s
Simpsons biplan metod jämfört med Philips Heart Model vid
bestämning av vänsterkammares ejektionsfraktion
Simpson’s biplane method compared to the Philips Heart Model when
determining the left ventricular ejection fraction
Författare: Sara Kassem
Vårterminen 2021 Examensarbete: Grundnivå (G2E), 15 högskolepoäng Huvudområde: Biomedicinsk laboratorievetenskap Biomedicinska analytikerprogrammet, inriktning fysiologi BMLV, Examensarbete, 15 högskolepoäng Institutionen för hälsovetenskaper, Örebro universitet. Handledare: Sarah Gamble, Universitetsadjunkt, Örebro universitet
Sammanfattning
Introduktion: Vänsterkammarens ejektionsfraktion (VKEF) är ett central mått på systolisk funktion i vänster kammare och är en av de mest betydelsefulla parametrar vid
ekokardiografiska undersökningar. Idag är Simpson biplan metoden den mest använda
metoden för bestämning av ejektionsfraktionen. Vid ekokardiografiska undersökningar sänder givaren med piezoelektriska kristaller ut ultraljudsvågor med en frekvens över 20 000 Hz. Ljudvågorna som skickas ut i kroppen reflekteras och sedan återvänder de till givaren för att skapa en bild. Denna studie jämför den tvådimensionella (2D) ultraljudsmetoden Simpsons biplan med Philips Heart Model som är en automatiserad tredimensionella (3D) funktion för bedömning av VKEF.
Material och metod: I studien inkluderades 31 hjärtfriska försökspersoner mellan åldrarna 21-64. Det samlades in bilder på apikala 4- och 2 kammarbilder från alla försökspersoner där Simpsons biplan metoden användes för att beräkna ejektionsfraktion. Apikala
4-kammarbilder samlades in för att beräkna ejektionsfraktionen med Philips Heart Model 3D funktion.
Resultat: Resultatet från denna studie visade att det inte föreligger någon signifikant skillnad mellan Simpsons biplan metoden och Philips Heart Model metoden för bestämning av
ejektionsfraktion. Båda metoderna visade likvärdiga mätresultat.
Diskussion: Philips Heart Model metoden är en relativ ny funktion som använder sig av artificiell intelligens för att analysera 3D bilder. Philips Heart Model metoden är en säker funktion att använda då de flesta studier bevisar likvärdiga och säkra mätresultat i jämförelse med andra metoder.
Konklusion: Enligt denna studie ger Philips Heart Model funktionen likvärdiga mätresultat av vänsterkammarens ejektionsfraktion i jämförelse med Simpsons biplan.
Nyckelord: Ekokardiografi, vänsterkammarens ejektionsfraktion, Simpsons biplan, automatiserade 3D analys av vänster kammare.
Abstract
Introduction:Simpson’s biplane method is the most used method for determining the left ventricular ejection fraction (LVEF) in echocardiographic examinations. Ejection fraction is a central measurement of the heart's global systolic function. The probe with piezoelectric crystals emits ultrasound waves with a frequency above 20,000 Hz. The sound waves that are sent out into the body are reflected and then return to the probe to create an image. This study compares the two-dimensional (2D) ultrasound Simpson's biplane method with the Philips Heart Model method, which is an automated three-dimensional (3D) function for assessment of LVEF.
Material and method: 31 subjects with no recorded heart pathologies between the ages of 21-64 were included in the study. Apical 4- and 2-chamber images were collected from the test subjects, where the Simpson's biplane method was applied to calculate the ejection
fraction. 2D apical 4-chamber images were collected to convert to 3D and used to calculate the ejection fraction with the Philips Heart Model.
Results: The results of this study showed that there is no significant difference between the Simpson’s biplane method and the Philips Heart Model method for determining ejection fraction.
Discussion: The Philips Heart Model method is a relatively new feature that uses artificial intelligence to analyze 3D images. The Philips Heart Model method is a reliable feature to use as most studies have proven similar and reliable measurements when comparing it with other methods for determining LVEF.
Conclusion: According to this study, the Philips Heart Model feature provides equivalent measurements in comparison with the manual method Simpson's biplane.
Keywords: Echocardiography, left ventricular ejection fraction, Simpson's biplane, automated 3D analysis of the left ventricle.
Innehållsförteckning
INTRODUKTION ... 1
ANATOMI OCH FYSIOLOGI ... 1
TVÅDIMENSIONELL ULTRALJUD ... 2
ULTRALJUDSFYSIK ... 2
VÄNSTERKAMMARES EJEKTIONSFRAKTION ... 2
SIMPSONS BIPLAN METOD ... 5
TREDIMENSIONELL ULTRALJUD ... 6
PHILIPS HEART MODEL ... 7
SYFTE ... 9
FRÅGESTÄLLNING ... 9
MATERIAL OCH METOD ... 10
URVAL ... 10 ETIK ... 10 UTFÖRANDE ... 10 STATISTISK METOD ... 11 RESULTAT ... 12 DISKUSSION ... 15 RESULTATDISKUSSION ... 15 METODDISKUSSION ... 15
FELKÄLLOR OCH FALLGROPAR ... 17
REKOMMENDATIONER ... 18
KONKLUSION ... 18
REFERENSER ... 19
INTRODUKTION
Anatomi och fysiologiHjärtat är beläget till vänster i bröstkorgen och ligger nära lungorna och diafragman. Hjärtat har fyra hålrum, vänster förmak (VF), höger förmak (HF), vänster kammare (VK) och höger kammaren (HK) och fyra klaffar (aorta, mitralis, pulmonalis och tricuspidalis). Venöst blod återvänder till HF via superiora -och inferiora vena cava, och lämnar HF för lungorna via lungartären. Syresatt blod kommer från lungorna och återvänder till VF via de fyra lungvenerna, och lämnar VK via aortan. VK är en symmetrisk struktur som är cylindrisk formad vid basen och avsmalnar mot toppen. VK är hjärtrummet som arbetar mot största motstånd och har hög belastning och syrebehov. Vänsterkammarväggen är tjockare än övriga hjärtrum och detta är för att den ska kunna pumpa ut blod till resten av kroppen. Hjärtat omges av hjärtsäcken som kallas för perikardium och den består av två skikt. Mellan dessa skikt finns vätska som minskar friktionen mellan hjärtat och perikardium under hjärtcykeln. Innersta lagret av hjärtväggen kallas för endokardium och har direkt kontakt med blodet inuti kamrarna. Ytan består av enskiktat plattepitel och bindvävnad. Hjärtväggens mittersta lager kallas för myokardium och består av hjärtmuskulatur och utgör den största delen av
hjärtväggen. Epikardiet ligger ytterst intill myokardiets utsida och är ett tunt epitelskikt (figur 1) (1).
Hjärtcykeln delas in i två faser, systole och diastole, som representerar kontraktionsfasen respektive fyllnadsfasen. Diastole delas i sin tur i fyra faser, isovolumetriska relaxationfasen, snabba fyllnadsfasen, diastasen och kontraktionsfasen. Systole delas in i två faser,
Figur 1: Bilden visar hjärtväggens olika lager. Yttersta lagret av hjärtväggen kallas för
endokardium och är det lagret som spåras vid mätning av ejektionsfraktion för både Simpsons biplan och tredimensionell ultraljud (2).
Vänsterkammares ejektionsfraktion
Vänsterkammares ejektionsfraktion (VKEF) är ett central mått på systolisk funktion i vänster kammare. VKEF är den del av kammarvolymen som pumpas ut i systole, och kallas för slagvolym i förhållande till blodvolym i kammaren i slutet av diastole (slutdiastoliska
volymen). En noggrann mätning av VKEF är ett viktig mått för att ge prognos om eventuella hjärt och kärlsjukdomar (3). Det finns olika modaliteter för bestämning av VKEF, där den mest använda metoden idag är ekokardiografi. Vid bestämning av VKEF rekommenderas Simpsons biplan metoden. VKEF presenteras i procent, normalintervall för VKEF är ett värde på ≥50 % enligt referensvärden från British Society of Echocardiography. VKEF beräknas genom att mäta den slutdiastoliska volymen (EDV) och den slutsystoliska volymen (ESV) enligt formeln: VKEF (%)= [(EDV-ESV) / EDV] X 100 (4-5).
Ultraljudsfysik
Ekokardiografi är en ultraljudsbaserad undersökning som kan ge viktig information om hjärtat. Den kan ge information såsom hjärtats storlek, pumpförmåga och lokalisation av vävnadsskada på hjärtat. Ekokardiografi ger också andra uppskattningar av hjärtfunktionen såsom beräkningar av hjärtminutvolymen, ejektionsfraktion (EF) och den diastoliska
Ljud rör sig som en mekanisk longitudinell våg och kan ses som en serie av vibrerande partiklar i en linje. Till skillnad från elektromagnetiska vågor (exempelvis radiovågor)
behöver ljudvågor närvaro av partiklar för att överföras. Ljud kan inte resa genom ett vaccum utan kräver ett medium som luft, vatten eller vävnad för att fortplantas. Sinuskurvan är ljudvågen som sänds ut från givaren och kännetecknas av flera variabler såsom våglängd, amplitud, frekvens, hastighet och riktning (7).
Ljudvågens amplitud indikerar dess styrka och mäts som skillnaden mellan topptrycket i mediet och medeltrycket och har enheten decibel (db). Hög amplitud innebär högt ljud och vice versa. Ett högt ljud leder till stora tryckskillnader längs ljudvågen, medan lågt ljud leder till små tryckskillnader längst ljudvågen (7).
Våglängden definieras som avståndet mellan två punkter utan tryckskillnad. Vid mätning av våglängd är det enklaste att mäta mellan två toppar (maximum). Ljudets frekvens är antalet ljudvåger som fortplantar sig under en sekund och vid diagnostik ekokardiografi används frekvenser mellan 2-10 MHz (6).
Ultraljud genereras genom pizoelektriska kristaller som sitter på ultraljudsgivaren. Det är keramiska kristaller som uppvisar piezoelektriska egenskaper. Ultraljudsgivaren kan innehålla tusentals kristaller som är placerade längst fram på sändaren. Kristallerna är kopplade till ultraljudsmaskinen genom elektroder. Dessa elektroder leder ström till kristallerna från ultraljudsmaskinen som gör att de alstrar ljud och vice versa från kristallerna till
ultraljudsapparater för att framkalla en bild. Ljudet genereras av piezokristallerna genom att en elektrisk spänning gör att de ändrar form och en växelspänning får dem att svänga snabbt och därmed generera ultraljudet. Om kristallerna svänger av en återvändande ultraljudsvåg alstrar de en elektrisk spänning som kan detekteras som en signal. Således genererar och detekterar kristaller ultraljud. En standard 2D givare som används idag har upp till 128 peizoelektriska kristaller (6).
Givaren är både en sändare och mottagare, den sänder ut ultraljudsimpulser som fortplantar sig i kroppens vävnader och detekterar också den reflekterande ultraljudet som återvänder tillbaka till givaren. Sändaren hålls med en hand mot patientens bröstkorg och genom att vinkla själva sändaren och byta position, skickar givaren ultraljudsvågor till den struktur som ska visualiseras (7-8) .
Ultraljud från givaren kan inte penetrera till huden om det finns luft mellan givaren och hudytan. Allt ljud reflekteras tillbaka från hudytan och hindrar ljud att tränga sig in i vävnad. På grund av detta används ett kopplingsmedium, vanligtvis en vattenhaltig gel på huden innan. Detta eliminerar luftskiktet och underlättar passage av ljud in och ut ur vävnaden (8). Ultraljudssändaren innehåller flera komponenter förutom piezokristaller. De piezoelektriska elementen är monterade på ett stödlager (backing layer), som har hög impedans och är utformat för att absorbera ultraljud och dämpa efterklang av de piezoelektriska elementen. Framför elementen finns ett lager som förbättrar impedans matchningen mellan sändaren och kroppen (7).
En givare kommer att sända korta skurar av ultraljud som varvar några mikrosekunder och väntar sedan några hundra mikrosekunder för reflekterande ultraljud att återvända, innan den sänder ut ultraljud igen. En liten mängd av ultraljudets energi kommer att reflekteras tillbaka till givaren varje gång ultraljudsimpulser når ett gränssnitt. När givaren detekterar dessa återkommande impulser mäter den tiden det tar mellan pulsen som avges och reflekterar tillbaka till givaren. Utifrån detta och från kunskap om utbredningshastigheten för ultraljud i mjuk vävnad som är 1540 m/s, kan ultraljudsmaskinen beräkna avståndet mellan givaren och reflektorn. Givaren kan också bestämma intensiteten av det återvända ultraljudet och använda denna information för att bygga upp en bild (7).
Tvådimensionellt ultraljud
Idag är tvådimensionell ultraljud (2D) den mest använda metoden vid ultraljudsdiagnostik. Ultraljud av hjärtat ger information om anatomi, funktion och morfologi. Vid
ultraljudsdiagnostik är det viktigt att ta hänsyn till VKEF. Ejektionsfraktionen har ett
prognostiskt värde och är ett viktigt mått för att diagnostisera hjärtsvikt, kranskärlssjukdomar och andra hjärtsjukdomar. Olika metoder används för att få fram VKEF genom ultraljud. Dessa metoder skiljer sig från varandra beroende på typ av ekokardiografiska bilder och ekvation som apparaten använder sig av för att få fram VKEF (motion-mode,
tvådimensionell, eller tredimensionell). Vid bestämning av VKEF är den mest använda metoden idag Simpsons biplan metod och är den rekomenderade metoden enligt British Society of Echocardiography inom tvådimensionell ultraljud (4). Simpsons biplan metoden med diskar utgår ifrån att vänsterkammarvolymen mäts genom att håligheten staplas med diskar med en känd volym och area. Summan av alla diskar utgör vänsterkammarvolymen. Andra metoder som används för bestämning av VKEF baseras mycket på geometriska
antagande till exempel ellipsoid modellen, halvklot cylinder modellen, dessa metoder rekommenderas inte att användas inom klinik för bestämning av VKEF (3,9).
Simpsons biplan metod
Simpsons biplan metoden är den mest använda metoden idag för beräkning av
vänsterkammarvolymer. Metoden utgår ifrån att vänster kammare hålighet kan betraktas som en stapel elliptiska diskar. Om volymen av varje disk är känd (utifrån dess area och tjocklek) är den totala vänster kammare volymen lika med volymen för alla samlade diskar.
Ultraljudsapparater bearbetar mycket av processen själv, det som krävs av operatören är att mäta längden på vänsterkammaren från bas till apex och spårar konturen av endokardiet i ett plan. För att mäta ut vänsterkammarvolymen måste operatören få fram en apikal 4-kammar bild. I apikal 4-kammar bild fås den bästa vyn över vänster kammare med särskild
uppmärksamhet åt kammarväggen. Först mäts vänstra kammaren under slutdiastole genom att spåra runt den endokardiella kanten från mitralklaffen annulus hela vägen upp till apex och sedan ner till annulus på andra sidan (figur 2). Sedan mäter operatören längden av vänster kammare från apex till mittdelen av mitralisklaffen. Maskinen använder dessa mätningar för att beräkna vänster kammares slutdiastoliska volym. Sedan mäts vänsterkammarvolymen under slutsystole på samma sätt. Dessa mätningar görs även för apikala 2- kammar bilderna. Ultraljudsapparater delar in arean av vänster kammare i cirka 20 cylindriska diskar där de har en känd höjd och area som motsvarar en volym. Volymen av dessa diskar summeras av apparaten och på så sätt får vi en totalvolym av vänsterkammare. Genom att mäta i de två planen får man ett mått på ejektionsfraktionen (figur 2) (6-7).
Figur 2: Simpsons metoden med användning av slutdiastolisk och slutsystolisk apikal 4-och 2 kammar bilder för uppskattning av vänsterkammarvolymen och beräkning av
ejektionsfraktion (9).
Tredimensionellt ultraljud
Ekokardiografi har varit grundpelaren för icke-invasiv diagnostisk avbildning av hjärtat inom vården sedan 1970-talet. Majoriteten av klinisk ekokardiografi idag är baserad på
tvådimensionell diagnostik. Under de senaste 20 åren har det skett stor utveckling inom ultraljud och tredimensionell (3D) ekokardiografi har utvecklats. Framsteg inom 3D-dator och transduktor teknik har lett till 3D-förvärv i realtid, vilket möjliggör visualisering av
hjärtstrukturer från alla vyer. Som komplement till 2D har 3D potential att ge betydande information inom både icke invasiv och invasiv miljö. 3D övervinner de specifika begränsningar som 2D har, vilket möjliggör en reproducerbar bedömning av hjärtats
kammarvolymer, allierade med de värden som erhålls från hjärt magnetisk resonanstomografi (MR, MRT). 3D eliminerar de geometriska antagande av vänster kammare orsakade av förkortat vy. Andra fördelar med 3D inkluderar bedömning av regional vänsterkammarvägg funktion inklusive realistisk avbildning av vitier och medfödda abnormaliteter, vilket möjliggör vägledning för ingrepp av volymetrisk utvärdering av backflöde och shunter (10-11).
Anledningen till att 3D bilder kan framkallas är givaren. Givaren X5-1 av Philips som används för att framkalla en 3D bild i realtid fungerar på ett annorlunda sätt till skillnad från en 2D givare. X5-1 givaren av Philips är en 3D matris givare som innehåller nästan 3040 piezoelektriska kristaller med en arbetsfrekvens från 1 till 5 MHz. De piezoelektriska kristallerna är anordnade i en matriskonfiguration inuti givaren. Ultraljudsstrålen som
tillverkas kan styras i två plan, y-axel som liknar 2D bildtagning och z-axel som är höjd plan för att producera pyramidala datauppsättningar (figur 3). 3D bilden byggs upp genom att flera pyramidala datauppsättningar samlas in per sekund under en hjärtcykel som sedan projekteras som en realtids display. Detta tillåter bilder med högre tidsupplösning och ger en optimal 3D bild i realtid som avbildar hjärtat utifrån hjärtats egen anatomi (7,12).
Figur 3: Bilden visar ultraljudsstrålen som bildas av en 3D matrix givare som styrs i två plan för att bilda en pyramidal datauppsättning (7)
Philips Heart Model
3D-avbildning av hjärtat sparar en volym uppsättning från en hjärtcykel och projekterar bilden som en real tid display. Eftersom informationen uppdateras hela tiden kan
orienteringen på bilderna och givaren roteras. Analys kan göras med minimal efterbehandling och bilden kan roteras oberoende av givar positionen för att se hjärtat från olika vyer (7).
Tillverkaren Philips lanserade ultraljudsmaskin EPIQ 7 med funktion Heart Model som använder sig av artificiell intelligens (AI) för att analysera 3D bilder (figur 4). Givaren som används är av modell X5-1 och är samma givare som används för 2D biltagning. Givaren är
analysera VK och VF med hjälp av analys av algoritmer. 2D bilder konverteras till 3D genom knappaktivering. Programvaran detekterar endokardiets ytor i VK och VF med en adaptiv algoritmanalys. Metoden använder sig av kunskapsbaserad identifiering för att orientera och lokalisera hjärtrummen med patientspecifik anpassning av endokardiella gränser. Algoritmen identifierar de slutdiastoliksa och endsystoliska faserna automatiskt i hjärtcykeln och skapar EDV och ESV 3D formning av VK hålrum. Efter den första helautomatiska detekteringingen av vänster kammare och förmakets endokardiella ytor tillåter programvaran operatören att utföra manuella korrigeringar av endokardiella gränserna vid behov (13).
Det automatiska detekteringsprogrammet Heart Model av Philips gör det möjligt att analysera VK och VF genom analys av algoritmer. Programmet fungerar på så vis att applikationen är en modellbaserad segmenteringsalgoritm som har information om hjärtats allmänna
strukturella utformning, hur hjärtplaceringen varierar inom en bild, hur hjärtformen varierar och hur hjärtat avbildas med ultraljud. Denna information inkorporeras i modellen genom omfattande träning med cirka 1000 ekokardiografiska bilder från en mängd olika hjärtformer och storlekar med varierande bildkvalitet. Denna modellbaserade segmenteringsalgoritm som används i Philips Heart Model programmet kan bäst beskrivas som en sekvens av
mönsterpassning i finare och finare rumsliga skalor med patientspecifik anpassning för att identifiera hjärtrummen och räkna ut VKEF (13-14).
Figur 4: Tredimensionell ekokardiografisk kvantifiering av vänster hjärtkamrarna med hjälp av automatiserade adaptiv algoritm analys (13).
SYFTE
Syftet med denna studie är att se om det finns någon signifikant skillnad mellan metoderna Simpsons biplan och Philips Heart Model vid bestämning av vänster kammares
ejektionsfraktion.
FRÅGESTÄLLNING
● Finns det någon signifikant skillnad mellan tvådimensionella metoden Simpsons
biplan och tredimensionella metoden Philips Heart Model vid bestämning av vänsterkammar ejektionsfraktion?
MATERIAL OCH METOD
UrvalI undersökningen inkluderades 31 försökspersoner, varav 23 var kvinnor och 8 var män. Endast friska personer inkluderades i denna studie. Deltagarna i studien var i åldrarna 21-64 och hade en medelålder på 29 år. Personer med hjärtfel, känd arytmi eller ejektionsfraktion på <50 % exkluderades från studien. Om bildkvalitet var för dålig att mätningarna inte kunde utföras exkluderades personer från studien. Rekryteringen av försökspersonerna som inkluderades i studie var begränsad på grund av Covid-19. 23 personer som inkluderades i studien går på biomedicinska analytikerprogrammet och rekryterades via ett inlägg på
Blackboard. Resterande 8 försökspersoner rekryterades av en hjärtsonograf som tog bilderna. Mätningarna utfördes av studenten.
Etik
Alla personuppgifter anonymiseras enligt The General Data Protection Regulation (GDPR). Försökspersonerna fick information att de när som helst kan avbryta sin medverkan i studien. Alla försökspersonerna fick också skriva på en samtyckesblankett innan undersökningen där de godkände att information om deras hälsotillstånd kunde användas i studien (bilaga 1). Under denna studie träffade undersökaren 23 försökspersoner fysiskt, resterade
försökspersoner rekryterades av hjärtsonografen. På grund av covid-19 pandemin är det viktigt att minska smittspridningen. Undersökaren hade munskydd under hela undersökningen och försökspersonerna fick möjligheten att ta på sig en om de ville. Handsprit var tillgänglig för undersökaren och försökspersonerna under hela undersökningen.
Utförande
Innan undersökningen började fick testpersonerna vila liggande i några minuter för att få ner hjärtfrekvensen. Testpersonerna fick information om hur undersökningen går till sedan fick de klä av sig på överkroppen för att undersökaren skulle kunna komma åt bröstkorgen.
Testpersonerna undersöktes med transtorakalt tvådimensionell och tredimensionell
ekokardiografi för att får fram mätningarna. Ultraljudsapparaten som används är Philips EPIQ 7 (Philips Healthcare, Stockholm, Sverige) med ultraljudsgivaren X5-1. Testpersonerna fick ligga på vänster sida med vänster arm under huvudet och höger arm på höften. Det placerades ett tre avlednings elektrokardiografi, en elektrod på vänster axel, en på höger axel och en på höger sida mellan revbensbågen och höftbenet. Informationen som sparades i apparaten för testpersonerna var ålder, längd, vikt och kön samt avidentifierings kod.
Det sparades en rörlig bild på en optimal apikal 4-kammar bild samt en apikal 2- kammar bild där bilderna separerades med en rotation på 60 grader. Mätningarna togs under slutdiastole (EDV) och slutsystole (ESV), där endokardiet spåras ut från mitralklaffen annulus hela vägen upp till apex och sedan ner till annulus på andra sidan. Mätningen av längden på vänster kammare gjordes genom att markera ut en linje mellan apex och mitralis fästpunkt (7).
Mätningarna gjordes för både 4- och 2-kammar bilderna i båda faserna. Det kontrollerades att alla försökspersoner hade sinusrytm och vid beräkningarna kontrollerades det
att hjärtfrekvensen inte skiljde sig mer än 10 slag/minut mellan 4- och 2-kammar bilderna. För mätningar med tredimensionella metoden Philips Heart Model sparades två hjärtcykler på en optimal 4-kammar bild för bestämning av ejektionsfraktion. Med knapp aktivering
konverterades 2D bilderna som togs till 3D. Programmet identifierar automatiskt VK och VF endokardiets ytor och räknar ut VKEF av sig själv utan hjälp av operatören.
Statistisk metod
Data som samlades in bedömdes vara normalfördelade genom granskning av histogram. Det beräknades ut medelvärde och standardavvikelse från försökspersonerna för
ejektionsfraktionen. För att ta reda på skillnaden i medelvärde mellan det två olika metoderna användes det tvåsidigt parad t-test där signifikansnivån las på 5% (p=0.05). Nollhypotesen var H0: Det föreligger ingen skillnad mellan metoderna vid VKEF mätning. Mothypotesen, H1: Det föreligger en skillnad mellan de två metoderna vid bestämning av VKEF. Analysen av data gjorde i Excel ( Microsoft Excel, 2017, Kista, Sverige).
RESULTAT
En registrering exkluderades i studien på grund av suboptimala bilder. Tabellen nedan visar medelvärde och standardavvikelser för ålder, längd, vikt och BSA (Body Surface Area) (tabell 1).
Tabell 1: Tabellen visar medelvärde och standardavvikelser för ålder, längd, vikt och BSA (body surface area) för försökspersonerna som deltog i studien.
Studiepopulation (n=31) Medelvärde Standardavvikelse Ålder (år) Längd (cm) Vikt (kg) BSA (km2) 29 12,9 170 9,7 70 12,9 1,8 0,19
Tabell 2: Tabellen visar medelvärde och standardavvikelser för ejektionsfraktion för Simpsons biplan metoden och Philips Heart Model metoden.
Medelvärde (EF %) Standaravvikelse Simpsons biplan
Heart Model
60,8 4,4 60,7 4,7
Tvåsidig parad t-test visade ett p-värdet som låg på 0,4 vid signifikansnivå, P=0,05. Resultatet visade ingen statistisk skillnad mellan medelvärdet mellan metoderna för beräkning av EF.
Figur 5: Punktdiagrammet visar försöksperson på X-axeln och uppmätt ejektionsfraktion i procent på Y-axel. De blåa punkterna representerar uppmätt ejektionsfraktion för Simpsons biplan metod och de orange punkterna representerar uppmätt ejektionsfraktion för Heart Model metoden.
Boxplot visar median av ejektionsfraktion för Simpsons biplan metoden och Philips Heart Model metoden. Den blåa lådan representerar mätvärden från Simpsons biplan metod och den orange lådan representerar mätvärden från Heart Model metoden för EF. Linjen i mitten av boxen representerar medianen av de insamlade data och linjen som finns i nedre delen av boxen representerar mätresultat i den första kvartilen. Den övre linjen i boxen representerar mätresultaten i den tredje kvartilen (figur 6).
Figur 6: Denna boxplot visar median av ejektionsfraktion för Simpsons biplan metoden och Philips Heart Model metoden. Medianen visas som en linje genom lådan. Linjen utanför lådan visar den största erhållna värden och minsta erhållna värden. Linjen som finns i nedre delen av lådan beskriver nedre kvartilen och övre delen beskriver den övre kvartilen.
DISKUSSION
ResultatdiskussionTvåsidig parad t-testet som utfördes för de två metoderna visade p> 0,05 och nollhypotesen är sann. Ingen statistisk signifikans skillnad mellan de två metoderna visades och medelvärdet för metoderna var likvärdiga för dessa försökspersoner där Simpsons biplan har ett
medelvärde på 60,8 % och Philips Heart Model har ett medelvärde på 60,7 % (15).
Resultatet som visas i punktdiagrammet (figur 5) visar att Simpsons biplan metoden och Philips Heart Model inte skiljer sig mycket åt och korrelerar med varandra. Den visuella bilden av Philips Heart Model visar att mätvärdena varierar lite då visuellt ser det ut att den ger en mindre EF än Simpsons biplan för några försökspersoner. Punktdiagrammet visar även att alla försökspersoner har ett EF som ligger över normalintervallen som är > 50 % enligt British Society of Echocardiography för båda metoderna (4).
Boxplot (figur 6) visar att Philips Heart Model har en större spridning av mätresultat jämfört med Simpsons biplan metoden. Spridnings variation mellan de två metoderna kan bero på olika faktorer. Bildkvalitet kan ha en stor påverkan på resultatet då Philips Heart Model metoden är beroende av en bra 4-kammar bild där endokardiet kan detekteras av apparaten (12). Är bildkvaliteten dålig och endokardiet detekteras fel så kommer resultatet vara felaktig. Det är även så för Simpsons biplan metoden men operatören kan själv mäta ut och med hjälp av funktioner på ultraljudsapparater öka och sänka förstärkning (gain) (6).
Metoddiskussion
Simpsons biplan metoden är den mest använda metoden idag för bestämning av VKEF och är en bra metod då den använder sig av mindre geometriska antagningar jämförelse med andra 2D metoder. Nackdelen med Simpsons biplan metoden är att apex ofta blir förkortat vilket kan ge en felaktig VKEF. Endokardiet kan även vara svår att detektera på bilder vilket minskar pålitligheten av mätningen. Metoden brister även då den avbildar vänster kammare utifrån antagningar. Den tar inte till hänsyn missformad VK utan räknar på att alla VK är normalformade, detta är på grund av att den använder sig av geometriska antagningar vilket kan ge felaktiga mätvärden. Simpson biplan metoden kräver optimerade bilder där
vänsterkamrar bilderna som tas i apikal 4-kammarvy och 2-kammarvy avbildar väggarna, apex och septum för att operatören ska kunna utföra mätningen. En suboptimal bild med
bortfall av vänsterkammarens väggar blir metoden ej användbar för bestämning av VKEF (16).
Philips Heart Model metoden är en relativ ny funktion som använder sig av AI för att analysera 3D bilder. 3D programmet är automatisk och gör det möjligt att analysera VK och VF med hjälp av analys algoritmer. Det som krävs av operatören är att få fram en optimerad 4-kammarbild som sedan med knapp aktivering konverteras till 3D. Programmet upptäcker VK och VF endokardiets ytor och räknar ut EF av sig själv utan hjälp av operatören. Denna funktion är snabb att använda men kräver erfarna operatörer som har god kunskap om bildtagning (13).
Vid diagnostik av myokardskada påvisar inte alltid 2D att det finns en skada detta är på grund av begränsningar som 2D ultraljud har. 2D ultraljud tillåter inte operatören att visualisera hela hjärtat vilket kan riskera att myokardskadan missas. I artikeln skriven av Lorenzini C et al visade resultatet att vid diagnostik av myokardskada för bröstcancerpatienter som har
undergått kemoterapeutiska behandlingar har 3D ultraljud ökat sannolikheten för patienter att få rätt diagnostik och behandling. Det är viktigt med rätt diagnostik och behandling för dessa patienter för att hindra och minska permanenta skador till hjärtmuskeln, som
kemoterapeutiska behandlingar orsakar. Med 3D ultraljud avbildas hjärtat som en 3D struktur och ger operatören möjlighet att visualisera hjärtat från alla håll, detta gör att operatören kan upptäcka skador samt att patienter får rätt diagnos (17).
I valideringsstudie av Philips Heart Model skriven av Medvedofsky D et al gjordes det en jämförelse av funktionen mellan olika kliniker. 180 försökspersoner undergick 3D bildtagning på sex olika kliniker där mätningarna sedan jämfördes med varandra. Det som mättes ut med Heart Model var ejektionsfraktion, EDV, ESV och VF-volym. Varje klinik utförde alla mätningar och mätningarna jämfördes sedan med varandra med en manuell spårnings
funktion av Core Laboratory (CL). Studien visar att det finns en stark korrelation mellan den automatiska funktionen och CL mätresultatet, det som skilde sig var att den automatiska funktionen underskattade obetydligt vänsterkammarvolym. Studien anser att funktionen är lätt att använda och har en hög reproducbarhet då mätresultatet från alla sex kliniker inte hade en signifikant skillnad. Valideringsstudien påvisade ingen signifikant skillnad mellan den automatiserade metoden och den manuella metoden av CL. Studien inser att 3D-analys av vänster kammare är ett exakt alternativ till konventionell manuell metodik, den anses ge
funktion bör föredras över andra 3D funktioner då den inte är tidskrävande och kräver inte speciell expertis inom 3D. På grund av sin enkelhet kräver funktionen minimal utbildning i kontrast till tidigare 3D metoder (13).
I artikeln skriven av Tsang W et al jämfördes Philips Heart Model funktion med MR för att se hur pålitlig metoden är. Målet med denna studie är att testa utförandet och noggrannheten för den automatiserade algoritm som kvantifierar 3D ultraljud som fokuserar på VK och VF volymer samt VKEF. Totalt deltog 159 patienter i studien där 94 patienter genomgick protokoll 1. Patienterna genomgick 3D- avbildning med Philips Heart Model automatiserade program som täckte vänster förmak och kammare. VK och VF volymerna samt VKEF som erhölls med hjälp av det automatiska programmet med och utan korrigering av endokardiets gränser jämfördes med genomsnittliga manuella 3D mätningar. I protokoll 2 jämfördes automatiserade mätningar från 65 patienter med MR- referenser. Resultat från denna studie visade en stark korrelation mellan den automatiska och manuella 3D mätningarna utan signifikans skillnad mellan värdena. Mätresultatet som jämfördes med MR värdena visar ha en stark överensstämmelse. Denna studie visar att den automatiserade kammar
kvantiferingsanalys med Heart Model kan ge korrekta mätningar av EDV, ESV, VKEF och VF volym. Användningen av detta program ger reproducerbara värden och minskar tiden av undersökningen. Sammantaget ger detta program större volymer än manuella metoder men något mindre värden än MR utan korrigering och liknande värden som MR efter korrigering (18).
Felkällor och fallgropar
Ultraljudsundersökning av hjärta är en undersökning som kräver god erfarenhet för att säkerställa resultat. Simpsons biplan metoden går ut på att operatören ska kunna få fram en bra 4-kammar och 2-kammar bild av hjärtat och ska sedan kunna rita en linje längs
endokardiet. Svårigheter att ta bra bilder samt operatörens erfarenhet påverkar undersökningsresultatet (16).
Det är viktigt med en bra bildkvalité vid uppskattning av VKEF-mätningar. En dålig
bildkvalité kan betyda att mätningarna inte kan utföras korrekt. Det finns olika saker som kan göras för att försäkra att bilden blir bra. Att veta hur man använder de olika funktioner som ultraljudsapparaten erbjuder är viktigt för att kunna justera och optimera bilden, att stärka och sänka förstärkning kan vara till stor hjälp för att kunna identifiera endokardiet. Det är även
vid apikalbilder. För att undvika förkortat vänster kammare rekommenderas det att ha hjärtat rakt i bilden med septum i mitten, fel placering av givaren är orsaken till förkortat vy (4,16). För att garantera en bra insamling av 3D mätningarna skulle det vara optimalt att spara två hjärtcykler av två optimal 4-kammar bilder där Heart Model metoden utfördes. Detta gick inte att utföra i denna studie då programmet inte kunde mäta ut EF på alla 3D bilder. Uppdatering av programmet skulle kunna eliminera detta problem men på grund av att detta kostar
institutionen mycket så utförs det inte lika ofta. Vid insamling av bilder kan det vara problematiskt att få ut två optimala 4-kammars bilder och detta kan bero på olika faktorer. Bristande erfarenhet kan vara en faktor men även svårundersökta försökspersoner. Skulle studien göras om så rekommenderas det att två bilder sparas på en optimal 4-kammars bild för att säkerställa mätresultat.
Rekommendationer
Philips Heart Model metoden rekommenderas att använda utifrån denna studie om den är tillgänglig och bildkvalitén är bra. Philips Heart Model metoden ger nästan samma värden och är mer reproducerbar samt använder inte sig av geometriska antagningar som andra metoder. Denna teknik tar mindre tid att utföra och är smidigare. Det är inte en svår teknik att lära sig och kräver ingen specialisering inom 3D-ultraljud för att utföra. Denna funktion ger möjligheten att justera bilderna utifrån behov. Denna teknik ger en visualisering av rörelse av väggarna och kan identifiera och visualisera alla hjärtats hålrum. En av teknikens
begränsningar är den låga bildhastigheten, en förbättring av funktionen skulle vara att öka bildhastigheten vilket gör att slut systole inte missas (18).
Konklusion
Automatiserade 3D analys Philips Heart Model ger likvärdiga mätresultat av
vänsterkammarens ejektionsfraktion i jämförelse med manuella metoden Simpsons biplan. Denna funktion ger möjligheten att utföra 3D undersökningar utan behov av specialkunskaper inom 3D. Tidigare studier påtrycker att denna funktion sparar tid utan bekostnad av
noggrannhet och säkra mätresultat. Efter observationer med denna studie föreslås användning av Philips Heart Model funktionen för bestämning av vänsterkammarens ejektionsfraktion.
REFERENSER
1. John E. Hall. Guyton and hall textbook of medical physiology. 13th ed. Philadelphia,
PA: Elsevier; 2015.
2. Blausen. com Staff. The heart wall [Photograph]. 2014 [Quoted 13 april 2021] Retrieved from : DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.
3. Osaraju, A. Goyal A. Grigorova Y. et al. Left Ventricular Ejection Fraction. StatPearls Publishing. 2020:4: 1-13
4. Harkness A, Ring L, Augustine D, Oxborough D, Robinson S, Sharma V, et al. Normal reference intervals for cardiac dimensions and function for use in echocardiographic practice; a guideline from the British Society of Echocardiography. Echo Res Pract. 2020;7 (1): 1-18
5. Kou S, Caballero L, Dulgheru R. Et al. Echocardiography reference range for normal cardiac chamber size: results from the NORRE study. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 2014;15(6):680-690
6. Olsson A. Ekokardiografi. 4 uppl. Stockholm: Ultraview AB; 2015.
7. Houghton A. Makning Sense of Echocardiography: A hands-on guide. Second Edition. Florida: Taylor & Francis Group; 2014
8. Kremkua F. Sonography: Principles and Instruments. Ninth Edition. Missouri: Elsvier; 2016
9. Rantner B. Pohlhmmer J. Stadler M. Peric S. Hammerer- Lercher A. Fraedrich G. Kollerits B. Left ventricular ejection fraction associated with prevalent and incident cardiovascular disease in patients with intermittent claudication. Atherosclerosis. 2015;293(9): 428-435
10. Cheng K, Monaghen MJ, Kenny A, et al. 3D echocardiography: benifits and steps to wider implementation. The British Journal of Cardiology. 2018;25:63-8
11. Arnold, L. Monteiro, C. 3D Echocardiography an introduction. European Heart Journal. Cardiovascular Imaging.2019; 107(5): 6-13
12. Lang R. Luigi L. Tsang W. Adams D. Agricola T. Et al. EAE/ASE Recommendations for Image Acqusition and Display Using Three-Dimensional Echocardiography. European Heart Journal. Cardiovascular Imaging. 2012; 13(1):1-46
13. Medvedofsky, D. Moravi, V. Amzulescu, M. et al.Three-dimensional
echocardiographic quantification of the left-heart chambers using an automated adaptive analytics algorithm: multicenter validation study sources of error. European
14. Philips Healthcare. Bringing 3D ultrasound into practice for cardiac quantification. Amsterdam: Philips Healthcare; 2018
15. Ejlertsson G. Statistik för hälsovetenskaparna. Lund: Studentlitteratur AB; 2019 16. Lang R. Badano L. Mor-Avi v. Recommendations for Cardic Chamber Quantification
by Echocardiography in Adults: An Update from the American Society of
Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 2015; 28(1): 1-39
17. Lorenzini C. Lambert C. Aquilina M. Rocca A. Cortesi P. Corsi C. Reliabilty of Left Ventricular Ejection Fraction from Three-Dimensional Echocardiography for
Cardiotoxicity Onset Detection in Patiens with Breast Cancer. Journal of American Society of Echocardiography. 2017; 30 (11): 1103-1110
18. Tsang W. Salgo IS, Medvedofsky D, Takeuchi M. Prater D. Weinert L et al.
Transthoracic three-dimensional echocardiographic left heart chamber quantification using an automated adaptive analytic algorithm. JAAC Carrdiovasc Imaging. 2016;9 (1): 769-762
BILAGA 1
Information och samtyckesformulär
Heter Sara Kassem och går sista terminen nu på biomedicinska analytiska programmet inriktning fysiologi, institution för hälsovetenskap. Jag skriver ett examensarbete som är en jämförelse mellan tvådimensionell och tredimensionell ultraljud vid bestämning av
ejektionsfraktion av vänster kammare. Syftet med studien
Syftet med detta projekt är att jämföra tredimensionellt och tvådimensionell ultraljud vid bestämning av vänster kammar ejektiosnfraktion. Det är en jämförelse mellan två olika metoder, Simpsons biplan metod och Philips Heart Model metoden.
Undersökningen:
Undersökningen är en ultraljudsundersökning där jag tar bilder och mäter vänster kammare ejektionfraktion med två olika metoder. Jag måste kunna komma åt hjärtat och det kommer behövas att du klär av dig överkroppen. Själva undersökningen kommer att ske på Örebro Universitet i prismahuset i sal P117. Undersökningen tar ungefär 30 minuter. Undersökningen är inte ansträngande för dig som försökspersonerna och är ej invasiv eller smärtsam.
Hantering av persondata
Dina personuppgifter behandlas med ditt samtycke. Du har rätt att ta tillbaka samtycket och alla uppgifter får då inte bevaras eller användas vidare utan laglig grund. Insamlade uppgifter och mätdata kommer att användas inom examenarbete på kandidatnivå. Uppgifterna kommer att behandlas under tid det tar att färdigställa examensarbete varefter de raderas. Du har rätt att ta del av det som registrerat om dig, eller har synpunkter på behandlingen eller uppgifter som samlat in genom att kontakta ansvarig för examensarbete enligt nedan. Har du några funderingar över hur Örebro universitet behandlar personuppgifter kan du ställa frågor till lärosätets dataskydd ombud på dataskyddsombud@oru.se. Har du klagomål som inte kan lösas med universiteten kan du kontakta Datainspektion.
För att delta i studien behöver jag ditt skriftliga medgivande gällande följande punkter: - Jag tillåter att insamling av avidentifierade bilder av mitt hjärta och uppgifter
(ålder, kön, vikt, längd) används i en studentstudie på kandidatnivå vid Örebro universitet.
- Jag får vid vilket tillfälle som helst avbryta mitt medverkade, innan, under och efter att undersökningen är gjord.
- Om något avvikande hittas under undersökningen vill jag ha information om detta. Ja Nej
- Röker du? Ja Nej
För att kunna delta i studien behöver dessa frågor besvaras: Ålder: ...
Längd: ... Kön: ...
Jag har muntligen informerats om studien och även tagit del av den skriftliga
informationen. Jag har haft möjlighet att ställa frågor. Jag samtycker till att delta i studien och är medveten om att mitt deltagande är frivilligt, samt att jag när som helst kan avbryta mitt deltagande. Örebro den Namnteckning...
Namnförtydligande... Studentens kontaktinformation: Sara Kassem E- mail: Sara.kassem99@gmail.com Telefon: 0739826435 Handledarens kontaktinformation: Sarah Gamble
Universitetsadjunkt Örebro Universitet E- mail: sarah.gamble@oru.se
Telefon: 019303664 Sara Nordkvist
Universitetsadjunkt Örebro Universitet E- mail: Sara.nordkvist@oru.se
