Морфологическая и функциональная оценка правого желудочка с помощью 3D эхокардиографии

Здесь мы предоставляем пошаговый протокол сбора и анализа для 3D-объемной оценки правого желудочка, в основном фокусируясь на практических аспектах, которые максимизируют осуществимость этого метода.

Традиционно считалось, что правая сторона сердца играет второстепенную роль в кровообращении; однако все больше и больше данных свидетельствуют о том, что функция правого желудочка (RV) обладает сильной диагностической и прогностической силой при различных сердечно-сосудистых расстройствах. Из-за своей сложной морфологии и функции оценка РВ обычной двумерной эхокардиографией ограничена: повседневная клиническая практика обычно опирается на простые линейные измерения и функциональные меры. Трехмерная (3D) эхокардиография преодолела эти ограничения, обеспечив объемную количественную оценку RV без геометрических предположений. Здесь мы предлагаем пошаговое руководство по получению и анализу 3D эхокардиографических данных RV с использованием ведущего коммерчески доступного программного обеспечения. Мы будем количественно оценивать объемы 3D RV и фракцию выброса. Несколько технических аспектов также могут помочь улучшить качество сбора и анализа RV, которые мы представляем в практическом плане. Мы рассматриваем текущие возможности и ограничивающие факторы этого метода, а также выделяем потенциальные применения оценки 3D RV в современной клинической практике.

Эхокардиография прошла долгий путь от своего первого клинического применения в 1950-х годах¹. Первые одномерные ультразвуковые зонды были разработаны для обеспечения простых линейных диаметров стенок и просветов камеры; однако они, несомненно, представляют собой веху в сердечно-сосудистой визуализации. Развитие двумерной (2D) ультразвуковой визуализации стало еще одним важным шагом, обеспечив гораздо более точную количественную оценку морфологии и функции, и до сих пор считается стандартным методом в повседневной клинической практике. Тем не менее, оценка на основе 2D-эхокардиографии по-прежнему несет в себе серьезное ограничение метода: визуализация данной камеры из нескольких томографических плоскостей не адекватно характеризует морфологию и функцию трехмерной (3D) структуры. Эта проблема еще более выражена в случае правого желудочка (RV): по сравнению с относительно простым пулеобразным левым желудочком (LV), RV имеет сложную геометрию² , которая не может быть адекватно количественно определена с использованием линейных диаметров или областей³. Несмотря на эти широко известные факты, морфология и функция RV обычно измеряются такими простыми параметрами в клинической практике.

В течение многих десятилетий считалось, что RV играет гораздо менее важную роль в обращении по сравнению с его левым аналогом. Несколько знаковых работ опровергли эту точку зрения, показывая сильную прогностическую роль геометрии и функции RV в широком спектре заболеваний 4,5,6,7. Многочисленные исследования продемонстрировали добавочную ценность измерения RV даже с использованием относительно простых обычных параметров, что подчеркивает важность и необходимость более точной количественной оценки камеры с потенциально значимой клинической ценностью.

3D эхокардиография преодолевает несколько ограничений 2D-оценки сердечных камер. Хотя измерение объемов, а также функциональных параметров, свободных от геометрических допущений, может представлять большой интерес и в случае РН, оно может приобрести особое значение при оценке RV⁸. Показано, что 3D-производные объемы RV и фракция выброса (EF) имеют значительное прогностическое значение при различных сердечно-сосудистых состояниях ^9,10.

В настоящее время несколько поставщиков предоставляют полуавтоматические решения для оценки 3D RV с подтвержденными результатами по измерениям сердечного магнитного резонанса (MR) золотого стандарта^11,12. Технические требования 3D-оценки являются неотъемлемой частью современного отделения сердечно-сосудистой визуализации в настоящее время, и ожидается, что вскоре оно станет частью общего оборудования в каждой эхокардиографической лаборатории. Обладая надлежащим опытом в области 3D-сбора и постобработки, 3D-анализ RV может быть легко реализован в стандартном протоколе обследования.

Протокол следует руководящим принципам комитета по этике исследований человека учреждения, и пациенты клинических случаев дали свое письменное информированное согласие на исследование.

1. Технические требования

1. Для 3D-сбора и анализа используйте соответствующее программное и аппаратное обеспечение. Используйте экГ-кабели эхокардиографического аппарата; кроме того, он является обязательным для полного протокола 3D-сбора, описанного ниже.
2. Для 3D-съемки используйте 3D-эхокардиографический зонд и 3D-совместимый ультразвуковой аппарат. Для объемного анализа 3D RV используйте специальное программное обеспечение.

2. Приобретение

1. В подавляющем большинстве случаев выполняйте 3D-захват RV с помощью апикальных видов. В отличие от взглядов, ориентированных на ЛЖ, рекомендуется другое позиционирование пациента. Если значительно лучшее качество изображения может быть достигнуто путем переключения на одно межреберное пространство над правильным апикальным видом, этот ракурсированный вид может обеспечить лучшее качество 3D-изображения. Ракурс может быть исправлен во время 3D-анализа.
   1. По сравнению со стандартным апикальным эхокардиографическим захватом, где рекомендуется левое боковое пролежнечное положение (пациент, лежащий на левом боку с левой рукой, вытянутой над головой), чтобы пациент откинулся немного больше, чтобы обеспечить более боковое положение датчика.
   2. Выберите глубину изображения, которая включает только RV. Излишне большая глубина может снизить частоту кадров захвата из-за отсутствия благотворного влияния на объемный анализ RV.
2. Подтвердите правильный RV-сфокусированный вид с 2D-эхокардиографических изображений. Если свободная стена RV плохо визуализирована даже с этого вида, ожидаемое качество 3D-изображения не будет оптимальным для дальнейшего анализа.
3. Переключитесь на живую 3D-визуализацию с помощью кнопки 4D , где может быть выполнена дальнейшая коррекция вида RV.
4. В то время как 3D-режим реального времени может быть довольно приятным эстетически, используйте режим 12 slice для 3D-вида, который показывает триплоатное изображение интересующей области, а также 9 плоскостей поперечного сечения, которые могут быть свободно изменены. Путем вращения и правильного позиционирования срезанных плоскостей, подтверждают видимость всей свободной стенки RV (включая тракт оттока и апикальные сегменты).
5. Дополнительная настройка изображения с помощью левого наклона сектора (вторая страница на сенсорном экране) для улучшения визуализации RV.
6. Используйте два режима 3D-захвата для объемного анализа RV: многотактный и однотактный режим. Используйте оба этих подхода у каждого пациента, однако, в некоторых случаях (например, некоторые аритмии, тяжелая одышка пациента), только последний может быть осуществим.
7. Используя режим одиночного удара , вы можете достичь компромисса между качеством изображения и частотой кадров. Выберите оптимальную глубину изображения, ширину и частоту кадров (нижняя панель сенсорного экрана) и получите 3D-петли RV без каких-либо дальнейших действий. Этот метод осуществим у большинства пациентов; тем не менее, он дает, как правило, более низкое качество изображения и частоту кадров по сравнению с подходом multi beat .
   1. В случае средней (60-70/мин) частоты сердечных сокращений держите нижний предел частоты кадров 16 кадров/с для адекватного анализа RV; однако, если присутствует тахикардия, рекомендуется еще более высокая частота кадров.
8. Используя многотактный режим, реконструируйте полученную 3D-петлю из заданного количества сердечных циклов, которые можно выбрать на сенсорном экране (можно использовать режимы 2,3,4 и 6 ударов). В отличие от однотактного захвата, как правило, ожидается лучшее качество изображения и частота кадров; однако это требует относительно постоянной длины сердечного цикла, а также соблюдения пациентом требований из-за обязательного маневра задержки дыхания. Маневр необходим, чтобы избежать так называемых артефактов сшивания: когда приобретенный 3D-объем сшивается вместе, неравные длины сердечного цикла и / или движения из-за дыхания могут привести к этому явлению.
   1. После правильного позиционирования зонда и настройки аппарата (аналогично режиму «один такт») попросите пациента сделать глубокий вдох и задержать его. При этом расширяющиеся легкие обычно покрывают все изображение.
   2. Попросите пациента выдохнуть медленно, строго с указаниями. Параллельно с дефляцией легких РВ снова становится видимым.
   3. Когда вся RV (свободная стенка и перегородка) появится вновь, попросите пациента задержать дыхание в этом состоянии.
   4. Нажав на мульти-удар на экране, начните сбор, и 3D-цикл накапливается во время заданного количества сердечных циклов.
   5. Когда приобретение будет готово (визуализируется весь RV), попросите пациента снова свободно дышать.
   6. Проверьте полученную петлю, чтобы убедиться, что нет сшивающих или выпадающих артефактов.

3. 4D RV анализ

1. Используя специальное программное обеспечение, выполните 3D-объемный анализ RV. Выбрав 3D-цикл, ориентированный на RV, из библиотеки пациента откройте программное обеспечение из окна Измерение , расположенного в папке Volume .
2. После открытия программного обеспечения ориентируйте RV на четыре предопределенные плоскости разреза.
   1. Поместите два маркера (TV Center) к центру трехстворчатого клапана в верхней и нижней левой плоскостях длинной оси. Отрегулируйте длинную ось изображения в соответствии с фактической длинной осью RV с помощью инструмента поворота. Эталонные изображения на верхних правых краях показывают, как должна выглядеть правильная ориентация.
   2. На верхней и нижней правых панелях выровняйте изображения с короткой осью в нужное положение путем поворота. Как и на предыдущем шаге, справочные изображения также помогают в этом процессе.
3. После завершения щелкните Задать ориентиры для следующего шага анализа. Установите ориентиры в двух изображениях.
   1. С левой стороны отметьте трикуспидальное кольцо у свободной стены (TV free wall) и перегородку (телевизионная перегородка) и вершину RV на ранее ориентированном апикальном четырехкамерном виде.
   2. С правой стороны установите заднюю (LV/RV заднюю) и переднюю точки вставки (LV/RV спереди) и стенку RV free (RV free wall). Как и в предыдущем окне, справочные изображения в правом верхнем углу помогают относительно правильной настройки. После установки всех ориентиров программа автоматически переходит в следующее окно (Обзор).
4. В этом окне (Обзор) просмотрите и вручную исправьте автоматическое обнаружение границы эндокарда на протяжении всего сердечного цикла, если это необходимо. По умолчанию можно увидеть 9 панелей: с левой стороны, 3 подвижные петли (1 длинная ось и 2 короткие оси), посередине - концевые диастолические рамки тех же изображений, а с правой стороны - конечные систолические.
   1. В случае ложного отслеживания свободно корректируйте эндокардиальные границы (зеленые линии), отслеживаемую границу, нажимая на них. С помощью инструмента поворота на короткой оси просматривайте изображения, отслеживающие по всей окружности RV. Отрегулируйте величину коррекции, выбрав Размер пера на правой боковой панели. Если отслеживание считается правильным, нажмите на Результаты на той же панели.
5. В последнем разделе просмотрите окончательные объемные 3D-данные и другие вычисляемые параметры в правом верхнем углу (панель «Лист »). Помимо объемов RV и фракции выброса, программное обеспечение также отображает 2D-параметры, такие как линейные (средние, базальные и длинные оси) диаметры, а также значения FAC и TAPSE, полученные из предопределенного апикального четырехкамерного вида. Программное обеспечение также показывает длинную и короткую ось RV (левая сторона), 3D-живую модель RV (верхняя середина) и кривую объема-времени камеры (нижний правый).
   1. В случае необходимости дальнейших корректировок в отслеживании, все предыдущие шаги доступны для коррекции, нажав на них на правой панели. Если отслеживание и параметры 3D считаются действительными, сохраните результаты, нажав на кнопку «Утвердить и выйти» на той же панели.

3D-анализ RV возможен при самых разнообразных сердечно-сосудистых заболеваниях. Случай 1 – здоровый доброволец с нормальными желудочковыми объемами и функцией (рисунок 1). Случай 2 представляет собой пациента с постмитральным восстановлением клапана, который является типичным примером противоречивых результатов обычной 2D-оценки: в то время как TAPSE заметно снижается, у пациента не проявляются никаких признаков дисфункции RV, а поддерживаемая глобальная систолическая функция RV была подтверждена нормальной 3D RV EF (рисунок 2). У обоих пациентов было отличное окно эхокардиографии с последующим отличным качеством отслеживания. Случай 3 – полупрофессиональный спортсмен с дилатационной кардиомиопатией (рисунок 3). Было достижимо только умеренное качество изображения (тракт оттока плохо визуализирован); тем не менее, 3D-анализ RV был успешным, показав хорошее согласие с результатами сердечной МРТ.

Рисунок 1: 3D RV анализ здорового добровольца. На левых панелях можно увидеть длинную ось (верхняя панель) и короткую ось (нижняя панель) изображения RV. Зеленая линия представляет эндокардиальную границу. Центральное верхнее изображение представляет собой 3D-модель RV, основанную на текущем анализе. Помимо объемов RV и фракции выброса, программное обеспечение отображает 2D-параметры, такие как линейные (средние, базальные и длинные оси) диаметры, а также значения FAC и TAPSE, полученные из предопределенного апикального четырехкамерного вида (правая верхняя панель), а также генерируется кривая объема-времени (правая нижняя панель). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: 3D RV анализ пациента с постмитральным восстановлением клапана. В то время как объемы 3D RV и EF находятся в нормальном диапазоне, TAPSE заметно ниже. Уменьшение продольного укорочения RV является распространенным явлением после кардиохирургии, однако у большинства этих пациентов не проявляются признаки недостаточности RV. Оценка 3D EF подтверждает сохранение глобальной систолической функции, несмотря на заметное снижение значений TAPSE. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Случай спортсмена с дилатационной кардиомиопатией. Объемы 3D RV увеличиваются, в то время как 3D RV EF слегка уменьшается. Обратите внимание на неоптимальное качество изображения с плохо визуализированным трактом оттока RV. Несмотря на плохое эхокардиографическое окно, анализ RV показывает хорошее согласие с измерениями, полученными из МРТ сердца, учитывая известную систематическую недооценку объема 3D-эхокардиографического анализа RV по сравнению с золотым стандартом сердечной МРТ (RVEDV: 168 мл; RVESV: 99 мл; РВЭФ: 41%). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

3D-анализ RV представляет собой важный шаг в повседневной кардиологической практике. Параллельно с растущим интересом к морфологии и функции ранее забытой сердечной камеры, эти новые решения предоставляют клинически значимую информацию о правой стороне сердца. В то время как 3D-съемка имеет несколько аспектов, которые заметно отличаются от 2D-эхокардиографической визуализации, уделяя особое внимание критическим точкам и используя тщательный протокол, 3D-анализ RV может перейти от научного инструмента к важному этапу эхокардиографического исследования. При оптимальном качестве изображения и надлежащем опыте объемный анализ RV с использованием эхокардиографии может занять всего несколько минут от получения до результатов с высокой осуществимостью¹³. Значительно более низкие затраты и более короткое время процедуры делают ее привлекательной альтернативой МРТ-исследованию сердца золотого стандарта в нескольких случаях.

Тем не менее, 3D-анализ может быть неосуществим в каждом сценарии. Наиболее важным фактором ограничения является качество эхокардиографического изображения: у пациентов с плохим 2D-эхокардиографическим окном приемлемое качество 3D-изображения редко достижимо. Тем не менее, важно отметить, что различные маневры (боковое позиционирование зонда, ракурс, правильные пресеты) могут улучшить качество 3D-изображения. Неоптимальная визуализация тракта оттока RV не является редкостью, однако она обычно хорошо переносится решениями анализа RV, обеспечивающими надежные результаты. Использование 3D-петель со сшиванием, выпадающих артефактов настоятельно не рекомендуется, поэтому настоятельно рекомендуется запись нескольких петель и контроль после приобретения.

3D исследование RV открывает возможность анализа деформации 3D RV и региональной оценки камеры, а также¹⁴. Хорошо известно, что поддерживаемый EF не исключает существенных изменений в механике RV⁴. Оценка деформации RV выявляет отчетливые изменения структуры сокращения RV в самых разных группах населения, таких как пациенты после кардиохирургии ^15,16,17, врожденные пороки сердца¹⁸, легочная артериальная гипертензия 19,20,21 и элитные спортсмены ²² . Кроме того, измерение сегментарной морфологии и функции может представлять высокий интерес при заболеваниях, при которых ожидается региональное ремоделирование RV, таких как аритмогенная кардиомиопатия²³ или врожденные пороки сердца пациентов²⁴. В заключение, постобработка данных 3D RV может обеспечить новые параметры камеры с инкрементальным диагностическим и прогностическим значением.

Номер проекта NVKP_16-1–2016-0017 («Национальная программа сердца») была реализована при поддержке Национального фонда исследований, разработок и инноваций Венгрии, финансируемого по схеме финансирования NVKP_16. Исследование финансировалось Программой тематического совершенства (2020-4.1.1.-TKP2020) Министерства инноваций и технологий Венгрии в рамках тематических программ терапевтического развития и биовизуализации Университета Земмельвайса.