Исследование по оценке функции желудочков у детей

Пороки сердца являются основной причиной заболеваний и смертности, связанных с врожденными пороками развития, во всем мире1, затрагивая примерно 1% живорождений во всем мире. Среди них около четверти1 имеют критические пороки сердца, требующие раннего вмешательства для улучшения выживаемости и исходов. 2,3 Дисфункция правого желудочка (ПЖ) является распространенной формой заболевания сердца у педиатрических пациентов, часто возникающей в результате таких состояний, как недоношенность, послеоперационные последствия врожденных пороков сердца, функции системного желудочка и идиопатическая легочная гипертензия. Эти пациенты сталкиваются со значительными рисками, включая недостаточность ПЖ, снижение качества жизни, потенциальную необходимость трансплантации и повышенную смертность. Точная оценка функции ПЖ имеет решающее значение, но является сложной задачей из-за сложной геометрии ПЖ.

В отличие от дисфункции левого желудочка (ЛЖ), дисфункция ПЖ в первую очередь возникает в результате перегрузки давлением и объемом и имеет уникальные патофизиологические характеристики. Хотя механизмы дисфункции ЛЖ хорошо изучены, о РВ известно меньше, и большая часть его клинического лечения адаптирована на основе исследований, ориентированных на ЛЖ. Дом на колесах с его более тонкими и более адаптируемыми стенками перестраивается эффективно, но часто допускает изменения в течение длительного периода времени, прежде чем выйдет из строя. Более того, дисфункция ПЖ часто приводит к дисфункции ЛЖ из-за сильных межжелудочковых взаимодействий. Эти различия, наряду с неправильной формой и ориентацией ПЖ, усложняют визуализацию и оценку, требуя передовых методов визуализации, часто с использованием нескольких методов. 4 Точная оценка размера и функции ПЖ необходима для диагностики, ведения и прогнозирования исходов заболеваний сердца у детей. Эхокардиография, как неинвазивный и доступный метод, является методом визуализации первой линии для мониторинга функции ПЖ). 4 Однако традиционные функциональные измерения ПЖ сталкиваются с ограничениями в педиатрической популяции из-за значительной вариабельности морфологии ПЖ. Среди систолических параметров фракционное изменение площади (FAC) продемонстрировало более сильную корреляцию с тяжестью заболевания у пациентов с поздними стадиями сердечной недостаточности и более тесную связь с фракцией выброса ПЖ, измеренной с помощью сердечно-сосудистого магнитного резонанса (CMR), что позволяет предположить его надежность при оценке функции ПЖ у детей. 5,6 FAC <35% считается отклонением от нормы7. Точная оценка FAC может помочь в своевременном вмешательстве, улучшить прогноз и улучшить долгосрочные результаты, позволяя лучше контролировать функцию ПЖ с течением времени.

Врожденный порок сердца (ВПС) включает широкий спектр структурных аномалий и состояний, влияющих на развитие сердца до рождения, например, тетраду Фалло (TOF)8 и легочную гипертензию (PH)9. ПЖ играет решающую роль в диагностике TOF, поскольку обструкция и гипертрофия его выносящего тракта являются основными признаками заболевания.10 Легочная гипертензия увеличивает постнагрузку (давление) на правый желудочек, что приводит к структурным и функциональным изменениям ПЖ. Эти изменения обычно не наблюдаются в ЛЖ, если только нет тяжелого бивентрикулярного поражения или вторичных эффектов.11 Эхокардиография является неинвазивным, широко доступным и важным инструментом первой линии для рутинного наблюдения за различными сердечными заболеваниями у детей, поражающими правый желудочек (ПЖ). 4 Однако оценка функции ПЖ при заболеваниях сердца у детей остается сложной задачей из-за значительной вариабельности морфологии и физиологии ПЖ. Апикальная четырехкамерная проекция (A4C) является краеугольным камнем для оценки функции правого желудочка (ПЖ) благодаря ее способности всесторонне оценивать размер, форму и систолическую функцию ПЖ.12 Парастернальная проекция по короткой оси (PSAX) часто используется в качестве дополнительной эхокардиографической проекции наряду с проекцией A4C для оценки функции правого желудочка (ПЖ).12 Достижения в области эхокардиографии с использованием искусственного интеллекта, особенно глубокого обучения, обещают улучшить оценку сердечной функции.13 Недавние инновации, такие как EchoNet-Dynamic14, показали полезность алгоритмов глубокого обучения на основе видео для сегментации ЛЖ взрослых и оценки фракции выброса. Опираясь на этот прогресс, исследователи разработали EchoNet-Peds15, модель искусственного интеллекта для детской эхокардиографии, которая автоматизирует сегментацию ЛЖ и расчет фракции выброса. Помимо методов сегментации левого желудочка 16-18 другие приложения глубокого обучения включают автоматизированную количественную оценку 19 структуры и функции левого желудочка, а также новые методы оценки внутрижелудочковых гемодинамических параметров на основе каждого удара 20 . Однако большинство исследований глубокого обучения сосредоточены на оценке ЛЖ, при этом сравнительно меньше моделей посвящено ПЖ и в основном решают задачи сегментации. 21,22 Хотя в последнее время появились некоторые достижения, такие как модель оценки фракции выброса ПЖ по эхокардиографическим изображениям у пациентов с легочной артериальной гипертензией 23, остаются значительные пробелы в применении ИИ для функциональной оценки ПЖ у детей.

Целью этого исследования является разработка основанной на глубоком обучении структуры для сегментации правого желудочка (ПЖ), прогнозирования изменения фракционной площади ПЖ (FAC) и выявления дисфункции ПЖ у детей. Модель AI была разработана для различения нормального детского сердца, легочной гипертензии (ЛГ) и тетрады Фалло (TOF). Чтобы повысить точность диагностики, исследователи расширили анализ за пределы представления A4C, объединив данные из представлений A4C и PSAX. Кроме того, эта методика была применена для прогнозирования фракции выброса левого желудочка (ФВ ЛЖ), что еще раз продемонстрировало ее универсальность и клиническую полезность.