3次元心エコー検査を用いた右心室の形態学的・機能的評価

ここでは、主にこの技術の実現可能性を最大化する実用的な側面に焦点を当てて、右心室の3D体積評価のための段階的な取得および分析プロトコルを提供します。

伝統的に、心臓の右側は循環において小さな役割を果たすと考えられていました。しかし、ますます多くのデータが、右心室(RV)機能がさまざまな心血管障害において強力な診断力と予後力を持っていることを示唆しています。その複雑な形態と機能のために、従来の2次元心エコー検査によるRVの評価は限られています:日常の臨床診療は通常、単純な線形寸法と機能的測定に依存しています。3次元(3D)心エコー検査は、幾何学的仮定のないRVの体積定量を提供することにより、これらの制限を克服しました。ここでは、市販の主要なソフトウェアを使用してRVの3D心エコーデータを取得および分析するためのステップバイステップガイドを提供します。3D RVボリュームと排出率を定量化します。いくつかの技術的側面は、RVの取得と分析の品質を向上させるのにも役立つ可能性があり、実用的な方法で提示します。この方法の現在の機会と制限要因を確認し、現在の臨床診療における3D RV評価の潜在的なアプリケーションも強調します。

心エコー検査は、1950年代の最初の臨床応用から長い道のりを歩んできました¹。最初の1次元超音波プローブは、チャンバーの壁と内腔の単純な直線直径を提供するように設計されました。しかし、それらは間違いなく心臓血管イメージングのマイルストーンを表しています。2次元(2D)超音波イメージングの開発は、形態と機能のはるかに正確な定量化を提供することによるもう一つの大きなステップであり、今でも日常の臨床診療における標準的な方法であると考えられています。それにもかかわらず、2D心エコー検査ベースの評価は依然として技術の主要な制限を伴います:いくつかの断層平面からの所与のチャンバーのイメージングは、3次元(3D)構造の形態および機能を適切に特徴付けない。この問題は、右心室(RV)の場合にさらに顕著である:比較的単純な弾丸型の左心室(LV)と比較して、RVは、線形直径または領域³を使用して適切に定量化できない複雑な形状²を有する。これらの広く知られている事実にもかかわらず、RVの形態および機能は通常、臨床診療においてそのような単純なパラメータによって測定される。

何十年もの間、RVは左のRVと比較して流通においてはるかに重要ではないと考えられていました。いくつかの画期的な論文は、RVの形状と機能の強力な予後的役割を示すこの立場を打ち負かしました^4,5,6,7。多くの研究により、比較的単純な従来のパラメータを使用してもRV測定の増分値が実証されており、潜在的に意味のある臨床的価値を持つチャンバーをより正確に定量することの重要性と必要性が浮き彫りになっています。

3D心エコー検査は、心腔の2D評価のいくつかの制限を克服します。LVの場合も、体積の測定や幾何学的仮定のない機能パラメータは高い関心事になる可能性がありますが、RV⁸の評価では特に重要になる可能性があります。3D由来のRV体積および駆出率(EF)は、様々な心血管状態において有意な予後値を有することが示されている^9、10。

現在、いくつかのベンダーは、ゴールドスタンダードの心臓磁気共鳴(MR)測定に対して検証された結果を備えた3D RV評価用の半自動ソリューションを提供しています^11,12。3D評価の技術的要件は、今日の最先端の心臓血管イメージング部門の重要な部分であり、まもなくすべての心エコー検査ラボの一般的な機器の一部になると予想されています。3D取得と後処理に関する適切な専門知識があれば、3D RV分析を標準検査プロトコルに簡単に実装できます。

プロトコルは、施設の人間の研究倫理委員会のガイドラインに従い、臨床例の患者は研究に書面によるインフォームドコンセントを与えました。

1. 技術要件

1. 3Dの取得と解析には、適切なソフトウェアとハードウェアを使用してください。心エコー検査装置のECGケーブルを使用します。さらに、以下に説明する完全な3D取得プロトコルには必須です。
2. 3D取得には、3D心エコープローブと3D互換超音波装置を使用してください。3D RV体積解析には、専用のソフトウェアを使用してください。

2. 買収

1. ほとんどの場合、頂端ビューを使用してRVの3D取得を実行します。LVに焦点を当てたビューとは対照的に、別の患者のポジショニングが推奨されます。正しい頂端ビュー上の1つの肋間空間に切り替えることによって実質的により良い画質を達成できる場合、この短縮されたビューは、より良い3D画質を可能にし得る。縮み率は、3D 解析中に修正できます。
   1. 左外側褥瘡位(左腕を頭の上に伸ばして左側に横たわっている患者)が推奨される標準的な根尖心エコー取得と比較して、トランスデューサーのより横方向の位置を可能にするために、患者をわずかに後ろに傾けてもらいます。
   2. RVのみを含む画像深度を選択します。 不必要に奥行きが大きいと、RV体積分析に関する有益な効果がないため、取得フレームレートが低下する可能性があります。
2. 2D心エコー画像から正しいRVフォーカスビューを確認します。このビューからでもRVの自由壁の視覚化が不十分な場合、期待される3D画質はさらなる分析に最適ではありません。
3. 4Dボタンを使用してライブ 3D イメージングに切り替え、RVビューをさらに修正することができます。
4. 3Dライブモードは見た目に非常に美しいかもしれませんが、 3D ビューには 12スライス モードを使用して、関心領域の三葉機画像と自由に変更できる9つの断面面を表示します。切断面の回転と正しい位置により、RVフリーウォール全体(流出路と先端セグメントを含む)の可視性を確認します。
5. セクターの左傾化(タッチスクリーンの2ページ目)を使用して画像をさらに調整し、RVの視覚化を改善します。
6. RV体積解析には、 マルチ ビートモードと シングルビート モードの2つの3D取得モードを使用します。ただし、すべての患者でこれらのアプローチの両方を使用しますが、場合によっては(例:.、特定の不整脈、患者の重度の呼吸困難)、後者のみが実行可能な場合があります。.
7. シングルビートモードを使用して、画質とフレームレートのトレードオフを実現します。最適な画像深度、幅、フレームレート(タッチスクリーンの下部パネル)を選択し、それ以上のアクションなしでRVの3Dループを取得します。この方法は大多数の患者で実行可能です。ただし、マルチビートアプローチと比較して、一般的に画質とフレームレートが低くなります。
   1. 平均心拍数(60〜70 /分)の場合、適切なRV分析のために、フレームレートの下限を16フレーム/秒に保ちます。ただし、頻脈が存在する場合は、さらに高いフレームレートをお勧めします。
8. マルチビートモードを使用して、タッチスクリーンで選択できる所定の数の心臓サイクルから取得した3Dループを再構築します(2、3、4、6 ビート モードを使用できます)。シングルビート取得とは対照的に、一般的により良い画質とフレームレートが期待されます。ただし、比較的一定の心周期の長さと、必須の息止め操作による患者のコンプライアンスが必要です。操作は、いわゆるステッチアーティファクトを回避するために不可欠です:取得した3Dボリュームが一緒にステッチされると、不均等な心周期の長さおよび/または呼吸による動きがこの現象を引き起こす可能性があります。
   1. プローブの正しい位置と機械の設定(「シングルビート」モードと同様)の後、患者に深呼吸をして保持するように依頼します。この場合、拡張肺は通常画像全体を覆います。
   2. 患者に、厳密にガイダンスを付けてゆっくりと息を吐くように依頼します。肺の収縮と並行して、RVは再び見えるようになります。
   3. RV全体(自由壁と中隔)が再び現れたら、この状態で息を止めるように患者に依頼します。
   4. 画面上で マルチビート をクリックして取得を開始すると、指定された量の心臓サイクル中に3Dループが蓄積されます。
   5. 取得の準備ができたら(RV全体が視覚化されます)、患者に再び自由に呼吸するように依頼します。
   6. 取得したループをチェックして、ステッチングやドロップアウトアーティファクトがないかどうかを確認します。

3. 4D RV解析

1. 専用ソフトウェアを使用して、RVの3D体積解析を実行します。患者ライブラリからRVに焦点を当てた3Dループを選択した後、ボリュームフォルダにある測定ウィンドウからソフトウェアを開きます。
2. ソフトウェアを開いた後、RVを4つの事前定義された切断面に向けます。
   1. 左上下の長軸平面の三尖弁の中心に2つのマーカー(TVセンター)を配置します。回転ツールを使用して、画像の長軸をRVの実際の長軸に調整します。右上の参照画像は、正しい向きがどのように表示されるかを示しています。
   2. 右上のパネルで、回転によって短軸画像を正しい位置に揃えます。前の手順と同様に、参照画像もこのプロセスに役立ちます。
3. 完了したら、[ ランドマークの設定 ] をクリックして解析の次のステップに進みます。2つの画像にランドマークを設定します。
   1. 左側で、自由壁(TVフリーウォール)とセプタム(TVセプタム)の三尖弁輪と、以前に配置された頂端4室ビューのRV頂点をマークします。
   2. 右側で、RVの後方(LV / RV後方)と前方挿入点(LV / RV前方)とRV自由壁(RV自由壁)を設定します。前のウィンドウと同様に、右上隅の参照画像は、正しいセットアップに関するヘルプです。すべてのランドマークを設定した後、ソフトウェアは自動的に次のウィンドウ(レビュー)にジャンプします。
4. このウィンドウ(レビュー)で、必要に応じて、心周期全体を通して心内膜境界の自動検出を確認し、手動で修正します。デフォルトでは、9つのパネルを見ることができます:左側に3つの移動ループ(1つの長軸と2つの短軸)、中央に同じ画像の拡張末期フレーム、右側に収縮期末期のフレーム。
   1. 誤った追跡の場合は、心内膜の境界(緑色の線)、追跡された境界をクリックして自由に修正します。短軸の回転ツールを使用して、RVの全周に沿って追跡する画像を確認します。 右側のパネルで[ ペンサイズ ]を選択して、補正の大きさを調整します。トラッキングが正しいと思われる場合は、同じパネルの[ 結果 ]をクリックします。
5. 最後のセクションでは、右上(ワークシートパネル )で最終的な3D体積データとその他の計算パラメータを確認します。RV容量と排出率に加えて、ソフトウェアは、線形(中軸、基礎、長軸)直径などの2Dパラメータ、および事前定義された頂端4チャンバービューから得られたFACおよびTAPSE値も表示します。ソフトウェアはまた、RVの長軸と短軸(左側)、RVの3Dライブモデル(中央上)、およびチャンバーの体積-時間曲線(右下)も表示します。
   1. 追跡をさらに調整する必要がある場合は、右側のパネルでクリックすることで、以前のすべての手順を修正できます。トラッキングと3Dパラメータが有効であると考えられる場合は、同じパネルの[承認して終了]をクリックして結果を保存します。

RVの3D分析は、さまざまな心血管疾患で実行可能です。症例1は、正常な心室容積と機能を持つ健康なボランティアです(図1)。症例2は僧帽弁修復後の患者で,従来の2D評価の相反する結果の典型例であり,TAPSEは著しく低下しているが,RV機能障害の徴候は見られず,正常な3D RV EFによりRVの全体的な収縮機能が維持されていることが確認された(図2)。両方の患者は、優れた心エコー検査ウィンドウを持ち、その結果、優れた追跡品質が得られました。症例3は拡張型心筋症のセミプロスポーツ選手です(図3)。中程度の画質しか達成できませんでした(流出路の視覚化は不十分です)。しかし、3D RV分析は成功し、心臓MRの結果と良好な一致を示しました。

図1:健康なボランティアの3D RV分析。 左側のパネルには、RVの長軸(上部パネル)と短軸(下部パネル)の画像が表示されます。緑色の線は心内膜境界を表します。中央の上の画像は、現在の分析に基づくRVの3Dモデルです。RV体積と排出率に加えて、ソフトウェアは直線(中軸、基底、長軸)直径などの2Dパラメータ、および事前定義された頂端4チャンバービュー(右上パネル)から得られたFACおよびTAPSE値を表示し、体積-時間曲線も生成されます(右下パネル)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:僧帽弁修復後の患者の3D RV分析。 3D RVボリュームとEFは正常範囲内にありますが、TAPSEは著しく低くなっています。RVの縦方向の短縮の減少は心臓手術後の一般的な現象ですが、これらの患者の大多数はRV障害の兆候を示していません。3D EF評価は、TAPSE値が著しく低下したにもかかわらず、全体的な収縮期機能が維持されていることが確認されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:拡張型心筋症のアスリートの症例。 3D RVボリュームは増加しますが、3D RV EFはわずかに減少します。視覚化が不十分なRV流出路での最適ではない画質に注意してください。心エコー検査ウィンドウが不十分であるにもかかわらず、RV分析は、ゴールドスタンダードの心臓MR(RVEDV:168 mL;RVESV: 99 ミリリットル;RVEF:41%)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

RVの3D分析は、日常の心臓病学の実践における重要なステップを表しています。以前は無視されていた心腔の形態と機能への関心の高まりと並行して、これらの新しいソリューションは、心臓の右側に関する臨床的に意味のある情報を提供します。3D取得には、2D心エコー画像とは著しく異なるいくつかの側面がありますが、重要なポイントに特別な注意を払い、徹底したプロトコルを使用することにより、3D RV分析は科学的ツールから心エコー検査の重要なステップに進む可能性があります。最適な画質と適切な専門知識があれば、心エコー検査を使用したRV容積分析は、取得から実現可能性の高い結果まで数分しかかからない場合があります¹³。大幅に低いコストと短い手順時間により、いくつかのケースでゴールドスタンダードの心臓MR検査の魅力的な代替手段になります。

それにもかかわらず、3D解析はすべてのシナリオで実行可能とは限りません。最も重要な制限要因は心エコー画像の品質です:2D心エコーウィンドウが不十分な患者では、許容可能な3D画質を達成することはめったにありません。それでも、さまざまな操作(プローブの横方向の配置、短縮、適切なプリセット)により、3D画質が向上する可能性があることに言及することが重要です。RV流出路の最適ではない視覚化は珍しいことではありませんが、信頼性の高い結果を提供するRV分析ソリューションによっては通常十分に許容されます。スティッチングで3Dループを使用すると、ドロップアウトアーティファクトが強く推奨されないため、複数のループの記録と取得後の制御を強くお勧めします。

RVの3D検査は、3D RV変形解析とチャンバーの地域評価の可能性を開きます¹⁴。維持されたEFがRVメカニック⁴の重要な変更を排除しないことはよく知られています。RV変形の評価は、心臓手術後の患者15、¹⁶、17、先天性心疾患18、肺動脈高血圧症¹⁹、^20、21、エリートアスリート²²など^、さまざまな集団におけるRV収縮パターンの明確な変化を明らかにします。.さらに、分節形態および機能の測定は、不整脈原性心筋症²³または先天性心疾患患者²⁴などのRVの局所リモデリングが期待される疾患において高い関心事であり得る。結論として、3D RVデータの後処理は、チャンバーの新規パラメータに増分診断および予後価値を提供する可能性がある。

プロジェクト番号NVKP_16-1–2016-0017(「ナショナルハートプログラム」)は、NVKP_16資金提供スキームの下で資金提供されたハンガリー国立研究開発イノベーション基金からの支援を受けて実施されました。この研究は、センメルワイス大学の治療法開発およびバイオイメージングテーマ別プログラムの枠組みの中で、ハンガリーのイノベーション技術省のテーマ別エクセレンスプログラム(2020-4.1.1.-TKP2020)によって資金提供されました。