3D 심 초음파를 사용한 우심실의 형태 학적 및 기능적 평가

여기에서는 우심실의 3D 체적 평가를 위한 단계별 획득 및 분석 프로토콜을 제공하며, 주로 이 기술의 실현 가능성을 극대화하는 실용적인 측면에 중점을 둡니다.

전통적으로 심장의 오른쪽은 순환에 작은 역할을한다고 믿어졌습니다. 그러나 점점 더 많은 데이터가 우심실 (RV) 기능이 다양한 심혈관 질환에서 강력한 진단 및 예후력을 가지고 있음을 시사합니다. 복잡한 형태와 기능으로 인해 기존의 2 차원 심 초음파에 의한 RV 평가는 제한적입니다 : 일상적인 임상 실습은 일반적으로 단순한 선형 치수 및 기능적 측정에 의존합니다. 3차원(3D) 심초음파는 기하학적 가정 없이 RV의 체적 정량화를 제공함으로써 이러한 한계를 극복했습니다. 여기에서는 상업적으로 이용 가능한 선도적 인 소프트웨어를 사용하여 RV의 3D 심 초음파 데이터를 얻고 분석하는 단계별 가이드를 제공합니다. 3D RV 부피와 배출 비율을 정량화합니다. 몇 가지 기술적 측면이 RV 획득 및 분석의 품질을 개선하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 실용적인 방식으로 제시합니다. 우리는 이 방법의 현재 기회와 제한 요소를 검토하고 현재 임상 실습에서 3D RV 평가의 잠재적인 적용을 강조합니다.

심 초음파는 1950 년대 첫 임상 적용에서 먼 길을 왔습니다¹. 최초의 1차원 초음파 프로브는 챔버 벽과 루멘의 단순한 선형 직경을 제공하도록 설계되었습니다. 그러나 의심 할 여지없이 심혈관 영상의 이정표를 나타냅니다. 2차원(2D) 초음파 영상의 개발은 형태와 기능의 훨씬 더 정확한 정량화를 제공함으로써 또 다른 주요 단계였으며 여전히 일상적인 임상 실습에서 표준 방법으로 간주됩니다. 그럼에도 불구하고, 2D 심 초음파 기반 평가는 여전히이 기술의 주요 한계를 가지고 있습니다 : 몇 개의 단층 촬영 평면에서 주어진 챔버의 이미징은 3 차원 (3D) 구조의 형태와 기능을 적절하게 특성화하지 못합니다. 이 문제는 우심실 (RV)의 경우에 더욱 두드러진다 : 비교적 단순한 총알 모양의 좌심실 (LV)과 비교하여, RV는 선형 직경 또는 영역³을 사용하여 적절하게 정량화 될 수없는 복잡한 기하학⁽²)을 갖는다. 이러한 널리 알려진 사실에도 불구하고, RV 형태 및 기능은 일반적으로 임상 실습에서 이러한 간단한 파라미터에 의해 측정된다.

수십 년 동안 RV는 왼쪽 대응 물에 비해 순환에서 훨씬 덜 중요한 역할을하는 것으로 간주되었습니다. 여러 획기적인 논문은 다양한 질병 ^4,5,6,7에서 RV 기하학과 기능의 강력한 예후 역할을 보여주는 이러한 관점을 무효화했습니다. 수많은 연구에서 비교적 간단한 기존 파라미터를 사용하더라도 RV 측정의 증분 가치를 입증했으며, 이는 잠재적으로 의미 있는 임상적 가치를 가진 챔버의 보다 정확한 정량화의 중요성과 필요성을 강조합니다.

3D 심 초음파는 심장 챔버의 2D 평가의 몇 가지 한계를 극복합니다. LV의 경우에도 부피 및 기하학적 가정이없는 기능 매개 변수의 측정이 높은 관심을 끌 수 있지만 RV⁸의 평가에서 특히 중요 할 수 있습니다. 3D 유래 RV 부피 및 박출률(EF)은 다양한 심혈관 질환에서 유의한 예후 값을 갖는 것으로 나타났다^9,10.

오늘날 여러 공급업체는 금 표준 심장 자기 공명(MR) 측정(^11,12)에 대해 검증된 결과를 제공하는 3D RV 평가를 위한 반자동 솔루션을 제공합니다. 3D 평가의 기술적 요구 사항은 오늘날 최첨단 심혈관 영상 부서의 필수적인 부분이며 곧 모든 심 초음파 실험실의 일반 장비의 일부가 될 것으로 예상됩니다. 3D 획득 및 후처리에 대한 적절한 전문 지식을 갖춘 3D RV 분석을 표준 검사 프로토콜에 쉽게 구현할 수 있습니다.

이 프로토콜은 기관의 인간 연구 윤리위원회의 지침을 따르며 임상 사례의 환자는 연구에 대한 서면 동의를했습니다.

1. 기술 요구 사항

1. 3D 수집 및 분석을 위해서는 적절한 소프트웨어와 하드웨어를 사용하십시오. 심 초음파 장치의 ECG 케이블을 사용하십시오. 또한 아래에 설명된 완전한 3D 획득 프로토콜에 필수입니다.
2. 3D 획득의 경우 3D 심 초음파 프로브와 3D 호환 초음파 기계를 사용하십시오. 3D RV 체적 해석의 경우 전용 소프트웨어를 사용하십시오.

2. 인수

1. 대부분의 경우 정점 뷰를 사용하여 RV의 3D 획득을 수행합니다. LV 중심의 견해와는 달리, 다른 환자 위치가 권장됩니다. 만약 실질적으로 더 나은 이미지 품질이 정확한 정점 뷰 위에 하나의 늑간 공간으로 전환함으로써 달성될 수 있다면, 이러한 단축된 뷰는 더 나은 3D 이미지 품질을 가능하게 할 수 있다. 단축법은 3D 해석 중에 수정할 수 있습니다.
   1. 왼쪽 측면 욕창 위치 (환자가 머리 위로 뻗은 상태에서 왼쪽에 누워있는 환자)가 권장되는 표준 정점 심 초음파 획득과 비교하여 환자를 약간 더 뒤로 기울여 변환기의 측면 위치를 가능하게합니다.
   2. RV만 포함하는 이미지 깊이를 선택합니다. 불필요하게 큰 깊이는 RV 체적 분석과 관련하여 유익한 효과가 부족하여 획득 프레임 속도를 낮출 수 있습니다.
2. 2D 심 초음파 이미지에서 올바른 RV 초점 보기를 확인합니다. RV의 자유 벽이이보기에서도 제대로 시각화되지 않으면 예상되는 3D 이미지 품질이 추가 분석에 최적이 아닙니다.
3. RV 보기의 추가 보정을 수행할 수 있는 4D 버튼을 사용하여 라이브 3D 이미징으로 전환합니다.
4. 3D 라이브 모드는 미학적으로 매우 만족스러울 수 있지만 관심 영역의 삼중 평면 이미지와 자유롭게 수정할 수 있는 9개의 단면 평면을 보여주는 3D 보기에 12 슬라이스 모드를 사용합니다. 절단면의 회전 및 올바른 위치를 통해 전체 RV 자유 벽(유출로 및 정점 세그먼트 포함)의 가시성을 확인합니다.
5. 섹터의 왼쪽 기울기(터치 스크린의 두 번째 페이지)를 사용하여 이미지를 추가로 조정하여 RV 시각화를 개선합니다.
6. RV 체적 분석을 위해 두 가지 3D 획득 모드( 멀티 비트 및 단일 비트 모드)를 사용합니다. 모든 환자에서 이 두 가지 접근법을 모두 사용하지만 일부 경우(예: 특정 부정맥, 환자의 심한 호흡곤란)에는 후자만 가능할 수 있습니다.
7. 단일 비트 모드를 사용하면 이미지 품질과 프레임 속도 간의 균형을 유지할 수 있습니다. 최적의 이미지 깊이, 너비 및 프레임 속도(터치 스크린의 하단 패널)를 선택하고 추가 작업 없이 RV의 3D 루프를 얻습니다. 이 방법은 대다수의 환자에서 가능합니다. 그러나 일반적으로 다중 비트 접근 방식에 비해 이미지 품질과 프레임 속도가 낮습니다.
   1. 평균(60-70/분) 심박수의 경우 적절한 RV 분석을 위해 16프레임/초의 낮은 프레임 속도 제한을 유지하십시오. 그러나 빈맥이 있는 경우 더 높은 프레임 속도가 권장됩니다.
8. 멀티 비트 모드를 사용하여 터치 스크린에서 선택할 수있는 주어진 수의 심박수 사이클에서 획득 한 3D 루프를 재구성합니다 (2,3,4 및 6 비트 모드를 사용할 수 있음). 단일 비트 획득과 달리 일반적으로 더 나은 이미지 품질과 프레임 속도가 예상됩니다. 그러나 비교적 일정한 심장 주기 길이와 의무적인 호흡 참기 기동으로 인한 환자 순응도가 필요합니다. 이 조작은 소위 스티칭 아티팩트를 피하기 위해 필수적입니다 : 획득 된 3D 볼륨을 함께 스티칭 할 때 호흡으로 인한 심장 사이클 길이 및 / 또는 움직임이 동일하지 않으면 이러한 현상이 발생할 수 있습니다.
   1. 프로브의 올바른 위치와 기계 설정 후("단일 비트" 모드와 유사) 환자에게 심호흡을 하고 참도록 요청하십시오. 이 경우 팽창하는 폐는 일반적으로 전체 이미지를 덮습니다.
   2. 환자에게 천천히 숨을 내쉬도록 요청하십시오. 폐의 수축과 병행하여 RV가 다시 보입니다.
   3. 전체 RV (자유 벽 및 중격)가 다시 나타나면 환자에게이 상태에서 숨을 참도록 요청하십시오.
   4. 화면에서 멀티 비트 를 클릭하여 획득을 시작하면 주어진 양의 심장 주기 동안 3D 루프가 구축됩니다.
   5. 획득이 준비되면(전체 RV가 시각화됨) 환자에게 다시 자유롭게 호흡하도록 요청하십시오.
   6. 가져온 루프를 검사하여 스티칭 또는 드롭아웃 아티팩트가 없는지 확인합니다.

3. 4D RV 분석

1. 전용 소프트웨어를 사용하여 RV의 3D 체적 분석을 수행합니다. 환자 라이브러리에서 RV 중심 3D 루프를 선택한 후 볼륨 폴더에 있는 측정 창에서 소프트웨어를 엽니다.
2. 소프트웨어를 연 후 미리 정의된 4개의 절단 평면에서 RV의 방향을 지정합니다.
   1. 두 개의 마커 (TV Center)를 왼쪽 상단 및 하단 장축 평면의 삼첨판 중심에 놓습니다. 회전 도구를 사용하여 이미지의 장축을 RV의 실제 장축으로 조정합니다. 오른쪽 위 가장자리의 참조 이미지는 올바른 방향이 어떻게 나타나야 하는지 보여줍니다.
   2. 오른쪽 위 및 아래 패널에서 회전하여 단축 이미지를 올바른 위치에 맞춥니다. 이전 단계와 마찬가지로 참조 이미지도 이 프로세스에 도움이 됩니다.
3. 작업을 마친 후 랜드마크를 분석의 다음 단계로 설정을 클릭합니다. 두 개의 이미지로 랜드마크를 설정합니다.
   1. 왼쪽에는 자유 벽 (TV 자유 벽)과 격막 (TV 중격)의 삼첨판 고리와 RV 정점을 이전에 지향 된 정점 4 챔버보기에 표시하십시오.
   2. 오른쪽에서 RV 후방(LV/RV 후방) 및 전방 삽입 지점(LV/RV 전방)과 RV 자유 벽(RV 자유 벽)을 설정합니다. 이전 창과 마찬가지로 오른쪽 상단 모서리에 있는 참조 이미지는 올바른 설정에 대해 도움이 됩니다. 모든 랜드 마크를 설정하면 소프트웨어가 자동으로 다음 창으로 이동합니다 (검토).
4. 이 창(Review)에서, 필요한 경우, 전체 심장 주기에 걸쳐 자동 심내막 경계 검출을 검토하고 수동으로 수정한다. 기본적으로 9 개의 패널을 볼 수 있습니다 : 왼쪽에는 3 개의 움직이는 루프 (1 개의 장축 및 2 개의 단축), 중간에는 동일한 이미지의 이완기 말단 프레임, 오른쪽에는 수축기 말단 프레임이 있습니다.
   1. 잘못된 추적의 경우, 심내막 경계 (녹색 선), 추적 된 경계를 클릭하여 자유롭게 수정하십시오. 짧은 축의 회전 도구를 사용하여 RV의 전체 둘레를 따라 추적되는 이미지를 검토합니다. 오른쪽 패널에서 펜 크기를 선택하여 수정 크기를 조정합니다. 추적이 올바른 것으로 간주되면 동일한 패널에서 결과를 클릭합니다.
5. 마지막 섹션에서는 오른쪽 상단(워크시트 패널)에서 최종 3D 체적 데이터 및 기타 계산된 매개변수를 검토합니다. RV 부피 및 배출 분율 외에도 소프트웨어는 선형(중간, 기저 및 장축) 직경과 같은 2D 매개변수와 사전 정의된 정점 4개 챔버 보기에서 파생된 FAC 및 TAPSE 값도 표시합니다. 이 소프트웨어는 또한 RV의 길고 짧은 축(왼쪽), RV의 3D 라이브 모델(상단 중앙) 및 챔버의 체적 시간 곡선(오른쪽 하단)을 보여줍니다.
   1. 추적을 추가로 조정해야하는 경우 오른쪽 패널에서 이전 단계를 클릭하여 수정할 수 있습니다. 추적 및 3D 매개변수가 유효한 것으로 간주되면 동일한 패널에서 "승인 및 종료"를 클릭하여 결과를 저장합니다.

RV의 3D 분석은 다양한 심혈관 질환에서 가능합니다. 사례 1은 정상적인 심실 부피와 기능을 가진 건강한 지원자입니다 (그림 1). 사례 2는 종래의 2D 평가의 상충되는 결과에 대한 전형적인 예인 승모판 후 복구된 환자이다: TAPSE가 현저하게 감소된 반면, 환자는 RV 기능장애의 어떠한 징후도 나타내지 않고 RV 글로벌 수축기 기능이 정상 3D RV EF에 의해 확인되었다(도 2). 두 환자 모두 우수한 심 초음파 창을 가지고 결과적으로 우수한 추적 품질을 가졌습니다. 사례 3은 확장 성 심근 병증이있는 세미 프로 운동 선수입니다 (그림 3). 적당한 이미지 품질 만 달성 할 수있었습니다 (유출 관이 제대로 시각화되지 않음). 그러나 3D RV 분석은 성공적이었으며 심장 MR 결과와 양호한 일치를 보였습니다.

그림 1: 건강한 지원자의 3D RV 분석. 왼쪽 패널에서 RV의 장축(상단 패널) 및 단축(하단 패널) 이미지를 볼 수 있습니다. 녹색 선은 심내막 경계를 나타냅니다. 중앙 상단 이미지는 현재 분석을 기반으로 한 RV의 3D 모델입니다. RV 부피 및 배출 분율 외에도 소프트웨어는 선형(중간, 기저 및 장축) 직경과 같은 2D 매개변수와 사전 정의된 정점 4개 챔버 보기(오른쪽 상단 패널)에서 파생된 FAC 및 TAPSE 값을 표시하고 체적 시간 곡선도 생성됩니다(오른쪽 하단 패널). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 승모판 후 복원 환자의 3D RV 분석. 3D RV 볼륨과 EF는 정상 범위에 있지만 TAPSE는 현저히 낮습니다. RV의 종방향 단축 감소는 심장 수술 후 일반적인 현상이지만 이러한 환자의 대부분은 RV 실패의 징후를 보이지 않습니다. 3D EF 평가는 현저하게 감소한 TAPSE 값에도 불구하고 유지된 전체 수축기 기능을 확인합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 확장성 심근병증이 있는 운동선수의 경우. 3D RV 볼륨은 증가하는 반면 3D RV EF는 약간 감소합니다. 제대로 시각화되지 않은 RV 유출 관로로 최적이 아닌 이미지 품질에 유의하십시오. 열악한 심 초음파 창에도 불구하고 RV 분석은 금 표준 심장 MR (RVEDV : 168 mL; RVESV : 99 mL; RVEF : 41 %). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

RV의 3D 분석은 일상적인 심장학 실습에서 중요한 단계입니다. 이전에 무시되었던 심장실의 형태와 기능에 대한 관심이 증가함에 따라 이러한 새로운 솔루션은 심장의 오른쪽에 대한 임상적으로 의미 있는 정보를 제공합니다. 3D 획득은 2D 심 초음파 영상과 현저하게 다른 몇 가지 측면을 가지고 있지만, 임계점에 특별한주의를 기울이고 철저한 프로토콜을 사용함으로써 3D RV 분석은 과학적 도구에서 심 초음파 검사의 필수 단계로 발전 할 수 있습니다. 최적의 이미지 품질과 적절한 전문 지식을 갖춘 심초음파를 사용한 RV 체적 분석은 획득에서 실현 가능성이 높은 결과까지 몇 분 밖에 걸리지 않을 수 있습니다¹³. 상당히 낮은 비용과 더 짧은 시술 시간은 여러 경우에 금 표준 심장 MR 검사에 대한 매력적인 대안이 됩니다.

그럼에도 불구하고 3D 분석이 모든 시나리오에서 실현 가능한 것은 아닙니다. 가장 중요한 제한 요소는 심 초음파 이미지 품질입니다 : 2D 심 초음파 창이 좋지 않은 환자의 경우 허용 가능한 3D 이미지 품질을 거의 달성 할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 다양한 기동 (프로브의 측면 위치, 단축법, 적절한 사전 설정)이 3D 이미지 품질을 향상시킬 수 있음을 언급하는 것이 중요합니다. RV 유출관의 최적이 아닌 시각화는 드문 일이 아니지만 일반적으로 신뢰할 수 있는 결과를 제공하는 RV 분석 솔루션에서 잘 견딥니다. 스티칭과 함께 3D 루프를 사용하면 드롭아웃 아티팩트를 사용하지 않는 것이 좋으므로 여러 루프의 기록과 획득 후 제어를 적극 권장합니다.

RV의 3D 검사는 3D RV 변형 분석 및 챔버의 지역 평가의 가능성을 열어줍니다¹⁴. 유지 된 EF가 RV 역학⁴의 중요한 변화를 배제하지 않는다는 것은 잘 알려져 있습니다. RV 변형의 평가는 심장 수술 후 환자^15,16,17, 선천성 심장병¹⁸, 폐동맥 고혈압 ^19,20,21 및 엘리트 운동 선수 ²²와 같은 다양한 인구에서 RV 수축 패턴의 뚜렷한 변화를 보여줍니다. . 더욱이, 분절 형태 및 기능의 측정은 부정맥성 심근병증(²³) 또는 선천성 심장병 환자⁽²⁴)와 같이 RV의 국소 리모델링이 예상되는 질환에 대해 높은 관심을 가질 수 있다. 결론적으로, 3D RV 데이터의 후처리는 증분 진단 및 예후 값을 갖는 챔버의 신규한 파라미터를 제공할 수 있다.

프로젝트 번호 NVKP_16-1–2016-0017 ( 'National Heart Program')은 NVKP_16 기금 계획에 따라 자금을 조달 한 헝가리 국립 연구, 개발 및 혁신 기금의 지원으로 시행되었습니다. 이 연구는 Semmelweis University의 치료 개발 및 바이오이미징 주제 프로그램의 틀 내에서 헝가리 혁신 기술부의 주제별 우수 프로그램(2020-4.1.1.-TKP2020)의 재정 지원을 받았습니다.