Визуализация скорости деформации | |
---|---|
Цель | измерение региональной/глобальной деформации миокарда |
Визуализация скорости деформации — это метод в эхокардиографии ( медицинском ультразвуке ) для измерения региональной или глобальной деформации миокарда ( сердечной мышцы). Термин «деформация» относится к миокарду, изменяющему форму и размеры во время сердечного цикла. Если есть ишемия миокарда или был инфаркт миокарда , в части сердечной мышцы эта часть ослаблена и показывает сниженную и измененную систолическую функцию. Также при региональной асинхронии, как при блокаде ножек пучка Гиса , существует региональная гетерогенность систолической функции. С помощью визуализации скорости деформации можно отобразить и измерить одновременную функцию различных областей. Метод был впервые основан на цветной тканевом допплеровском картировании . [1] с использованием продольного градиента скорости миокарда , который уже использовался трансмурально. [2] Позже региональная деформация также была доступна с помощью эхокардиографии со спекл-трекингом , [3] [4] оба метода имеют некоторые, но разные методологические недостатки. Однако оба метода позволяют получить одни и те же данные (измерения могут несколько отличаться в зависимости от метода), а также могут отображаться на одном и том же типе дисплея.
Суть визуализации деформации заключается в том, что пассивный сегмент миокарда, например, после инфаркта, может перемещаться из-за действия соседнего сегмента (привязки). Таким образом, смещение или скорость сегмента не говорят о функции этого сегмента. С другой стороны, визуализация деформации измеряет разницу движения и скорости внутри сегмента, что эквивалентно деформации.
Штамм означает деформацию и определяется как относительное изменение длины. Формула Лагранжа ε L = (LL 0 )/L 0 = ΔL/L 0 , где L 0 — базовая длина, а L — результирующая длина, определяет деформацию по отношению к исходной длине как безразмерную меру, где укорачивание будет отрицательным, а удлинение — положительным. Обычно выражается в процентах. Альтернативное определение, эйлерова деформация определяет деформацию по отношению к мгновенной длине: ε E = ΔL/L . Для изменения со временем лагранжева деформация будет: ε L = Σ ΔL/L 0 , а эйлерова деформация ε E = Σ (ΔL/L) . Этот термин впервые использовали Мирски и Пармли при описании региональных различий в деформации между нормальным и ишемизированным миокардом [5]
Скорость деформации — это скорость деформации. В ультразвуке она обычно измеряется из градиента скорости SR = (v 2 - v 1 )/L , где v 2 и v 1 — скорости миокарда в двух разных точках, а L — мгновенное расстояние между ними. Таким образом, это эквивалентно разнице скоростей на единицу длины (пространственная производная скорости) и имеет единицу с −1 . Затем деформация интегрируется из скорости деформации. Однако этот метод дает эйлерову скорость деформации и деформацию. Традиционно используется градиент скорости , но при интегрировании скорости деформации он преобразуется в лагранжеву деформацию по формуле ε L = e ε E - 1 . [6]
Деформация в трех измерениях : в принципе, любой объект или тело является трехмерным и может деформироваться в разных направлениях одновременно. Деформацию можно описать как тензор с тремя главными деформациями (ε x , ε y и ε z в декартовой системе координат ) и шестью компонентами сдвиговой деформации. В сердце принято описывать три главных компонента деформации как продольную (в направлении длинной оси желудочков), окружную (в направлении окружности желудочка) и трансмуральную (деформация поперек стенки. Трансмуральную деформацию также называют «радиальной», но это неудачно, так как в ультразвуке в целом термин «радиальный» описывает «в направлении ультразвукового луча»). Однако, поскольку сердечная мышца несжимаема, три главных компонента деформации должны уравновешиваться; ((ε x +1)(ε y +1)(ε z +1) = 1) . [7] Поскольку желудочек сокращается в систолу, происходит продольное укорочение (отрицательная деформация), окружное укорочение (отрицательная деформация) и трансмуральное (стеночное) утолщение (положительная деформация). В связи с этим, а также тем фактом, что левый желудочек в нормальных условиях сокращается с относительно неизменным внешним контуром, [8] [9] продольная деформация содержит основную информацию, в то время как трансмуральная деформация (утолщение стенки) является функцией укорочения стенки, толщины стенки и диаметра камеры, в то время как окружное укорочение в основном является функцией утолщения стенки. Клинически было показано, что скорость продольной деформации и утолщение стенки диагностически эквивалентны. [10]
Визуализацию скорости деформации можно осуществить двумя принципиально разными методами.
Метод тканевого допплера основан на цветовом допплеровском методе, дающем поле скорости с векторами скорости вдоль ультразвукового луча по всему сектору. Он измеряет градиент скорости между двумя точками вдоль ультразвукового луча с заданным расстоянием. [1] Он дает тот же результат, что и градиент скорости. [6] Этот метод был экспериментально проверен на механической модели, [11] на модели животного, [12] и на пациентах с помощью эхокардиографии, [13] коронарной ангиографии [10] и МРТ [14] [15] Метод ограничен одним направлением; вдоль ультразвукового луча, поэтому может использоваться в основном из апикального окна и только для измерений продольной деформации и скорости деформации. Он чувствителен к отклонению угла между вектором скорости (направлением движения) и ультразвуковым лучом и чувствителен к шуму, особенно к помехам. Он имеет высокое временное разрешение за счет относительно низкого бокового пространственного разрешения. [ необходима цитата ]
Эхокардиография со спекл-трекингом основана на эхокардиографии в серой шкале (B-режим) и на том факте, что отраженное эхо от миокарда показывает спекл-шаблон, который представляет собой смесь небольших рассеянных и интерференционных паттернов. Поскольку паттерн является случайным, каждая область миокарда (называемая «ядром») имеет уникальный спекл-шаблон, и этот спекл-шаблон относительно стабилен, по крайней мере, от одного кадра к другому. Благодаря этому перемещение ядра от одного кадра к другому можно отслеживать с помощью алгоритма поиска «наилучшего соответствия». Наиболее часто используемым является « сумма абсолютных разностей », [4] которая, как показано, столь же точна, как и кросс-корреляция . [16] [17] Таким образом, метод отслеживает движение ядра от одного кадра к другому. Из частоты кадров можно рассчитать вектор скорости, как по величине, так и по направлению. Из этого снова можно сгенерировать поле скорости по всему сектору, как при тканевом допплеровском исследовании, и можно вывести скорость деформации, а затем можно интегрировать деформацию. Альтернативно, деформация может быть измерена непосредственно из изменения расстояния между спеклами. [18] [19] (что приводит к лагранжевой деформации напрямую), и скорость деформации, полученная по времени (затем ее необходимо преобразовать в эйлерову скорость деформации). Методы отслеживания спеклов различаются в некоммерческих и коммерческих системах. Было показано, что отслеживание спеклов сопоставимо с деформацией, полученной с помощью допплеровского сканирования тканей, [20] и было проверено с помощью МР [15] [19] [21]
Метод отслеживает независимо от направлений луча и, таким образом, может отслеживать в двух измерениях. Также говорят, что он не зависит от угловой ошибки, присущей алгоритму Доплера. Однако, поскольку радиальное разрешение (вдоль луча) намного лучше, чем боковое разрешение, которое также уменьшается с глубиной, как угловая независимость, так и способность отслеживания по всему сектору ниже. Кроме того, вместо угловой независимости результирующие значения деформации зависят от размера и формы ROI (области интереса). Наконец, для достижения качества отслеживания значения в большинстве коммерческих приложений сглаживаются функцией сглаживания сплайна вдоль ROI, поэтому региональные измерения не являются чисто региональными, а скорее в некоторой степени сплайновыми функциями глобального среднего. Кроме того, метод имеет более низкую частоту дискретизации из-за ограниченной частоты кадров B-режима, что снижает достоверность отслеживания, особенно при высокой частоте сердечных сокращений. [ необходима цитата ]
Оба метода измеряют одни и те же физиологические явления (деформации), и результаты в принципе могут быть отображены одинаково.
Наиболее распространенный способ — отображение кривых деформации и скорости деформации, обычно временного хода в течение одного сердечного цикла. Каждая кривая будет затем представлять деформацию в одной области миокарда, но получение полного сектора позволяет отображать несколько кривых одновременно на одном изображении для сравнения. [ необходима цитата ]
Значения деформации и скорости деформации можно свести к цветным кодированным изображениям, где деформация или скорость деформации отображаются в виде цветов в полуколичественной параметрической визуализации. Это делает метод более надежным, но числовые значения недоступны. С другой стороны, это может привести к лучшему пространственному разрешению. Наиболее часто используемые дисплеи — это Bull's eye (реконструированный из нескольких апикальных плоскостей), который отображает все части левого желудочка одновременно, но только в один момент времени. Это полезно как для средней систолической скорости деформации, так и для конечной систолической деформации. Неоднородная скорость деформации или деформация, представляющие области со сниженной сократимостью, часто очень заметны визуально. [ необходима цитата ]
Изогнутый анатомический М-режим [22] либо с одной стены, либо с обеих стен одновременно дает пространственно-временную диаграмму деформации, показывающую как пространственные, так и временные неоднородности деформации. Он наиболее полезен при применении к скорости деформации из-за быстрых сдвигов в фазе, видимых, как показано на рисунке. Значения скорости деформации сводятся к полуколичественному визуальному отображению, но этот режим позволяет измерять время, а также глубину и лучше всего подходит для измерения пространственно-временных отношений [ необходима цитата ]
Важно то, что визуализация скорости деформации является лишь частью комплексного эхокардиографического исследования. Как и все другие меры, измерения деформации имеют ограниченную точность и должны рассматриваться вместе с остальными результатами. Кроме того, знание подводных камней и артефактов конкретных методов является преимуществом. Однако эти методы предлагают уникальные способы визуализации региональной дисфункции, которые могут усилить заключение. [ необходима цитата ]
Нормальные значения деформации и скорости деформации были установлены в ходе исследования HUNT. [23]
При инфаркте миокарда ограниченная область сердечной мышцы имеет сниженную или полностью отсутствующую функцию. Было показано, что она по крайней мере так же точна, как эхокардиография в режиме B. [10] [13] [24] Было также показано, что визуализация деформации полезна при последующем восстановлении инфарктной области миокарда, чтобы установить степень оглушения миокарда по сравнению с некрозом. [25] [26] [27]
В стресс-эхокардиографии (см. Кардиальный стресс-тест ) региональная дисфункция, вызванная ишемией, станет очевидной, когда потребность миокарда в кислороде превысит резерв коронарного кровотока стенозированной коронарной артерии. Было показано, что визуализация скорости деформации во время стресса дает дополнительную ценность по сравнению с обычной эхокардиографией, как диагностическую [28] [29] , так и прогностическую. [30] В стресс-эхо повышенная частота сердечных сокращений имеет невыгодное положение для отслеживания спеклов из-за ограниченной частоты кадров, которая влияет на отслеживание при более высоких частотах сердечных сокращений. [ необходима ссылка ]
При блокаде левой ножки пучка Гиса (БЛНПГ) асинхронная активация левого желудочка также вызывает асинхронное сокращение. Эту асинхронность можно визуализировать с помощью обычной эхокардиографии. [31] Ее также можно продемонстрировать с помощью скоростей тканей, но визуализация скорости деформации дополнительно продемонстрирует распределение асинхронности и демонстрацию объема неэффективной работы, выполняемой асинхронным желудочком. К сожалению, крупномасштабные исследования не смогли установить дополнительные критерии эхо для отбора пациентов с сердечной недостаточностью с БЛНПГ, которые могут реагировать на терапию сердечной ресинхронизации , [32] хотя более мелкие исследования являются многообещающими [33]
В последующие годы глобальная деформация по спекл-трекингу приобрела популярность как глобальная функциональная мера. Она имеет преимущество перед фракцией выброса (EF), она показывает сниженную сердечную функцию также в гипертрофированных сердцах с маленькими желудочками и нормальной фракцией выброса (HFNEF), что часто наблюдается при гипертонической болезни сердца , гипертрофической кардиомиопатии и аортальном стенозе . EF не является чисто функциональной мерой, так как она также зависит от толщины стенки [34]. Также было показано, что она более чувствительна, чем EF. [35] [36] Однако инкрементальная диагностическая и прогностическая ценность измерения укорочения ЛЖ уже была показана для абсолютной меры [37] [38] [39] [40]
Глобальная деформация в основном представляет собой укорочение ЛЖ/конечную диастолическую длину ЛЖ , что означает, что это нормализация укорочения ЛЖ для размера сердца ЛЖ. Остается доказать, что это действительно дает дополнительную информацию. [ необходима цитата ]