Automatisierte Strain-Messungen mit AutoStrain LV/RV/LA

TOMTEC, eine Technologie von Philips, verfügt über eine lange Tradition in der Bereitstellung von Strain-Messwerten mit seinen Anwendungspaketen, die von klinischen Benutzer*innen anerkannt und durch Hunderte von Fachpublikationen belegt sind. AutoStrain ist die erste TOMTEC-Anwendung, die in das Philips EPIQ CVx-Ultraschallsystem integriert wurde. AutoStrain, basierend auf automatischer Ansichtserkennung, automatischer Konturplatzierung und Speckle-Verfolgung, ermöglicht eine robuste, reproduzierbare Ein-Tasten-Messung des globalen longitudinalen Strain und ist damit ein effizientes Tool für den routinemäßigen klinischen Einsatz.

Deformationsbildgebung zur Beurteilung der Funktion des linken Herzvorhofs (LA) und des rechten Ventrikels (RV) ist ein neueres klinisches Anwendungsgebiet. AutoStrain LA und AutoStrain RV folgen dem Strain Task Force-Standardisierungsdokument³. Basierend auf einem schnellen und einfachen Arbeitsablauf stellt AutoStrain diese Messungen für die klinische Routine zur Verfügung.

Die AutoStrain-Anwendung nutzt zwei Automatisierungstechnologien: Automatische Ansichtserkennung und automatische Konturplatzierung. Diese Automatisierungstools unterstützen einen anwenderfreundlichen, schnellen Arbeitsablauf für robuste und reproduzierbare GLS-Messungen; Benutzer*innen haben jedoch weiterhin die Möglichkeit, die automatischen Ergebnisse zu korrigieren.

Die automatische Ansichtserkennung identifiziert automatisch, welches der ausgewählten Bilder die apikale Vierkammer- (A4C), die apikale Zweikammer- (A2C) und die apikale Dreikammer-Ansicht (A3C) zeigt, und weist den ausgewählten Bildern automatisch die entsprechenden Beschriftungen zu. Die Beschriftung wird auf dem Bild als schematische Überlagerung angezeigt, wie gezeigt (Abbildung 1). Der Algorithmus wurde an mehr als 6.000 klinischen Bildern mit einer Erfolgsquote von 99 % validiert. Das bedeutet, dass nur 1 von 100 Fällen eine manuelle Maßnahme erfordert.

Ein spezialisiertes Konturerkennungsmodul für die jeweilige apikale Ansicht wird auf jede der drei Bildsequenzen angewendet und arbeitet in drei Schritten. Zuerst wird aus jeder Sequenz ein vollständiger R-R-Zyklus ausgewählt – von Beginn der Enddiastole (ED) bis zum Ende der nächsten Enddiastole (ED). Als nächstes wird im ED-Startrahmen dieses Zyklus der linke Ventrikel (LV) automatisch lokalisiert. Anschließend wird ein ansichtsspezifisches, deformierbares endokardiales Konturmodell auf den individuellen Bildinhalt ausgerichtet (Abbildung 2). Der gleiche Ansatz wird für die automatische Konturplatzierung des RV angewendet, während die anfängliche Kontur des linken Herzvorhofs im endsystolischen (ES) Bildbereich platziert wird (Abbildung 2).

Sobald die Endokardkontur im ED (LV, RV) bzw. im ES (LA) automatisch platziert ist, folgt sie der Herzbewegung mithilfe der Speckle-Verfolgung über den gesamten Herzzyklus. Im Schritt „Tracking Revision and Analysis Workflow“ werden der Benutzerin bzw. dem Benutzer alle Messungen zusammen mit den ED- und ES-Konturen neben einer dynamischen Anzeige aller Ansichten dargestellt, sodass einfach überprüft werden kann, ob die Konturen korrekt platziert und getrackt sind. Falls eine Konturbearbeitung erforderlich ist, wird dringend empfohlen, mit dem Bearbeiten in ED zu beginnen. Das Bearbeiten des Randes in der Enddiastole (ED) löst eine neue Speckle-Verfolgung des Randes über den gesamten Herzzyklus aus. Bei der Bearbeitung der ES-Kontur werden die Änderungen auf die benachbarten Bildbereiche ausgebreitet, während die ED-Kontur unberührt bleibt.

Der longitudinale Strain wird an der Endokardkontur gemessen, wie durch die grüne Linie angezeigt wird. Der momentane endokardiale Strain wird durch Farbcodierung nahe der Endokardkontur visualisiert.

Der ED-Rahmen ist immer der erste Rahmen im ausgewählten Herzzyklus. Der ES-Zeitpunkt wird automatisch als der Zeitpunkt des globalen Spitzen-Strain definiert. Der ES-Zeitpunkt kann im Aortenklappenschluss-Layout entsprechend dem Zeitpunkt des Aortenklappenschlusses angepasst werden.

Der globale longitudinale Strain wird als globale Verkürzung der Endokardkontur berechnet. Er wird als Spitzenwert definiert und ist daher unabhängig vom Aortenklappenschluss, wie in Abbildung 3 gezeigt.

Basierend auf der Deformation der grünen Endokardkontur wird der longitudinale Strain für die freie Wand (RVFWSL), die globale Vierkammer-Kontur (RV4CSL) und die drei freien Wandsegmente berechnet.

Der linke Herzvorhof-Herzzyklus besteht aus drei Phasen: Die Reservoir-Phase erstreckt sich von ED bis ES, die Konduit-Phase endet am Zeitpunkt unmittelbar vor der Vorhofkontraktion (AC) – auch als PreA-Zeitpunkt bezeichnet – und die Kontraktionsphase schließt den Herzzyklus ab.

Die Validierung von AutoStrain LV erfolgte im Vergleich zur etablierten TOMTEC 2D CPA-Anwendung. Dabei wurden 225 Clips mit 2D CPA analysiert und anschließend mit AutoStrain LV unter Verwendung einheitlicher Grenzdefinitionen und, falls erforderlich, manueller Korrekturen in beiden Paketen erneut ausgewertet.

Im Rahmen der AutoStrain LA-Validierung wurde der LA-Reservoir-Strain mit Referenz-Bildbereich ED (LASr_ED) anhand von 71 Clips mit 2D-CPA verglichen. AutoStrain RV verglich den globalen longitudinalen Vierkammer-Strain des RV (RV4CSL) in 75 Clips mit den entsprechenden 2D-CPA-Messungen.

Da die Deformation im Myokard regional variiert, zeigt der globale longitudinale Strain als Maß für die myokardiale Deformation eine Abhängigkeit von der Platzierung der initialen Kontur. Zur Bewertung der Reproduzierbarkeit der AutoStrain-Verfolgung wurde der Einfluss manueller Anpassungen der anfänglichen Endokardkontur untersucht. Basierend auf 225 von Benutzer*innen geprüften Anfangskonturen wurden manuelle Verfeinerungen simuliert, indem alle ursprünglichen Konturpunktstellungen geringfügig (innerhalb von ±2 Pixeln) verändert wurden. Anschließend wurden die resultierenden Messwerte des globalen longitudinalen Strain mit den ursprünglichen Messwerten verglichen.