Name: four-dimensional computed tomography-guided valve sizing for transcatheter pulmonary valve replacement
Uploaded: 2022-01-20T14:30:00
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孙晓林和郝一萌对这份手稿的贡献相同，并分享了第一作者身份。衷心感谢所有为这项工作作出贡献的人，包括过去和现在的成员。这项工作得到了德国联邦经济事务和能源部的资助，EXIST - 研究转移（03EFIBE103）。孙晓林和皓一萌得到了中国留学基金委员会（孙晓林-CSC：201908080063，皓一萌-CSC：202008450028）的支持。

所有心脏CT数据均来自GrOwnValve临床前试验，并得到了柏林区域卫生和社会事务办公室（LAGeSo）法律和伦理委员会的批准。所有动物都按照欧洲和德国实验动物科学学会（FELASA，GV-SOLAS）的指导方针接受了人道护理。在这项研究中，选择了来自绵羊J的Pre-CT来说明这些程序。
1. 对绵羊进行三维心脏CT检查
<ol><li>静脉麻醉<ol>
<li>通过肌内注射咪达唑仑（2 mg / mL，0.4 mg /...

<ol>
	<li>Baumgartner, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> European Heart Journal. 42 (6), 563-645 (2021).</li><li>Gales, J., Krasuski, R. A., Fleming, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcatheter+Valve+Replacement+for+Right-sided+Valve+Disease+in+Congenital+Heart+Patients.">Transcatheter Valve Replacement for Right-sided Valve Disease in Congenital Heart Patients.</a> Progress in Cardiovascular Diseases. 61 (3-4), 347-359 (2018).</li><li>Goldstein, B. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adverse+Events,+Radiation+Exposure,+and+Reinterventions+Following+Transcatheter+Pulmonary+Valve+Replacement.">Adverse Events, Radiation Exposure, and Reinterventions Following Transcatheter Pulmonary Valve Replacement.</a> Journal of the American College of Cardiology. 75 (4), 363-376 (2020).</li><li>Ansari, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Percutaneous+Pulmonary+Valve+Implantation:+Present+Status+and+Evolving+Future.">Percutaneous Pulmonary Valve Implantation: Present Status and Evolving Future.</a> Journal of the American College of Cardiology. 66 (20), 2246-2255 (2015).</li><li>Nordmeyer, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acute+and+midterm+outcomes+of+the+post-approval+MELODY+Registry:+a+multicentre+registry+of+transcatheter+pulmonary+valve+implantation.">Acute and midterm outcomes of the post-approval MELODY Registry: a multicentre registry of transcatheter pulmonary valve implantation.</a> European Heart Journal. 40 (27), 2255-2264 (2019).</li><li>Shahanavaz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intentional+Fracture+of+Bioprosthetic+Valve+Frames+in+Patients+Undergoing+Valve-in-Valve+Transcatheter+Pulmonary+Valve+Replacement.">Intentional Fracture of Bioprosthetic Valve Frames in Patients Undergoing Valve-in-Valve Transcatheter Pulmonary Valve Replacement.</a> Circulation. 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迄今为止，这是第一项使用从4D CT序列生成的矫直心脏模型来说明RVOT-PA形态和动态参数的患者特异性测量的研究，该模型可用于预测TPVR的最佳瓣膜尺寸。使用绵羊J Pre-CT成像来说明该方法，以获得动态变形，右心室容积，右心室功能以及RVOT / PA在心脏周期每重建10%时从RVOT到肺干的RVOT / PA变化的五个平面。与3D成像相比，矫直模型不仅可以预测与舒张末期3D图像的MPR测量值相同的瓣膜尺寸，而且还?...

右心室流出道功能障碍 （RVOT） 和肺动脉瓣异常是严重先天性心脏病的两个最常见后果，例如，法洛四联症修复 （TOF）、某些类型的右心室双出口 （DORV） 和大动脉转位的患者1，2，3.这些患者中的大多数在其一生中面临多次手术，并且随着年龄的增长，复杂性和合并症的风险也会增加。这些患者可能受益于经导管肺动脉瓣置换术 （TPVR） 作为微创治疗4。迄今为止，接受TPVR的患者数量稳步增长，全球已进行了数千例此类手术。与传统的心脏直视手术相比，TPVR需要在干预前通过计算机断层扫描血管造影（CTA）对从右心室（RV）到肺动脉（PA）的异种移植物或同种移植物进行更准确的解剖学测量，以及 通过 经环斑片修复肺和RVOT狭窄，并确保患者没有支架骨折和瓣膜旁渗漏（PVL）5，6.
一项前瞻性、多中心研究表明，多探测器CT环形尺寸算法在选择合适的瓣膜尺寸方面起着重要作用，可降低瓣膜旁反流的程度7。近年来，定量分析在临床医学中得到了越来越多的应用。定量分析具有巨大的潜力，能够客观、正确地解释临床影像学，验证患者是否无支架骨折和瓣旁渗漏，从而增强患者特异性治疗和治疗反应评估。在以往的临床实践中，使用二维（2D）CT从三个平面（矢状、冠状和轴向）重建CT成像以获得可视化模型是可行的8。造影剂增强心电图 （ECG） 门控 CT 在评估 RVOT/PA 3D 形态和功能，以及识别具有合适 RVOT 植入位点且能够在整个心脏周期中保持 TPVR 稳定性的患者9，10 中变得越来越重要。
然而，在当代标准临床和临床前环境中，获得的4D CT数据通常被转换为3D平面进行手动定量和视觉评估，无法显示3D / 4D动态信息11。此外，即使使用3D信息，从多平面重建（MPR）获得的测量值也具有各种局限性，例如由于右心血流方向不同而导致的可视化质量差和缺乏动态变形12。测量结果收集起来非常耗时，并且容易出错，因为 2D 对齐和切片可能不精确，从而导致误解和膨胀。目前，对于哪种 RVOT-PA 测量能够可靠地提供有关功能障碍性 RVOT 和/或肺动脉瓣疾病患者 TPVR 的适应证和瓣膜尺寸的准确信息，尚无共识。
在这项研究中，提供了 通过 4D心脏CT序列使用矫直的右心模型测量RVOT-PA的方法，以确定如何最好地表征RVOT-PA在整个心脏周期中的3D变形。时空相关成像通过包括时间维度来完成，因此能够测量RVOT-PA幅度的变化。此外，矫直模型的变形可能会对TPVR阀门的尺寸和程序规划产生积极影响。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Adobe Illustrator</td>
			<td>Adobe</td>
			<td>Adobe Illustrator 2021</td>
			<td>Graphics software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Butorphanol</td>
			<td>Richter Pharma AG</td>
			<td>Vnr531943</td>
			<td>0.4mg/kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fentanyl</td>
			<td>Janssen-Cilag Pharma GmbH</td>
			<td>DE/H/1047/001-002</td>
			<td>0.01mg/kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycopyrroniumbromid</td>
			<td>Accord Healthcare B.V</td>
			<td>PZN11649123</td>
			<td>0.011mg/kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GraphPad Prism</td>
			<td>GraphPad Software Inc.</td>
			<td>Version 9.0</td>
			<td>Versatile statistics software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imeron 400 MCT</td>
			<td>Bracco Imaging</td>
			<td>PZN00229978</td>
			<td>2.0&#8211;2.5 ml/kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine</td>
			<td>Actavis Group PTC EHF</td>
			<td>ART.-Nr. 799-762</td>
			<td>2&#8211;5 mg/kg/h</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Midazolam</td>
			<td>Hameln pharma plus GMBH</td>
			<td>MIDAZ50100</td>
			<td>0.4mg/kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multislice Somatom Definition Flash</td>
			<td>Siemens AG</td>
			<td>A91CT-01892-03C2-7600</td>
			<td>Cardiac CT Scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propofol</td>
			<td>B. Braun Melsungen AG</td>
			<td>PZN 11164495</td>
			<td>20mg/ml, 1&#8211;2.5 mg/kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propofol</td>
			<td>B. Braun Melsungen AG</td>
			<td>PZN 11164443</td>
			<td>10mg/ml, 2.5&#8211;8.0 mg/kg/h</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Safety IV Catheter with Injection port</td>
			<td>B. Braun Melsungen AG</td>
			<td>LOT: 20D03G8346</td>
			<td>18 G Catheter with Injection port</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Slicer</td>
			<td>Slicer</td>
			<td>Slicer 4.13.0-2021-08-13</td>
			<td>Software: 3D Slicer image computing platform</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

four-dimensional computed tomography-guided valve sizing for transcatheter pulmonary valve replacement

右心室 （RV） 和肺动脉 （PA） 的测量值（用于选择经导管肺动脉瓣置换术 （TPVR） 的最佳假体尺寸）差异很大。用于设备尺寸预测的三维（3D）计算机断层扫描（CT）成像不足以评估右心室流出道（RVOT）和PA的位移，这可能会增加支架错位和瓣旁漏的风险。本研究的目的是提供一个动态模型，通过四维（4D）心脏CT重建来可视化和量化整个心脏周期中RVOT到PA的解剖结构，以获得所需瓣膜尺寸的准确定量评估。在这项试点研究中，选择了绵羊J的心脏CT来说明这些程序。将3D心脏CT导入3D重建软件，构建4D序列，该序列在心脏周期内分为11个帧，以可视化心脏的变形。在瓣膜植入前，在4D矫直模型中测量主PA，锡管连接处，窦，肺动脉瓣（BPV）基平面和RVOT处五个成像平面的直径，横截面积和周长，以预测瓣膜大小。同时，还测量了RV体积的动态变化以评估右心室射血分数（RVEF）。获得舒张末的3D测量值，以便与4D测量值进行比较。在绵羊J中，来自拉直模型的4D CT测量导致TPVR（30 mm）的瓣膜尺寸选择与3D测量相同。CT前羊J的RVEF为62.1%。与3D CT相比，矫直4D重建模型不仅能够准确预测TPVR的瓣膜尺寸选择，而且提供了理想的虚拟现实，从而为TPVR和TPVR器件的创新提供了一种有前景的方法。

在绵羊J中，从4D心脏CT序列中成功生成了4D全心和右心模型，该序列显示了整个心脏周期的变形。为了更好地可视化，跳动的心脏和右心的整个变形在图3 - 图4和视频1 - 视频 2中的各个方向上显示。
在分段的每10%中，根据面罩体积获得矫直的右心模型，以说明绵羊J Pre-...

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Four-Dimensional Computed Tomography-Guided Valve Sizing for Transcatheter Pulmonary Valve Replacement

本研究使用从四维心脏计算机断层扫描序列生成的矫直模型评估了一种新方法，以获得经导管肺动脉瓣置换术应用中瓣膜尺寸的所需测量值。

用于经导管肺动脉瓣置换术的四维计算机断层扫描引导的瓣膜尺寸

The measurements of the right ventricle (RV) and pulmonary artery (PA), for selecting the optimal prosthesis size for transcatheter pulmonary valve ...

本研究提供了从4D心脏CT生成的矫直模型，以获得我们在经导管肺动脉瓣置换术应用中的尺寸所需的修正。这是一个拉直的4D模型，可以为TPV提供阀门尺寸，并提供理想的虚拟现实，为TPV和设备创新提供了一种有前途的方法。这种方法还可以为经导管北极瓣膜种植园实现实际的瓣膜尺寸，具有虚拟现实的想法以及设备创新。首先在模块下拉菜单中选择体积渲染。然后在音量下拉菜单中选择 4D 序列。在预设下拉菜单中选择 CT 心脏三号以显示 4D 心脏。调整预设下拉菜单下方的光标以仅显示心脏。单击模块下拉菜单中的序列浏览器以选择并显示 4D 序列。将4D心脏拖入3D场景，从各个方向观察心脏。在移位条下方的裁剪选项中选择启用和显示ROI功能，以裁剪跳动心脏的4D体积，以便更好地观察心脏的结构。在模块的下拉菜单中选择区段编辑器。然后单击剪刀效果与填充内部操作以剪切一帧。单击掩码体积效果并应用它以将分割链接到 4D 心脏作为蒙版体积。选择剪刀效果与擦除内部操作，以删除骨骼和其他意外区域。选择岛屿效果，用保持最大岛屿操作来移除小区域。使用一到3%的球形刷选择擦除效果，以去除主动脉处的组织，并附着在主动脉上，以及升主动脉和上腔静脉之间的组织。在每个步骤之后，应用蒙版体积效果来遮罩4D体积，并继续删除区域，直到右心模型显示在3D场景中。单击序列浏览器并转到下一帧。使用剪刀效果和内部擦除选项来剪切3D场景中的任何区域。将相同的方法应用于其余帧，直到整个 4D 序列被分割。单击序列浏览器按钮以显示右心4D体积。在工具栏中选择句段编辑器模式。为 4D 序列的每个 10% 帧添加两个分割，并相应地命名它们。在具有可编辑强度范围的片段编辑器模块中选择绘画效果工具。这取决于CT图像来绘制右心与序列上腔静脉，右心房，右心室和肺动脉。点击其他细分。使用绘画工具绘制其他区域，以跟踪右心的边界。选择“从种子生长”效果。选择“初始化并应用”以应用效果。单击片段编辑器模块中的“显示 3D”按钮以显示当代帧的 3D 模型。如前所述，根据三个方向的CT图像移除或改进3D模型，然后在分叉处移除肺动脉的左右分支。然后，右心3D模型将在每帧中显示3D场景。将数据树中的分段借用为备份。为细分命名。例如，10% 分割原始模型，10% 分割用于矫直模型。在模块的下拉菜单中选择精确的中心线。在提取中心线模块的输入部分的曲面下拉菜单中选择分割。单击终结点下拉菜单中的“创建新标记基准”。单击“放置标记点”按钮，在上腔静脉的顶部平面和主肺动脉的末端平面上添加终点。选择“创建新模型作为中心线模型”，然后在输出菜单的树中创建新的标记曲线作为中心线曲线。单击应用以显示中心线右心模型。单击数据模块，然后右键单击中心线曲线以编辑其属性。单击眼睛图标以显示控制点。在重新采样部分中，将重新采样的点数设置为 40 以降低计算机负载。在模块的下拉菜单中选择曲面平面重新格式化。在曲线分辨率和切片分辨率变为 0.8 毫米后，将光标移开。将切片大小设置为 130 到 140 毫米。创建一个新卷作为输出拉直卷。单击“应用”以获取拉直的体积。在模块下拉菜单中选择“体积渲染”以显示拉直的体积。在音量下拉菜单中选择拉直的音量，然后单击眼睛图标。选择 CT 心脏三作为预设。移动移位光标以在 3D 场景中显示拉直的右心体积。在数据树中以用于分割的拉直卷的名称列直的卷。然后右键单击以分割拉直的体积。在句段编辑器模块中选择阈值效果，为所需的直角右心着色。然后单击应用以应用该操作。选择蒙版体积效果，通过选择用于分割的拉直体积来遮罩拉直的体积。音量作为输入音量和输出音量。然后单击应用以应用该操作。单击“应用”以应用设置以移除骨骼、意外和小区域以及组织，以仅保持右心伸直。然后在3D场景中检查矫直右心体积和矫直右心分割的3D模型。获得其他帧的拉直右心体渲染和拉直分割后，将它们保存在相应的文件夹中。通过按住键盘上的 shift 键并使用五个平面工具栏中的十字准线或功能，将手稿中描述的五个平面添加到每帧的拉直模型中。单击工具栏中的“创建和放置”模块以选择平面效果。选取线效应以测量周长。选取闭合曲线效果以获得圆周和横截面积。并复制数据以构建数据集。要在矫直模型中执行右心室体积测量，请在从4D序列获得的每个帧中列直分割，并根据匹配的帧标记分割以进行体积测量。在模块下拉菜单中选择区段统计信息模块。在输入菜单中选择分段和音量比例，然后在后面的 X% 分割中选择音量测量。选择创建新表作为输出表，然后单击应用以应用操作以获取卷表。该视频显示了从4D心脏CT序列生成的4D全心和右心模型，该模型显示了整个心脏周期中的诽谤。对跳动的心脏和右心的整个诽谤在各个方向上表现出来。该图显示了拉直的右心模型，在每次分割的10%中按照掩模体积获得，以说明在船舶J pre CT中矫直模型中右心的变形。在心脏周期的不同阶段获得横截面积，周长和周长的变化，以生成趋势图，如图1所示。对于这种方法，至关重要的是要屏蔽体积并集中到分割，构建矫直模型，并对五个选定的计划执行NPR测量。这种方法是研究人员分析心脏ICT的关键方式，对于介入硬件治疗更加可视化，而医疗器械的开发之后就是开发。

Research

JoVE Journal

Medicine

Computed Tomography-guided Time-domain Diffuse Fluorescence Tomography in Small Animals for Localization of Cancer Biomarkers

电脑断层导引的时域漫荧光体层摄影术在小动物的肿瘤生物标志物的本土化

Small animal fluorescence molecular imaging (FMI) can be a powerful tool for preclinical drug discovery and development studies1. However, light ...

科研

医学

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肺动脉瓣使用异位心脏移植小鼠模型移植

Tissue engineered heart valves, especially decellularized valves, are starting to gain momentum in clinical use of reconstructive surgery with mixed ...

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采用微计算机断层扫描对肿瘤发展的评估和后续反应来治疗肺癌的小鼠模型

Lung cancer is the most lethal cancer in the world. Intensive research is ongoing worldwide to identify new therapies for lung cancer. Several mouse ...

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主动脉瓣重置术治疗瓣膜备用主动脉根置换的规范化技术

Despite the obvious advantages of the preservation of a normal aortic valve during aortic root replacement, the complexity of valve sparing procedures ...

Technique and Patient Selection Criteria of Right Anterior Mini-Thoracotomy for Minimal Access Aortic Valve Replacement

右前小切口主动脉瓣置换术的技术及患者选择标准

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经导管主动脉瓣植入术中 X 线透视 3D CT 血管造影的改进与影像融合

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An Image Guided Transapical Mitral Valve Leaflet Puncture Model of Controlled Volume Overload from Mitral Regurgitation in the Rat

大鼠中三极重化控制体积过载的图像引导透射斜线阀传单穿刺模型

Mitral regurgitation (MR) is a widely prevalent heart valve lesion, which causes cardiac remodeling and leads to congestive heart failure. Though the ...