Der chirurgische Blick auf die Mitralklappe : Nutzen und Limitation der 3D Echokardiographie am Beispiel des Mitralklappenprolaps

Jansen, Christian Heinrich Paul; Rouvé, Gerhard

doi:HT013972633

Der chirurgische Blick auf die Mitralklappe : Nutzen und Limitation der 3D Echokardiographie am Beispiel des Mitralklappenprolaps

Jansen, Christian Heinrich Paul (Author)

2004

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christian Heinrich Paul Jansen

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2004

Umfang121 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Rouvé, Gerhard (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2001-08-13

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-7738
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61987/files/Jansen_Christian.pdf

Einrichtungen

Medizinische Fakultät (510000-1)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei) ; Kardiologie (frei) ; Echokardiographie (frei) ; 3D (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Einführung: Die Echokardiographie hat sich seit der Einführung in den 50er Jahren zu einem der Standardverfahren in der Beurteilung morphologischer und funktioneller Veränderungen der Herzklappen entwickelt. Durch die fortschreitende Entwicklung in der Schallkopf- und Gerätetechnologie stehen dem Untersucher heutzutage auch erstmalig dreidimensionale Ultraschallverfahren zur Verfügung. Zielsetzung: Das Ziel dieser Arbeit war es, zunächst das Auflösungsvermögen und die Messgenauigkeit der rekonstruktiven 3D Echokardiographie als eine der bislang am weitesten verbreiteten Methoden zu bestimmen. Anschließend sollten dann die klinischen Vorteile der plastischen Darstellung räumlich komplexer Herzstrukturen am Beispiel eines der häufigsten Klappenveränderungen, dem Mitralklappenprolaps, analysiert werden. Methodik: Die rekonstruktive 3D Echokardiograpie basiert auf der sequentiellen Erfassung 2D echokardiographischer Schnittbilder und erlaubt neben der Oberflächenrekonstruktion kardialer Grenzflächen auch die quantitative Analyse einzelner Schnittbildrekonstruktionen. Ergebnisse: Zusammenfassend konnte eine der konventionellen 2D Echokardiographie entsprechenden Messgenauigkeit 3D echokardiographischer Schnittbildrekonstruktionen nachgewiesen werden. Die maximale axiale und laterale Auflösung entsprach dabei mit 0,6 mm, bzw. 1,1 mm dem in der Literatur beschriebenen Auflösungsvermögen (5Mhz Ultraschallsonde). Die Messgenauigkeit und Auflösung der 3D echokardiographischen Oberflächenrekonstruktionen war hierbei jedoch eingeschränkt. Durch die Analyse multipler 3D echokardiographischer Schnittbildrekonstruktionen konnte erstmalig die Oberfläche unregelmäßig gestalteter Modelle (r=0,99, SEE 0,54 cm², p>0,05) und die Defektgröße innerhalb biologischer Membranen (r=0,99, SEE 4,69 mm², p>0,05) genau bestimmt werden. Bei der Auswertung entsprechender 3D echokardiographischer Oberflächenrekonstruktionen zeigte sich jedoch eine deutliche Unterschätzung (mittlere Fehler: -151,14 mm²) der wahren Defektgrößen. Für die klinische Evaluierung der 3D Echokardiographie wurden zunächst Prolapsformationen unterschiedlicher Größe und Lokalisation an 17 Kälberherzen künstlich erzeugt. Durch den direkten Vergleich mit den tatsächlichen Größenverhältnisse konnte für die 3D Echokardiographie die genaue, nicht invasive Bestimmung des chirurgischen Resektionsverhältnisses (r=0,93, SEE 3,9%, p>0,05), der Fläche des anterioren (r=0,96, SEE 0,18 cm², p>0,05) und posterioren (r=0,97, SEE 0,2 cm², p>0,05) Mitralsegels und der Prolapsfläche (r=0,93, SEE 0,14 cm², p>0,05) nachgewiesen werden. In die klinische Studie wurden 17 Patienten mit Mitralklappenprolaps und Indikation zur operativen Wiederherstellung der physiologischen Klappenfunktion eingeschlossen. Dadurch konnte die chirurgische Inspektion als Goldstandard für den Vergleich der beiden echokardiographischen Methoden gewählt werden. Die dreidimensionale Darstellung erfolgte aus der sogenannten chirurgischen Perspektive als „en face” Aufsicht auf die Mitralklappe. Durch den Einsatz der 3D Echokardiographie konnte sowohl die Sensitivität und Spezifität in der Diagnose prolabierender Mitralsegelsegmente im Vergleich zur konventionellen 2D Echokardiographie von 69% auf 89% (p>0,05), bzw. von 87% auf 97% (p>0,05) als auch die Untersuchungsübereinstimmung (p>0,05) signifikant gesteigert werden. Zusammenfassung: Die 3D Echokardiographie ermöglicht eine bislang einzigartige Verbindung zwischen der Darstellung physiologischer Bewegungsabläufe und der realistischen detailgetreuen Wiedergabe pathomorphologischer Veränderungen. Die klinischen Vorteile dieser neuen echokardiographischen Methode konnten in dieser Arbeit durch den direkten Vergleich mit der bislang routinemäßig eingesetzten 2D Echokardiographie eindeutig demonstriert werden. Die Möglichkeit auch komplexe Herzstrukturen zu quantifizieren bietet vielversprechende Perspektiven für zukünftige Anwendungsgebiete dieser neuen Methode. Einen ersten Ansatz zeigt die bislang einzigartige präoperative Bestimmung des für die rekonstruktive Mitralklappenchirurgie kritischen Resektionsverhältnisses in dieser Arbeit. Im Gegensatz zu der chirurgischen Inspektion kann hierbei die Lokalisation und Ausdehnung prolabierenden Mitralsegelgewebes unter physiologischen Bewegungsabläufen analysiert werden.

Introduction: Recent advances in echocardiography may improve our ability to visualize the heart as a three-dimensional object. The 3D echocardiography (3DE) has the advantage of providing a rapid visual appreciation of spatial relationships that can potentially improve the accuracy and rapidity of assessment as well as the communication of finding to the other physicians and to patients. Purpose: The aim of this study was to validate the spatial resolution of 3DE datasets as well as the precision of measurements. Additionally, using an in vitro mitral valve prolaps (MVP) model and patients with similar valvular heart disease, the benefits of a 3D visualization in comparison to standard 2D methods were evaluated. Method: To generate tomographic image planes and 3D surfaces 2D ultrasound images were sequentially acquired and reconstructed, a method widespread used in 3DE. Results: The spatial resolution of 3D reconstructed image planes in this study agreed well with corresponding data in literature. For both the reconstructed image planes and the standard 2D echocardiography a maximal axial resolution of 0.6 mm and a lateral resolution of 1.1 mm were determined. Furthermore 3DE measurements of membrane defects (r=0.99, SEE 0.54 cm, p>0.05) and surfaces with irregular shape (r=0.99, SEE 4.69 mm², p>0.05) showed a significant correlation between actual and measured dimensions. In comparison 3DE surface reconstructions showed an overall reduced spatial resolution and tend to underestimate membrane defects (mean error: -151.14 mm²) significantly. Despite of this limitation the MVP model (17 excised calf hearts with surgically produced mitral valve prolaps) showed excellent agreement between 3DE and actual values (%mitral valve area involved by prolaps: r=0,93, SEE 3,9%, p>0,05; anterior: r=0.96, SEE 0.18 cm², p>0,05, posterior: r=0.97, SEE 0.2 cm², p>0.05, and prolaps area: r=0.93, SEE 0.14 cm², p>0.05). In 16 patients with mitral valve prolapse 3DE permitted rapid evaluation of segmental anatomy compared with the 2D mental reconstruction (mean of 61 sec vs. 295 sec). Segmental scoring of bulging (prolapse and flail) by 3DE agreed more often with the surgical map than the 2D-derived scores (89% vs. 69% agreement, p > 0.05). Observer concordance was considerately higher for the 3D vs. the 2D approach (Kappa: 0.57 ± 0.09 vs. 0.72 ± 0.07, p>0.05). Conclusion: 3DE allows anatomic localization of prolapsing leaflet segments with greater accuracy, reliability and rapidity than the conventional 2DE approach. Despite a lower spatial resolution in comparison to conventional 2D echocardiography 3DE provide accurate quantification of prolapsing leaflet segments in a projected surgical view that can be of value in planning surgical mitral valve repair.

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