Methodische Untersuchung zur Reproduzierbarkeit, Sensitivität und Spezifität 3-dimensionaler echokardiographischer Endokardbewegungsanalysen im Hinblick auf die Beurteilung der Synchronizität der Wandbewegung

Abstract

In dieser Arbeit wurde insbesondere im Hinblick auf die Beurteilung der Synchronizität der Wandbewegung untersucht, inwieweit sich die 3D- Echokardiographie methodisch für Endokardbewegungsanalysen eignet. Hierzu wurden mittels 3D-Echokardiographie Probanden mit normaler Wandbewegung (Kontrollgruppe) und Patienten mit eingeschränkter Wandbewegung und biventrikulärem Herzschrittmacher (Interventionsgruppe) untersucht. Die Datenakquisition erfolgte mit Hilfe der tranthorakalen Echokardiographie mit dem 3D-Echokardiographiegerät, Sonos 7500, Live 3D von der Firma Philips, welches mit einem Matrixschallkopf ausgestattet ist. Anschließend wurde mit Hilfe des 4D-LV-Analyse-Programmes der linke Ventrikel rekonstruiert und analysiert. Die Auswertung geschah mittels eines halbautomatischen Konturierungsprogrammes. Zusätzlich bestand jedoch auch die Option der manuellen Korrektur. Das 4D-Analyse-Programm berechnete aus dem Endokardliniengitter 3D-Flächen, die sogenannten Beutel der linken Ventrikel. Aus diesen Beuteln wurden die regionalen Partialvolumina und die regionalen partiellen Auswurffraktionen ermittelt. Mit Hilfe des Expertensystems MATLAB 7.0 wurden statistische Parameter berechnet. Zusätzlich wurden Volumen-Zeit- Kurven für die partialen Ejektionsfraktionen und partialen Schlagvolumina erstellt. Für die statistische Auswertung wurden dann vier Parameter verwendet. Zur Untersuchung der Reproduzierbarkeit der Wandbewegungsanalysen mittels 3D-Echokardiographie wurden vier Datensätze aus der Kontrollgruppe und 12 Datensätze aus der Interventionsgruppe von zwei Untersuchern ausgewertet und miteinander verglichen. Hierbei wurden die ausgewählten Parameter mittels paarweisem t-Test ausgewertet und die entsprechenden Volumen-Zeit-Kurven miteinander verglichen. Es fanden sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen der beiden Untersucher, außer bei dem Parameter Median der Korrelationen. Die Spezifität wurde untersucht, indem die Daten der Kontrollgruppe mit denen der Interventionsgruppe im intrinsischen Modus mittels des Student-t-Testes ausgewertet wurden. Hier konnten signifikante Unterschiede zwischen den beiden Gruppen festgestellt werden. Auch in der quantitativen Auswertung mittels der erstellten Volumen-Zeit-Kurven stellten sich deutlich sichtbare Unterschiede heraus. Zur quantitativen Beurteilung der Sensitivität wurden die vier herangezogenen statistischen Parameter aus der Interventionsgruppe im intrinsichen Modus mit dem jeweils besten Schrittmachermodus mittels t-Test verglichen und statistisch ausgewertet. Durch den Vergleich der Volumen-Zeit-Kurven der partialen Ejektionsfraktionen und der partialen Schlagvolumina der Interventionsgruppe im intrinsischen Schrittmachermodus mit dem jeweils besten Schrittmachermodus erfolgte die qualitative Auswertung. Die Ergebnisse zeigten, dass sich für die statistischen Parameter Varianz der minimalen Partialvolumina, der normalisierten Werte und der Standardabweichung der Korrelationen keine signifikanten, aber wesentliche Unterschiede im Vergleich zwischen zwei Untersuchern als auch in der Gegenüberstellung der Interventionsgruppe mit CRT im intrinsischen Modus zu dem besten Modus ergaben. Es findet sich jedoch ein signifikanter Unterschied für den Median der Korrelationen der Partialvolumina zwischen den beiden Untersuchern als auch im Vergleich der Interventionsgruppe intrinsischer Schrittmachermodus mit dem besten Schrittmachermodus. Dieser Parameter ist jedoch auch sehr sensitiv für einen systematischen Fehler. Bei zukünftigen Untersuchungen, nach Verbesserung der Methodik, ist dennoch davon auszugehen, dass der Median der Korrelationen ein guter Parameter ist. Insgesamt muss festgestellt werden, dass die Möglichkeiten der Auswertung der Echtzeit-3D-Echokardiographie stark von der Bildqualität des Ausgangsdatensatzes abhängig sind. Bei höherem Datenrauschen des Ultraschalls nimmt die bildtechnische Qualität des Datensatzes ab und es wird für den Untersucher schwierig, das Endokard abzugrenzen. Die offline-Auswertung der Daten ist, obwohl diese jetzt halbautomatisch erfolgt, weiterhin zeitaufwendig. Ein sehr großes Problem stellte die Option der manuellen Korrektur des Konturierungsprogrammes dar. Hier kam es zum Teil zu extremen Abweichungen, welche in den Volumen-Zeit-Kurven graphisch deutlich dargestellt werden konnten. Zusammenfassend muss gesagt werden, dass bei dem derzeitigen Stand der Technik die Echtzeit-3D-Echokardiographie noch kritisch gesehen werden muss. Eine genaue Wandbewegungsanalyse ist gegenwärtig noch nicht ausreichend gegeben. Es besteht weiterer Entwicklungsbedarf in der 3D- Echokardiographie. Weitere Fortschritte in der technischen Forschung und Computerentwicklung der Hardware und Software lassen erwarten, dass die Matrixschallköpfe noch kleiner werden und die Zeit der quantitativen Analyse weiter reduziert werden kann. Durch die Weiterentwicklung der Software gibt es inzwischen neue und bessere Programme, welche die Probleme der halbautomatischen Auswertung weiter verringert haben und die Probleme der manuellen Korrektur konnten möglicherweise gelöst werden. Hierdurch können die in dieser Arbeit noch vorliegenden Einschränkungen für die Zukunft relativiert werden. Der Median der Korrelationen hat das Potenzial für einen guten Parameter in der Auswertung von Wandbewegungsstörungen mittels 3D- Echokardiographie. Trotz einiger Limitationen bei dem aktuellen Stand der Technik hat die Echtzeit-3D-Echokardiographie ein hohes Potenzial zur Beurteilung von asynchronen, regionalen Wandbewegungsstörungen.

In this work the synchronous movement of the cardiac wall using 3D- echocardiography is examined. To determine if the methology is well suited for the analysis of endocardium motion, persons with normal cardiac wall movement (the control group) and patients with reduced cardiac wall movement and bi- ventricular cardiac pacemaker (the interventions group) were examined. The data acquisition took place with the help of the trans-thoracic echocardiography which was equipped with a matrixprobe. The left ventricle was reconstructed subsequently, and analyzed. The evaluation happened by means of a semiautomatic outlining program. Additionally however also a mode where manual corrections could be used was accepted. The 4D analysis program for the left ventricle computed the so-called bags of the left ventricles from the wire frame of the endocardium. From these bags the regional partial volume and the regional partial ejection volume were determined. With the help of the expert system MATLAB 7.0 statistical parameters were computed. Additionally volume time curves were provided. For the statistical evaluation four parameters were analysed. For the investigation of the reproductibility of the cardiac wall motion four data records from the control group and 12 data records from the group of interventions were evaluated by two examiners and compared with one another. Here the selected parameters were evaluated by means of t-test in pairs and the appropriate volume time curves were compared with one another. There were no significant differences between the groups of the two examiners, except within one of the parameters.With the help of standard statisitical analyses significant differences between the two groups could be determined. Also in the quantitative evaluation by means of the provided volume time curves clearly visible differences could be shown. For the quantitative evaluation of the sensitivity the four consulted statistic parameters from the group of interventions in the intrinsic mode were compared with the optimal mode of the pacemaker by means of t-test and evaluated statistically. Via the comparison of the volume time curves of the partial ejection volumes and the partial impact volumes of the group of interventions in the intrinsic pacemaker mode with the optimal mode of the pacemaker a qualitative evaluation was done. While some of the proposed parameters did not exhibit significant differences between the control and the intervention group, one of the tested paramters showed to be sensitve. While the results of this study are promising, it must also be said, that with the current state of the art analysis programs it remains a very challenging task to use live 3D echocardiography in the clinical routine. Despite its limitations, this method already showed its high potential.