Применение 3D эхокардиографии в хирургическом планировании митрального клапана в детской кардиологии

Резюме

3D-эхокардиография митрального клапана в детской кардиологии позволяет получить полную анатомическую реконструкцию, которая способствует улучшению хирургического лечения. В этой статье мы описываем протокол 3D-сбора данных и постобработки митрального клапана в детской кардиологии.

Аннотация

Заболевание митрального клапана в детской кардиологии является сложным заболеванием и может включать комбинацию кольцевидных, створчатых, сухожильных хорд и папиллярных мышечных аномалий. Трансторакальная двухмерная эхокардиография (2DE) остается основным методом диагностической визуализации, используемым при планировании хирургического планирования у детей. Однако, учитывая, что митральный клапан представляет собой трехмерную (3D) структуру, добавление 3D-эхокардиографии (3DE) для лучшего определения механизмов стеноза и/или регургитации является преимуществом. Трансторакальная технология 3DE улучшилась с развитием технологии зондов и ультразвуковых сканеров, создавая изображения с хорошим пространственным разрешением и адекватным временным разрешением. В частности, добавление педиатрических 3D-преобразователей с более высокими частотами и меньшей занимаемой площадью обеспечивает лучшую визуализацию 3DE у детей. Повышенная эффективность сбора и анализа 3DE позволяет сонографисту, кардиологу и хирургу легче интегрировать 3D-оценку митрального клапана в оценку митрального клапана. Это улучшение также стало возможным благодаря оптимизации программного обеспечения для постобработки.

В данной методической работе мы стремимся описать трансторакальную оценку 3DE митрального клапана у детей и ее использование в хирургическом планировании заболевания митрального клапана у детей. Во-первых, оценка 3DE начинается с выбора правильного зонда и получения изображения митрального клапана. Затем следует выбрать подходящий метод сбора данных в зависимости от конкретного пациента. Далее, оптимизация набора данных имеет решающее значение для правильного баланса пространственного и временного разрешения. Во время сканирования в реальном времени или последующего сбора данных набор данных может быть обрезан с помощью инновационных инструментов, которые позволяют пользователю быстро получить бесконечное количество плоскостей разреза или объемных реконструкций. Кардиолог и хирург могут осмотреть митральный клапан в лицо; таким образом, мы точно реконструируем его морфологию для поддержки медицинского или хирургического планирования. Наконец, предлагается обзор некоторых клинических применений, показывающий примеры в лечении митрального клапана у детей.

Введение

Аппарат митрального клапана представляет собой сложную структуру, состоящую из кольца митрального клапана, створок, сухожильных хорд и сосочковых мышц левого желудочка ^1,2. Заболевание митрального клапана у детей включает в себя широкий спектр морфологических аномалий, связанных с врожденными и приобретенными аномалиями сердца³. Описание морфологии заболевания митрального клапана и его основных механизмов являются ключевыми параметрами для хирургического планирования⁴. Для этого необходимо использовать точные методы диагностической визуализации. Эхокардиография признана одним из основных диагностических методов, используемых при заболеваниях митрального клапана у детей⁵. В частности, двухмерная (2D) эхокардиография при заболевании митрального клапана у детей остается наиболее широко используемым методом диагностики. Тем не менее, из-за особенностей 2D-визуализации, сонографист, кардиолог и хирург должны мысленно реконструировать эту сложную трехмерную структуру, чтобы определить патологические механизмы.

Благодаря возможности получения анатомически правильных изображений и бесконечному количеству плоскостей разреза, трехмерная (3D) эхокардиография имеет возможность улучшить визуализацию митрального клапана. Ценность 3D эхокардиографии заключается в ее способности предоставлять конкретную информацию о форме и динамике анулярного кольца, пролапсе гребешка створки и зоне коаптации створки ^6,7. В то время как 3D чреспищеводная эхокардиография (ЧТЭ) показала себя наиболее точным ультразвуковым методом для выявления патологии митрального клапана у^{взрослых8,} 3D трансторакальная эхокардиография (ТТЭ) более целесообразна у детей из-за лучшего акустического окна. Доказано, что 3D TTE обладает высокой точностью в различении простых и сложных поражений митрального клапана и необходимости хирургического вмешательства⁹. Кроме того, получение объемного 3D-набора данных позволяет хирургам и кардиологам сотрудничать в области постобработки, что еще больше улучшает хирургическое планирование.

Технология 3D TTE продолжает совершенствоваться с развитием технологии зондов, мощности обработки ультразвука и эффективности постобработки. Существующие 3D-матричные преобразователи теперь могут получать полноразмерный однобитный набор данных со скоростью около 25 объёмов в секунду¹⁰. Возможно дальнейшее увеличение скорости обработки однотактного набора данных выше 25 объемов в секунду в зависимости от поставщика ультразвукового оборудования, технологии датчика и оптимизации объема. Однако, если используется метод полного объема ЭКГ, это число может увеличиться более чем в два раза, обеспечивая объемы показателей, которые необходимы детям. Более высокая частота сердечных сокращений у детей по сравнению со взрослыми требует более высокого временного 3D-разрешения для диагностической точности. Кроме того, разработка специальной технологии педиатрических 3D-зондов позволила увеличить частоту сканирования, обеспечив лучшее пространственное разрешение, что имеет решающее значение с учетом небольшого размера митрального клапана и его^{аппарата11}. Несмотря на все эти технологические усовершенствования, вендорам удалось изготовить зонды с посадочными местами, адаптированными к анатомии маленьких детей, чтобы поддерживать оптимальное акустическое окно. Наконец, новые функции постобработки, такие как инструменты быстрой обрезки, позволяют эффективно выполнять постобработку.

В данной работе мы описываем методику 3D ТТЭ оценки митрального клапана у детей, которая может быть применена к любой ультразвуковой системе с применением 3D ТТЭ. Кроме того, будет рассмотрена постобработка 3D-данных и ее польза при планировании хирургического вмешательства. Наконец, мы обсудим некоторые клинические применения 3D-визуализации у детей и приведем несколько примеров.

протокол

Этот протокол соответствует руководящим принципам комитета по этике исследований на людях нашего учреждения.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для реализации данного протокола используется ультразвуковая система General Electric (GE) Vivid E95 или Philips Epiq 7C. В системе GE Vivid E95 у пользователя есть выбор между 4Vc-D (взрослый зонд) или 6Vc-D (педиатрический зонд). На Philips Epiq 7C у пользователя есть выбор между X5-1 (датчик для взрослых) или X7-2 (педиатрический зонд). Смотрите Рисунок 1.

1. Настройка пациента и выбор зонда

1. По возможности расположите пациента в левом боковом положении пролежня. Смотрите рисунок 1, шаг А.
2. Выберите подходящий 3D-матричный датчик, детский или взрослый, в зависимости от размера пациента и качества окна визуализации. У большинства педиатрических пациентов в возрасте до десяти лет можно использовать высокочастотный (педиатрический) зонд при визуализации из парастернального окна визуализации из-за непосредственной близости митрального клапана. В возрасте старше десяти лет можно попробовать использовать педиатрический зонд, однако при отличном качестве изображения у детей старшего возраста более идеальным является взрослый зонд. Смотрите рисунок 1, шаг Б.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Если у пользователя есть доступ только к 3D-матричному датчику для взрослых, для небольших педиатрических пациентов увеличьте частоту сканирования для достижения оптимального пространственного разрешения.

2. Позиционирование преобразователя и оптимизация 2D-изображения

1. Нанесите обильное количество геля на выбранный 3D-матричный щуп.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Оптимальным окном визуализации для 3D митральной оценки является модифицированный вид с низкой парастернальной длинной осью. С этой точки зрения аппарат митрального клапана находится в непосредственной близости от зонда, а створки митрального клапана должны быть относительно перпендикулярны ультразвуковому лучу. Кроме того, низкий парастернальный вид по длинной оси обеспечивает полную визуализацию всего аппарата митрального клапана. Смотрите рисунок 1, шаг В.
2. Чтобы получить модифицированный вид с низкой парастернальной длинной осью, расположите зонд на грудной клетке в стандартном эхокардиографическом виде с длинной парастерной.
   1. Сдвиньте зонд в боковом направлении по грудной клетке до тех пор, пока створки митрального клапана не станут более перпендикулярными ультразвуковому лучу и окно 2D-визуализации не станет оптимальным (это положение будет между стандартным парастернальным окном и стандартным апикальным окном).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если у пациента нет оптимального модифицированного нижнего парастернального обзора, стандартное парастернальное окно и апикальное окно в сочетании позволят полностью визуализировать анатомию митрального клапана.
   2. Центрируйте митральный клапан в ультразвуковом секторе путем покачивания зонда. Раскачивание зонда включает в себя движение по длинной оси зонда вдоль неподвижной точки при изменении угла инсонации от 90 градусов. При 3D-визуализации область интереса должна быть центрирована в ультразвуковом секторе, чтобы обеспечить меньший объем и, следовательно, лучшее временное разрешение.

3. 3D Метод сбора объема

1. Начните с активации кнопки 3D на ультразвуковой консоли (некоторые поставщики также могут иметь маркировку 4D), чтобы войти в дисплей полной громкости. Отображение полной громкости должно начинаться как отображение полной громкости в реальном времени.
   ПРИМЕЧАНИЕ: 3D Zoom также может быть использован для получения набора 3D-данных о митральном клапане, однако с его ограниченной областью интереса не рекомендуется, поскольку включение окружающих структур может иметь важное значение для хирургического лечения.
2. Если пациент готов к сотрудничеству и способен задерживать дыхание, используйте ЭКГ-закрытую систему полного объема (см. рисунок 1, шаг E). Выберите количество подтомов (таков сердца), которые будут использоваться для сбора; На большинстве ультразвуковых систем количество подобъемов может быть установлено в диапазоне от 2 до 6 (см. рис. 1, шаг H). Большее количество вспомогательных томов, используемых во время сбора, приведет к более высокому объему (увеличенному временному разрешению), но может привести к артефактам сшивки, связанным с дыханием или движением при объединении вспомогательных объемов.
3. Если пациент отказывается сотрудничать или не может задержать дыхание, получение полного объема в 3D в режиме реального времени устранит возможность появления артефактов «швов» (см. Рисунок 1, шаг F). Тем не менее, уменьшенное временное разрешение не является идеальным для дочерних устройств и потребует от пользователя либо жертвовать размером объема (областью интереса), либо пространственным разрешением для компенсации (оба варианта будут рассмотрены на следующем шаге).

4. 3D оптимизации объема (см. рис. 1, шаг G)

1. Оптимизируйте размер полного объема, включив в него все кольца митрального клапана, хорды, папиллярные мышцы и аортальный клапан, где это возможно.
   ПРИМЕЧАНИЕ: При сборе данных с помощью ЭКГ можно получить больший объем данных за счет увеличения скорости объема, достигаемой за счет подобъемов.
   1. Для получения данных в режиме реального времени потребуется меньший объем данных, чтобы поддерживать разумную частоту кадров. Для этого сужается плоскость возвышения и визуализируется по парастернальной короткой оси, чтобы обеспечить полную визуализацию створок митрального клапана и кольца (см. Рисунок 2).
2. Оптимизируйте соотношение сигнал/шум в 3D (качество изображений) за счет увеличения плотности ультразвуковой линии, когда это возможно. Увеличение плотности ультразвуковой линии приведет к снижению объемной скорости. У разных поставщиков используется различная терминология для этой функции. На ультразвуковой системе GE Vivid E95 оптимизируйте плотность линий с помощью ручки частоты кадров . На ультразвуковой системе Philips Epiq 7C оптимизируйте плотность линий с помощью кнопки сенсорного экрана «Качество изображения ».
   1. С помощью ЭКГ-гейтинга увеличьте плотность линии 3D-объема, поскольку использование субобъемов позволит поддерживать хорошую скорость объема.
   2. С помощью сбора данных в режиме реального времени сбалансируйте плотность объемной линии 3D с приемлемой объемной скоростью для частоты сердечных сокращений пациента.
3. Установите настройки 3D-усиления выше, чем настройки 2D-усиления, чтобы свести к минимуму выпадение в створок митрального клапана. Усиление может быть уменьшено во время постобработки для дальнейшей оптимизации обрезанного изображения, если это необходимо.

5. Сохранение полного объема 3D-съемки (см. Рисунок 1, шаг I)

1. При использовании ЭКГ-гейтинга попросите пациента задержать дыхание и оставаться неподвижным. Затем активируйте выбранное количество подгромкости (сердечных сокращений). Подождите хотя бы выбранное количество ударов, прежде чем нажимать кнопку «Магазин » (чем больше выбрано дополнительных объемов, тем дольше будет процесс хранения)
   1. Убедитесь, что нет артефактов «шва» и весь митральный клапан виден в 3D-объеме, прежде чем сохранять окончательный объем.
2. Если вы используете сбор данных в реальном времени, сохраняйте окончательный объем после завершения всей оптимизации.

6. 3D получение цветного допплера

1. Отдельно получите получение объема цветного допплера 3D путем добавления цветного допплера и выполнения шагов 3-5 протокола. Оптимизируйте размер допплеровской коробки как можно уже, включив в нее все кольцо митрального клапана. Установите цветовую шкалу скорости Доплера в диапазоне 60-80 см/с.
2. Используйте ЭКГ-гейтинг для поддержания адекватной скорости объема. Выполните шаг 5.1 для сохранения 3D-объема цветного доплера.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Добавление цветного допплера к 3D-объему значительно снижает временное разрешение, что затрудняет его применение у детей.

7. Постобработка и обрезка митрального клапана

ПРИМЕЧАНИЕ: Постобработка и обрезка митрального клапана могут быть выполнены непосредственно на ультразвуковой системе для получения немедленных результатов. Тем не менее, существует также специализированное программное обеспечение GE (EchoPAC) и программное обеспечение Philips (QLAB), которые обеспечивают те же функции со станции обзора. Кроме того, TomTec предоставляет универсальное программное обеспечение для постобработки и обрезки 3D-наборов данных от обоих поставщиков.

1. Загрузите сохраненный 3D-объем митрального клапана на 3-панельный мультипланарный дисплей (2D-латеральная плоскость, 2D-плоскость возвышения и 3D-реконструкция) и активируйте инструмент быстрой обрезки. Инструмент быстрой обрезки требует двух кликов и позволяет пользователю обрезать в любой плоскости.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Разные поставщики будут использовать различную терминологию для инструмента быстрой обрезки. На ультразвуковой системе GE Vivid E95 этот инструмент для обрезки имеет маркировку «2 Click Crop». На ультразвуковой системе Philips Epiq 7C этот инструмент для обрезки обрезки имеет маркировку «Quick Vue».
2. Чтобы получить вид митрального клапана изнутри из левого предсердия (вид хирурга), выполните следующие действия (см. рисунок 3, шаг E).
   1. Работая из 2D латеральной плоскости (низкая парастернальная длинная ось в этом протоколе), расположите первый курсор в левом предсердии, прямо над митральным кольцом. После того, как первое положение установлено, проведите курсором через митральный клапан в сторону желудочка и выровняйте линию обрезки параллельно кольцу митрального клапана. Поместите второй курсор в левый желудочек, убедившись, что створки митрального клапана захвачены в пределах линий поля, и установите эту точку (см. рис. 3, шаг В).
   2. Рекомендуемая ориентация дисплея митрального клапана на лицевой стороне - спереди вверх¹². С помощью трекбола поверните 3D-митральный клапан, чтобы расположить аортальный клапан в верхней части экрана.
3. Чтобы получить вид митрального клапана с левого желудочка, просто поверните обрезанное изображение предыдущего шага на 180 градусов (в некоторых системах производителей есть функция обрезки с переворачиванием, которая выполняет это быстро) (см. рис. 3, шаг F).
   1. Обрежьте цветной допплеровский 3D объем митрального клапана в той же ориентации, что и шаг 7.3.
4. Получите представление о подклапанном аппарате митрального клапана, включая сухожильные хорды и сосочковые мышцы.
   1. Работая из 2D латеральной плоскости (низкая парастернальная длинная ось в этом протоколе), расположите первый курсор в середине левого желудочка. После того, как первое положение установлено, перетащите курсор к задней стенке левого желудочка и выровняйте линии обрезки параллельно длинной оси левого желудочка. Расположите второй курсор ниже задней стены и установите эту точку (см. рисунок 4).
5. Оптимизируйте настройки 3D-усиления и сжатия.
   1. Оптимизируйте настройки 3D-усиления до минимального значения, сохраняя при этом минимальное выпадение створок митрального клапана или его отсутствие.
   2. Оптимизируйте настройки 3D-сжатия, чтобы включить более широкий или более узкий диапазон цветовых оттенков. 3D-сжатие может улучшить 3D-восприятие глубины. На системе Philips Epiq 7 регулировка 3D-компрессии выполняется вращением ручки компрессии . На системе GE Vivid E95 регулировка 3D-сжатия выполняется вращением ручки усиления Active Mode .
6. Храните оптимизированные, обрезанные 3D-изображения митрального клапана в виде отдельных зажимов для кинопетли.

Результаты

Высококачественный набор 3D-данных митрального клапана в детской эхокардиографии будет иметь оптимальную объемную скорость, подходящую для оценки движения створки, и отличное пространственное разрешение, использующее превосходное осевое разрешение. Чтобы оценить ?...

Обсуждение

Для оператора/сонографиста 3D-эхокардиография часто сталкивается с рядом проблем. Во-первых, по своей природе существуют значительные различия в размере пациента, частоте сердечных сокращений и сотрудничестве во время педиатрического эхокардиографического обследо?...

Материалы

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)