- Titel
- Vergleich von perioperativ erhobenen echokardiographischen Parametern zur Quantifizierung der linksventrikulären Funktion bei Patienten zum minimalinvasiven Aortenklappenersatz
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-964133
- Erstveröffentlichung
- 2025
- Datum der Einreichung
- 16.09.2024
- Datum der Verteidigung
- 25.03.2025
- Abstract (DE)
- Hintergrund: Der Einsatz der 3D-transösophagealen-Echokardiographie ist ein Standardverfahren bei herzchirurgischen Operationen. Sie ermöglicht die detaillierte Darstellung und Quantifizierung komplexer dreidimensionaler Bewegungen des Myokards. Der wesentliche Vorteil gegenüber der 2D-Echokardiographie besteht in der Fähigkeit, die Rotationsbewegung und die Deformation des Myokards darzustellen. Mithilfe spezieller Software kann ein 3D Modell des linken Ventrikels erstellt werden. Die myokardialen Bewegungen können mit sogenannten Speckles im Speckle-Tracking semi-automatisiert nachverfolgt werden. Dies ermöglicht die genaue Quantifizierung der dreidimensionalen Bewegung mit Beurteilung der neu verfügbaren echokardiographischen Parameter, u. a. Twist, Torsion und Untwisting für die Rotationsbewegung sowie Global Longitudinal Strain (GLS), Circumferential Strain (CS) und Radial Strain für die Deformation des Myokards. Die Aortenklappenstenose ist der häufigste erworbene Klappenfehler, der mit zunehmender Verkalkung und Verengung der nativen Aortenklappe einhergeht. Die Aortenklappenstenose führt zu einer Erhöhung der linksventrikulären Nachlast. Der linke Ventrikel beantwortet diese Erhöhung mit einer konzentrischen Hypertrophie, um den hohen Druckgradienten erzeugen zu können. Durch diese Hypertrophie kommt es zur Veränderung der kardialen Mechanik, mit Zunahme des Twists, mit Verzögerung des diastolischen Untwistings und der Abnahme des Global Longitudinal Strain. Der chirurgische Aortenklappenersatz führt zu einer akuten Abnahme der Nachlast für den linken Ventrikel und einem darauffolgenden myokardialen Umbau des hypertrophierten Ventrikels. Bisherige Studien konnten aufzeigen, dass die Normalisierung von Twist, Untwisting und GLS wenige Tage nach dem chirurgischen Eingriff mit der Prognose des Patienten korreliert. Aktuelle Studien, die den intraoperativen Effekt des Klappenersatzes auf diese Parameter beurteilen und quantifizieren, sind nicht verfügbar. Fragestellung: Das Ziel der Studie ist, die Machbarkeit der Bewertung der linksventrikulären Deformations- und Rotationsmechanik mithilfe des mittösophagealen 4-Kammer-Blicks (ME4CH) in der 3D-Komplettvolumenaufnahme zu beurteilen. Weiterhin werden die Parameter der kardialen Mechanik, Twist, Untwisting und GLS, auf den direkt postoperativen Effekt nach elektivem Aortenklappenersatz und die Korrelation dieser Parameter mit postoperativen Komplikationen untersucht. Material und Methode: Bei 49 Patienten zur elektiven minimalinvasiven Aortenklappenersatz-Operation bei hochgradiger Aortenklappenstenose wurden nach der Einleitung der Anästhesie und direkt postoperativ mittels transösophagealer Echokardiographie 3D-Komplettvolumenaufnahmen des linken Ventrikels durchgeführt. Mittels EKG-Triggering wurden diese Aufnahmen von 4 konsekutiven Herzschlägen zusammengestellt. Diese 3D-Komplettvolumenaufnahmen wurden offline mit der Software TOMTEC-ARENA v. 30.02 (TOMTEC Imaging Systems, Unterschleißheim, Deutschland) mit dem 4D-LV-ANALYSIS-Modul mittels Speckle-Tracking-Echokardiographie analysiert und ein 3D-Beutelmodel rekonstruiert. Aus dieser Analyse wurden die Ejektionsfraktion (EF), GLS, CS, Twist und Torsion berechnet. Die Berechnung der maximalen Untwisting-Geschwindigkeit erfolgte durch eine post-hoc Analyse der von TOMTEC-ARENA exportierten Daten in Microsoft Excel v. 16.81 (Microsoft Corporation, Redmond, Washington, USA), wo für jedes Zeitintervall in der isovolumetrischen Relaxationsphase sowie in der Diastole die Abnahme des Twists berechnet wurde. Der negativste Wert wurde als maximale Untwisting-Geschwindigkeit übernommen. Die deskriptive Statistik wurde für die Präsentation der gesammelten Daten eingesetzt. Die gewonnenen Daten wurden auf Normalverteilung mithilfe des Shapiro-Wilk-Tests überprüft. Die Darstellung der kontinuierlichen Daten erfolgt als Mittelwert Standardabweichung. Die diskreten Daten werden als Zahlen und Prozenten dargestellt. Der statistische Vergleich erfolgte zwischen den normal verteilten Werten in der ersten und der zweiten Untersuchung mittels des gepaarten T-Tests. Der Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test wurde eingesetzt, um die nicht normal verteilen Datenpaare zu vergleichen. Zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen den gemessenen Werten und der Zeit zur Verlegung von der Intensivstation sowie der Zeit zur Entlassung wurde die Korrelationsanalyse nach Spearman eingesetzt. Die statistische Signifikanz wurde mit p < 0.05 angenommen. Ergebnisse: Von den 49 analysierten Komplettvolumenaufnahmen wiesen 30 Aufnahmen (61 %) eine für die Speckle-Tracking-Echokardiographie ausreichende Qualität auf. Der Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test zeigte keinen signifikanten Unterschied des linksventrikulären enddiastolischen Durchmessers (p = 1.000). Im gepaarten T-Test zeigten sich ebenfalls keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich der EF (p = 0.177), des GLS (p = 0.276), des CS (p = 0.238), des Twists (p = 0.970), der Torsion (p = 0.417) und der Untwisting-Geschwindigkeit (p = 0.730). Die Korrelationsanalyse nach Spearman zeigte keine relevanten Korrelationen zwischen den untersuchten Parametern, der Zeit zur Verlegung von der Intensivstation auf die Normalstation und der Krankenhausverweildauer. Schlussfolgerung: Die intraoperative 3D-STE ist bei der Mehrzahl der Patienten mit hochgradiger Aortenklappenstenose technisch durchführbar, damit sind Aussagen zur Veränderung der kardialen Mechanik bei Patienten mit hochgradiger Aortenklappenstenose möglich. Dabei kommt es zu einer Verringerung des GLS und des Twists sowie einer Zunahme der Torsion und der Untwisting Geschwindigkeit im Vergleich zu gesunden Patienten ohne hochgradige Aortenklappenstenose. Die zum Vergleich herangezogenen Normalwerte wurden mit der transthorakalen Echokardiographie im nicht perioperativen Setting ermittelt. Angesichts dessen sind weitere Studien notwendig, um die Normalwerte für die transösophageale 3D-STE zu definieren. Der chirurgische Aortenklappenersatz hat in unserer Studie die linksventrikulären Rotations- und Deformationsparameter intraoperativ nicht verändert. Ausgehend von unseren Ergebnissen erfolgt die postoperative Normalisierung der untersuchten Parameter nicht singulär auf die Verringerung des durch die Aortenklappenstenose hervorgerufenen Widerstandes. Die Studie war nicht gepowert, um den Einfluss auf die Outcome-Parameter (MACE) statistisch zu untersuchen.
- Abstract (EN)
- Background: Three-dimensional (3D) transesophageal echocardiography has become a standard diagnostic and therapeutic tool in cardiac anesthesia. It provides a detailed view of the complex, three-dimensional movements of the cardiac muscle and allows for the quantification of modern echocardiographic parameters. Compared to a 2D examination, it has the added advantage of presenting myocardial deformation. These movements can be traced using specialized software that employs semi-automated speckle-tracking technology. The software presents the results as a three-dimensional bag model and analyzes its movement. It quantifies this using modern echocardiographic parameters, including Twist, Torsion, and Untwisting for rotational movement, and Global Longitudinal Strain (GLS), Circumferential Strain (CS), and Radial Strain for myocardial deformation. Aortic stenosis is a progressive disease that involves calcification and limitation of the valve orifice area, leading to an increase in the resistance and afterload of the left ventricle. That leads to hypertrophy of the left ventricle with consecutive changes in cardiac mechanics. These adaptive adjustments include an increase in twist, delayed untwisting, and a decrease in the Global Longitudinal Strain. An aortic valve replacement with a prosthesis decreases the left ventricular afterload, leading to an inversion of the ventricular modeling. Studies have shown that the acute normalization of twist, untwisting, and GLS a few days after surgery correlates with a better prognosis. However, no studies have evaluated the immediate effect of aortic valve replacement on these parameters. In this pilot study, we aim to examine the feasibility of speckle tracking on the intraoperative echocardiographic full-volume 3D loops and the effect of aortic valve replacement on the cardiac mechanics. Hypothesis: The study aims to examine the feasibility of an intraoperative 3D transesophageal echocardiographic examination to provide qualitative loops for the evaluation of twist, torsion, untwisting, and GLS with speckle tracking. Additionally, the immediate effect of aortic valve replacement on these parameters will be studied. Materials and Methods: We performed a full volume acquisition of the left ventricle after the induction of anesthesia and at the end of surgery in 49 patients undergoing minimally invasive aortic valve replacement. We used ECG triggering to acquire the full volume acquisition over 4 beats, which allowed for the optimization of the frame rate. We analyzed the loops offline with TOMTEC-ARENA v. 30.02 (TOMTEC Imaging Systems, Unterschleissheim, Germany), with the 4D-LV-ANALYSIS module. This software uses speckle tracking echocardiography to create a 3D bag model of the left ventricle. Ejection fraction, GLS, GCS, twist, and torsion are calculated from the movement of the 3D model. We calculated the maximum untwisting velocity by analyzing the data exported from the TOMTEC-ARENA in Microsoft Excel v. 16.81 (Microsoft Corporation, Redmond, Washington, USA). For each time interval in the isovolumic relaxation phase and in the diastole, we calculated the change in twist. In further analysis, we used the most negative value as the maximum untwisting velocity. Statistical Analysis: We used descriptive statistics for the initial presentation of the collected data. All continuous data were tested for normality with the Shapiro-Wilk test. Continuous data are presented as mean ± standard deviation, and dichotomous data as percentages and numbers. The differences of means between both examinations were compared with the paired samples T-Test. The Wilcoxon Signed-Rank Test was used in case of non-normal distribution of data. Spearman’s correlation analysis was used to evaluate the correlation between the difference in the measured parameters and the time to discharge from ICU and the time to discharge from the hospital. P values of less than 0.05 were considered to be statistically significant. Results: Out of the forty-nine complete volume datasets analyzed, 30 datasets (61%) had quality sufficient for speckle-tracking echocardiography. The Wilcoxon signed-rank test showed no significant difference in the left ventricular end-diastolic diameter as a surrogate parameter for preload (p = 1.000). The paired t-test showed no significant differences between the two examinations conducted in terms of EF (p = 0.177), GLS (p = 0.276), CS (p = 0.238), Twist (p = 0.970), Torsion (p = 0.417), and Untwisting Velocity (p = 0.730). The Spearman correlation analysis showed no relevant correlations between the parameters examined, the time to transfer from the intensive care unit, and the time to discharge from the hospital. Conclusions: The intraoperative 3D-STE is feasible in most patients with aortic valve stenosis and provides valuable information about the pathophysiological changes in the left ventricular mechanics due to the acquired valvular problem. The deformation parameters confirm that the GLS is lower and twist, torsion, and untwisting velocity are higher in the studied population than in healthy patients of the same age. Comparison with the already published normal values is challenging due to the differences between the used methods. The echocardiographic guidelines provide normal volumes as acquired in the transthoracic echocardiography. Further research is necessary to define specific normal values for the 3D transesophageal examination. In our study, we found no statistically significant differences in the GLS, CS, twist, and torsion between both intraoperative examinations in patients undergoing surgical minimally invasive aortic valve replacement. The normalization, as described in recent research, seems to depend on reverse remodeling, rather than the immediate reduction of the resistance to flow. Due to the very low complication rate, the number of participants in our study was too low to examine a statistically significant influence of the deformation parameters on the rate of major adverse cardiac events.
- Freie Schlagwörter (DE)
- twist, torsion, strain, mechanik, aortenklappenstenose
- Freie Schlagwörter (EN)
- twist, torsion, strain, mechanics, aortic stenosis
- Klassifikation (DDC)
- 610
- Klassifikation (RVK)
- YI 8004
- GutachterIn
- Univ.-Prof. Dr. med. habil. Jens Fassl
- PD Dr. med. habil. Stefanie Jellinghaus
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Technische Universität Dresden, Dresden
- Version / Begutachtungsstatus
- publizierte Version / Verlagsversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-964133
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 16.05.2025
- Dokumenttyp
- Dissertation
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY-NC-SA 4.0- Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Summary Hintergrund Einführung -Rotationsbewegung des linken Ventrikels und ihre Rolle in kardialer Mechanik --Faktoren, die die linksventrikuläre Rotation beeinflussen -Der myokardiale Strain --Faktoren, die den linksventrikulären Strain beeinflussen -Bildgebende Methoden zur Quantifizierung der Rotation und des Strains --Historische Methoden --Kardiale Magnetresonanztomographie --Echokardiographische Methoden -Einfluss der Aortenklappenstenose auf die linksventrikuläre Mechanik --Rotationsbewegung --Strain -Einfluss des Aortenklappenersatzes auf die linksventrikuläre Mechanik --Rotationsbewegung --Strain -Intraoperative Komplettvolumenaufnahmen zur Beurteilung der kardialen Mechanik Fragestellung Material und Methode -Patientenauswahl -Anästhesiologisches Management -Chirurgischer Eingriff und Management -Datenerhebung -Statistische Auswertung Ergebnisse -Demographische Daten -Operationsbezogene Daten -Linksventrikulärer Enddiastolischer Durchmesser (LVEDD) -Ejektionsfraktion (EF) -Twist -Torsion -Untwisting-Geschwindigkeit -Global Longitudinal Strain (GLS) -Circumferential Strain (CS) -Zusammenfassung der Ergebnisse der gepaarten T-Tests -Untersuchung der Korrelation mit den Outcomes Diskussion -Vergleich des Studiendesigns mit Studien in der Literatur -Vergleich der Ergebnisse mit in der Literatur beschriebenen Normalwerte -Diskrepanz zwischen Werten abhängig von der angewandten Methode -Limitationen der Studie Schlussfolgerungen Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Danksagung Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens Technische Universität Dresden Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus Bestätigung über Einhaltung der aktuellen gesetzlichen Vorgaben