新生児における高フレームレート心エコー検査による血液スペックルイメージングによる心臓内渦の評価

要約

現在のプロトコルは新生児の心臓内血行動態を視覚化するのに心エコー検査得られた血の斑点イメージ投射技術を使用する。この技術の臨床的有用性が調査され、左心室内の液体の回転体(渦として知られる)がアクセスされ、ダイアストロジーの理解におけるその重要性が決定されます。

要約

左心室(LV)には、血行動態充填の独特のパターンがあります。拡張期には、心臓のキラル形状により、渦として知られる回転体または液体のリングが形成されます。渦は、LVに入る血流の運動エネルギーを保存する役割があると報告されています。最近の研究では、LV渦は、新生児、小児、および成人集団における安静時の拡張期機能を説明する上で予後的価値があり、早期の無症候性介入に役立つ可能性があることが示されています。しかし、渦の可視化と特性評価は、まだほとんど研究されていません。心臓内の血流パターンと渦リングを視覚化および記述するために、多くのイメージングモダリティが利用されています。この記事では、血球スペックルイメージング(BSI)として知られる技術が特に注目されています。BSIは、高フレームレートのカラードップラー心エコー検査に由来し、他のモダリティに比べていくつかの利点があります。つまり、BSIは安価で非侵襲的なベッドサイドツールであり、造影剤や広範な数学的仮定に依存しません。この研究は、私たちの研究室で使用されているBSI方法論の詳細なステップバイステップの適用を示しています。BSIの臨床的有用性はまだ初期段階にありますが、小児および新生児集団において、容積過負荷の心臓における拡張期機能を説明することが期待されています。したがって、この研究の二次的な目的は、このイメージング技術を使用した最近および将来の臨床研究について議論することです。

概要

心臓内血流パターンは、胎児の形態形成から始まり、生涯を通じて続く心臓の発達において重要な役割を果たし^ます1。血行動態せん断ストレスは、特定の遺伝子の活性化を介して心室の成長と構造の刺激に極めて重要な^{役割を果たします2,3}。これは子宮内期と人生の初期段階の両方で起こるため、初期の心臓の発達と成人期への持ち越しに対する血行動態の影響の重要性が強調されています³。

流体力学の法則によると、血管壁を通過する血液は、壁に最も近いとゆっくりと動き、抵抗の少ない血管の中心にあると速くなります。この現象は、典型的なドップラー速度時間積分包絡線⁴として脈波ドップラーを持つ任意の大型容器で実証することができる。血液が心臓などの大きな空洞に入ると、心内膜表面から最も遠い血液は、その表面に最も近い血液に対して速度を上げ続け、渦として知られる液体の回転体を作ります。いったん発生すると、渦は自走式の流れ構造になり、通常は負圧勾配を介して周囲の流体を引き込みます。したがって、渦は同等の液体のまっすぐな噴射よりも多くの量の血液を動かすことができ、より高い^{心臓効率を促進し}ます^4,5。

文献によると、渦の進化の目的は、運動エネルギーを節約し、せん断応力を最小限に抑え、^{流れ効率を最大化する}ことである^4,5,6。特に心臓の場合、図1に示すように、回転運動で血行動態エネルギーを蓄え、弁を閉じやすくし、流出路への血流の伝播を促進します。心臓内血流パターンの変化は、容積過負荷状態などの病理学的状況や人工弁の場合に予想されます^7,8。したがって、ここに、成人の心血管転帰の早期予測因子としての渦の真の診断の可能性があります。

心臓内血行動態は、成人集団と小児集団の両方で文献への関心が高まっています。心臓内血行動態の定性的および定量的評価にはいくつかのモダリティが利用可能であり、最近のレビューでは、特に心臓内渦に重点が置かれて包括的に要約^{されています9。}大きな期待が寄せられているモダリティの1つは、心エコー検査由来の血液スペックル画像法(BSI)であり、これは、比較的低コストで優れた再現性で、以下に述べる多くの定性的および定量的渦特性を非侵襲的に測定する能力を提供する¹⁰。BSIは現在、S12またはS6 MHzプローブを備えたハイエンドの心臓超音波システムを使用して市販されています。スペックル追跡機能は、心筋変形を研究するために組織のスペックル追跡で使用される機能に類似しています11,12,13。赤血球は周囲の組織よりも速く、ドップラー周波数が高い傾向があるため、2つの信号は時間フィルターを適用することで分離できます。BSIは、ベストマッチアルゴリズムを使用して、造影剤を使用せずに血斑の動きを直接定量化します。血流速度測定値は、下層カラードップラー画像の有無にかかわらず、矢印、流線、または経路線として視覚化することができ、複雑な流れの領域を強調することができる¹⁰。

BSIは、心臓内血流パターンの定量化に優れた実現可能性と精度を持つことが示されており、リファレンスファントム機器やパルスドップ^{ラー7,10,11}と比較して優れた妥当性があります。BSIは、まだ非常に斬新ですが、さまざまな心臓病態生理学の早期診断のための有望な臨床ツールです。ボルテックスイメージングの臨床応用は、新生児への応用が有望視されています。具体的には、左心室(LV)の渦の挙動は、心臓のリモデリングと心不全の素因に長期的な影響を与える可能性があります。

渦と左心室リモデリングを結びつけるメカニズムは、まだ比較的未解明であるが、最近、当研究室で研究が進められており、現在進行中の研究¹¹の対象となっている。この方法論の記事は、心臓内渦の探索におけるBSIの使用について説明し、さまざまな集団における拡張期機能の評価における渦の実用的および臨床的使用について議論することを目的としています。副次的な目的は、BSIの臨床的関連性について議論し、以前に新生児で実施された研究のいくつかを提示することです。

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プロトコル

ヒトの参加者が参加する研究で実施されたすべての手順は、機関および/または国の研究委員会の倫理基準、および1964年のヘルシンキ宣言およびその後の改訂版または同等の倫理基準に従っていました。インフォームドコンセントは、研究に含まれるすべての個々の参加者の家族から得られました。すべての画像とビデオクリップは、取得後に匿名化されました。

1. 患者様の準備

1. 患者の簡易ベッドに隣接して超音波装置を設置し、3誘導心電図を接続します( 材料表を参照)。
2. 患者コードと体長や体重などの関連情報を入力し、前述の基準¹²に従って心エコー図を実行します。

2. 画像取得

1. 特にBSIの場合、狭いセクター幅の頂端4チャンバービューでLVの浅いビューを取得し、400〜600Hzの取得フレームレートを可能にします。
2. 左心室腔の上にカラーボックスを開き、僧帽弁から心内膜尖までの領域、および中隔心内膜境界から側壁心内膜境界までの領域のみを含むように最大限に狭めます。
3. 斑点ができるまでカラーゲインを上げ、わずかに減らします。カラードップラー速度スケールの限界を適切な拡張期速度(早産児では20-30 cm / s)に設定して、動きの遅い拡張期流入でカラーボックスを最大限に満たします。
4. 機器のタッチスクリーンコントロールパネル( 材料表を参照)で、 BSI モードをタップして、心臓内の流れの方向と渦をRAWカラー形式で表示します。BSIボックスの位置とサイズを調整して、関心のあるフロー領域を含め、少なくとも2つの心周期を記録します。
5. 頂端LV長軸図または心臓内血行動態評価が必要な他の図で手順を繰り返します(図2 および 図3)。

3. 画像解析

注:LV渦の画像解析技術については、私たちの研究室¹¹の以前の研究で簡単に説明されています。心臓内渦の評価に使用されるプロトコルは次のとおりです(図3 および 図4)。

1. 各患者の2つの心周期をRAW DICOM形式で外部メディアに保存し、詳細なオフライン分析のために画像処理ソフトウェア( 材料表を参照)をインストールしたラボステーションに転送します。
2. オフラインになったら、最も目立つ渦または主要な渦を特定します。
   注:主渦は、中隔近くの左心室の左上象限に位置する細長い楕円形の反時計回りの回転構造として視覚化され、早産児の拡張後期(伝達A波中)に見られる最大の渦領域があります(ビデオ1)。主な渦は、通常、年長の乳幼児の送信型E波の間に見られます。
3. 各クリップの心周期全体で形成される独立した完全な楕円形の渦の数を記録します。
4. LV内の既知のランドマークに対する主渦の位置を測定します。 渦の深さを決定するには、分析ソフトウェアの「距離測定」ツールを使用して、渦目から僧帽弁輪の中央までの垂直距離を測定します。 渦横位置の場合、渦眼から心室中隔の心内膜境界までの水平距離を測定します。
5. LVの長さと幅に対する主渦の垂直方向と水平方向のエッジ間距離を測定して、渦の形状を取得します。
   注:これにより、長さを幅で割った渦球 状度指数 を推定することもできます。
6. 解析ソフトの「トレース計測」ツールを使って、一番 外側の渦 リングをクリックして、主渦が最も目立つところをトレースし、主渦域を求めます。
7. ピーク渦形成時間(PVFT)を評価するには、主渦が最も目立つ心臓フレームに渦が最初に現れたときの心臓フレーム(円形のリングが描かれている)を記録し、患者の1つの心臓周期のフレームの総数に対するフレーム数を計算します。
8. 渦の持続時間を評価するには、渦が円環の形成を失ったときに渦が最初に現れるフレームを測定します。次に、渦の持続時間は、その患者の1つの心周期におけるフレームの総数に対するフレーム数として計算されます(図5)。

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結果

渦クリップの取得は、カラードップラークリップの取得に広く採用されている標準的な方法論に匹敵します。成人を対象とした先駆的な研究では、頂端の2室、3室、4室の視点を使用して渦が説明されています¹⁴。LV渦は、底面から頂点に向かって移動するリング状の構造です。BSIはリングの内径を可視化します(図2)。通常、渦リングは対称的な形状では...

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ディスカッション

心臓内渦の可視化と理解の重要性
高フレームレート心エコー検査によるボルテックスイメージングには、多くの臨床応用が考えられます。心臓内血流動態に関する貴重な洞察を提供する彼らの能力は、最近の研究の関心となっています¹⁶。さらに、ボルテックスイメージングは、新生児のLV構造と機能の発症前の変化の検出を可能にする可能性があり、これは...

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資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tomtec Imaging Systems GmbH	Phillips	GmbH Corporation	Offline ultrasound image processing tool, used for calculating all vortex measurements
Vivid E95	General Electrics	NA	Cardiac Ultrasound device used to capture Echocardiography-derived Blood Speckle Imaging