Vierdimensionale computertomografiegeleide klepgrootte voor transkatheter pulmonale klepvervanging
Summary
Deze studie beoordeelde een nieuwe methodologie met een rechtgetrokken model gegenereerd uit de vierdimensionale cardiale computertomografiesequentie om de gewenste metingen te verkrijgen voor klepafmetingen bij de toepassing van transkatheter pulmonale klepvervanging.
Abstract
De metingen van de rechter ventrikel (RV) en longslagader (PA), voor het selecteren van de optimale prothesegrootte voor transkatheter pulmonale klepvervanging (TPVR), variëren aanzienlijk. Driedimensionale (3D) computertomografie (CT) beeldvorming voor het voorspellen van de grootte van het apparaat is onvoldoende om de verplaatsing van het rechter ventriculaire uitstroomkanaal (RVOT) en PA te beoordelen, wat het risico op misplaatsing van de stent en paravalvulair lek zou kunnen verhogen. Het doel van deze studie is om een dynamisch model te bieden om de anatomie van de RVOT tot PA over de gehele cardiale cyclus te visualiseren en te kwantificeren door middel van vierdimensionale (4D) cardiale CT-reconstructie om een nauwkeurige kwantitatieve evaluatie van de vereiste klepgrootte te verkrijgen. In deze pilotstudie werd gekozen voor cardiale CT van schaap J om de procedures te illustreren. 3D cardiale CT werd geïmporteerd in 3D-reconstructiesoftware om een 4D-sequentie te bouwen die werd verdeeld in elf frames over de hartcyclus om de vervorming van het hart te visualiseren. Diameter, doorsnede en omtrek van vijf beeldvormingsvlakken op de hoofd-PA, sinotubulaire junctie, sinus, basaal vlak van de longklep (BPV) en RVOT werden gemeten bij elk frame in 4D-rechtgetrokken modellen voorafgaand aan klepimplantatie om de klepgrootte te voorspellen. Ondertussen werden ook dynamische veranderingen in het RV-volume gemeten om de rechterventrikel-ejectiefractie (RVEF) te evalueren. 3D-metingen aan het einde van de diastole werden verkregen ter vergelijking met de 4D-metingen. Bij schaap J resulteerden 4D CT-metingen van het rechtgetrokken model in dezelfde keuze van klepgrootte voor TPVR (30 mm) als 3D-metingen. De RVEF van schapen J uit pre-CT was 62,1 %. In tegenstelling tot 3D CT maakte het rechtgetrokken 4D-reconstructiemodel niet alleen een nauwkeurige voorspelling mogelijk voor de selectie van de klepgrootte voor TPVR, maar bood het ook een ideale virtuele realiteit, waardoor een veelbelovende methode voor TPVR en de innovatie van TPVR-apparaten werd gepresenteerd.
Introduction
Disfunctie van het rechterventrikeluitstroomkanaal (RVOT) en pulmonale klepafwijkingen zijn twee van de meest voorkomende gevolgen van ernstige aangeboren hartaandoeningen, bijvoorbeeld patiënten met gerepareerde tetralogie van Fallot (TOF), bepaalde soorten dubbele uitlaat rechter ventrikel (DORV) en transpositie van de grote slagaders1,2,3 . De meerderheid van deze patiënten wordt gedurende hun leven geconfronteerd met meerdere operaties en samen met het vorderen van de leeftijd nemen de risico’s op complexiteit en comorbiditeiten toe. Deze patiënten kunnen baat hebben bij transkatheter pulmonale klepvervanging (TPVR) als een minimaal invasieve behandeling4. Tot op heden is er een gestage groei van het aantal patiënten dat TPVR ondergaat en enkele duizenden van deze procedures zijn wereldwijd uitgevoerd. In vergelijking met traditionele openhartchirurgie vereist TPVR een nauwkeurigere anatomische meting van het xenograft of homograft van de rechter ventrikel (RV) naar de longslagader (PA), evenals het herstel van pulmonale en RVOT-stenose via transannulaire pleister, door computertomografieangiografie (CTA) voorafgaand aan interventie en om ervoor te zorgen dat de patiënten vrij zijn van stentfracturen en paravalvulair lek (PVL)5, 6.
Een prospectieve, multicenter studie toonde aan dat een multidetector CT ringvormig dimensioneringsalgoritme een belangrijke rol speelde bij het selecteren van de juiste klepgrootte, wat de mate van paravalvulaire regurgitatie kon verminderen7. De laatste jaren wordt kwantitatieve analyse steeds meer toegepast in de klinische geneeskunde. Kwantitatieve analyse heeft een enorm potentieel om objectieve en correcte interpretatie van klinische beeldvorming mogelijk te maken en om te verifiëren dat patiënten vrij zijn van stentfracturen en paravalvulair lek, wat de patiëntspecifieke therapie- en behandelingsresponsevaluatie kan verbeteren. In de eerdere klinische praktijk was het mogelijk om CT-beeldvorming te reconstrueren uit drie vlakken (sagittale, coronale en axiale) met tweedimensionale (2D) CT om een visualisatiemodel te verkrijgen8. Contrast-enhanced electrocardiogram (ECG)-gated CT is belangrijker geworden bij de evaluatie van RVOT/PA 3D morfologie en functie, evenals bij de identificatie van patiënten met een geschikte RVOT-implantatieplaats die in staat is om de TPVR-stabiliteit gedurende de hele hartcyclus te handhaven9,10.
In de hedendaagse standaard klinische en preklinische omgevingen worden de verkregen 4D CT-gegevens echter meestal vertaald in 3D-vlakken voor handmatige kwantificering en visuele evaluatie die geen 3D / 4D-dynamische informatie kunnen weergeven11. Bovendien hebben de metingen verkregen uit multiplanaire reconstructie (MPR) zelfs met 3D-informatie verschillende beperkingen, zoals een slechte kwaliteit van visualisatie en gebrek aan dynamische vervorming als gevolg van de verschillende richtingen van de bloedstroom in het rechter hart12. Metingen zijn tijdrovend om te verzamelen en vatbaar voor fouten, omdat 2D-uitlijning en sectie onnauwkeurig kunnen zijn, wat resulteert in verkeerde interpretatie en uitzetting. Momenteel is er geen consensus over welke meting van RVOT-PA op betrouwbare wijze nauwkeurige informatie zou kunnen opleveren over de indicaties en klepgrootte voor TPVR bij patiënten met disfunctionele RVOT en / of longklepaandoeningen.
In deze studie wordt de methode voor het meten van RVOT-PA met behulp van een rechtgetrokken rechterhartmodel via een 4D-cardiale CT-sequentie gegeven om te bepalen hoe de 3D-vervormingen van RVOT-PA gedurende de cardiale cyclus het beste kunnen worden gekarakteriseerd. De spatio-temporele correlatie beeldvorming werd voltooid door de temporele dimensie op te nemen en was daarom in staat om variaties in RVOT-PA magnitude te meten. Bovendien kan de vervorming van de rechtgetrokken modellen een positieve invloed hebben op de dimensionering van de TPVR-klep en de procedurele planning.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tot op heden is dit de eerste studie die een patiëntspecifieke meting van de morfologie en dynamische parameters van RVOT-PA illustreert met een rechtgetrokken hartmodel gegenereerd uit een 4D CT-sequentie, die kan worden toegepast om de optimale klepgrootte voor TPVR te voorspellen. Deze methodologie werd geïllustreerd met behulp van schapen J Pre-CT-beeldvorming om de dynamische vervormingen, rechterventrikelvolumes, rechterventrikelfunctie en grootte van RVOT / PA-verandering van de RVOT naar de pulmonale romp in vi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Xiaolin Sun en Yimeng Hao hebben evenveel bijgedragen aan dit manuscript en delen het eerste auteurschap. Oprechte waardering gaat uit naar iedereen die heeft bijgedragen aan dit werk, zowel vroegere als huidige leden. Dit werk werd ondersteund door subsidies van het Duitse federale ministerie van Economische Zaken en Energie, EXIST – Transfer of Research (03EFIBE103). Xiaolin Sun en Yimeng Hao worden ondersteund door de China Scholarship Council (Xiaolin Sun- CSC: 201908080063, Yimeng Hao-CSC: 202008450028).
Materials
| Adobe Illustrator | Adobe | Adobe Illustrator 2021 | Graphics software |
| Butorphanol | Richter Pharma AG | Vnr531943 | 0.4mg/kg |
| Fentanyl | Janssen-Cilag Pharma GmbH | DE/H/1047/001-002 | 0.01mg/kg |
| Glycopyrroniumbromid | Accord Healthcare B.V | PZN11649123 | 0.011mg/kg |
| GraphPad Prism | GraphPad Software Inc. | Version 9.0 | Versatile statistics software |
| Imeron 400 MCT | Bracco Imaging | PZN00229978 | 2.0–2.5 ml/kg |
| Ketamine | Actavis Group PTC EHF | ART.-Nr. 799-762 | 2–5 mg/kg/h |
| Midazolam | Hameln pharma plus GMBH | MIDAZ50100 | 0.4mg/kg |
| Multislice Somatom Definition Flash | Siemens AG | A91CT-01892-03C2-7600 | Cardiac CT Scanner |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164495 | 20mg/ml, 1–2.5 mg/kg |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164443 | 10mg/ml, 2.5–8.0 mg/kg/h |
| Safety IV Catheter with Injection port | B. Braun Melsungen AG | LOT: 20D03G8346 | 18 G Catheter with Injection port |
| 3D Slicer | Slicer | Slicer 4.13.0-2021-08-13 | Software: 3D Slicer image computing platform |
References
- Baumgartner, H., et al. 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. European Heart Journal. 42 (6), 563-645 (2021).
- Gales, J., Krasuski, R. A., Fleming, G. A. Transcatheter Valve Replacement for Right-sided Valve Disease in Congenital Heart Patients. Progress in Cardiovascular Diseases. 61 (3-4), 347-359 (2018).
- Goldstein, B. H., et al. Adverse Events, Radiation Exposure, and Reinterventions Following Transcatheter Pulmonary Valve Replacement. Journal of the American College of Cardiology. 75 (4), 363-376 (2020).
- Ansari, M. M., et al. Percutaneous Pulmonary Valve Implantation: Present Status and Evolving Future. Journal of the American College of Cardiology. 66 (20), 2246-2255 (2015).
- Nordmeyer, J., et al. Acute and midterm outcomes of the post-approval MELODY Registry: a multicentre registry of transcatheter pulmonary valve implantation. European Heart Journal. 40 (27), 2255-2264 (2019).
- Shahanavaz, S., et al. Intentional Fracture of Bioprosthetic Valve Frames in Patients Undergoing Valve-in-Valve Transcatheter Pulmonary Valve Replacement. Circulation. Cardiovascular Interventions. 11 (8), 006453 (2018).
- Binder, R. K., et al. The impact of integration of a multidetector computed tomography annulus area sizing algorithm on outcomes of transcatheter aortic valve replacement: a prospective, multicenter, controlled trial. Journal of the American College of Cardiology. 62 (5), 431-438 (2013).
- Curran, L., et al. Computed tomography guided sizing for transcatheter pulmonary valve replacement. International Journal of Cardiology. Heart & Vasculature. 29, 100523 (2020).
- Kidoh, M., et al. Vectors through a cross-sectional image (VCI): A visualization method for four-dimensional motion analysis for cardiac computed tomography. Journal of Cardiovascular Computed Tomography. 11 (6), 468-473 (2017).
- Schievano, S., et al. Four-dimensional computed tomography: a method of assessing right ventricular outflow tract and pulmonary artery deformations throughout the cardiac cycle. European Radiology. 21 (1), 36-45 (2011).
- Lantz, J., et al. Intracardiac Flow at 4D CT: Comparison with 4D Flow MRI. Radiology. 289 (1), 51-58 (2018).
- Kobayashi, K., et al. Quantitative analysis of regional endocardial geometry dynamics from 4D cardiac CT images: endocardial tracking based on the iterative closest point with an integrated scale estimation. Physics in Medicine and Biology. 64 (5), 055009 (2019).
- Grbic, S., et al. Complete valvular heart apparatus model from 4D cardiac CT. Medical Image Analysis. 16 (5), 1003-1014 (2012).
- Hamdan, A., et al. Deformation dynamics and mechanical properties of the aortic annulus by 4-dimensional computed tomography: insights into the functional anatomy of the aortic valve complex and implications for transcatheter aortic valve therapy. Journal of the American College of Cardiology. 59 (2), 119-127 (2012).
- Kim, S., Chang, Y., Ra, J. B. Cardiac Motion Correction for Helical CT Scan With an Ordinary Pitch. IEEE Transactions on Medical Imaging. 37 (7), 1587-1596 (2018).
