Эхокардиография со спекл-трекингом

Метод медицинской диагностики
Эхокардиография со спекл-трекингом
Послеоперационная циркулярная скорость деформации ЛЖ, двумерное отслеживание спеклов
Цельанализирует движение тканей в сердце

В области кардиологии и медицинской визуализации спекл -трекинговая эхокардиография ( STE ) является методом эхокардиографической визуализации . Она анализирует движение тканей в сердце, используя естественный спекл-рисунок в миокарде (или движение крови при визуализации с помощью ультразвука ).

Этот метод документирования движения миокарда является неинвазивным методом определения как векторов, так и скорости. По сравнению с другими технологиями, ищущими неинвазивное определение ишемии , отслеживание спеклов кажется ценным начинанием. Спекл-паттерн представляет собой смесь интерференционных паттернов и естественных акустических отражений. [1] Эти отражения также описываются как спеклы или маркеры .

Поскольку рисунок является случайным, каждая область миокарда имеет уникальный рисунок спеклов (также называемый рисунками , особенностями или отпечатками пальцев ), который позволяет отслеживать область. Рисунок спеклов относительно стабилен, по крайней мере, от одного кадра к другому. [2] [3] При постобработке это можно отслеживать последовательно от кадра к кадру и в конечном итоге разрешать в независимые от угла двумерные ( 2D ) и трехмерные последовательности на основе деформации ( 3D ). [3] [4] [5] Эти последовательности предоставляют как количественную, так и качественную информацию относительно деформации и движения ткани.

Основные принципы

Поскольку спекл-шаблон является случайным, любая область миокарда имеет уникальный спекл-шаблон: В пределах изображения можно определить определенную область «ядро», и поскольку этот спекл-шаблон относительно стабилен, ядро ​​может быть распознано в следующем кадре, в пределах большей области поиска, с помощью алгоритма поиска «наилучшего соответствия». Существуют различные алгоритмы поиска, наиболее часто используемым является « сумма абсолютных разностей », [3] показавшая такую ​​же точность, как и кросс-корреляция , которая является альтернативой. [6] [7] Таким образом, движение ядра по изображению можно отслеживать, в принципе независимо от угла луча, в отличие от тканевого допплера . Таким образом, отслеживание спеклов может отслеживаться в двух измерениях. Однако, поскольку аксиальное (в направлении луча) разрешение ультразвука намного лучше поперечного, способность отслеживания меньше в поперечном направлении. Кроме того, поперечное разрешение (и, следовательно, способность отслеживания) уменьшается с глубиной при секторном сканировании, где ультразвуковые лучи расходятся.

Различные коммерческие и некоммерческие операторы затем используют разные подходы для получения параметров движения и деформации. Движение одного ядра может быть разрешено в кривые смещения, а расстояние между двумя ядрами в деформацию (деформацию). [8] [9] Скорость деформации тогда будет производной по времени от деформации. В некоторых коммерческих приложениях акустические маркеры отслеживаются более индивидуально, вычисляя скорость из движения и интервала выборки (обратного частоте кадров), создавая поле скорости. [4] В отличие от тканевого допплера, это поле скорости не ограничивается направлением луча. Скорость деформации и деформация затем вычисляются из скоростей. Было показано, что отслеживание спеклов сопоставимо с деформацией, полученной из тканевого допплера, [10] и было проверено в отношении МР. [9] [11] [12]

Напряжение

Деформация определяется как дробное или процентное изменение размера объекта по сравнению с исходным размером объекта. [13] Аналогично, скорость деформации может быть определена как скорость, с которой происходит деформация . Математически распознаются три компонента нормальной деформации (εx, εy и εz) и три компонента деформации сдвига (εxy, εxz и εyz). Соответственно, применительно к левому желудочку деформация левого желудочка определяется тремя нормальными деформациями (продольной, окружной и радиальной) и тремя деформациями сдвига (окружно-продольной, окружно-радиальной и продольно-радиальной). Основным преимуществом деформаций сдвига ЛЖ является усиление 15%-ного укорочения миоцитов до 40%-ного радиального утолщения стенки ЛЖ, что в конечном итоге приводит к изменению фракции выброса ЛЖ >60% . Сдвиг левого желудочка увеличивается по направлению к субэндокарду, что приводит к градиенту деформации утолщения от субэпикардиального к субэндокардиальному. Подобно МРТ, STE использует «лагранжеву деформацию», которая определяет движение вокруг определенной точки в ткани, вращающейся во времени и пространстве. [14] На протяжении всего сердечного цикла конечно-диастолический размер ткани представляет собой ненапряженную начальную длину материала. Отслеживание спеклов является одним из двух методов визуализации скорости деформации , другой — тканевой допплер .

Скручивание или торсионная деформация определяют градиент от основания к верхушке и являются результатом сдвига миокарда в окружно-продольных плоскостях таким образом, что при взгляде со стороны верхушки основание вращается против часовой стрелки. Аналогично, верхушка ЛЖ одновременно вращается по часовой стрелке. Во время выброса кручение ЛЖ приводит к накоплению потенциальной энергии в деформированных миофибриллах . Эта накопленная энергия высвобождается с началом релаксации, подобно раскручиванию пружины, и приводит к возникновению сил всасывания. Затем эти силы используются для быстрого раннего диастолического восстановления.

Приложения и ограничения

Полезность STE все больше признается. Результаты деформации, полученные с помощью STE, были подтверждены с помощью сономикрометрии и маркированной МРТ , и результаты значительно коррелируют с измерениями, полученными с помощью тканевого допплера . [15] [16] [17] Технология тканевого допплера , альтернативный метод визуализации скорости деформации для технологии отслеживания спеклов, требует достижения достаточно параллельной ориентации между направлением движения и ультразвуковым лучом. Ее использование оставалось ограниченным из-за зависимости от угла, существенной внутринаблюдательной и межнаблюдательной изменчивости и шумовых помех. Технология отслеживания спеклов в определенной степени преодолела эти ограничения.

Однако для достижения достаточного качества отслеживания при использовании отдельных маркеров коммерческие алгоритмы очень часто прибегают к разновидностям сплайнового сглаживания , используя имеющуюся информацию из самых сильных эхо-сигналов, очень часто митрального кольца, поэтому региональные измерения не являются чисто региональными, а скорее в некоторой степени сплайновыми функциями глобального среднего. Поскольку метод использует B-режим, частота кадров спекл-трекинга ограничена относительно низкой частотой кадров B-режима. Если частота кадров слишком низкая, качество отслеживания снижается из-за межкадровой декорреляции. Это также может быть проблемой, если частота сердечных сокращений высокая (что на самом деле является относительным уменьшением частоты кадров — меньше кадров на сердечный цикл).

Увеличение частоты кадров в B-режиме достигается за счет уменьшения плотности линий, т. е. латерального разрешения, и, таким образом, делает метод более зависимым от угла. Наконец, метод в некоторых приложениях зависит от размера и формы ROI (области интереса). В принципе, отслеживание спеклов доступно для измерения деформации во всех направлениях, однако из-за ограничения латерального разрешения на апикальных изображениях измерение циркулярной и трансмуральной деформации требует парастернальных поперечных сечений. [11] С другой стороны, по сравнению с тканевой допплерографией , этот метод в основном доступен только для продольных измерений из апикальной позиции. [11]

В исследовании Чо и др. [11] как полученная с помощью TVI, так и полученная с помощью отслеживания спеклов продольная деформация показала скромную корреляцию с деформацией, полученной с помощью МРТ. Анализ ROC показал значительно более высокую AUC для отслеживания спеклов для обнаружения дисфункциональных сегментов. Однако в это исследование были включены только пациенты с ишемической болезнью сердца. Более низкая частота кадров, как было замечено, является проблемой в стресс-эхо , поскольку пиковый стресс показывает довольно высокую частоту кадров. [18]

Однако основная проблема с отслеживанием спеклов становится все более очевидной: отсутствие стандартизации. У каждого поставщика ультразвукового оборудования или программного обеспечения для анализа есть разные алгоритмы, которые будут работать по-разному во время анализа. При прямом сравнении отклонения между анализами могут быть существенными, особенно по сравнению с внешним эталоном. [19] Таким образом, измерения, нормальные пределы и пороговые значения являются специфичными только для поставщика. Из-за промышленной секретности подробности различных алгоритмов также могут быть в значительной степени недоступны, поэтому подробное исследование в моделировании затруднено.

Клиническое применение технологии отслеживания спеклов:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Гейер, Холли; Караччиоло, Джузеппе; Абе, Харухико; Вилански, Сьюзан (2010), «Оценка механики миокарда с использованием эхокардиографии с отслеживанием спеклов: основы и клиническое применение», Журнал Американского общества эхокардиографии , 23 (4), CV Mosby: 351– 69, тест 453-5, doi : 10.1016/j.echo.2010.02.015, ISSN  0894-7317, OCLC  605144740, PMID  20362924
  2. ^ Bohs LN, Trahey GE. Новый метод независимой от угла ультразвуковой визуализации кровотока и движения тканей. IEEE Trans Biomed Eng. 1991 Mar;38(3):280-6.
  3. ^ abc Калузински К, Чен Х, Емельянов С.Ю., Сковорода А.Р., О'Доннелл М. Визуализация скорости деформации с использованием двумерного отслеживания спеклов. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2001 июль;48(4):1111-23.
  4. ^ ab Рейснер, SA; Лисянский, P; Агмон, Y; Мутлак, D (2004), "Глобальная продольная деформация: новый индекс систолической функции левого желудочка", Журнал Американского общества эхокардиографии , 17 (6): 630– 3, doi : 10.1016/j.echo.2004.02.011, ISSN  0894-7317, OCLC  110737191, PMID  15163933
  5. ^ Лейтман М., Лысянский П., Сиденко С., Шир В., Пелег Э., Биненбаум М. и др. Двумерная деформация — новое программное обеспечение для количественной эхокардиографической оценки функции миокарда в реальном времени. JAm Soc Echocardiogr 2004;17:1021-9.
  6. ^ Инсана МФ, Вагнер РФ, Гарра БС, Моменан Р., Шоукер ТХ. Методы распознавания образов для оптимизации многомерных сигнатур тканей в диагностическом ультразвуке. Ультразвуковая визуализация. 1986 июль;8(3):165-80
  7. ^ Bohs LN, Friemel BH, Trahey GE. Экспериментальные профили скорости и объемный поток с помощью двумерного отслеживания спеклов. Ultrasound Med Biol. 1995;21(7):885-98
  8. ^ Ингул CB, Торп H, Аасе SA, Берг S, Стойлен A, Слордаль SA. Автоматизированный анализ скорости деформации и деформации: осуществимость и клинические последствия. J Am Soc Echocardiogr. 2005 май;18(5):411-8.
  9. ^ ab Amundsen BH, Crosby J, Steen PA, Torp H, Slørdahl SA, Støylen A. Региональная миокардиальная длинная осевая деформация и скорость деформации, измеренные различными методами тканевой допплерографии и спекл-трекинговой эхокардиографии: сравнение с маркированной магнитно-резонансной томографией. Eur J Echocardiogr. 2009 Mar;10(2):229-37
  10. ^ Modesto KM, Cauduro S, Dispenzieri A, Khandheria B, Belohlavek M, Lysyansky P, Friedman Z, Gertz M, Abraham TP. Параметры деформации, полученные с помощью двумерного акустического паттерна, тесно коррелируют с одномерными измерениями деформации, полученными с помощью тканевого допплера. Eur J Echocardiogr. 2006 август;7(4):315-21
  11. ^ abcd Cho GY, Chan J, Leano R, Strudwick M, Marwick TH. Сравнение двумерной спекл- и тканевой скорости на основе деформации и валидация с гармонической фазовой магнитно-резонансной томографией. Am J Cardiol 2006; 97:1661-6
  12. ^ Helle-Valle T, Crosby J, Edvardsen T, Lyseggen E, Amundsen BH, Smith HJ, Rosen BD, Lima JA, Torp H, Ihlen H, Smiseth OA. Новый неинвазивный метод оценки вращения левого желудочка: эхокардиография с отслеживанием спеклов. Circulation. 2005 15 ноября;112(20):3149-56
  13. ^ Абрахам ТП, Димаано ВЛ, Лян ХЙ. Роль тканевой допплерографии и компрессионной эхокардиографии в современной клинической практике. Circulation 2007;116: 2597-609.
  14. ^ D'Hooge J, Heimdal A, Jamal F, Kukulski T, Bijnens B, Rademakers F и др. Измерения региональной деформации и скорости деформации с помощью ультразвукового исследования сердца: принципы, реализация и ограничения. Eur J Echocardiogr 2000;1: 154-70.
  15. ^ Эдвардсен Т., Гербер Б.Л., Гарот Дж., Блюмке ДА., Лима ДЖ.А., Смисет О.А. Количественная оценка внутренней региональной деформации миокарда с помощью допплеровской эхокардиографии с измерением скорости деформации у людей: проверка по сравнению с трехмерной маркированной магнитно-резонансной томографией. Circulation 2002;106:50-6
  16. ^ Amundsen BH, Helle-Valle T, Edvardsen T, Torp H, Crosby J, Lyseggen E, et al. Неинвазивное измерение деформации миокарда с помощью эхокардиографии с отслеживанием спеклов: проверка по сравнению с сономикрометрией и маркированной магнитно-резонансной томографией. J Am Coll Cardiol 2006;47:789-93
  17. ^ Roes SD, Mollema SA, Lamb HJ, van derWall EE, de Roos A, Bax JJ. Валидация эхокардиографической двухмерной продольной визуализации деформации с отслеживанием спеклов для оценки жизнеспособности у пациентов с хронической ишемической дисфункцией левого желудочка и сравнение с контрастной магнитно-резонансной томографией. Am J Cardiol 2009;104:312-7
  18. ^ Ханеком Л., Чо Г.И., Леано Р., Джеффрисс Л., Марвик Т.Х. Сравнение двумерного спекл-измерения и измерения тканевой допплеровской деформации во время стресс-эхокардиографии с добутамином: ангиографическая корреляция. Eur Heart J. 2007 июль;28(14):1765-72.
  19. ^ Коста СП, Бивер ТА, Роллор ДЖЛ, Ваничакарн П, Магнус ПЦ, Палац РТ. Количественная оценка изменчивости, связанной с повторными измерениями двумерной глобальной продольной деформации левого желудочка в реальных условиях. J Am Soc Echocardiogr. 2014 Январь;27(1):50-4

Дальнейшее чтение

  • Сазерленд; Хатле; Клаус; Д'Хуге;Бийненс (2006)Допплеровская визуализация миокарда. БСВК, Бельгия. ISBN 978-90-810592-1-3 
  • Марвик; Ю; Сан (2007) Визуализация миокарда: тканевая допплерография и отслеживание спеклов. Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4051-6113-8 
  • Асбьорн Стойлен: Веб-сайт; Визуализация скорости деформации. Визуализация деформации миокарда с помощью ультразвука.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Speckle_tracking_echocardiography&oldid=1237462380"