Четырехмерная компьютерная томография с определением размеров клапана для транскатетерной замены легочного клапана
Summary
В этом исследовании оценивалась новая методология с выпрямленной моделью, сгенерированной из четырехмерной последовательности компьютерной томографии сердца, для получения желаемых измерений размера клапана при применении транскатетерной замены легочного клапана.
Abstract
Измерения правого желудочка (RV) и легочной артерии (PA), для выбора оптимального размера протеза для транскатетерной замены легочного клапана (TPVR), значительно различаются. Трехмерная (3D) компьютерная томография (КТ) для прогнозирования размера устройства недостаточна для оценки смещения пути оттока правого желудочка (RVOT) и ПА, что может увеличить риск неправильного размещения стента и параклапанной утечки. Целью данного исследования является предоставление динамической модели для визуализации и количественной оценки анатомии RVOT to PA в течение всего сердечного цикла с помощью четырехмерной (4D) реконструкции сердечной КТ для получения точной количественной оценки требуемого размера клапана. В этом пилотном исследовании для иллюстрации процедур была выбрана КТ сердца у овец J. 3D-КТ сердца была импортирована в программное обеспечение для 3D-реконструкции для построения 4D-последовательности, которая была разделена на одиннадцать кадров в течение сердечного цикла для визуализации деформации сердца. Диаметр, площадь поперечного сечения и окружность пяти плоскостей визуализации в главном ПА, синотубулярном соединении, синусе, базальной плоскости легочного клапана (BPV) и RVOT были измерены на каждом кадре в 4D-выпрямленных моделях до имплантации клапана для прогнозирования размера клапана. Между тем, динамические изменения в объеме RV также были измерены для оценки фракции выброса правого желудочка (RVEF). 3D-измерения в конце диастолы были получены для сравнения с 4D-измерениями. У sheep J измерения 4D CT из выпрямленной модели привели к тому же выбору размера клапана для TPVR (30 мм), что и для 3D-измерений. RVEF овец J от pre-CT составил 62,1 %. В отличие от 3D CT, выпрямленная модель 4D-реконструкции не только позволила точно предсказать выбор размера клапана для TPVR, но и обеспечила идеальную виртуальную реальность, тем самым представляя многообещающий метод для TPVR и инновации устройств TPVR.
Introduction
Дисфункция оттока правого желудочка (RVOT) и аномалии легочного клапана являются двумя наиболее частыми последствиями тяжелых врожденных пороков сердца, например, у пациентов с восстановленной тетралогией Фалло (TOF), некоторыми типами двойного выходного правого желудочка (DORV) и транспозицией магистральных артерий1,2,3 . Большинство этих пациентов сталкиваются с несколькими операциями на протяжении всей своей жизни, и вместе с возрастом увеличиваются риски сложности и сопутствующих заболеваний. Эти пациенты могут извлечь выгоду из транскатетерной замены легочного клапана (TPVR) в качестве минимально инвазивного лечения4. На сегодняшний день наблюдается устойчивый рост числа пациентов, проходящих TPVR, и несколько тысяч этих процедур были выполнены во всем мире. По сравнению с традиционной операцией на открытом сердце, TPVR требует более точного анатомического измерения ксенотрансплантата или гомотрансплантата от правого желудочка (RV) до легочной артерии (PA), а также восстановления легочного и RVOT стеноза с помощью трансануллярного пластыря, с помощью компьютерной томографической ангиографии (CTA) до вмешательства и для обеспечения того, чтобы пациенты были свободны от перелома стента и параклапанной утечки (PVL)5, См. 6.
Проспективное многоцентровое исследование показало, что многодетекторный алгоритм кольцевого размера КТ сыграл важную роль в выборе соответствующего размера клапана, что может снизить степень параклапанной регургитации7. В последние годы количественный анализ все чаще применяется в клинической медицине. Количественный анализ обладает огромным потенциалом для обеспечения объективной и правильной интерпретации клинической визуализации и проверки того, что пациенты свободны от перелома стента и утечки параклапанов, что может улучшить специфическую для пациента терапию и оценку ответа на лечение. В предыдущей клинической практике было возможно реконструировать КТ-визуализацию из трех плоскостей (сагиттальной, корональной и осевой) с помощью двумерной (2D) КТ для получения модели визуализации8. Контрастно-усиленная электрокардиограмма (ЭКГ) стала более важной в оценке морфологии и функции 3D RVOT/PA, а также в идентификации пациентов с подходящим местом имплантации RVOT, который способен поддерживать стабильность TPVR на протяжении всего сердечного цикла9,10.
Однако в современных стандартных клинических и доклинических условиях полученные данные 4D-КТ обычно переводятся в 3D-плоскости для ручной количественной оценки и визуальной оценки, которые не могут показывать динамическую информацию 3D / 4D11. Кроме того, даже с 3D-информацией измерения, полученные в результате многопланарной реконструкции (MPR), имеют различные ограничения, такие как низкое качество визуализации и отсутствие динамической деформации из-за различных направлений кровотока в правом сердце12. Измерения отнимают много времени для сбора и подвержены ошибкам, так как 2D-выравнивание и секционирование могут быть неточными, что приводит к неправильному толкованию и растяжимости. В настоящее время нет единого мнения о том, какое измерение RVOT-PA может надежно предоставить точную информацию о показаниях и размерах клапана для TPVR у пациентов с дисфункциональным RVOT и / или заболеванием легочного клапана.
В этом исследовании представлен метод измерения RVOT-PA с использованием выпрямленной модели правого сердца с помощью последовательности 4D сердечной КТ, чтобы определить, как лучше всего охарактеризовать 3D-деформации RVOT-PA на протяжении всего сердечного цикла. Пространственно-временная корреляционная визуализация была завершена включением временного измерения и, следовательно, смогла измерить изменения величины RVOT-PA. Кроме того, деформация выпрямленных моделей может положительно повлиять на размеры клапанов TPVR и процедурное планирование.
Protocol
Representative Results
Discussion
На сегодняшний день это первое исследование, иллюстрирующее специфическое для пациента измерение морфологии и динамических параметров RVOT-PA с выпрямленной сердечной моделью, сгенерированной из последовательности 4D CT, которая может быть применена для прогнозирования оптимального раз…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Сяолинь Сунь и Имэн Хао внесли равный вклад в эту рукопись и разделяют первое авторство. Искренняя признательность выражается всем, кто внес свой вклад в эту работу, как бывшим, так и нынешним членам. Эта работа была поддержана грантами Федерального министерства экономики и энергетики Германии, EXIST – Transfer of Research (03EFIBE103). Xiaolin Sun и Yimeng Hao поддерживаются Китайским стипендиальным советом (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).
