れた空間分解能と適切な時間分解能で画像を生成しています。具体的には、より高い周波数とより小さなフットプリントの小児用3Dトランスデューサを追加することで、小児の3DEイメージングが向上します。3DE取得と解析の効率が向上したことで、超音波検査技師、心臓専門医、外科医は、僧帽弁の評価において、僧帽弁の3D評価をより簡単に統合することができます。この改善は、後処理ソフトウェアの最適化によっても可能になりました。

このメソッドペーパーでは、小児の僧帽弁の経胸壁 3DE 評価と、小児僧帽弁疾患の外科的計画におけるその使用について説明することを目指しています。まず、3DE評価は、正しいプローブを選択し、僧帽弁のビューを取得することから始まります。次に、個々の患者に基づいて適切なデータ取得方法を選択する必要があります。次に、空間分解能と時間分解能のバランスを適切に取るためには、データセットの最適化が重要です。ライブスキャン中または取得後、革新的なツールを使用してデータセットをトリミングできるため、ユーザーは無限の切断面や体積再構成をすばやく取得できます。心臓専門医と外科医は、僧帽弁を顔から見ることができます。したがって、医療または外科的計画をサポートするために、その形態を正確に再構築します。最後に、いくつかの臨床応用のレビューが提案され、小児の僧帽弁管理の例が示されています。

概要

僧帽弁装置は、僧帽弁輪、弁尖、腱索、および左心室乳頭筋^からなる複雑な構造である^1,2。小児僧帽弁疾患は、先天性および後天性心疾患に関連する広範な形態学的異常で構成されています³.僧帽弁疾患の形態とその根底にあるメカニズムの説明は、手術計画⁴の重要なパラメーターです。これには、正確な画像診断モダリティの使用が必要です。心エコー検査は、小児僧帽弁疾患⁵で使用される主要な診断技術の1つとして確立されています。具体的には、小児僧帽弁疾患における二次元 (2D) 心エコー検査は、依然として最も広く使用されている診断方法です。しかし、2Dイメージングの性質上、超音波検査技師、心臓専門医、外科医は、この複雑な3D構造を精神的に再構築して、病理学的メカニズムを特定する必要があります。

解剖学的に正しいビューと無限の数の切断面を生成する能力を備えた3次元(3D)心エコー検査は、僧帽弁イメージングを強化する能力を備えています。3D心エコー検査の価値は、環状形状とダイナミクス、リーフレットホタテ貝脱出、およびリーフレット凝固ゾーン^6,7に関する特定の情報を提供する能力に示されています。3D経食道心エコー検査(TEE)は、成人の僧帽弁の病理を特定する上で最も正確な超音波モダリティであることが示されています^が8、3D経胸壁心エコー検査(TTE)は、音響ウィンドウが優れているため、子供ではより実現可能です。3D TTEは、単純な僧帽弁病変と複雑な僧帽弁病変の識別、および外科的介入の必要性において非常に正確であることが証明されています⁹。さらに、3Dボリュームデータセットを取得することで、外科医と心臓専門医が協力して後処理を行うことができ、手術計画がさらに強化されます。

3D TTEテクノロジーは、プローブテクノロジー、超音波処理能力、および後処理効率の進歩とともに改善を続けています。現在の3Dマトリックスプローブは、毎秒約25ボリュームのボリュームレートでフルボリュームのシングルビートデータセットを取得できるようになりました¹⁰。超音波ベンダー、プローブ技術、およびボリューム最適化に応じて、シングルビートデータセットのボリュームレートを毎秒25ボリューム以上にさらに向上させることが可能です。ただし、ECG ゲート (サブボリューム) フルボリューム方式を使用すると、この数値は 2 倍以上になり、子供に必要なボリューム レートが提供されます。大人に比べて子供の心拍数が高いため、診断精度のためにはより高い時間的3D解像度が必要です。さらに、特定の小児用3Dプローブ技術の開発により、より高いスキャン周波数が可能になり、僧帽弁とその装置¹¹の小さなサイズに関して重要な、より優れた空間分解能を提供することができた。これらすべての技術的改善にもかかわらず、ベンダーは、最適な音響窓を維持するために、小さな子供の解剖学的構造に適合したフットプリントを備えたプローブを製造することに成功しました。最後に、クイックトリミングツールなどの新しい後処理機能により、効率的な後処理が可能になります。

この論文では、3D TTEアプリケーションを備えた任意の超音波システムに適用できる、子供の僧帽弁の3D TTE評価の手法について説明します。さらに、3D データの後処理と、手術計画におけるその利点がレビューされます。最後に、子供における3Dイメージングの臨床応用について、いくつかの例を挙げて説明します。

プロトコル

このプロトコルは、当機関のヒト研究倫理委員会のガイドラインに従っています。

注:このプロトコルの実装には、ゼネラルエレクトリック(GE)のVividE95またはPhilipsEpiq7C超音波システムが使用されます。GE Vivid E95システムでは、ユーザーは4Vc-D(成人用プローブ)または6Vc-D(小児用プローブ)のいずれかを選択できます。フィリップス エピック 7C では、X5-1 (成人用プローブ) または X7-2 (子供用プローブ) のどちらかを選択できます。 図 1 を参照してください。

1. 患者様のセットアップとプローブの選択

1. 可能であれば、患者を左側褥瘡の位置に配置します。図 1 のステップ A を参照してください。
2. 患者のサイズとイメージングウィンドウの品質に基づいて、小児用または成人用の適切な3Dマトリックスプローブを選択します。10歳未満の小児患者の大多数では、僧帽弁が近接しているため、胸骨傍イメージングウィンドウからのイメージングには高周波(小児)プローブを使用できます。10歳以上では、小児用プローブの使用を試みることができますが、それ以上の年齢の子供には優れた画質があるため、大人用プローブがより理想的です。図 1 のステップ B を参照してください。
   注:ユーザーが成人の3Dマトリックスプローブしかアクセスできない場合、小さな小児患者の場合は、最適な空間分解能を得るためにスキャン頻度を増やします。

2. プローブの位置決めと2D画像の最適化

1. 選択した3Dマトリックスプローブに十分な量のゲルを塗布します。
   注: 3D 僧帽弁評価に最適なイメージング ウィンドウは、修正された低胸骨傍長軸ビューです。この見解から、僧帽弁装置はプローブに近接しており、僧帽弁弁尖は超音波ビームに対して比較的垂直である。さらに、胸骨傍の長軸ビューが低いため、僧帽弁装置全体を完全に視覚化できます。図 1 のステップ C を参照してください。
2. 修正された低胸骨傍長軸ビューを取得するには、プローブを標準の胸部傍長軸心エコービューで胸部に配置します。
   1. 僧帽弁弁尖が超音波ビームに対してより垂直になり、2Dイメージングウィンドウが最適になるまで、プローブを胸部で横方向にスライドさせます(この位置は、標準の胸骨傍ウィンドウと標準の頂端ウィンドウの間になります)。
      注: 患者が最適な修正された低胸骨傍ビューを持っていない場合、標準的な胸骨傍ウィンドウと頂端ウィンドウを組み合わせて使用すると、僧帽弁の解剖学的構造を完全に視覚化できます。
   2. プローブを揺らして、僧帽弁を超音波セクターの中央に配置します。プローブを揺さぶると、プローブの長軸が固定点に沿って動き、共鳴角度が90度から離れます。3Dイメージングでは、対象領域を超音波セクターの中央に配置して、体積を狭くし、時間分解能を向上させます。

3. 3D ボリューム取得方法

1. まず、超音波コンソールの 3D ボタン(一部のベンダーでは4Dとラベル付けされている場合もあります)をアクティブにして、フルボリュームディスプレイに入ります。フルボリューム表示は、リアルタイムのフルボリュームとして開始する必要があります。
   注:3Dズームは、僧帽弁の3Dデータセットを取得するためにも使用できますが、関心のある領域が限られているため、周囲の構造を含めることが外科的管理にとって重要である可能性があるため、お勧めしません。
2. 患者が協力的で息を止めることができる場合は、ECG ゲート全容積取得を使用します ( 図 1、ステップ E を参照)。取得に使用するサブボリューム(心拍)の数を選択します。ほとんどの超音波システムでは、サブボリュームの数を2〜6の間で設定できます( 図1のステップHを参照)。取得中に使用されるサブボリュームの数が多いほど、ボリュームレートが高くなります(時間分解能が高くなります)が、サブボリュームをまとめるときに呼吸や動きに関連するステッチアーティファクトが発生する可能性があります。
3. 患者が非協力的であるか、息を止められない場合、リアルタイムの3Dフルボリューム取得により、「ステッチ」アーティファクトの可能性が排除されます( 図1、ステップFを参照)。ただし、時間分解能の低下は子供には理想的ではなく、ユーザーはボリューム サイズ (関心領域) または空間分解能 (どちらも次の手順で説明します) を犠牲にする必要があります。

4. 3Dボリュームの最適化 ( 図 1 のステップ G を参照)

1. 可能な場合は、すべての僧帽弁輪、脊索、乳頭筋、大動脈弁を含むように、全容積サイズを最適化します。
   注:ECGゲート集録では、サブボリュームを介してボリュームレートが増加するため、より多くのデータを取得できます。
   1. リアルタイム集録に必要なデータ量は、妥当なフレームレートを維持するために必要になります。これを行うには、仰角面を狭くし、胸骨傍の短軸でイメージングして、僧帽弁弁尖と輪を完全に視覚化できるようにします( 図2を参照)。
2. 3DのS/N比(画像の品質)を最適化するには、可能な場合は超音波ラインの密度を上げます。超音波ライン密度が増加すると、体積率が低下します。ベンダーによって、この機能の用語はさまざまです。GE Vivid E95超音波システムでは、 フレームレート ノブを使用してライン密度を最適化します。Philips Epiq 7C超音波システムでは、 Image Quality タッチスクリーンボタンを使用してライン密度を最適化します。
   1. ECG ゲート取得では、サブボリュームを使用すると良好なボリューム レートが維持されるため、3D ボリューム ライン密度を増加させます。
   2. リアルタイム取得により、3Dボリュームライン密度と患者の心拍数の許容可能なボリュームレートのバランスを取ります。
3. 3Dゲイン設定を2Dゲイン設定よりも高く設定して、僧帽弁弁尖のドロップアウトを最小限に抑えます。後処理中にゲインを下げて、必要に応じてトリミングされた画像をさらに最適化できます。

5. 3Dフルボリューム集録の保存( 図1のステップIを参照)

1. ECGゲート取得を使用する場合は、患者に息を止めて静止するように依頼します。次に、選択したサブボリューム(ハートビート)の数をアクティブにします。 Store を押す前に、少なくとも選択したビート数だけ待ちます(選択されているサブボリュームが多いほど、保存プロセスが長くなります)
   1. 最終的なボリュームを保存する前に、「ステッチ」アーティファクトが存在しず、僧帽弁全体が3Dボリュームに表示されていることを確認してください。
2. リアルタイム取得を使用する場合は、すべての最適化が完了したら、最終的なボリュームを保存します。

6. 3D色ドップラー取得

1. カラードップラーを添加し、プロトコルのステップ3〜5に従うことにより、カラードップラー3Dボリューム取得を別途取得します。カラードップラーボックスのサイズをできるだけ狭くし、僧帽弁環全体を含めます。カラードップラー速度スケールを60〜80 cm / sに設定します。
2. ECGゲート取得を使用して、適切なボリュームレートを維持します。手順 5.1 に従って、3D カラー ドップラー ボリュームを格納します。
   注:3Dボリュームにカラードップラーを追加すると、時間分解能が大幅に低下し、子供での実現が困難になります。

7.僧帽弁の後処理とトリミング

注:僧帽弁の後処理とトリミングは、超音波システム上で直接実行でき、すぐに結果を得ることができます。ただし、レビューステーションから同じ機能を提供する専用のGEソフトウェア(EchoPAC)とPhilipsソフトウェア(QLAB)もあります。さらに、TomTecは、両ベンダーの3Dデータセットの後処理とトリミングのための汎用ソフトウェアを提供しています。

1. 保存された僧帽弁の3Dボリュームを3パネルマルチプレーナーディスプレイ(2D横面、2D仰角面、および3D再構成)にロードし、クイッククロッピングツールをアクティブにします。クイックトリミングツールは2回のクリックで、ユーザーは任意の平面でトリミングできます。
   注:ベンダーが異なれば、クイックトリミングツールの用語も異なります。GE Vivid E95超音波システムでは、このクロッピングツールには「2クリッククロップ」というラベルが付けられています。Philips Epiq 7C超音波システムでは、このトリミングツールは「Quick Vue」とラベル付けされています。
2. 僧帽弁の正面図を取得するには view左心房から見る(外科医のビュー)には、以下の手順に従います( 図3、ステップEを参照)。
   1. 2D 側面 (このプロトコルでは胸骨傍の長軸が低い) から作業し、最初の curser を左心房内、僧帽弁輪のすぐ上に配置します。最初の位置を設定したら、カーソルを僧帽弁を横切って心室側に向かってドラッグし、クロップラインを僧帽弁輪に平行に合わせます。2 番目のカーソルを左心室内に配置して、僧帽弁の弁尖が作物ライン内に捕捉されるようにし、このポイントを設定します ( 図 3 ステップ B を参照)。
   2. 僧帽弁の顔の推奨ディスプレイ向きは、前方¹²です。トラックボールを使用して、3D僧帽弁を回転させ、大動脈弁を画面の上部に配置します。
3. 左心室から見た僧帽弁の正面図を取得するには、前のステップでトリミングされた画像を 180 度反転するだけです (一部のベンダー システムでは、これを迅速に実現するフリップ トリミング機能があります) (図 3 のステップ F を参照)。
   1. 僧帽弁のカラードップラー3Dボリュームを手順7.3と同じ方向にトリミングします。
4. 僧帽弁、腱索筋、乳頭筋を含む弁膜下装置の図を取得します。
   1. 2D側面(このプロトコルでは胸骨傍の長軸が低い)から作業し、最初のcurserを左心室の中央に配置します。最初の位置を設定したら、カーソルを左心室の後壁に向かってドラッグし、切り抜き線を左心室の長軸と平行に揃えます。2 番目のカーソルを後壁の下に置き、このポイントを設定します ( 図 4 を参照)。
5. 3D ゲインと圧縮の設定を最適化します。
   1. 3Dゲイン設定を最も低い設定に最適化し、僧帽弁弁のドロップアウトを最小限に抑えます。
   2. 3D圧縮設定を最適化して、色調の範囲を広げたり狭くしたりします。3D圧縮により、3D奥行き知覚を向上させることができます。Philips Epiq 7システムでは、3Dコンプレッションの調整はコン プレッション ノブを回すことで行います。GE Vivid E95システムでは、 アクティブモード のゲインノブを回すことで3D圧縮の調整を行います。
6. 僧帽弁の最適化されたトリミングされた3Dビューを、個別のシネループクリップとして保存します。

結果

小児心エコー検査における僧帽弁の良質な 3D データ セットは、弁尖の動きを評価するのに適した最適な体積率と、優れた軸方向分解能を利用する優れた空間分解能を備えています。プロトコルの3D ECGゲート取得の成功を評価するには、まず、重大な「ステッチ」アーティファクトが存在するかどうかを判断します。アーチファクトがなく、取得が優れた品質の 2D 低...

ディスカッション

オペレーター/超音波検査士にとって、3D心エコー検査はしばしばいくつかの課題に直面します。まず、小児心エコー検査では、その性質上、患者のサイズ、心拍数、協力関係に大きなばらつきがあります。これらのパラメータにより、3D固有のプロトコルを持つことが難しくなり、3Dアクイジションオペレーターが依存するようになります。超音波検査技師のトレー?...

資料

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)