Analýza tvaru a funkce prolapsu mitrální chlopně založená na umělé inteligenci pomocí 3D ultrazvuku (AI4MVP)

Tato prospektivní studie si klade za cíl prozkoumat anatomické a biomechanické charakteristiky MVP pomocí RT3DEE a pokročilých technik analýzy obrazu založených na umělé inteligenci (AI). Cílem je vyvinout automatizovaný rámec pro segmentaci a morfologické hodnocení aparátu MV a provést FE modelování k vyhodnocení biomechanických důsledků degenerativního MVP a souvisejících chirurgických oprav.

Zobrazovací protokol Intraoperační RT3DE bude provedena na operačním sále jako součást standardního zobrazovacího protokolu během chirurgické opravy MVP. Bude použit ultrazvukový systém Vivid S70N (GE Healthcare) vybavený 6VT 4D multiplánární RT3DE sondou. Budou pořízeny standardní středně jícnové RT3DE pohledy, včetně plných objemů levé komory (LV) a zvětšených, gated 3D pohledů na komplex MV (annulus, cípky a papilární svaly). Pro zlepšení kvality obrazu budou zvětšené akvizice omezeny na nejmenší pyramidový objem zachycující celý mitrální komplex, s zajištěním snímkové frekvence ≥20 Hz. Všechny sady zobrazovacích dat budou před analýzou anonymizovány.

Chirurgický protokol Chirurgická oprava MVP bude provedena v celkové anestezii prostřednictvím pravé mini-torakotomie. Chirurgické techniky budou zahrnovat: i) resekci cípku (odstranění nadbytečné tkáně cípku); ii) implantaci neochord (umístění expandovaného polytetrafluorethylenu, ePTFE, umělých chord); annuloplastiku (implantaci annuloplastického kroužku nebo perikardiálního pásu pro stabilizaci annulu).

V případech, kdy je excidována významná tkáň cípku (≥10×10 mm), budou vzorky odebrány a uloženy v institucionální biobance BioCor pro histologickou a morfometrickou analýzu. Vzorky budou dekontaminovány, kryokonzervovány a skladovány při -80°C. Po histologickém vyhodnocení bude veškerý biologický materiál zničen.

Sběr klinických dat Demografické (např. věk, pohlaví) a klinické údaje (např. diagnóza, medikace, komorbidity) budou získány z lékařských záznamů a anonymizovány.

Trénink neuronové sítě pro segmentaci obrazu Anonymizované sady dat RT3DE budou ručně segmentovány odbornými operátory pomocí pokročilého softwaru pro analýzu obrazu (např. 3D Slicer). Bude zpracováno minimálně 150 akvizic RT3DE pro generování binárních masek annulu MV, cípků a papilárních svalů.

Tyto segmentované sady dat budou použity k tréninku konvoluční neuronové sítě (CNN), pravděpodobně založené na architektuře 3D U-Net; 70 % datových sad bude použito jako tréninková data a 30 % bude vyhrazeno pro testování a validaci.

CNN se naučí automaticky segmentovat struktury MV a generovat 3D povrchové modely. Klíčové anatomické rysy – jako kontura annulu, volný okraj cípku, komisury a polohy papilárních svalů – budou extrahovány automaticky.

Kvantitativní geometrické parametry budou zahrnovat plochu annulu, obvod, předozadní průměr, šířku komisur, výšku annulu a eliptičnost, rozměry cípků, zóny koaptace a rozsah billowing.

FE analýza Pacient-specifické 3D modely mitrální chlopně budou rekonstruovány ze segmentovaných dat RT3DE. Tyto modely projdou vyhlazením a remeshováním pro generování vysoce kvalitních meshů pro strukturální FE analýzu. Chordae tendineae budou modelovány na základě zavedených anatomických šablon a doladěny tak, aby odpovídaly fyziologickým délkám. Materiálové vlastnosti tkáně budou přiřazeny na základě publikovaných experimentálních dat.

FE simulace budou použity ke kvantifikaci distribuce napětí na cípcích MV, posouzení přenosu zatížení mezi cípcích a papilárními svaly a vyhodnocení mechanických účinků chirurgických zákroků (např. implantace neochord, annuloplastika). Tyto simulace jsou retrospektivní a průzkumné; nebudou ovlivňovat chirurgické rozhodování.

Následné sledování Pooperační následné sledování nad rámec standardní klinické péče není vyžadováno. Studie se zaměřuje na intraoperační zobrazování a odběr tkání, následované offline analýzou obrazu a výpočetním modelováním.