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小児心臓病学における僧帽弁の3D心エコー検査は、完全な解剖学的再構成を行い、外科的管理の改善に貢献します。ここでは、小児心臓病学における僧帽弁の3D取得と後処理のプロトコルについて概説します。
小児心臓病学における僧帽弁疾患は複雑で、環状、弁尖、腱索、および乳頭筋の異常の組み合わせを伴う可能性があります。経胸壁二次元心エコー検査 (2DE) は、依然として小児外科手術計画で使用される主要な画像診断技術です。ただし、僧帽弁が 3 次元 (3D) 構造であることを考えると、狭窄および/または逆流のメカニズムをより適切に定義するために 3D 心エコー検査 (3DE) を追加することは有利です。経胸壁3DE技術は、プローブ技術と超音波スキャナーの進歩により向上し、優れた空間分解能と適切な時間分解能で画像を生成しています。具体的には、より高い周波数とより小さなフットプリントの小児用3Dトランスデューサを追加することで、小児の3DEイメージングが向上します。3DE取得と解析の効率が向上したことで、超音波検査技師、心臓専門医、外科医は、僧帽弁の評価において、僧帽弁の3D評価をより簡単に統合することができます。この改善は、後処理ソフトウェアの最適化によっても可能になりました。
このメソッドペーパーでは、小児の僧帽弁の経胸壁 3DE 評価と、小児僧帽弁疾患の外科的計画におけるその使用について説明することを目指しています。まず、3DE評価は、正しいプローブを選択し、僧帽弁のビューを取得することから始まります。次に、個々の患者に基づいて適切なデータ取得方法を選択する必要があります。次に、空間分解能と時間分解能のバランスを適切に取るためには、データセットの最適化が重要です。ライブスキャン中または取得後、革新的なツールを使用してデータセットをトリミングできるため、ユーザーは無限の切断面や体積再構成をすばやく取得できます。心臓専門医と外科医は、僧帽弁を顔から見ることができます。したがって、医療または外科的計画をサポートするために、その形態を正確に再構築します。最後に、いくつかの臨床応用のレビューが提案され、小児の僧帽弁管理の例が示されています。
僧帽弁装置は、僧帽弁輪、弁尖、腱索、および左心室乳頭筋からなる複雑な構造である1,2。小児僧帽弁疾患は、先天性および後天性心疾患に関連する広範な形態学的異常で構成されています3.僧帽弁疾患の形態とその根底にあるメカニズムの説明は、手術計画4の重要なパラメーターです。これには、正確な画像診断モダリティの使用が必要です。心エコー検査は、小児僧帽弁疾患5で使用される主要な診断技術の1つとして確立されています。具体的には、小児僧帽弁疾患における二次元 (2D) 心エコー検査は、依然として最も広く使用されている診断方法です。しかし、2Dイメージングの性質上、超音波検査技師、心臓専門医、外科医は、この複雑な3D構造を精神的に再構築して、病理学的メカニズムを特定する必要があります。
解剖学的に正しいビューと無限の数の切断面を生成する能力を備えた3次元(3D)心エコー検査は、僧帽弁イメージングを強化する能力を備えています。3D心エコー検査の価値は、環状形状とダイナミクス、リーフレットホタテ貝脱出、およびリーフレット凝固ゾーン6,7に関する特定の情報を提供する能力に示されています。3D経食道心エコー検査(TEE)は、成人の僧帽弁の病理を特定する上で最も正確な超音波モダリティであることが示されていますが8、3D経胸壁心エコー検査(TTE)は、音響ウィンドウが優れているため、子供ではより実現可能です。3D TTEは、単純な僧帽弁病変と複雑な僧帽弁病変の識別、および外科的介入の必要性において非常に正確であることが証明されています9。さらに、3Dボリュームデータセットを取得することで、外科医と心臓専門医が協力して後処理を行うことができ、手術計画がさらに強化されます。
3D TTEテクノロジーは、プローブテクノロジー、超音波処理能力、および後処理効率の進歩とともに改善を続けています。現在の3Dマトリックスプローブは、毎秒約25ボリュームのボリュームレートでフルボリュームのシングルビートデータセットを取得できるようになりました10。超音波ベンダー、プローブ技術、およびボリューム最適化に応じて、シングルビートデータセットのボリュームレートを毎秒25ボリューム以上にさらに向上させることが可能です。ただし、ECG ゲート (サブボリューム) フルボリューム方式を使用すると、この数値は 2 倍以上になり、子供に必要なボリューム レートが提供されます。大人に比べて子供の心拍数が高いため、診断精度のためにはより高い時間的3D解像度が必要です。さらに、特定の小児用3Dプローブ技術の開発により、より高いスキャン周波数が可能になり、僧帽弁とその装置11の小さなサイズに関して重要な、より優れた空間分解能を提供することができた。これらすべての技術的改善にもかかわらず、ベンダーは、最適な音響窓を維持するために、小さな子供の解剖学的構造に適合したフットプリントを備えたプローブを製造することに成功しました。最後に、クイックトリミングツールなどの新しい後処理機能により、効率的な後処理が可能になります。
この論文では、3D TTEアプリケーションを備えた任意の超音波システムに適用できる、子供の僧帽弁の3D TTE評価の手法について説明します。さらに、3D データの後処理と、手術計画におけるその利点がレビューされます。最後に、子供における3Dイメージングの臨床応用について、いくつかの例を挙げて説明します。
このプロトコルは、当機関のヒト研究倫理委員会のガイドラインに従っています。
注:このプロトコルの実装には、ゼネラルエレクトリック(GE)のVividE95またはPhilipsEpiq7C超音波システムが使用されます。GE Vivid E95システムでは、ユーザーは4Vc-D(成人用プローブ)または6Vc-D(小児用プローブ)のいずれかを選択できます。フィリップス エピック 7C では、X5-1 (成人用プローブ) または X7-2 (子供用プローブ) のどちらかを選択できます。 図 1 を参照してください。
1. 患者様のセットアップとプローブの選択
2. プローブの位置決めと2D画像の最適化
3. 3D ボリューム取得方法
4. 3Dボリュームの最適化 ( 図 1 のステップ G を参照)
5. 3Dフルボリューム集録の保存( 図1のステップIを参照)
6. 3D色ドップラー取得
7.僧帽弁の後処理とトリミング
注:僧帽弁の後処理とトリミングは、超音波システム上で直接実行でき、すぐに結果を得ることができます。ただし、レビューステーションから同じ機能を提供する専用のGEソフトウェア(EchoPAC)とPhilipsソフトウェア(QLAB)もあります。さらに、TomTecは、両ベンダーの3Dデータセットの後処理とトリミングのための汎用ソフトウェアを提供しています。
小児心エコー検査における僧帽弁の良質な 3D データ セットは、弁尖の動きを評価するのに適した最適な体積率と、優れた軸方向分解能を利用する優れた空間分解能を備えています。プロトコルの3D ECGゲート取得の成功を評価するには、まず、重大な「ステッチ」アーティファクトが存在するかどうかを判断します。アーチファクトがなく、取得が優れた品質の 2D 低胸骨傍長軸ビューを使用して行われた場合、この 3D データセットは、僧帽弁複合体全体に関する診断情報を提供します。
患者の呼吸や動きによる重大な「ステッチ」アーチファクトのためにECGゲートフルボリュームを使用できない場合は、リアルタイム3Dを使用する必要があります。この方法では、僧帽弁複合体全体の 1 つのボリュームが提供されない可能性がありますが、狭いボリューム (仰角平面内) でリアルタイムの 3D 取得を利用すると、時間分解能が向上します。リアルタイムの3D取得により、僧帽弁の輪と弁尖のイメージングは、胸骨傍の短軸窓から最適に視覚化されます。一方、僧帽弁、脊索、腱、乳頭筋のイメージングは、頂端の 2 室ビューから最適に視覚化されます ( 図 5、ケース 1C を参照)。
カラードップラーは、僧帽弁の3Dフルボリューム取得に追加すると、僧帽弁逆流の評価を強化することができます。左心室から見ると、3Dカラードップラーは、僧帽弁逆流の位置と大静脈収縮領域に関する診断情報を提供します( 図3を参照)。ただし、カラードップラーを追加すると時間分解能が大幅に低下し、子供での実現が困難になることは注目に値します。
3D心エコー検査データセットの後処理は、無限の数の切断面を取得し、解剖学的に正確な再構成を行う能力を備えており、2D心エコー検査13と比較して、この方法が持つ最大の利点の1つを提供します。僧帽弁の正面3Dビューを作成することにより、僧帽弁逆流の評価を強化し、脱出/フレイルホタテ貝、孤立した裂け目、および非凝固ゾーンの真の解剖学的視覚化を行うことができます( 図3を参照)。さらに、リーフレットの直径、リーフレットの面積、凝固の長さ、およびリーフレットのテント高さ14を定量化できる利用可能な後処理ソフトウェアがありますが、これらはすべて標準の2Dイメージングでは提供されていません。僧帽弁狭窄症の評価では、3D心エコー検査は僧帽弁開口部領域13の直接面積測定を提供できます。この方法は、ユーザーが最小のオリフィス領域を識別する切断面を取得できるため、2D心エコー検査よりも正確です。さらに、専用の3Dソフトウェアを使用せずに、3Dデータセットの直接面積測定が可能です。また、僧帽弁狭窄症の3Dデータセットの後処理により、腱索の長さの正確な形態と測定のための弁膜下装置の視覚化が可能になります。効率的な後処理技術の進化が進む中、正確な3D再構成を実現するには、最小限の時間で済みます。
図 1.3D僧帽弁取得プロトコル。 (A)患者は左外側褥瘡の位置にあります。(B)正しいプローブを選択し、可能な限り高い周波数でスキャンします。(C) 最適な 2D 心エコー検査ウィンドウを選択し、胸骨傍の長軸が低いと最も理想的と考えられます。(D)患者が息を止めて静止していることができるかどうかを判断します。(E)はいの場合は、ECGゲートフルボリューム取得を選択します。(F)いいえの場合は、リアルタイム3D取得を選択します。(G)どちらの方法でも、ボリュームサイズ、ライン密度、ゲインを調整して、時間的および空間的な解像度を最適化します。(H) ECG ゲート取得の場合、サブボリュームの数を選択し、患者に息を止めて静止するように依頼します。(I)ボリュームを取得します。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 2.リアルタイム3D取得傍胸骨短軸。リアルタイム3D取得傍胸骨短軸。僧帽弁の傍胸骨短軸ビュー(A)から開始し、リアルタイム3Dをアクティブにすると、仰角平面(B)と3Dレンダリングビュー(C)が表示されます。仰角平面(D)を狭めることは、リアルタイム集録に最適な解像度を実現するために重要です。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.後処理ワークフロー。(A)マルチプレーナディスプレイから始めます。(B)クイッククロップ機能をアクティブにし、最初のポイントを左心房内の僧帽弁輪の上に配置します。カーソルを僧帽弁上でドラッグし、僧帽弁輪に垂直なクロップラインを揃えます。左心室内に2番目のポイントを配置して、再建の深さを設定します。(C)短軸に僧帽弁を示す直交2D平面。(D)左心房の視点から見た僧帽弁の正面図を示す3D再構成。(E)画像をz軸を中心に回転させて、前方を上にします(画像の上部に大動脈)。(F)画像をy軸を中心に180度反転して、心室の視点から僧帽弁を顔に視覚化します。(G)ゲイン設定が低すぎます。(H)ゲイン設定が高すぎます。(I)最適なゲイン設定。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 4.僧帽弁サブバルブ装置のワークフロー。僧帽弁サブバルブ装置のワークフロー。低胸骨傍イメージングウィンドウからの僧帽弁の3D体積取得を使用して、クイックトリミングツールをアクティブにします。最初のカーソルを左心室(A)の中央に配置し、トリミングラインを後壁(B)にドラッグして、2番目のカーソルを左心室(C)の後方に設定します。右の3Dレンダリングビューは、後内側僧帽弁付着部(D)と前外側僧帽弁付着部(E)を示しています。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 5.僧帽弁3Dケース。僧帽弁3Dケース。症例1は、低胸骨傍長軸イメージングウィンドウから取得したECGゲーテッドデータセットから切り取られた中心性僧帽弁逆流を伴う僧帽弁前尖脱出症(A)を示しています。(C)短い後部リーフレット脊索が動きを制限することを示す頂端2チャンバービューからのリアルタイム3D取得。症例2は、低胸骨傍長軸イメージングウィンドウから取得したECGゲートデータセットから切り抜かれた僧帽弁脊索付着部(E)を備えた3つの左心室乳頭筋(D)を示しています。ケース3は、低胸骨傍長軸イメージングウィンドウから取得したECGゲートデータセットから切り取られたA3およびP3ホタテ貝(F)の脱出と対応する僧帽弁逆流(G)を示しています。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。
オペレーター/超音波検査士にとって、3D心エコー検査はしばしばいくつかの課題に直面します。まず、小児心エコー検査では、その性質上、患者のサイズ、心拍数、協力関係に大きなばらつきがあります。これらのパラメータにより、3D固有のプロトコルを持つことが難しくなり、3Dアクイジションオペレーターが依存するようになります。超音波検査技師のトレーニングは、主に2Dイメージングに焦点を当てていることが多く、3D画像の取得と解釈に関する知識にギャップがあります。さらに、3D時間分解能は2Dイメージングと比較すると低下し、一部の子供ではECGゲート(サブボリューム)取得を使用してボリュームレートを上げることができないため、このモダリティは課題となっています。心拍数の高い子供では、僧帽弁弁尖のリアルタイムの動きを理解するために、高い時間分解能を維持することが重要です。小児の3Dイメージングに関連する別の課題は、高周波の小児用プローブへのアクセスです(最適な空間分解能のため)。現在の大人用3Dプローブは広い周波数帯域幅を持っていますが、そのフットプリントと低い周波数は、多くの場合、小さな子供にはあまり適していません。
2D評価と3D評価の両方に1つの超音波プローブを使用することで、子供の3D評価プロセスを大幅に効率化できます。新しい3D超音波プローブは、優れた2D画像、カラードップラー、3Dボリューム品質を提供します。試験中の任意の時点で3Dボリュームをすばやくキャプチャする能力は、子供にとって特に重要です。次に、オペレーターにとっては、継続的なトレーニングを通じて、高品質の3D取得を構成するものを理解することが重要です。さらに、小児の3D評価を最適化するために、検査を受ける前に、オペレーターは評価プロセスを導くために患者にとってどの3D情報が重要であるかを判断する必要があります。レビューを行う心臓専門医や外科医は、後処理ソフトウェアに直接アクセスすることで、手術計画に役立つ3D再構成を作成することができます。
3D データセットの品質は、2D 画像の品質に大きく依存します。したがって、僧帽弁の2D画像を最適化するために、慎重に検討する必要があります。胸骨傍または心尖の個々の患者に対して利用可能な最適な 2D ウィンドウから開始すると、最高の 3D 画像が得られます 14。ただし、可能であれば、胸骨傍長軸窓からの僧帽弁の 3D TTE は、ほとんどの異常を示します ベスト15.プロトコルに記載されているように、プローブを低い胸骨傍長軸ウィンドウに少し動かすと、弁尖の脱落が少なくなり、その結果、僧帽弁の3D画像が向上します。2D画像の品質が技術的に難しい場合、3D取得では臨床的に有用なデータが得られないことに注意してください。
本質的に、2D心エコー検査による僧帽弁の評価には、複数の画像と幾何学的規則が必要です。代わりに、3D心エコー検査は、1回の容積取得で僧帽弁の任意の数の2Dスライスと解剖学的に正確な3D再構成を提供します。一般に、心エコー検査による僧帽弁は音響品質の良い画像であるため、この弁は3D評価に適しています。さらに、3Dイメージングは、取得方法と後処理技術の改善により、もはや時間のかかるものではありません。プロトコルに記載されているように、左心房の視点から見た僧帽弁の正面図(外科医の視点)は、外科医が容易に解釈することができます。3D心エコー検査を追加することで、術前に手術室で外科医と一緒にすぐにレビューすることができます。これにより、心臓専門医と外科医が明確なメカニズムに同意し、手術計画を改善する機会が得られます。特に先天性心疾患では、僧帽弁の機能を周囲の構造に対して視覚化する能力は、3D心エコー検査の強力な利点です16。僧帽弁の3D評価の必要性は、弁自体にとどまりません。この診断法は、心臓磁気共鳴 (CMR) とより相関する、より正確で再現性のある左心室 (LV) ボリューム17 および左心房 (LA) ボリューム18 を提供することが示されています。LVおよびLAの容積を正確に評価することは、血行動態の重要性を決定するために使用されるため、僧帽弁の外科的計画にとって重要です。
3D心エコー検査、特に小児先天性心疾患における3D心エコー検査には、現在多くの制限が残っています。先天性僧帽弁疾患に3Dイメージングを適用するには、高度な解剖学的理解と3Dイメージングの習熟度の両方が必要です。さらに、現在の技術では、小さな子供は、息止めに協力できないことやサイズに関して、3D心エコー検査に大きな課題を提起しています。また、リアルタイムの3Dイメージングや子供の心拍数が高いため、時間分解能の課題が残っています。リアルタイム3D心エコー検査技術の継続的な改善により、小児心臓病学におけるその重要性がさらに強調されます。
利益相反の禁止
何一つ。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4Vc-D probe | General Electric | Ultraspound probe (GE) | |
6Vc-D probe | General Electric | Ultraspound probe (GE) | |
Epiq 7C | Philips | Ultrasound system | |
Vivid E95 | General Electric | Ultrasound system | |
X5-1 | Philips | Ultraspound probe (Philips) | |
X7-2 | Philips | Ultraspound probe (Philips) |
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