Entwicklung und Einsatz eines pulsatilen Echophantoms für die Validierung der Volumetrie mittels Realtime-3D-Echokardiographie

Abstract

Einleitung: Die Real-Time-3D-Echokardiographie (RT-3DE) bietet die Möglichkeit Volumina während eines Herzzyklus nahezu in Echtzeit aufzunehmen und semiautomatisch auszuwerten. Für die Diagnostik an Feten und Neugeborenen mit hohen Frequenzen und sehr keinen Volumina ist die RT-3DE noch nicht validiert. Unser Ziel war es ein dynamisches Echophantom zu entwickeln, welches die Bedingungen am Feten und Neugeborenen genau darstellen kann und die zeitlichen Abläufe während der Erfassung und Auswertung eines Herzzykluses mit der RT-3DE in Abhängigkeit von Frequenz und Volumen mit diesem Phantom zu Überprüfen. Material und Methoden: Ein Linearmotor treibt einen Hydraulikzylinder an, über den die pulsatile Bewegung eines Kunstventrikels erzeugt wird. Die Ansteuerung des Motors über einen Kontroller mit integriertem Messsystem und Triggerausgang ermöglicht die Realisierung von Volumina zwischen 1-20 ml und Frequenzen von 1-200 Schlägen/min bei einer Positionierungsgenauigkeit von 0,1mm. Für Systole und Diastole können Geschwindigkeit [m/s], Beschleunigung [m/s^2], Bremsung [m/s^2] sowie Pause getrennt eingestellt werden. Ein Datenlogger zeichnet 150-mal pro Sekunde die genaue Position des Linearmotors auf. Messungen mit unterschiedlichen Volumina (5-20ml) und variablen Zyklusfrequenzen (60-180/min) wurden mit einem RT3DE-System (ie33, X7-2) durchgeführt und Volumina und Volumenänderungen (volume changes over time) mit einer semiquantitativen Software (Qlab, Philips) ausgewertet. Ergebnisse: Durch die freie Programmierbarkeit besteht die Möglichkeit beliebige physiologische und unphysiologische Herzzyklen zu simulieren. Die, mit dem dynamischen Phantom durchgeführten Messungen zeigen, dass bei der Aufnahme eines Herzzyklus im full volume 3D Datensatz nicht der gesamte Herzzyklus aufgezeichnet wird, es fehlen durchschnittlich 20% des Herzzyklus. Die bestimmten Volumen sind im Mittel 10% zu klein. Abweichungen der Länge der endsystolischen und enddiastolischen Pause werden nicht abgebildet. Die Auswertung mittels semiautomatischer Software folgt strengen Algorithmen, die am Zeitablauf des normalen Herzzyklus orientiert sind, und bei Abweichung des Zeitablaufes des Zyklus (z.B. verlängerte isovolumetrische Phasen) oder der Geometrie (z.B. dilatierter, hypokontraktiler Ventrikel) zu einer ungenauen Abbildung von Volumenänderungen in der Zeit führt. Diskussion: Mit dem dynamischen 3D-Echophantom haben wir die technische Voraussetzung geschaffen um die Genauigkeit der RT-3DE sowie ihrer Auswertungssoftware (insbesondere die Genauigkeit des Zeitverlaufs von Volumenänderungen) auch bei kleinen Volumina und hohen Herzfrequenzen zu validieren.