Die Anwendung der 4D-Segmentierung der Herz-CT für den prä- und postoperativen Transkatheter-Lungenklappenersatz

Background: Transcatheter pulmonary valve replacement (TPVR) has become an alternative therapeutic option for patients with right ventricular outflow tract (RVOT) dysfunction. Cardiac CT angiography (CTA) is crucial for TPVR pre- and post-operative assessment of the landing zone from RVOT to pulmonary artery (PA). However, three-dimension (3D) CT is still inadequate to assess the full dynamic variation of landing zone and spatial relationships between structures over the cardiac cycle accurately. Methods: The objective of this present study was to simulate the dynamic variation of the landing zone from RVOT to PA in vivo for TPVR by four-dimension (4D) CTA segmentation and evaluate the feasibility and accuracy of the 4D straightened model. The straightened model was created by adding centerline to the right heart model, then the anatomical right heart model was straightened. The 4D conventional anatomical model and straightened model were reconstructed at 10 cardiac cycle phases in 14 cardiac CTA datasets of seven sheep underwent TPVR. The cross-sectional area, circumference, and diameter deformations over the cardiac cycle were measured at five planes of the landing zone from pre- and post-operative 4D CTA. In addition, the correlation analysis between the anatomical model and straightened model was also conducted by means of Pearson correlation and Bland-Altman analysis. Results: The clear structure of each section from RVOT to PA were observed on straightened model. Significant variations of cross-sectional area and circumference measurements showed at the RVOT plane throughout the cardiac cycle for both pre- and post-operative 4D CTA. Nevertheless, nearly no deformation of area and circumference was observed at the valvular sinuses level (Plane 3a) and the sino-tubular junction plane (Plane 4a) from pre-operative CT; the middle plane of the stent level (Plane 3b) and the top plane of the stent level (Plane 4b) from the post-operative CT. The straightened model was highly correlated with the anatomical model. The Pearson correlation coefficient between straightened model and anatomical model for cross-sectional area, circumference, minimum diameter, and maximum diameter ranged from 0.77 to 0.99 (P < 0.0001) and the limits of agreement from Bland-Altman analysis were within a good range, which further confirmed the great agreement between straightened model and anatomical model. Conclusions: The 4D CT anatomical model can be used to demonstrate the deformation of RVOT to PA dynamics over the cardiac cycle. The straightened model can show the changes in the landing area, accurately measure these data, and clearly show the structure of the various sections.Hintergrund: Der Transkatheter-Pulmonalklappenersatz (TPVR) hat sich zu einer alternativen Therapieoption für Patienten mit einer Funktionsstörung des rechtsventrikulären Ausflusstrakts (RVOT) entwickelt. Die kardiale CT-Angiographie (CTA) ist von entscheidender Bedeutung für die prä- und postoperative Beurteilung der Landezone vom RVOT zur Pulmonalarterie (PA) bei der TPVR. Die dreidimensionale (3D) CT ist jedoch noch immer unzureichend, um die vollständige dynamische Veränderung der Landezone und die räumlichen Beziehungen zwischen den Strukturen während des Herzzyklus genau zu beurteilen. Methoden: Ziel dieser Studie war es, die dynamische Veränderung der Landezone vom RVOT zur PA in vivo für die TPVR durch vierdimensionale (4D) CTA-Segmentierung zu simulieren und die Durchführbarkeit und Genauigkeit des begradigten 4D-Modells zu bewerten. Das begradigte Modell wurde durch Hinzufügen einer Mittellinie zum Rechtsherzmodell erstellt, anschließend wurde das anatomische Rechtsherzmodell begradigt. Das konventionelle anatomische 4D-Modell und das begradigte Modell wurden in 10 Herzzyklusphasen in 14 kardialen CTA-Datensätzen von sieben Schafen rekonstruiert, die eine TPVR aufwiesen. Die Querschnittsfläche, der Umfang und die Durchmesserverformungen über den Herzzyklus wurden in fünf Ebenen der Landezone aus der prä- und postoperativen 4D-CTA gemessen. Darüber hinaus wurde die Korrelationsanalyse zwischen dem anatomischen Modell und dem begradigten Modell mittels Pearson-Korrelation und Bland-Altman-Analyse durchgeführt. Ergebnisse: Die klare Struktur jedes Abschnitts vom RVOT bis zur PA wurde am begradigten Modell beobachtet. Sowohl bei der prä- als auch bei der postoperativen 4D-CTA zeigten sich in der RVOT-Ebene während des Herzzyklus signifikante Schwankungen der Querschnittsfläche und des Umfangs. Dennoch wurde auf der Ebene der Klappenhöhlen (Ebene 3a) und der Ebene der sino-tubulären Verbindung (Ebene 4a) im präoperativen CT nahezu keine Verformung der Fläche und des Umfangs beobachtet, genauso wie auf der mittleren Ebene der Stent-Ebene (Ebene 3b) und der oberen Ebene der Stent-Ebene (Ebene 4b) im postoperativen CT. Das begradigte Modell wies eine hohe Korrelation mit dem anatomischen Modell auf. Der Pearson-Korrelationskoeffizient zwischen dem begradigten Modell und dem anatomischen Modell für die Querschnittsfläche, den Umfang, den minimalen Durchmesser und den maximalen Durchmesser lag zwischen 0,77 und 0,99 (P < 0,0001). Die Grenzen der Übereinstimmung aus der Bland-Altman-Analyse lagen in einem guten Bereich, was die große Übereinstimmung zwischen dem begradigten Modell und dem anatomischen Modell weiter bestätigt. Schlussfolgerungen: Das anatomische 4D-CT-Modell kann verwendet werden, um die Verformung der Dynamik zwischen RVOT und PA während des Herzzyklus zu demonstrieren. Das begradigte Modell kann die Veränderungen im Landebereich zeigen, diese Daten genau messen und die Struktur der verschiedenen Abschnitte deutlich darstellen