Оценка внутрисердечных вихрей с помощью эхокардиографии с высокой частотой кадров у новорожденных

Резюме

В настоящем протоколе используется технология визуализации крови, полученная на основе эхокардиографии, для визуализации внутрисердечной гемодинамики у новорожденных. Исследуется клиническая полезность этой технологии, исследуется ротационное тело жидкости в левом желудочке (известное как вихрь) и определяется его значение в понимании диастологии.

Аннотация

Левый желудочек (ЛЖ) имеет уникальный паттерн гемодинамического наполнения. Во время диастолы из-за хиральной геометрии сердца образуется вращающееся тело или кольцо жидкости, известное как вихрь. Сообщается, что вихрь играет роль в сохранении кинетической энергии кровотока, поступающего в ЛЖ. Недавние исследования показали, что вихри ЛЖ могут иметь прогностическую ценность в описании диастолической функции в покое в неонатальной, педиатрической и взрослой популяциях и могут помочь в более раннем субклиническом вмешательстве. Тем не менее, визуализация и характеристика вихря остаются минимально изученными. Для визуализации и описания паттернов внутрисердечного кровотока и вихревых колец был использован ряд методов визуализации. В этой статье особый интерес представляет метод, известный как крапчатая визуализация крови (BSI). BSI основан на цветной допплеровской эхокардиографии с высокой частотой кадров и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами. А именно, BSI является недорогим и неинвазивным прикроватным инструментом, который не полагается на контрастные вещества или обширные математические предположения. В данной работе представлено подробное пошаговое применение методологии BSI, используемой в нашей лаборатории. Клиническая полезность BSI все еще находится на ранних стадиях, но уже показала многообещающие результаты в педиатрической и неонатальной популяциях для описания диастолической функции в перегруженных объемами сердцах. Таким образом, второстепенной целью данного исследования является обсуждение недавних и будущих клинических работ с этой технологией визуализации.

Введение

Внутрисердечный кровоток играет ключевую роль в развитии сердца, начиная с морфогенеза плода и продолжаясь на протяжении всей жизни¹. Гемодинамическое напряжение сдвига играет ключевую роль в стимуляции роста и архитектуры сердечной камеры посредством активации специфических генов ^2,3. Это происходит как на внутриутробном этапе, так и на ранних этапах жизни, что подчеркивает важность гемодинамического влияния на раннее развитие сердца и перенос во взрослую жизнь³.

Законы гидродинамики гласят, что кровь, проходящая вдоль стенки сосуда, движется медленнее, когда находится ближе всего к стенке, и быстрее, когда находится в центре сосуда, где сопротивление ниже. Это явление может быть продемонстрировано в любом крупном сосуде с допплеровским допплером в виде типичной доплеровской интегральной огибающей скорости⁴. Когда кровь попадает в более крупную полость, такую как сердце, кровь, наиболее удаленная от поверхности эндокарда, продолжает увеличивать свою скорость по отношению к крови, ближайшей к этой поверхности, и создает вращающееся тело жидкости, известное как вихрь. После создания вихри представляют собой самодвижущиеся структуры потока, которые обычно втягивают окружающую жидкость через градиенты отрицательного давления. Таким образом, вихрь может перемещать больший объем крови, чем эквивалентная прямая струя жидкости, способствуя большей сердечной эффективности ^4,5.

В литературе высказывается предположение, что эволюционной целью вихрей является сохранение кинетической энергии, минимизация напряжения сдвига и максимизация эффективности потока ^4,5,6. Конкретно для сердца это включает в себя накопление гемодинамической энергии во вращательном движении, облегчение закрытия клапана и распространение кровотока к выходному тракту, как показано на рисунке 1. Изменение характера внутрисердечного кровотока ожидается в патологических ситуациях, таких как состояния перегруженности объемом, и в случаях с искусственными клапанами ^7,8. Таким образом, в этом заключается истинный диагностический потенциал вихрей как ранних предикторов сердечно-сосудистых исходов у взрослых.

Внутрисердечная гемодинамика вызывает все больший интерес в литературе как у взрослых, так и у детей. Существует несколько методов качественной и количественной оценки внутрисердечной гемодинамики, которые были всесторонне обобщены в недавнем обзоре с особым акцентом на внутрисердечный вихрь⁹. Одним из многообещающих методов является эхокардиография, полученная с помощью эхокардиографии (BSI), которая дает возможность неинвазивно измерять ряд качественных и количественных характеристик вихрей, описанных ниже, по относительно низкой цене и с отличной воспроизводимостью^. В настоящее время BSI коммерчески доступна с использованием высококачественной ультразвуковой системы сердца с датчиком S12 или S6 МГц. Функции спекл-трекинга аналогичны тем, которые используются при тканевом спекл-треккинге для изучения деформации миокарда ^11,12,13. Поскольку красные кровяные тельца, как правило, движутся быстрее и с более высокой допплеровской частотой, чем окружающие ткани, эти два сигнала могут быть разделены с помощью временного фильтра. BSI использует алгоритм наилучшего соответствия для количественной оценки движения пятен крови напрямую, без использования контрастных веществ. Измерения скорости крови могут быть визуализированы в виде стрелок, линий тока или линий траектории с цветными допплеровскими изображениями или без них, и могут выделять области сложного потока¹⁰.

Было показано, что BSI обладает хорошей осуществимостью и точностью для количественной оценки паттернов внутрисердечного кровотока, с превосходной валидностью по сравнению с эталонным фантомным прибором и импульсным допплером ^7,10,11. Несмотря на то, что BSI все еще является очень новым, он является многообещающим клиническим инструментом для ранней диагностики различных патофизиологий сердца. Клиническое применение вихревой визуализации показало многообещающие результаты у новорожденных. В частности, поведение вихря в левом желудочке (ЛЖ) может иметь долгосрочные последствия для ремоделирования сердца и предрасположенности к сердечной недостаточности.

Механизм, связывающий вихри с ремоделированием левого желудочка, все еще относительно не изучен, но недавно был исследован в нашей лаборатории и является предметом продолжающейся работы¹¹. Эта методологическая статья направлена на описание использования BSI в исследовании внутрисердечных вихрей и обсуждение практического и клинического использования вихрей для оценки диастолической функции в различных популяциях. Второстепенная цель состоит в том, чтобы обсудить клиническую значимость BSI и представить некоторые работы, ранее выполненные у новорожденных.

протокол

Все процедуры, проводимые в исследованиях с участием людей, соответствовали этическим стандартам институционального и/или национального исследовательского комитета, а также Хельсинкской декларации 1964 года и более поздним поправкам к ней или сопоставимым этическим стандартам. Информированное согласие было получено от всех семей отдельных участников, включенных в исследование. Все изображения и видеоклипы были обезличены после приобретения.

1. Подготовка пациента

1. Установите аппарат УЗИ рядом с койкой пациента и подключите электрокардиограмму в трех отведениях (см. Таблицу материалов).
2. Введите код пациента и соответствующие данные, такие как длина тела и масса тела, и выполните эхокардиограмму в соответствии с ранее описанными стандартами¹².

2. Получение изображения

1. Специально для BSI можно получить неглубокий вид LV в апикальном четырехкамерном виде с узкой шириной сектора, что позволяет получать частоту кадров в диапазоне 400-600 Гц.
2. Откройте цветную рамку над полостью левого желудочка, максимально суженную, чтобы включить только область от митрального клапана до верхушки эндокарда и от границы эндокарда перегородки до границы эндокарда боковой стенки.
3. Увеличьте усиление цвета до пятнистости и немного уменьшите. Установите предел цветовой доплеровской шкалы скорости на соответствующую диастолическую скорость (20-30 см/с у недоношенных новорожденных), чтобы максимально заполнить цветовую рамку более медленным диастолическим притоком.
4. На сенсорной панели управления оборудованием (см. Таблицу материалов) нажмите Режим BSI , чтобы отобразить направления внутрисердечного потока и вихри в цветном формате RAW. Отрегулируйте положение и размер коробки BSI, чтобы включить интересующую область потока, и запишите не менее двух сердечных циклов.
5. Повторите процедуру в апикальной проекции ЛЖ по длинной оси или в других видах, где требуется оценка внутрисердечной гемодинамики (рис. 2 и рис. 3).

3. Анализ изображений

ПРИМЕЧАНИЕ: Методы анализа изображений вихря НН были кратко описаны в предыдущей работе нашей лаборатории¹¹. Протокол, используемый для оценки внутрисердечных вихрей, выглядит следующим образом (рис. 3 и рис. 4).

1. Сохраняйте два сердечных цикла от каждого пациента на внешние носители в формате RAW DICOM и передавайте их на лабораторную станцию с установленным программным обеспечением для обработки изображений (см. Таблицу материалов) для подробного анализа в автономном режиме.
2. После отключения определите наиболее заметный или главный вихрь.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Основной вихрь визуализируется как удлиненная, овальной формы, вращающаяся против часовой стрелки структура, расположенная в верхнем левом квадранте левого желудочка рядом с перегородкой, с максимальной площадью вихря, обнаруженной в поздней диастоле (во время трансмитрального зубца А) у недоношенных новорожденных (видео 1). Основной вихрь обычно обнаруживается во время трансмитральной волны Е у младенцев и детей старшего возраста.
3. Запишите количество независимых, полных вихрей овальной формы, формирующихся на протяжении всего сердечного цикла для каждого клипа.
4. Измерьте положение главного вихря относительно известных ориентиров в пределах РН. Чтобы определить глубину вихря, с помощью инструмента «измерение расстояния» в аналитическом программном обеспечении измерьте вертикальное расстояние от вихревого глаза до середины кольца митрального клапана. Для поперечного положения вихря измерьте горизонтальное расстояние от вихревого глаза до эндокардиальной границы межжелудочковой перегородки.
5. Измерьте вертикальные и горизонтальные расстояния от края до края основного вихря относительно длины и ширины НН, чтобы получить форму вихря.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Это также позволяет оценить индекс сферичности вихря как длину, деленную на ширину.
6. Используя инструмент «Отслеживание измерения» в аналитическом программном обеспечении, нажмите и обведите внешнее кольцо вихря в точке, где основной вихрь наиболее заметен, чтобы определить основную площадь вихря.
7. Чтобы оценить пиковое время формирования вихря (PVFT), запишите сердечную рамку при первом появлении вихря (очерчены круговые кольца) в той сердечной системе, где основной вихрь наиболее заметен, и рассчитайте количество кадров относительно общего количества кадров в одном сердечном цикле для пациента.
8. Чтобы оценить продолжительность вихря, измерьте кадры, из которых вихрь впервые появляется, когда вихрь теряет свое кольцевое образование. Затем продолжительность вихря рассчитывается как количество кадров по отношению к общему количеству кадров этого пациента за один сердечный цикл (рис. 5).

Результаты

Получение вихревых клипс сопоставимо со стандартной методологией, повсеместно используемой для получения цветных доплеровских клипс. Новаторские исследования на взрослых описывали вихри с использованием апикальных двух-, трех- и четырехкамерных представлений¹⁴. Вихрь LV ...

Обсуждение

Важность визуализации и понимания внутрисердечного вихря
Существует множество возможных клинических применений высокочастотной эхокардиографии, полученной с помощью вихревой визуализации. Их способность давать ценную информацию о динамике внутрисердечного потока была ...

Материалы

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