Mitrális billentyű prolapszus 3D ultrahanggal történő mesterséges intelligencia alapú alak- és funkcióelemzése (AI4MVP)

Ez a prospektív vizsgálat a RT3DEE és a fejlett mesterséges intelligencia (MI) alapú képalkotási technikák segítségével kívánja feltárni a mitralis billentyű prolapsus (MVP) anatómiai és biomechanikai jellemzőit. Cél egy automatizált keretrendszer kifejlesztése a mitralis billentyű szerkezetének szegmentálására és morfológiai értékelésére, valamint végeselemes (FE) modellezés végrehajtása a degeneratív MVP és a kapcsolódó sebészi javítások biomechanikai következményeinek értékelésére.

Képalkotási protokoll A műtéti RT3DEE-t a műtőben, a sebészi MVP-javítás szabványos képalkotási protokolljaként hajtják végre. Egy Vivid S70N ultrahangrendszert (GE Healthcare) használnak, amely egy 6VT 4D multiplanar RT3DEE szondával van felszerelve. Szabványos középnyelvcsői RT3DEE nézeteket rögzítenek, beleértve a teljes bal kamra (LV) térfogatot és a mitralis billentyű komplex (annulus, lebenyek és papilláris izmok) nagyított, kapuzott 3D nézeteit. A képminőség javítása érdekében a nagyított felvételek a teljes mitralis komplexet lefedő legkisebb piramistérfogatra korlátozódnak, biztosítva, hogy a képkockasebesség ≥20 Hz legyen. Minden képalkotási adathalmaz anonimizálásra kerül az elemzés előtt.

Sebészeti protokoll Az MVP sebészi javítást általános érzéstelenítés mellett, jobb oldali mini-torakotómián keresztül hajtják végre. A sebészeti technikák közé tartoznak: i) lebenyreszekció (túlzott lebenyszövet eltávolítása); ii) neochordalis implantáció (kiterjesztett politetrafluoretilén, ePTFE, mesterséges chordák elhelyezése); annuloplasztika (annuloplasztikai gyűrű vagy pericardialis szalag implantálása az annulus stabilizálására).

Azokban az esetekben, ahol jelentős lebenyszövetet távolítanak el (≥10×10 mm), mintákat gyűjtenek és tárolnak az intézményi BioCor biobankban, hisztológiai és morfometriai elemzés céljából. A minták fertőtlenítenek, krioprezerválódnak és -80°C-on tárolódnak. A hisztológiai értékelés után minden biológiai anyag megsemmisül.

Klinikai adatgyűjtés A demográfiai (pl. életkor, nem) és klinikai adatokat (pl. diagnózis, gyógyszerek, komorbiditások) az orvosi dokumentációból nyerik és anonimizálják.

Neurális hálózat képzés képalkotási szegmentáláshoz Az anonimizált RT3DEE adathalmazokat szakértő operátorok manuálisan szegmentálják fejlett képalkotási szoftverek (pl. 3D Slicer) segítségével. Legalább 150 RT3DEE felvétel kerül feldolgozásra, hogy a mitralis annulus, lebenyek és papilláris izmok bináris maszkjai készüljenek.

Ezeket a szegmentált adathalmazokat egy konvolúciós neurális hálózat (CNN) képzésére használják fel, valószínűleg a 3D U-Net architektúra alapján; az adathalmazok 70%-a képzési adatként, 30%-a tesztelési és validálási célokra kerül felhasználásra.

A CNN megtanulja a mitralis struktúrák automatikus szegmentálását és 3D felületi modellek generálását. Kulcsfontosságú anatómiai jellemzők – mint az annulus kontúr, a lebeny szabad széle, a commissurák és a papilláris izmok helyzete – automatikusan kinyerődnek.

A kvantitatív geometriai paraméterek közé tartoznak az annulus területe, kerülete, anteroposterior átmérője, commissurális szélesség, annulus magassága és ellipticitása, a lebeny méretei, a koaptációs zónák és a billengetettség mértéke.

FE elemzés A betegspecifikus mitralis billentyű 3D modelljeit a szegmentált RT3DEE adatokból rekonstruálják. Ezek a modellek simításra és újrahálózásra kerülnek, hogy strukturális FE elemzéshez magas minőségű hálókat generáljanak. A chordae tendineae-t megalapozott anatómiai sablonok alapján modellezik, és fiziológiás hosszúságokhoz igazítják. A szövet anyagtulajdonságait publikált kísérleti adatok alapján rendelik hozzá.

Az FE szimulációkat a mitralis lebenyek feszültségeloszlásának kvantifikálására, a terhelésátvitel lebenyek és papilláris izmok között történő értékelésére, valamint a sebészi beavatkozások (pl. neochordalis implantáció, annuloplasztika) mechanikai hatásainak értékelésére használják. Ezek a szimulációk retrospektív és feltáró jellegűek; nem befolyásolják a sebészi döntéshozatalt.

Követés A posztoperatív követés a szabványos klinikai ellátáson túl nem szükséges. A vizsgálat a műtéti képalkotásra és szövetgyűjtésre, majd offline képalkotási elemzésre és számítási modellezésre összpontosít.