СОВРЕМЕННЫЕ ЭХОКАРДИОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ СЕРДЕЧНОЙ МЕХАНИКИ

Эхокардиографическое исследование идеально подходит для оценки сердечной механики в связи с её динамической природой. В связи с тем, что в течение многих десятилетий эхокардиография была единственным методом динамической визуализации сердца, вполне естественно, что новые, более автоматизированные техники сложного анализа сердечной механики были разработаны исследователями и производителями ультразвукового оборудования.

  РЕШЕНИЕ КОНСЕНСУСА АМЕРИКАНСКОГО ЭХОКАРДИОГРАФИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА И ЕВРОПЕЙСКОЙ АССОЦИАЦИИ ЭХОКАРДИОГРАФИИ  О МЕТОДОЛОГИИ И ПОКАЗАНИЯХ.  ОДОБРЕНО ЯПОНСКИМ ОБЩЕСТВОМ ЭХОКАРДИОГРАФИИ

Victor Mor-Avi, PhD, FASE, Roberto M. Lang, MD, FASE, Luigi P. Badano, MD, FESC, Marek Belohlavek, MD, PhD, FESC, Nuno Miguel Cardim, MD, PhD, FESC, Genevieve Derumeaux, MD, PhD, FESC, Maurizio Galderisi, MD, FESC, Thomas Marwick, MBBS, PhD, Sherif F. Nagueh, MD, FASE, Partho P Sengupta, MBBS, FASE, Rosa Sicari, MD, PhD, FESC, Otto A. Smiseth, MD, PhD, FESC, Beverly Smulevitz, BS, RDCS, Masaaki Takeuchi, MD, PhD, FASE, James D. Thomas, MD, FASE, Mani Vannan, MBBS, Jens-Uwe Voigt, MD, FESC, and Jose Luis Zamorano, MD, FESC

РЕЗЮМЕ

Эхокардиографическое исследование идеально подходит для оценки сердечной механики в связи с её динамической природой. В связи с тем, что в течение многих десятилетий эхокардиография была единственным методом динамической визуализации сердца, вполне естественно, что новые, более автоматизированные техники сложного анализа сердечной механики были разработаны исследователями и производителями ультразвукового оборудования. Несколько таких методов возникли в течение последних десятилетий для решения вопроса о роли опыта исследователя и межисследовательской вариабельности при интерпретации. Некоторые из них были широко внедрены эхокардиографистами по всему миру и стали частью повседневной клинической практики, в то время как другие остались предметом исследований и изучения новых клинических приложений. Два таких метода исследования являются доминантными на арене эхокардиографии: (1) допплерографическое измерение скорости ткани, что часто называется тканевой допплерографией или миокардиальной допплерографией, а также (2) speckle tracking на основе измерений смещения. Оба типа таких измерений предоставляют информацию о большом количестве параметров функции миокарда. Цель этого документа состоит в том, чтобы сосредоточить внимание читателя на имеющихся в настоящее время методах, позволяющих получить количественную оценку функции миокарда с помощью визуального анализа локальной динамики миокарда, в том числе тканевой допплерографии и speckle tracking эхокардиографии, а также комплексного анализа обратного рассеивания. Этот документ описывает существующее и потенциальное клиническое применения этих методов, их сильные и слабые стороны, предоставляет краткий обзор соответствующей литературы, освещая нормальные и патологические результаты исследования в контексте различной сердечно-сосудистой патологии, а также обобщает проблему нерешенных вопросов, будущие приоритеты научных исследований и рекомендованные показания для клинического применения.

 1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ: ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФУНКЦИИ МИОКАРДА

Смещение (Displacement, d) является параметром, определяющим расстояние, на которое признак, такой как спекл или сердечные структуры, смещается между двумя последовательными кадрами. Смещение измеряется в сантиметрах.

Скорость (Velocity, v), отражает смещение в единицу времени, то есть, как быстро изменяется положение определенного признака, и измеряется в сантиметрах в секунду.

Деформация (Strain, e) описывает деформацию миокарда, то есть, относительное изменение длины сегмента миокарда. Деформация является безразмерной величиной и, как правило, выражается в процентах. Деформация может иметь положительные или отрицательные значения, которые отражают укорочение или удлинение, соответственно. В своем простейшем одномерном проявления, 10 см струна, натянутая до 12 см, будет иметь 20% положительную деформацию.

Скорости деформации (Strain rate, SR), является скоростью изменения деформации и обычно выражается как 1/сек или сек-1.

Смещение и скорость являются векторами; то есть, в дополнение к величине они имеют и направление. Таким образом, можно изучить их различные пространственные компоненты вдоль направлений х, у и z, или, альтернативно, по анатомическим координатам камер сердца, – продольный, радиальный и циркулярный компоненты, которые особенно актуальны для характеристики механики миокарда.

Аналогичная логика применима и к деформации и SR, которые обеспечивают локальной информацией о деформации миокарда. Важным преимуществом деформации и SR над смещением в том, что они отражают локальную функцию независимо от поступательного движения. Тем не менее, по изображениям деформации, невозможно отличить активную от пассивной деформации. Термин ”главная деформация/principal strain” описывает локальную величину и направление укорочения или удлинения миокарда. Термин ”глобальная деформация/global strain” или, точнее, ”глобальная продольная деформация” или ”глобальная циркулярная деформация”, как правило, относится к средней продольной или циркулярной составляющей деформации всего миокарда, что может быть аппроксимировано усредненными сегментарными компонентами деформации в отдельных сегментах стенки миокарда. Значения деформации может быть выражено для каждого сегмента (”сегментарная деформация”), в качестве среднего значения для всех сегментов (”глобальная деформация”, что указано выше), или для каждой из теоретических сосудистых областей распределения (”территориальная деформация”).

Термин ротация левого желудочка (LV) относится к вращению миокарда вокруг продольной оси левого желудочка. Это смещение вращения и выражается в градусах. Как правило, основание и верхушка желудочка вращаются в противоположных направлениях. Абсолютной разницей «верхушка к основанию» при вращении LV называют конечный угол поворота LV (также выраженный в градусах). Термин скручивание относится к градиенту «основание к верхушке»  угла поворота вдоль длинной оси левого желудочка, которое выражено в градусах на сантиметр.

2. МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЛОКАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ СЕРДЕЧНОЙ СТЕНКИ

2.1. Тканевая допплерография (Doppler Tissue Imaging (DTI))

С первых попыток реализации концепции трекинга движения ткани с помощью ультразвуковой допплерографии и дальнейшее развитие DTI за последние два десятилетия, этот метод визуализации использовался многими исследователями для более глубокого понимания сердечной патофизиологии и тестирования ряда потенциально новых методов диагностики, о чем свидетельствует большое количество литературы. Хотя многие из этих методов остаются ограниченными на исследовательском поприще, некоторые из них получили широкое признание и стали основным инструментом в арсенале клинической эхокардиографии.

Хотя непрерывно-волновой допплер анализирует сдвиг частоты возвращающихся эхо-сигнала в сравнении с исходной частотой ультразвукового луча (рис 1А), – и импульсно-волновая, и цветная допплерография используют фазовый сдвиг между последовательным эхо для расчета скорости. В режиме импульсно-волновой допплерографии, ультразвуковые импульсы испускаются неоднократно на определенной частоте повторения вдоль одной линии сканирования, а возвращающееся эхо регистрируется в заданное время после генерирования каждого импульса, что позволяет определить расстояние между мишенью и датчиком. Амплитуда зарегистрированных эхо-сигналов в течении времени, преобразуется в спектр скорости с использованием быстрого преобразования Фурье (рис.1В).

Рис. 1. (А) Непрерывно-волновая допплерография, постоянная ультразвуковая волна с частотой f0 возвращается с частотой f0 + Δf, когда отражается  от движущегося объекта. Форма смешанного переданного и принятого сигнала имеет частоту, равную частоте сдвига Δf. В противоположность этому, импульсно-волновая и цветная допплерография анализируют фазовый сдвиг между последовательными ультразвуковыми импульсами, в то время как частотный сдвиг эхосигнала пренебрегается. (В) При импульсно-волновой допплерографии этот сдвиг фазы анализируется путем оценки всех эхосигналов в одной и той же точке времени после эмиссии. Выборочные амплитуды сформируют сигнал во времени, который преобразуется в спектр скоростей с помощью быстрого преобразования Фурье. (С) При  цветной допплерографии фазовый сдвиг между последовательными импульсами трансформируется с помощью автокорреляции в параметры скорости, которые отображаются кодировкой в виде цветных наложений.

В режиме цветной допплерографии регистрируется эхо вдоль всей линии сканирования и разделяется на несколько диапазонов. Чтобы определить фазовый сдвиг между импульсами всех диапазонов, используется алгоритм автокорреляции для преобразования фазовых сдвигов в значения скорости, которые отображаются как цветные наложения на изображении (рис. 1С). Хотя импульсно-волновая доплерография имеет преимущество, так как предоставляет прямое отображение кривой во время исследования, но только цветная допплерография позволяет проводить постобработку, в том числе трекинг объема мишени, а также расчет производных параметров (например, смещение или SR).

Тканевая допплерография базируется на основе тех же принципов, что и импульсно-волновая и цветная допплеровская эхокардиография для кровотока. Чтобы отличить сигналы, исходящие при смещении ткани и кровотока используется так называемый фильтр стенки, который является фильтром высоких частот и используется для изображения скоростей крови, или фильтр низких частот,  который используется для отображения скорости смещения ткани. Так как интенсивность сигналов, которые генерируются миокардом выше, чем от кровотока, скорости кровотока обычно превышают скорость смещения миокарда.

ПРАВИЛЬНО ЛИ ВЫ УХАЖИВАЕТЕ ЗА УЗ-АППАРАТОМ?

---

Загрузите руководство по уходу прямо сейчас

Загрузить PDF

Техника проведения DTI

Спектральная допплерография требует установки контрольного объема, его размера и положения так, чтобы он оставался в пределах миокарда в течение всего сердечного цикла. Шкала и базовая линия должны быть отрегулированы таким образом, чтобы сигнал заполнял большую часть дисплея. Скорость развертки должны быть отрегулированы в соответствии с приложением для измерения отклонений и временных интервалов: высокая скорость развертки для измерения отклонений в течение нескольких ударов сердца и низкая скорость развертки для измерения пиковых значений при серии ударов сердца. Некоторые системы визуализации позволяют провести ретроспективную корректировку скорости развертки в сохраненных данных без потери качества. Усиление (Gain) должно быть установлено в значении, которое производит почти черный фон, лишь с некоторыми слабыми включениями шума, чтобы убедиться, что не будет потеряна важная информация. С другой стороны, следует соблюдать осторожность для того, чтобы избежать чрезмерного усиления, так как это приводит к расширению спектра и может привести к завышению значений пиковой скорости. Хотя движения сердца являются трехмерными и сложными, методы допплерографии могут измерить только один компонент локального вектора скорости вдоль линии сканирования. Поэтому для правильного проведения исследования следует быть внимательным для того, чтобы быть уверенным, что ультразвуковой луч совмещен с направлением движения (рис.2А). Угол атаки не должен превышать 15 градусов, тем самым предотвращая недооценку скорости до <4%.

Рис. 2. Допплеровские методы измерения скорости в одном измерении. (А) Выравнивание допплеровского луча относительно стенки, что очень важно. (слева) Измеренные скорости (желтый) занижены, если ультразвуковой луч нехорошо выровнен с движением во время исследовании (красный). (справа) Узкий одностенный сектор исследования помогает свести к минимуму эту проблему. (В) Движение и компоненты деформации, которые могут быть оценены с использованием допплеровских методов.

Только некоторые направления движения могут быть исследованы с помощью допплеровских методов (рис. 2В). В апикальной проекции LV,  параметры скорости обычно получают на уровне колец и на базальном конце базальных и средних уровней и, реже, в апикальных сегментах различных стенок.

Техника проведения DTI

Цветная допплерография требует высокой частоты кадров, предпочтительно > 100 кадров/сек, а в идеале >140 кадров/сек. Это может быть достигнуто за счет уменьшения глубины и ширины сектора (в идеале, как в режиме градаций серого, так и допплеровского сектора) и выбором параметров с преимущественно временным, чем пространственным разрешением. Как правило, изображение оптимизируется в режиме оттенков серого перед переключением в цветной режим исследования. Следует проявлять осторожность, чтобы избежать артефактов реверберации путем изменения угла атаки и положения датчика, так как такие артефакты могут повлиять на значения SR на большой площади (рис. 3).

Рис. 3. Артефакты реверберации лучше отражаются в полутоновом изображении (А) и могут быть пропущены при цветной доплерографии (B). Они становятся снова очевидными на дисплее в цветной кодировке SR как параллельные желтые и синие линии высокой интенсивности (C). Если принять во внимание только реконструированную кривую времени такой области (D), то могут появляться ошибочные артефакты патологических кривых, имитирующих ”систолическое удлинение” или ”постсистолическое укорочение” (красные стрелки).

Шкала скорости должна быть установлена в диапазоне, который позволяет избежать наложения спектров в любой области миокарда. Медленная прокрутка изображения перед сохранением позволяет распознать возможные артефакты наложения. Как и при спектральной допплерографии, направление движения при исследовании должно быть совмещено с ультразвуковым лучом. При необходимости, проводятся отдельные исследования для каждой стенки из нескольких разных позиций датчика. Данные должны быть получены по меньшей мере за период трех ударов сердца, то есть, охватывающий, по меньшей мере четыре QRS комплекса, и сохраняются в необработанном формате данных. Старые системы визуализации, которые сохраняют только значения цвета в изображении, не должны использоваться, если не планируется постобработка. Оценка доплеровских спектров кровотока впускных и выпускных клапанов желудочка сердца дает полезную информацию о времени открывания и закрывания клапанов, и, таким образом, гемодинамического измерения времени данных, полученных из временных кривых различных параметров. Для адекватного сопоставления данных в период времени, все исследования должны проводиться с одинаковой частотой сердечных сокращений и кривой на ЭКГ.

Техника проведения DTI

Данные спектральной допплерографии не могут быть дополнительно обработаны. Пиковые скорости, отклонения и временные интервалы измеряются непосредственно на спектральном дисплее. Рис. 4 показывает нормальные кривые скорости и времени, которые получены на уровне базального отдела перегородки LV и боковой стенки.

Рис. 4. Нормальные спектры тканевой допплерографии получены у основания перегородки (слева) и основания боковой стенки (справа). Обратите внимание на различие амплитуды и формы кривых.

Анализ изображений DTI

Данные цветной допплерографии могут быть по-разному отображены и подвержены в постобработке. Различные функциональные параметры могут быть получены из предварительно заданной области исследования в рамках того же набора данных цветной допплерографии, в том числе: скорость, смещение, SR и деформация (рис. 5).

Рис. 5. Функциональные параметры получены из одного поля зрения (желтая точка) в том же наборе данных цветной доплерографии: (А) скорость, (В) смещение, (С) SR, и (D) деформация. (Вверху) Цветная кодировка изображения. (Ниже) Соответствующие кривые времени. (Внизу) Электрокардиограмма. Артефакты открытия и закрытия позволяют точно определить кардиальные интервалы времени. Отметим, что в этом случае базовая линия устанавливается произвольно согласно значению кривой (красные стрелки), которая распознается автоматически в начале комплекса QRS (красная открытая скобка). AVC – закрытие аортального клапана; AVO – открытие аортального клапана; MVC – закрытие митрального клапана; МВО – открытие митрального клапана.

Используются две концепции отображения: цветное кодирование с или без прямого или искривленного М-режима, и реконструированные кривые локальной функции. Цвет-кодированные данные интерпретируются наилучшим образом в стоп кадрах, в частности, на экране в M-режиме. Таким образом, мы получаем легкий визуальный доступ к локальному и временному распределению конкретного параметра в стенке. В последующем можно выполнить реконструкции кривой с любой точки в наборе хранимых данных (рис. 5). Это позволяет отображать точный ход времени локальных скоростей и других параметров. Преимуществом обработки цветной доплерографии над импульсно-волновой доплерографией является то, что во время постобработки, объем мишени может регулироваться для подстройки под движение миокарда, таким образом оставаясь в то же зоне в течение всего сердечного цикла. Еще одним преимуществом является то, что оценка выборки из различных зон миокарда возможна в одно и то же время.

Цветная допплерография для оценки функции миокарда

В связи с тем, что допплерография генерирует информацию о скорости, параметры скорости – v, могут быть получены в любой точке и в любое время непосредственно из данных цветной допплерографии. Смещение – d, может быть получено путем вычисления временного интеграла скорости ткани, v:

Из-за природы допплеровского изображения, d описывает только компонент движения в приближении или отдалении от датчика образца ткани, в то время как компоненты, перпендикулярные пучку, остаются неизвестными. Таким образом, кривая движения митрального кольца, полученная из данных цветной доплерографии должна иметь ту же форму и величину, что и изображение митрального кольца в M-режиме, которое получено в том же месте.

SR является временной производной деформации. Аналитически она идентична пространственному градиенту скорости ткани и, таким образом, может быть получена из данных цветной допплерографии как разница между скоростями, измеренными в двух образцах ткани 1 и 2, деленная на расстояние между этими двумя образцами:

Деформация может быть вычислена, как интеграл времени SR с соответствующими математическими корректировками:

Кривые времени могут быть получены из данных цветной допплерографии для каждого пространственного компонента (т.е. продольного, радиального и циркулярного) из каждого из этих четырех параметров сердечной функции (рис. 6).

Рис. 6. Сегментные SR кривые продольных, циркулярных и радиальных направлений. Кроме инверсии радиальной кривой, общие закономерности аналогичны.

Динамика кривой скорости при спектральной допплерографии аналогична полученной при цветной допплерографии. Тем не менее, их абсолютные значения различаются, поскольку спектральная кривая обычно измеряется на внешнем крае спектра, в то время как данные цветной допплерографии характеризуют среднюю скорость локальной зоны, таким образом, пиковая скорость при импульсной допплерографии, как правило, от 20% до 30% выше, чем измеренная при цветной допплерографии. Соответственно, рекомендуется, чтобы модальная скорость (наиболее яркая или темная линия на спектральном дисплее, в зависимости от дисплея) была использована для измерений при импульсной допплерографии.

Потенциальные «ловушки» при DTI

Параметры скорости при тканевой допплерографии могут зависеть от глобального движения сердца (сдвиг, кручение и вращение), смещения смежных структур и кровотока. Эти эффекты нельзя полностью устранить, но они могут быть сведены к минимуму, путем использования меньшего размера мишени (что, однако, может привести к более шумным кривым) и тщательного трекинга необходимого сегмента. Чтобы свести к минимуму воздействие дыхательных движений, пациент должен задержать дыхание в течение нескольких сердечных циклов.

Сигнал при тканевой допплерографии может быть оптимизирован, путем формирования ширины ультразвукового пучка как можно более узким. Хотя временное разрешение имеет отличный показатель в М-режиме и при спектральной тканевой допплерографии, этот параметр не так хорош при цветной тканевой допплерографии, из-за низкой частоты кадров.

Апикальные проекции больше всего подходит для измерения большинства сегментов LV, правого желудочка (ПЖ) и предсердных сегментов при исследовании параллельно движению, хотя могут быть некоторые зоны с недостаточным пространственным разрешением, например, вблизи верхушки, из-за распространенных артефактов и проблем с проксимальным разрешением. В парастернальной проекции продольной и поперечной оси проведение тканевой допплерографии невозможно во многих сегментах (например, в нижней части межжелудочковой перегородки и боковой стенке), потому что ультразвуковой луч не может быть установлен параллельно направлению движения стенки. При этом должны быть использованы модифицированные проекции, для того, чтобы достичь оптимального угла изображения.

Смещение и деформация миокарда являются циклическими процессами с неопределенным началом и концом. Таким образом, позиция базовой линии (нулевой линии) является произвольной. Большинство аналитических программных пакетов определяют ноль автоматически в качестве значения в начале QRS комплекса (красные стрелки на рисунках 5B и 5D) и отображают фактическое положение или длину изменения по отношению к этому значению. Хотя это и удобно для некоторых ситуаций, этот подход может не работать в определенных условиях (блокада пучков, неправильный комплекс QRS на электрокардиограмме, фибрилляция предсердий, и т.д.). Необходимо соблюдать осторожность в таких случаях и четко определить и отметить время начала анализа параметров деформации или обозначить (возможно, с помощью ручного редактирования) базовую линию (нулевую линию), так, чтобы аналогичные параметры использовались при повторных исследованиях.

Кроме того, интеграция, которая используется для вычисления смещения и деформации, часто приводит к ошибочному сдвигу базовой линии. Большинство компьютерных программ автоматически используют линейную коррекцию, которая применяется в качестве компенсации сдвига (рис. 7).

Рис. 7. Интеграция данных скорости или SR часто приводит к значительным сдвигам базовой линии в результате движения или деформации (слева) кривых. Большинство компьютерных программ позволяют произвести линейную коррекцию (справа). Следует отметить, что как систолические, так и диастолические значения находятся под влиянием этой коррекции.

Сильные и слабые стороны DTI

Главная сила DTI в том, что этот метод легко доступный и позволяет провести объективную количественную оценку локальной динамики миокарда. За последнее десятилетие, эта возможность стимулировала проведение обширных исследований при различных патологических состояниях, которые поражают функцию миокарда, на глобальном или локальном уровне, что отражено в большом количестве литературы с участием этой методологии. Также установлено, что пиковые скорости ткани достаточно воспроизводимы, что имеет решающее значение для проведения последовательных исследований. Кроме того, спектральный импульсный DTI имеет преимущество проведения онлайн измерения скоростей и временных интервалов с отличным временным разрешением, что необходимо для оценки ишемии (см. раздел 3.6) и диастолической функции (см. раздел 3.5). Главным недостатком метода DTI является его угловая зависимость. Как и любая методика, основанная на эффекте Допплера, она может по определению только измерять скорости вдоль ультразвукового луча, в то время как компоненты скорости, которые расположены перпендикулярно к лучу остаются незамеченными. К тому же, параметры деформации при цветной допплерографии и параметры SR имеют много шума, и, как следствие, для правильной их интерпретации, а также распознавания артефактов необходимы подготовка и опыт.

2.2. Двумерная (2D) Speckle-Tracking Эхокардиография (STE)

STE относительно новая техника для оценки функции миокарда, со значительно меньшей угловой зависимостью. Спеклы, видимые в оттенках серого на В-режиме, являются результатом конструктивной и деструктивной интерференции рассеянного ультразвука от структур меньших, чем сама длина волны ультразвука. С помощью этой технологии, случайный шум отфильтровывается, сохраняя при этом небольшие, временно стабильные и специфические особенности миокарда, которые называются спеклами. Блоки или сами ядра спеклов могут быть зарегистрированы покадрово (одновременно в нескольких зонах в пределах плоскости изображения) с помощью блока согласования, и дают информацию о локальном смещении, из которых могут быть получены параметры миокардиальной функции, такие как: скорость, деформация и SR (рис. 8).

Рис. 8. Сегментные кривые деформации (D, E), измеренные 2D STE в апикальной двухкамерной проекции (A, C). Контрастное магнитно-резонансное изображение того же самого пациента показывает белые области задержки усиления при инфаркте миокарда (B). (A) Сегменты миокарда, соответствующие кривым сегментарной деформации (С). Зеленые и фиолетовые кривые деформации получены из трансмуральных миокардиальных сегментов, красные и синие кривые представляют субэндокардиальные сегменты инфаркта, а желтые и голубые кривые – сегменты без инфаркта. (С) Цветные кружки соответствуют кривым деформации (Е) в пределах одного сегмента (апикального нижнего), который в основном состоит из трансмурального инфаркта. Желтая кривая соответствует пограничной зоне инфаркта и красная – находится в пределах трансмуральной части.

Кроме того, могут быть вычислены мгновенные векторы скорости и наложены на динамические изображения (рис. 9). В отличие от DTI, анализ этих векторов скорости позволяет оценить количественно деформацию и SR в любом направлении в плоскости изображения. В зависимости от пространственного разрешения, может быть также проведен селективный анализ эпикардиальной, миокардиальной и эндокардиальной функции. Для методики STE была подтверждена эффективность для проведения оценки деформации миокарда по сравнению с ультразвуковой микрометрией, а клинически, – по сравнению с DTI.

Рис. 9. Векторы радиальной скорости в апикальной проекции короткой оси здорового человека (слева) и пациента с блокадой левой ножки пучка Гисса (БЛНПГ) (справа). В здорового человека, в начале / середине систолы (А) и в поздней / конечной фазе систолы (B), радиальные векторы имеют одинаковую величину и направление. В противоположность этому, у пациента с БЛНПГ в начале / середине систолы (C) векторы перегородки имеют более высокие величины, чем боковые радиальные скорости, в поздней систоле (D) векторы перегородки достигают своего пика, в то время как векторы боковой стенки направлены в противоположном направлении (диссинхрония).

Техника выполнения 2D STE

Speckle tracking – это офлайн метод, который использует ранее полученные 2D-изображения. Использование низкой частоты смены кадров может привести к потере спеклов (пятен), что на последовательных кадрах проявляется выходом за пределы исследуемой плоскости или за пределы поля зрения. Но с другой стороны, высокая частота кадров может быть достигнута путем уменьшения количества ультразвуковых лучей в каждом кадре, что тем самым снижает пространственное разрешение и качество изображения. Поэтому, хотя частота кадров 40-80 кадров/сек и используется в различных приложениях, при нормальной частоте сердечных сокращений, желательно применение большей частоты кадров для того, чтобы избежать недооценки данных при тахикардии.

Фокус должен быть установлен на промежуточной глубине, чтобы оптимизировать изображения для режима 2D STE, а сектор глубины и ширины должны быть скорректированы так, чтобы включать в себя как можно меньше ткани за пределами области исследования. Любой артефакт, схожий по структуре со спеклами, будет влиять на качество speckle tracking и это следует учитывать, чтобы избежать искажения результатов. Для пакетов программного обеспечения, которые обрабатывают отдельные биты, получение данных должно начаться с ≥100 мс до пика R волны первого QRS комплекса и заканчиваться 200 мс после последнего QRS, чтобы правильно определять комплекс QRS, иначе это может привести к ошибочной компенсации отклонения. Верхушечный ракурс серьезно влияет на результаты 2D STE, и поэтому должен быть сведен к минимуму. Аналогичным образом, проекции короткой оси левого желудочка должны быть круглой формы для оценки деформации в анатомически правильных циркулярных и радиальных направлениях.

2D STE анализ миокардиальной механики

Двумерная STE позволяет измерять вышеупомянутые четыре параметра миокардиальной механики путем регистрации групп интрамиокардиальных спеклов (в или v) или деформацию миокарда (е или SR) в плоскости изображения. Эффективность измерения этих параметров, полученных при STE, была подтверждена в сравнении c ультразвуковой микрометрией и магнитно-резонансной томографией.

Оценка 2D деформации с помощью STE – полуавтоматический метод, который требует мануального определение миокарда. Кроме того, поле зрения необходимо отрегулировать так, чтобы большая часть стенки была включена в анализ, избегая попадания перикарда. При автоматизированном трекинге при несоответствии визуальному образу движения стенки сердца, поле зрения необходимо отрегулировать вручную до достижения оптимального процесса трекинга. Для левого желудочка конец систолы может быть определен как закрытия аортального клапана, что определяется в апикальной плоскости длинной оси сердца, и эта плоскость должна быть проанализирована в первую очередь. Если закрытие клапана проблематично точно распознать (например, из-за склероза аорты), может быть полезно проведение спектральной допплерографии, которая отражает отток из LV.

Оценка 2D деформации при STE может применяться для обоих желудочков и предсердий. Тем не менее, из-за тонкой стенки предсердий и правого желудочка, качество сигнала может быть неоптимальным. Напротив, все сегменты LV можно успешно проанализировать у большинства пациентов. Наилучшая доступность для исследования наблюдается для продольной и циркулярной деформации, и более проблематичная для радиальной.

Время, в течении которого измеряется пиковая деформация, не является однородным согласно публикациям. Пиковая деформации может быть измерена как пиковая систолическая деформация (положительная или отрицательная), как пиковая деформации в конце систолы (на момент закрытия аортального клапана), или пиковая деформация, независимая от времени (в систолу или в начале диастолы). Момент времени, который используется для измерения пиковой деформации для оценки систолической функции, зависит от конкретного вопроса на который нужно ответить.

Потенциальные проблемы проведения 2D STE

Субоптимальный трекинг эндокардиальной границы может быть проблемой при выполнении STE. Другим важным ограничением метода является его чувствительность к акустической тени или реверберации, что может привести к недооценке истинной деформации. Поэтому, когда данные о деформации появляются в нефизиологическом варианте, качество сигнала или неоптимальный трекинг следует рассматривать в качестве потенциальных причин. Алгоритмы трекинга используют пространственное сглаживание и априорные данные ”обычной” функции LV, которые могут ошибочно указывать на региональную дисфункцию или повлиять на соседние сегментные значения деформации.

При использовании STE для измерения скручивания LV, качество изображения в базальной плоскости короткой оси LV может быть ограничением. Это отчасти связано с акустическими проблемами: глубины расположения базальной части желудочка и необходимостью широкого угла сектора обзора для визуализации всего основания LV.

Кроме того, измерения осложняется из-за движения за пределы плоскости исследования, когда основание опускается к вершине в систолу. Из-за того, что вращение LV увеличивается к вершине, очень важно стандартизировать изображение в апикальной плоскости по короткой оси. Зачастую легче всего найти правильную циркулярную апикальную проекцию по короткой оси, наклоняя датчик из апикальной четырехкамерной плоскости, а не перемещая его в апикальном направлении вдоль парастернальной линии по короткой оси сердца. Это также увеличивает шанс захвата циркулярной апикальной проекции по короткой оси, когда эндокард почти смыкается в конце систолы.

Данные о глобальной деформации могут быть неточными, если слишком много значений сегментной деформации отбрасываются из-за неоптимального трекинга. Это особенно верно при локальных заболеваниях миокарда, когда значения деформации распределены неравномерно.

Сильные и слабые стороны 2D STE

Оба метода, и DTI, и STE измеряют движение против фиксированной внешней точки в пространстве (т.е. датчика). Тем не менее, STE имеет то преимущество, что может измерять это движение в любом направлении в плоскости изображения, в то время как DTI ограничивается определением компонентов скорости с направлением вектора к или от датчика. Это свойство позволяет STE проводить измерение циркулярных и радиальных компонентов, независимо от направления пучка. Заметим, однако, что STE не полностью зависит от угла атаки, потому что ультразвуковые изображения обычно имеют более высокое разрешение вдоль ультразвукового луча по сравнению с перпендикулярным направлением. Таким образом, в принципе, speckle tracking работает лучше для измерения движения и деформации в направлении вдоль ультразвукового луча, чем в других направлениях. Как и при других 2D методах визуализации, STE полагается на хорошее качество изображения, а также возможность покадровой регистрации морфологических деталей изображения (т.е. так, чтобы они могли быть идентифицированы в последовательных кадрах), что не может быть выполнено, когда движения объекта выходит из исследуемой плоскости. В связи с тем, что speckle tracking опирается на достаточно высокое временное разрешение, DTI может иметь преимущество при оценке пациентов с более высокой частотой сердечных сокращений (например, при стресс-эхокардиографии) или если должны быть оценены кратковременные данные (изоволюмическая фаза диастолы, и т.д.).

Существенным недостатком текущего использования 2D STE является разница в аппаратах различных производителей, что приводит к тому, что анализ STE осуществляется на данных, хранящихся в собственном линейном (полярном) формате сканирования, который не может быть проанализирован с помощью программного обеспечения других производителей. Существует несколько вариантов анализа, которые основаны на данных, хранящихся в растровом (декартовом) цифровом изображения и в формате DICOM, но на сегодняшний день существует только ограниченный опыт перекрестного сравнения различных изображений от различных производителей. Этот вопрос нуждается в дальнейшем исследовании, прежде чем STE может стать основным методом исследования. В настоящее время на решение этой проблемы направлены совместные усилия Американского общества эхокардиографии (ASE), Европейской ассоциации эхокардиографии (EAE) и ультразвуковой промышленной индустрии.

2.3. Трехмерная (3D) STE

Хотя 2D STE является эффективным методом исследования, он имеет внутренние ограничения, характерные для 2D-изображений: использование укороченных проекций, что влияет на точность количественной оценки отдельных компонентов миокардиального движения. Кроме того, то предположение, что спеклы остаются в 2D плоскости исследования и могут быть адекватно зарегистрированы на протяжении сердечного цикла, не всегда может быть действительным, вследствие комплексного 3D движения камер сердца. Неспособность 2D STE методики провести измерение одного из трех компонентов смещения локального вектора является важным ограничением, которое влияет на точность полученных значений локальной динамики.

В отличие от методики 2D STE, которая не может регистрировать движение за пределами плоскости исследования, недавно разработанный метод 3D STE может регистрировать движение спеклов независимо от их направлений до тех пор, пока они остаются в пределах выбранного объема сканирования. Несколько недавних исследований показали, что у отдельных пациентов 3D STE, по сравнению с 2D STE, приводит к более однородному пространственному распределению измеренных параметров в здоровых желудочках. Этот вывод согласуется с нормальным примером функции LV и тем фактом, что с помощью 3D STE можно измерить все три пространственные компоненты вектора смещения миокарда (рис. 10).

Рис. 10. Пример изображения, полученного в конце систолы у пациента с нормальной функцией LV и концентрической гипертрофией: 2D STE (слева сверху, апикальная четырехкамерная [A4C] проекция; внизу слева, апикальная двухкамерная [A2C] проекция) и 3D STE полученная из набора пирамидальных данных 3D эхокардиографии в реальном времени (справа, [А] и [B]: проекции A4C и A2С; [С1-С3]: проекции от верхушки до основания по короткой оси). Цветные модели в 2D проекциях показали значительные различия в измеряемом региональном смещении, и это отражено в различных цветах, несмотря на нормальную функцию LV, отражающая движение спеклов вне плоскости. В противоположность этому, 3D срезы показали более равномерные цветные модели, в соответствии с нормальными движениями стенки LV в проекциях по короткой оси, а также в апикальных проекциях, в которых можно оценить постепенное снижение эндокардиального смещение к вершине LV.

Исследования 3D STE, основанные на измерении объемов LV, имели хорошую корреляцию с эталонными значениями магнитно-резонансного исследования, а уровни корреляции были выше, чем для измерений 2D STE, полученных у одних и тех же пациентов, что отражается в более высоких коэффициентах корреляции, меньшими отклонениями и жесткими пределами согласования.

Хотя 3D STE генерирует > 3000 векторов в объеме и его временное разрешение такое же, как частота кадров 3D набора данных в режиме реального времени (обычно 20-30 объемов / сек), было установлено, что при этом значительно сокращается время исследования (на одну треть, в сравнении с 2D STE). Кроме того, с помощью 3D STE может быть проанализировано значительно большее число сегментов миокарда. Это преимущество 3D STE связано с тем, что весь левый желудочек может быть проанализирован в одном объеме данных, полученный в апикальной позиции датчика. Эти начальные клинические результаты показывают, что 3D STE имеет серьезные преимущества по сравнению с 2D STE, что позволяет провести более быстрый и потенциально более полный и точный анализ функции миокарда, несмотря на относительно низкое временное разрешение.

Проведение 3D STE исследования

Трехмерная STE может быть использована с изображениями при 3D эхокардиографии, полученными с помощью матричного датчика в апикальной плоскости и широкоугольном формате в режиме ”полного объема”. В этом режиме большое количество клиновидных подобъемов получают в течение последовательных сердечных циклов в течение одного периода задержки дыхания и соединяются вместе, для создания одного образца пирамидального объема. Вполне вероятно, что 3D STE будет применим и для 3D набора данных, полученных в режиме одного сердечного цикла, когда этот режим позволяет визуализировать объект при достаточно высокой частоте кадров. Особое внимание следует уделить включению всей полости LV в пирамидальный объем, иначе это может оказывать негативное воздействие на временное разрешение.

3D STE анализ миокардиальной деформации

Наборы пирамидальных данных анализируются с помощью специализированного программного обеспечения – полуавтоматическая 3D STE. Определяются анатомически правильные, неукороченные верхушечные проекции в конце диастолы и инициализируются эндокардиальные и эпикардиальные границы LV, 3D эндокардиальные и эпикардиальные поверхности определяются автоматически, при необходимости с ручной корректировкой. Затем эти границы определяются в 3D-пространстве автоматически на протяжении сердечного цикла. Для получения информации о локальном движении LV и деформации желудочек разделяется на 3D сегменты. Радиальное и продольное смещение и ротация, а также радиальная, продольная и циркулярная деформация, автоматически рассчитываются для каждого сегмента за период времени. Кроме того, рассчитывается смещение в 3D пространстве. Пиковые значения и временной интервал до пика также могут быть получены для каждого значения, аналогично 2D STE.

Потенциальные проблемы 3D-STE

Главной проблемой метода 3D STE является его зависимость от качества изображения. Случайный шум и относительно низкое временное и пространственное разрешение влияет на его способность определять границы эндокарда и эпикарда. Эти проблемы в основном влияют на связь локальных особенностей на изображении от кадра к кадру, что приводит к субоптимальному трекингу миокарда. Как и с 2D STE, качество трекинга должно быть тщательно проверено и скорректировано при необходимости.

Сильные и слабые стороны 3D STE

С теоретической точки зрения мы получаем преимущество, путем добавления третьего компонента вектора движения, который ”невидим” и при DTI, и при 2D STE. STE 3D – многообещающий метод точной оценки региональной динамики желудочков. Тем не менее, он по-прежнему требует строгой проверки и тестирования. Обратная сторона медали – гораздо меньшая частота кадров 3DE сравнению с 2D STE, что может ограничивать анализ быстрых событий, таких как изоволюмическое сокращение и релаксация. Будущие исследования должны оценить влияние относительно низкой частоты кадров.

Еще одним ограничением является то, что эффективность этой методики была подтверждена на основе ультразвуковой микрометрии у животных, а неинвазивного метода – “золотого стандарта”, который мог бы быть использован на людях для оценки эффективности региональной функции желудочков в трех измерениях, не существует. В результате, большинство литературы по этой теме, опубликованной до сих пор, представляет возможность проведения исследования и потенциальные преимущества 3D STE, но при этом не определяет точность метода. Клиническое значение этой новой технологии – в большом разнообразии клинических ситуаций, таких как: измерения объема камеры сердца, оценка глобальных и региональных аномалий движения стенки миокарда, (рис. 11) и оценка диссинхронии LV у пациентов с сердечной недостаточностью, что остается для определения в будущих исследованиях.

Рис. 11. В отличие от изображений на рис. 10, 3D speckle-tracking эхокардиографические срезы, полученные в конце систолы у этого пациента, показывают уменьшение 3D смещения в боковой стенке (зеленые оттенки), что согласуется с хроническим нижнебоковым инфарктом миокарда.

3D STE, даже больше чем 2D STE, в настоящее время развивается по пути индивидуальной спецификации для отдельных производителей. Хотя эта методика и находится в ее зачаточном развитии, очень важно двигаться в сторону взаимозаменяемости между производителями.

2.4. Integrated backscatter (IBS) (интегрированное обратное рассеивание) анализ

Анализ IBS можно считать первым методом, используемым для визуализации миокарда, который изначально описывался как метод, который развивался параллельно с развитием 2D техники, более чем три десятилетия назад. IBS анализ описывает способ количественной акустической характеризации структуры миокарда. При этом анализе, мощность отраженного сигнала в каждой строке развертки подсчитывается прежде, чем радиочастотный сигнал демодулируется для построения изображения в реальном времени. Сигнал IBS отражает взаимодействие между дополнительными ультразвуковыми волнами и структурной неоднородностью в миокарде, и может быть проанализирован или во времени, или в частотной области.

Регистрация IBS сигнала

Сигнал IBS получается из стандартного динамического 2D изображения, как правило, в парастернальной плоскости длинной оси. Однако, изображения должны быть сохранены в исходном формате данных для того, чтобы провести IBS анализ перед обработкой изображений.

IBS анализ миокардиальной динамики

Этот анализ выполняется с помощью специального программного обеспечения, которое может быть использовано для двух основных целей. Изменения обратного рассеяния в течение сердечного цикла, как полагают, отражают взаимодействие актина и миозина в пределах миофибриллярной структуры. Этот процесс приводит к изменению отражательной способности, а полученные в результате циклические изменения, как было показано, коррелируют с миокардиальной деформацией. Проблема заключается в том, что из-за миокардиальной анизотропии (направленная неоднородность миофибрилл), структура этого варианта отличается от стенки к стенке и от плоскости к плоскости, и таким образом конкретные нормальные диапазоны измерений должны быть документированы для каждой стенки и для каждой проекции. Тем не менее, этот сигнал может быть использован в качестве неинвазивного маркера сократимости, например, при оценке жизнеспособности миокарда. Второй вариант измерения относится к сравнению миокарда с другими тканями, для того, чтобы задокументировать отражательную способность миокарда (рис. 12).

Рис. 12. Анализ IBS. Стандартизированная backscatter вычисляется по разности между сигналом миокарда (желтый) и, либо перикарда (красный), или полости LV (синий). Циклическое изменение backscatter измеряется изменением интенсивности сигнала в течение систолы.

При отсутствии системы отчета этот параметр будет зависеть от настроек при исследовании и состояния пациента, таким образом, этот вариант исследования требует калибровки собственной системы отсчета (стандартизированная IBS), например перикард (который ярче миокарда) или депо крови (которое является более темным).

Результаты клинических исследований были подробно описаны в предыдущих обзорах. Нормальный диапазон циклического изменения при IBS в перегородке и задней стенке варьирует от 4,5 до 6,0 дБ. Дилатационная кардиомиопатия связана с обструкцией циклических изменений, соответствующих областей со снижением функции. Точно так же, уменьшение циклических изменений было зафиксировано в условиях острого инфаркта миокарда. В жизнеспособном миокарде, остаточные (резидуальные) циклические изменения определяются, даже если ткань выглядит акинетичной. Циклические изменения при IBS также снижаются при раннем развитии патологии миокарда, например при диабете или гипотиреозе. Точно так же, стандартизированная IBS используется в качестве маркера фиброза при различных кардиальных состояниях, в том числе гипертонической болезни сердца и гипертрофической кардиомиопатии. Для оценки наличия фиброзной ткани в этих случаях, были проведены биопсии тканей, подтверждающие данные. Кроме того, IBS может определить увеличение предсердной дегенерации, что может прогнозировать возникновение фибрилляции предсердий до расширения LA.

Потенциальные ловушки IBS анализа

При настройке изображения необходимо тщательно регулировать настройки выходной мощности для того, чтобы быть уверенным, что сигнал ненасыщенный. Это особенно проблематично при использовании видеосигнала вместо радиочастотного сигнала, потому что отношения между интенсивностью сигнала и яркостью является нелинейным по верхнему и нижнему экстремуму интенсивности сигнала. Ультразвуковой луч должен быть перпендикулярным к исследуемой стенке, а измерения должны быть выполнены в пределах миокарда, исключая эндокард, так как интерфейс кровь-ткань намного ярче, чем интрамиокардиальный сигнал, а это может привести к переоценке сигнала IBS.

Сильные и слабые стороны IBS анализа

Привлекательной стороной этого приложения является то, что миокардиальные текстуры могут быть проанализированы на стандартных изображениях в градациях серого. Потенциально, этот метод может быть использован для количественной характеристики ткани независимо от обычных параметров формы и функции LV. Тем не менее, есть множество слабых мест. Методика восприимчива к плохому качеству изображения и шуму сигнала. Измерения, как правило, ограничивается переднесептальными и задними сегментами в парастернальной плоскости. Хотя и другие сегменты и проекции могут быть исследованы, пользователь должен быть в курсе того, что нормальные значения могут определяться не чётко, а вариабельность сигнала выше, что связано с проблемой ангуляции.

Долгая история применения этой техники в сравнении с её редким клиническим использованием, говорит о трудностях ее выполнения. Эта процедура технически сложная, наличие артефактов связано с появлением дополнительных миокардиальных отражений ультразвука; методика требует настройки изображения и точного определения местоположения исследуемого объёма тканей. В эпоху измерений деформации существует немного показаний для того, чтобы рекомендовать измерение циклических изменений в качестве маркера сократимости миокарда. Стандартизированная IBS по-прежнему имеет значение в качестве маркера фиброза, но, по-видимому, является наиболее эффективным при более тяжелой патологии. Таким образом, эта методика остается больше инструментом исследования, чем клиническим методом.

3. Физиологические измерения функции левого желудочка

3.1. Архитектура и векторы миокардиальной деформации LV

Знание кардиальной микро- и макро-архитектуры является полезным в понимании относительного значения различных слоев сердца в 3D деформации компонентов миокарда. Эта информация важна для оптимизации анализа движения при использовании DTI и STE.

Несколько проведенных исследований изучили 3D деформацию желудочковой ткани, описывая строение миоцитов как продолжение двух спиральных геометрий волокон. Субэндокардиальная область показывает правостороннюю спиральную геометрию мышечного волокна, которая постепенно меняется на левостороннюю спиральную геометрию мышечного волокна в субэпикардиальной зоне. Таким образом, продольная ось миокардиального слоя непрерывно вращается. В субэндокардиальной зоне, практически все волокна ориентированны в продольном направлении, с углом около 80 град по отношению к циркулярному направлению. Угол уменьшается к средней стенке, где волокна ориентированы в циркулярном направлении (0 град), и опускаются далее к наклонной ориентации около –60 град в субэпикардиальной зоне (рис. 13А).

Рис. 13. Связь между трансмуральными изменениями направлений миокардиальных волокон (А) и спекл образцы, генерируемые при эхокардиографии (B). Изменения направления волокон от правой (R) спирали в субэндокардии в левую (L) спираль в субэпикардии. Направление мышечных волокон преимущественно циркулярное в средней стенке. Ультразвуковое изображение в апикальной четырехкамерной плоскости (A) (стрелки) от ортогональной до циркулярной ориентации волокон в средней стенке. Область стенки LV, где волокна ортогональны к плоскости ультразвукового луча продуцирует яркие спеклы и могут быть легко идентифицированы в перегородке и боковой стенке левого желудочка (B) (стрелки). LA – левое предсердие; RA – правое предсердие; RV – правый желудочек.

Эта структурная анизотропия стенки LV влияет на распространение и отражение ультразвуковых волн и появление сердечной ткани на эхокардиографических изображениях. Большое отражение и более яркие спеклы видны тогда, когда мышечные волокна и ультразвуковой луч перпендикулярны друг другу, а не параллельны.

Например, в апикальной четырехкамерной проекции, яркие спеклы в середине межжелудочковой перегородки представляют расположение среднего слоя циркулярно ориентированных волокон, которые перпендикулярны ультразвуковому лучу (рис. 13В). В проекциях вдоль короткой оси, яркие спеклы видны в передних и задних сегментах, где миофибрильный слой перпендикулярный пучку, в то время как значительное ослабление происходит в перегородке и боковой стенке, где миофибрильные слои относительно параллельны линиям сканирования (рис. 14).

Рис. 14. Рисунок, показывающий локальные углы зоны исследования между ультразвуковым лучом и преобладающей ориентацией мышечного волокна в проекции короткой оси. Проекция короткой оси левого и правого желудочка, показывающая анатомию мышечного волокна со стороны апикального конца левого желудочка (A). Поперечное сечении левого желудочка показывает параллельные и перпендикулярные лучи по отношению к ориентации мышечных волокон (B). Это приводит к заметному ослаблению и снижению спеклов (стрелки) в перегородке и сегментах боковой стенки в проекции короткой оси левого желудочка (C).

Вышеуказанная миокардиальная структура, в целом, определяет компоненты деформации миокарда. В субэндокардиальной области осуществляется преимущественно продольная механика левого желудочка, в то время как в средней стенке и субэпикардиальной зоне – преимущественно вращательное движение.

Продольная и циркулярная механика

В течении пресистолы, перестройка геометрии LV приводит к одновременному укорочению и растягиванию рано и поздно возбуждающихся зон, соответственно. Таким образом, укорочение волокон субэндокардиальной зоны сопровождается одновременным растяжением субэпикардиальных волокон. Сегментарное растяжение может также происходить в регионах субэндокардиальной зоны, которые активируются в конце, особенно рядом с базальной постеролатеральной зоной, которая активируется последней в желудочке. Таким образом, наступление продольного и циркулярного укорочения показывает существенную трансмуральную неоднородность, а также неоднородность от верхушки к основанию.

Сокращение субэндокардиального и субэпикардиального слоя происходит одновременно во время сердечного выброса. Величина циркулярной деформации во время сердечного выброса превышает продольную деформацию. Кроме того, продольная и циркулярная деформация во время выброса демонстрируют небольшой градиент от верхушки к основанию, например, последовательная деформация укорочения выше в апикальных и средних сегментах по сравнению с основанием LV.

Постсистолический период также показывает значительную неоднородность в наступлении релаксации мышечного волокна. Удлинение субэпикардиальных волокон сопровождается сокращением слоя субэндокардиальных волокон. Эта транзиторная неоднородность составляет физиологическое продольное постсистолическое укорочение сегментов миокарда, характерное для здорового человека.

Радиальная механика

Продолжая говорить о механике, логично бы предположить, что сокращение в продольном и циркулярном направлении может привести к утолщению в радиальном направлении для сохранения объема ткани. Тем не менее, утолщение стенки LV – не результат простого сокращения отдельных миоцитов, а эффект смещения групп миоцитов относительно друг друга. Одна из главных задач миокардиальной деформации смещения заключается в трансформации 15% сократившихся миоцитов в > 40% радиальное утолщения стенки LV, что в свою очередь приводит к > 60% изменению фракции выброса LV (EF) нормального сердца. В связи с тем, что степень сдвига увеличивается к субэндокардиальной зоне, большая деформация и утолщение выявляется в субэндокардиальной зоне по сравнению с субэпикардиальной зоной. Эта разница не отражает различие в сократительной функции между слоями миокардиальной стенки, а является следствием геометрии и несжимаемости ткани. Трансмуральная неоднородность при оценке механики утолщения стенок сердца также определяется в течение пресистолической и постсистолической фаз сердечного цикла.

Механика скручивания

Винтовой характер сердечной мышцы определяет характер его движение в течение сердечного цикла, с вращением против часовой стрелки верхушки и вращением по часовой стрелке основания вокруг длинной оси LV, если смотреть со стороны верхушки.

В нормальном сердце, начало укорочения мышечного волокна происходит сначала в эндокарде, а затем в эпикарде. Во время пресистолы субэндокардиальное сокращение и субэпикардиальное растяжение способствуют короткому вращению по часовой стрелке верхушки LV. Во время выброса, активация и сокращение субэпикардиальной области с большим радиусом плеча производят более высокий крутящий момент для того, чтобы определить доминирующее направление вращения, в результате чего происходит глобальное вращение против часовой стрелки LV вблизи верхушки и вращение по часовой стрелке основания LV. Скручивание и смещение субэндокардиальных волокон деформируют матрицу, что приводит к накоплению потенциальной энергии.

Последующее восстановления после скручивания, или раскручивание, которое связано с высвобождением накопленной энергии способствует диастолическому всасыванию, что облегчает раннюю фазу наполнения LV. Наступление релаксации мышечного волокна происходит раньше в эпикарде, чем в эндокарде. Таким образом, в начале диастолы, и субэпикардиальное удлинение и субэндокардиальное укорочение облегчают раскручивание в направлении по часовой стрелке. Почти от 50% до 70% раскручивания LV происходит в период изоволюмической релаксации, а остальная часть завершается в течение фазы раннего диастолического наполнения. Одним из проявлений этого является то, что во время систолы скручивание происходит одновременно вдоль длинной оси с радиальным сокращением, в то время как во время диастолы, раскручиванию отчетливо предшествует удлинение и расширение, явление, которое еще более заметно при физической нагрузке. Это приводит к линейной зависимости между скручиванием и объемом LV во время систолы, при этом в диастолу кривая зависимости есть нелинейной.

Компоненты миокардиальной деформации и трансмуральная патология

В общем, продольная механика LV, которая преимущественно регулируется субэндокардиальным слоем, наиболее уязвима и чувствительна к развитию патологии миокарда. При отсутствии поражения, миокардиальная и эпикардиальная функция могут иметь нормальные или почти нормальные циркулярную механику и параметры скручивания с относительно сохраненной насосной функцией LV и EF. Тем не менее, при нарушенной ранней диастолической продольной механике и редукции и / или задержке раскручивания LV, может повышаться давление наполнения LV и развиваться диастолическая дисфункция. С другой стороны, острое трансмуральное поражение или прогрессирования заболевания, которое приводит к сопутствующей миокардиальной и субэпикардиальной дисфункции, ведет к редукции циркулярной механики и скручивания LV и снижению EF. Таким образом, понимание влияния разных слоев сердца на компоненты сердечной деформации помогает правильно оценить трансмуральную патологию миокарда и способствует пониманию патофизиологических механизмов дисфункции LV.

3.2. Клиническое использование смещения, скорости, деформации и SR левого желудочка

Существует большое количество литературы по использованию показателей смещения и деформации миокардиальной динамики при множестве патологических состояний. Ниже приведено краткое описание существующих обобщающих данных.

Нормальные значения

Нормальные значения параметров миокардиальной механики LV варьируются в зависимости от специфичности стенки LV и конкретного 3D компонента каждого параметра. Для обоих исследований и DTI, и STE, продольные измерения являются более надежными, чем радиальные. Это связано с тем, что апикальное окно позволяет исследовать все сегменты миокарда LV и наиболее доступные клинические данные относятся к продольной деформации. Продольные скорости в боковой стенке выше, чем в перегородке. Существует также градиент основание-верхушка, с более высокими скоростями у основания, чем у верхушки LV. Незначительные различия определяются между сегментами LV для значений деформации и SR, полученных при DTI. Измерения полученные при STE обычно показывают более высокие значения в верхушечных сегментах чем при DTI. В пределах сегмента, более высокие скорости и деформация, как правило, регистрируются в субэндокардиальной зоне, чем в субэпикардиальной зоне. Скорости и параметры деформации также зависят от возраста и условий нагрузки. В недавнем исследовании, в крупной европейской популяции нижние пределы нормального диапазона при допплерографии были установлены на уровне 18,5% и 44,5% для продольной и радиальной деформации, и 1.00 и 2.45 сек-1 для продольной и радиальной SR. Нормальные значения деформации изменяются от публикации к публикации и, главное, зависят от марки производителя оборудования, которые используют разные алгоритмы для обработки измеренных данных. Кроме того, условия нагрузки и частота сердечных сокращений должны быть приняты во внимание при интерпретации всех функциональных данных.

Опубликованные выводы. Оценка давления наполнения левого желудочка.

Параметры давления наполнения левого желудочка, полученные при катетеризации сердца имеют хорошую корреляцию с соотношением скорости митрального притока Е к значению волны митрального кольца, измеренной при DTI – (Е / е’) (латеральное) ≥ 12 и Е / е’ (перегородочное) ≥ 15 – коррелирует с повышением раннего диастолического давления LV; и Е / е’(латеральное -перегородочное или среднее) < 8 – коррелирует с нормальным ранним диастолическим давлением LV.

Субклиническая патология

Анализ деформации и SR увеличивают чувствительность в определении субклинического вовлечения сердца в такие состояния как амилоидоз, сахарный диабет, и гипертоническая болезнь сердца, а также изменения функции LV после лечения рака, потому что параметры е’ скорости уменьшаются у пациентов при всех этих состояниях.

Констриктивная, в сравнении с рестриктивной, физиология

В отсутствии миокардиальной патологии, параметры е’ скорости, как правило, остаются нормальными у пациентов со слипчивым перикардитом (обычно > 8 см / сек). В отличие от этого, внутренние характеристики нарушений миокарда при рестриктивной кардиомиопатии приводят к нарушению релаксации и снижению е’ скорости.

Сердце спортсмена в сравнении с гипертрофической кардиомиопатией

Существует увеличение е’ cкорости в сердце спортсмена, в отличие от уменьшения е’ скорости у людей с гипертрофической кардиомиопатией.

Движения митрального и трехстворчатого кольца.

Митральное и трикуспидальное кольца – анатомические структуры, которые отчетливо визуализируются при 2D эхокардиографии почти у всех больных, независимо от визуализации эндокарда. В результате, продольное смещение кольца может быть точно оценено у большинства пациентов.

Миокардиальная деформация и SR.

При патологических состояниях модели миокардиальной деформации могут либо оставаться сопоставимыми с нормальной картиной, но при этом иметь более низкие пиковые значения, или отражать значительные изменения при прогрессировании болезни.

Ишемическая болезнь сердца.

Изменения деформации не только способствуют диагностике ишемизированного миокарда во время стресс-эхокардиографии (рис. 15), но также предоставляет прогностическую информацию.

Рис. 15. Пример ишемической (апикальной сегмент) и неишемической (базальный сегмент) реакции на стресс в кривых деформации и SR. Обратите внимание на уменьшение систолического укорочения и выраженного постсистолического укорочения (еPS) при стресс-индуцированной ишемии. AVC – закрытие клапана аорты; AVO – открытие аортального клапана; MVC – закрытие митрального клапана; MVO – открытие митрального клапана.

Кроме того, оценка сердечной деформации помогает в определении распространенности трансмурального инфаркта миокарда и наличия жизнеспособного миокарда.

Кардиомиопатия.

Сердечная деформация (strain) и SR могут быть снижены при кардиомиопатиях и потенциально могут быть использованы для мониторинга прогрессирования заболевания и влияния терапевтического лечения. DTI и speckle-tracking эхокардиографические измерения являются полезными инструментами в количественной оценке диссинхронии LV. Тем не менее, в настоящее время отсутствует консенсус о том, как следует измерять индексы диссинхронии LV в клинической практике.

Врожденные заболевания сердца

Недавно проведено несколько исследований по использованию DTI и STE для оценки деформации миокарда у детей, как с нормальным сердцем, так и с врожденными аномалиями. Однако на сегодняшний день очень мало известно о клинической эффективности этих методов в контексте диагностики врожденных пороков сердца.

Нерешенные проблемы и приоритеты научных исследований

Растущее количество данных свидетельствует о том, что оценка деформации LV при допплерографии или speckle-tracking методе обеспечивают необходимой информацией для клинических исследований. Области, которые наиболее перспективны для потенциального применения, включают в себя: оценку ишемии миокарда и его жизнеспособности (см ниже), обнаружение субклинического заболевания сердца, и серийная оценка различных кардиомиопатий. Одной из основных проблем является быстрый темп технологического роста, что приводит к появлению различных пакетов программ и алгоритмов. Будущие клинические испытания должны включать: стандартизацию номенклатуры, шаги в оптимизации получения данных и оптимизацию подготовки специалистов для того, чтобы уменьшить вариабельность данных.

Резюме и рекомендованные показания

Клиническое применение DTI или STE для изучения параметров миокардиального смещения, скорости, деформации и SR постепенно становится стандартным инструментом для оценки диастолической функции, но по-прежнему требует дальнейшего уточнения. Результаты скорости митрального кольца, полученные при DTI с помощью импульсной допплерографии рекомендуется для рутинной клинической оценки диастолической функции LV, как подробно описано ниже в разделе 3.5. Параметры деформации, полученные как при STE, так и DTI сопоставимы, но STE имеет преимущества в отношении легкости его применения и анализа, а также воспроизводимости данных. Для обоих методов, точность измерений зависит от качества изображения и точности трекинга. В опытных руках, параметры деформации и SR могут улучшить точность и прогностическое значение стресс-эхокардиографии. Необходима дополнительная техническая разработка и стандартизация методологии, прежде чем может быть рекомендовано дополнительное клиническое применение.

3.3. Вращение левого желудочка

Вращение LV или движение скручивания играет важную роль в систолической и диастолической функции. Несмотря на то, что ротационная деформация LV может быть определена количественно с помощью цветной DTI с высоким временным разрешением, этот метод технически сложный и не получил широкого распространения. В противоположность этому, множество недавних исследований показали, что 2D STE представляет собой клинически реальную альтернативу цветной DTI в оценке вращения миокарда и механики скручивания у большинства пациентов.

Нормальные значения

Нормальные значения для вращения LV и угла поворота имеют вариабельность в зависимости от метода, используемого для измерения, расположения области исследования в субэндокардиальной или субэпикардиальной зоне, возраста субъекта и гемодинамической нагрузки желудочка. Недавнее исследование большой группы здоровых добровольцев сообщили, что среднее значение пика угла поворота LV составляет 7,7 ± 3.5º. Пиковый угол поворота LV был значительно больше у субъектов в возрасте > 60 лет (10.8 ± 4.9 º) по сравнению с людьми, в возрасте <40 лет (6.7 ± 2,9 º) и даже в возрасте от 40 до 60 лет (8,0 ± 3,0 º). Увеличение угла поворота левого желудочка можно объяснить меньшим оппозиционным верхушечным вращением, в результате постепенного снижения субэндокардиальной функции с возрастом. Ухудшение диастолического расслабления и снижения раннего диастолического всасывания связано со снижением частоты и амплитуды раскручивания. В исследовании пациентов с младенчества до среднего возраста, было отмечено, что скручивание увеличивается от 5,8 ± 1.3º в младенчестве, до 6,8 ± 2,3º в начальной школе, 8.8 ± 2.6º в подростковые годы и 13,8 ± 3,3º в среднем возрасте. Верхушечное вращения является довольно постоянным в детстве, с базальным вращением против часовой стрелки в младенчестве с переходом к вращению по часовой стрелке у взрослых, в результате чего параметры скручивания больше в детстве. Впоследствии, скручивание увеличивается, в основном, из-за постепенного увеличения апикального вращения с возрастом.

Опубликованные выводы

Из-за того, что на верхушечное вращение приходится большая часть скручивания LV, нарушения движения апикальной стенки значительно ухудшают пиковые параметры скручивания LV. Это может проявляться в (1) уменьшении начального скручивания по часовой стрелке в период ранней систолы, (2) увеличении пика скручивания против часовой стрелки и (3) сокращение раскручивания LV в раннюю диастолу (рис. 16).

Рис. 16. Базальное и апикальное вращение (зеленые и синие кривые, соответственно) и поворот LV (красный) в течение одного сердечного цикла у здорового человека (А) и у больного с сахарным диабетом без гипертрофии LV (B). Ось времени была нормализована до 100% длительности систолы (с шагом 10%), с последующей 100% продолжительностью диастолы (с шагом 5%). Обратите внимание на менее заметный начальный поворот по часовой стрелке, более высокий пиковый поворот и ниже раскручивание в начале диастолы у пациента с диабетом по сравнению со здоровым человеком. ES – конец систолы.

Основные выводы, содержащиеся в опубликованных исследованиях, описаны ниже и обобщены в таблице 1.

Таблица 1. Динамика скручивания LV при различной патологии

HCM – гипертрофическая кардиомиопатия; MI – инфаркт миокарда; ˅ – снижено, ˄ -повышено; ˃ – без изменений.

Синдром сердечной недостаточности

На ранних стадиях сердечной недостаточности диастолическая дисфункция связана с относительно сохранённым или даже высоким углом поворота LV при нормальной EF. Наступление раскручивания и пика раскручивания в начале диастолы, тем не менее, значительно задерживается и может быть дополнительно выявлено во время физической нагрузки. Пациенты с сердечной недостаточностью и сниженным EF имеют прогрессирующее снижение угла поворота LV и скорости раскручивания. Тем не менее, у пациентов с сердечной недостаточностью и сохраненной систолической функцией, пик раскручивания, как правило, нормальный, но может быть с задержкой у некоторых пациентов.

Ишемическая болезнь сердца

Хотя продольная деформация LV ослабляется в присутствии субэндокардиального дефицита перфузии, циркулярная деформация LV и скручивание могут оставаться неизменными в ишемизированном миокарде. Точно так же пациенты с субэндокардиальными инфарктами и сохраненной EF имеют сниженную радиальную и продольную деформацию, хотя циркулярная деформация LV и механика скручивания остаются относительно сохраненными. В противоположность этому, большие трансмуральные инфаркты связаны со снижением систолического угла поворота LV и скорости диастолического раскручивания, что коррелирует с пониженной EF.

Патология аортального клапана

Угол поворота LV значительно увеличивается при стенозе аортального клапана, хотя диастолическое верхушечное раскручивание пролонгируется по сравнению с нормальными субъектами. После замены аортального клапана, угол поворота LV нормализуется.

Патология митрального клапана

Изменения в углах поворота LV также было изучено у больных с митральной регургитацией. Хроническая митральная регургитация связана с комплексной адаптивной перестройкой LV и эксцентрической гипертрофией. Влияние хронической митральной регургитации на скручивание, вероятно, зависит от степени субклинической систолической дисфункции. Пиковая скорость раскручивания митрального клапана остается нормальной, но отрицательно коррелирует с параметром конечного систолического объема и объемом регургитации, предполагая, что пиковая скорость раскручивания, как и пиковое систолическое скручивание, зависит от стадии заболевания. Это подтверждает важное влияние конечного систолического объема LV на раскручивание LV, потому что конечный систолический объем LV является важным фактором, определяющим пиковую скорость раскручивания, независимо от EF.

Кардиомиопатия

При дилатационной кардиомиопатии, амплитуда пикового систолического угла поворота LV изменяется пропорционально глобальной LV функцией. Это уменьшение угла поворота LV связано с ослаблением апикального вращения LV, в то время как базальное вращение может быть сохранено. В некоторых случаях, вращение верхушки может быть резко прервано, и таким образом, большую часть систолы основание и верхушка LV вращаются вместе по часовой стрелке в одном и том же направлении. У пациентов, которые перенесли ресинхронизирующую терапию resynchronization therapy (CRT), наступает немедленное улучшение угла поворота LV и, как сообщается, прогнозирует обратное ремоделирование LV при 6-месячном наблюдении.

Дилятационная в сравнении с гипертрофической кардиомиопатией

В отличие от дилатационной кардиомиопатии, пациенты с гипертрофической кардиомиопатией имеют вариабельность в степени закручивания и раскручивания LV, в зависимости от степени и распределения гипертрофии и обструкции. Пациенты с гипертрофией LV из-за системной гипертензии, имеют относительно сохранившуюся механику скручивания LV, хотя скорости раскручивания LV, особенно во время изоволюмического расслабления, оба параметра снижены и имеют задержку. Выраженная дисфункция эндокарда с относительной сохраненной эпикардиальной функцией приводит к аномальной продольной механике, с относительно сохраненной циркулярной механикой и скручиванием при рестриктивной кардиомиопатии.

Патология перикарда

Как и слипчивый перикардит, другая патология перикарда имеет признаки преимущественного нарушения циркулярной механики и скручивания, с относительно сохраненной субэндокардиальной продольной механикой.

Диастолическая функция

Во время систолы, значительное количество энергии упругости накапливается в миоцитах и интерстиции в виде кручения. Раннее механическое проявление диастолы – резкое раскручивание, которое практически завершается до открытия митрального клапана. Это раскручивание помогает создать градиент основание-верхушка внутрижелудочкового давления (intraventricular pressure gradient (IVPG)), или диастолическое всасывание в начале диастолы, что способствует наполнению сердца при низком давлении. Исследование здоровых субъектов и пациентов с гипертрофической кардиомиопатией изучили взаимосвязь между скоростью раскручивания и IVPG в покое и при низком уровне (частота сердечных сокращений около 100 уд / мин) физической нагрузки. Были получены данные IVPG посредством применения уравнения Эйлера для цветного М-режима трансмитрального распространения кровотока у собак и людей. И у здоровых субъектов, и пациентов с гипертрофической кардиомиопатией была отмечена линейная связь между скоростью желудочкового раскручивания и пиковым градиентом диастолического всасывания (R = 0,72). Это отражает другое исследование с физической нагрузкой, которое показало, что лучшим критерием, определяющим максимальное потребление кислорода миокардом у здоровых субъектов и пациентов с сердечной недостаточностью, была способность увеличивать диастолическое всасывание при физической нагрузке, в то же время исследование на животных подтвердили, что раскручивание непосредственно связано с IVPG и имеет обратную связь с временем желудочковой релаксации – константой t.

Нерешенные проблемы и приоритеты научных исследований

Отсутствие стандартизации проекций изображений и различные алгоритмы speckle-tracking исследования среди производителей привело к невозможности сравнивать или устанавливать нормальные значения для скручивания LV с высоким уровнем достоверности. Проведение многоцентрового исследования с большим количеством здоровых субъектов на различных ультразвуковых машинах необходимо для решения этой проблемы. Кроме того, развитие 3D STE скорее всего, позволит стандартизировать проекции LV для оценки измерений торсионных скручиваний. Затем, пациенты из популяции, представляющие заболевания, влияющие на функцию сердца, должны быть изучены для определения диагностического и аномального диапазонов значений скручивания LV.

Другой вопрос, который нужно уточнить, относится к определениям ”ротация”, ”поворот” и ”кручение”. Иногда можно найти в современной литературе, что эти термины взаимозаменяемы. Поскольку математические определения необходимо четко дифференцировать между этими тремя параметрами, очень важно, чтобы они использовались правильно, как определено в разделе 1.1.

Резюме и рекомендованные показания

Несмотря на растущее количество доказательств в поддержку клинического применения измерений скручивания LV при помощи 2D STE, рутинное клиническое применение этой методики не рекомендуется в настоящее время.

3.4. Диссинхронии левого желудочка

Эхокардиографические подходы к визуализации диссинхронии включают несколько методов, в том числе М-режим, 2D, DTI (рис. 17 и 18), STE и 3D эхокардиографию.

Рис. 17. Запись скорости при цветной DTI базальных септальных и боковых сегментов стенки. Здоровый пациент (сверху) и пациент со значительной задержкой сокращения боковой стенки (внизу). Красные стрелки указывают на разницу во времени пика септальной и боковой скоростей.

Рис. 18. Продольные кривые деформации ясно показывают асинхронное укорочение различных стенок LV. (А) CRT «off»: обратите внимание на офф-фазу укорочения в перегородке и боковой стенке, напоминающий типичный образец блокады левой ножки пучка Гиса (В) CRT «on»: в основном синхронное укорочение обеих стенок во время выброса (ET), что указывает на более эффективную функцию LV при CRT.

На сегодняшний день, несколько исследований изучили возможности использования этих методов для прогнозирования ответа на CRT. Текущие руководства определяют показания к CRT только на основании клинических данных (и симптомов сердечной недостаточности по классификации Нью-Йоркской Ассоциации сердца), функции LV (EF) и электокардиографических данных (ширина комплекса QRS). Тем не менее, примерно треть пациентов с CRT не реагируют на это лечение улучшением функции LV, что свидетельствует о клинической необходимости более четкого отбора пациентов и средств для оптимизации терапии.

Внутрижелудочковая диссинхрония обычно наблюдается у больных с сердечной недостаточностью, которая, как полагают, указывает на более тяжелое заболевание миокарда и плохой прогноз. Ранее, блокада левой ножки пучка Гиса была предложена в качестве основного признака систолической диссинхронии. При блокаде левой ножки пучка Гиса или RV ритме, происходит активация сначала перегородки, что приводит к перерастягиванию еще неподвижной боковой стенки, сокращению диастолической функции и снижению изоволюмического сокращения за счет уменьшения пиковой скорости увеличения давления (dP / dtmax). Затем, с задержкой, боковая стенка генерирует энергию сокращения, которая частично рассеивается за счет повторного растяжения ранее расслабленной септальной зоны, снижая тем самым чистый сердечный выброс. Дискоординированная активации папиллярных мышц может еще больше ослабить общую производительность LV за счет увеличения степени тяжести митральной регургитации. Диссинхрония при релаксации продлевает изоволюмическое время релаксации и уменьшает наполнение в дальнейшем.

Несколько исследований показали призрачную зависимость между продолжительностью QRS и механической диссинхронией. Превращение электрической в механическую диссинхронию модулируется обменом кальция, взаимодействия кальция миофиламента, региональной нагрузкой, фиброзом и другими факторами. Поэтому, несмотря на различия во времени региональной механической функции, она может не быть строго связана с электрической задержкой возбуждения.

Нормальные значения

В таблицах 2, 3 и 4 резюмированы параметры, полученные на основе DTI и STE, которые используется для оценки внутрижелудочковой диссинхронии с опубликованными пороговыми значениями, которые наиболее часто применяются для прогнозирования обратного ремоделирования после CRT.

Таблица 2. Параметры на основе DTI, которые используются для оценки внутрижелудочковый диссинхронии с опубликованными пороговыми значениями для прогнозирования ответа на CRT

Таблица 3. Параметры на основе STE оценки интравентрикулярной диссинхронии с опубликованными пороговыми значениями для прогнозирования ответа на CRT

Таблица 4. Параметры на основе STE и DTI, которые наиболее часто используются для прогнозирования обратного ремоделирования после CRT.

Опубликованные выводы

Значение межжелудочковой диссинхронии также недавно было исследовано для прогнозирования ответа на CRT. Это исследование показало, что в дополнении с доплеровским измерением кровеносных потоков в RV и LV, методика DTI может быть использована для сравнения начала систолического движения базальной свободной стенки RV с базальными сегментами LV с наибольшей задержкой, используя значение задержки > 56 мс, как наличие диссинхронии. Тем не менее, общепринято, что внутрижелудочковая диссинхрония – это важный параметр оценки пациентов с сердечной недостаточностью. ”Апикальный подъем”, который визуализируется на 2D эхокардиографических снимках также недавно предложен в качестве потенциального предиктора ответа на CRT.

Недавний консенсус выступает за использование параметра задержки противоположной стенки при цветном DTI и задержку между переднесептальной радиальной деформацией и задней (или нижне-боковой) радиальной деформацией при STE. Также рекомендуется применение стандартного отклонения времени пика систолической скорости 12 сегментов или Yu индекс. С момента публикации этого документа, дополнительные исследования показали, что измерения продольной деформации также могут быть полезными. В частности, измерение как радиальной, так и продольной диссинхронии, имеет гораздо более высокую точность в прогнозировании ответа на CRT, чем каждый параметр отдельно. Становится очевидным, что должны быть приняты во внимание ряд факторов, кроме механической диссинхронии, при попытке предсказать реакцию на CRT. Они включают в себя продолжительность комплекса QRS, межжелудочковую механическую задержку и количество рубцовой ткани и ее отношение к имплантированному водителю ритма LV, в дополнение к имплантации водителя ритма LV в непосредственной близости к месту последней механической активации.

Обсервационное многоцентровое исследование (Предикторы ответа на CRT) свидетельствует об ограниченной роли измерений скорости диссинхронии при цветной DTI в прогнозировании ответа на CRT. Тем не менее, это исследование имело несколько важных ограничений, в том числе регистрацию пациентов, которые не отвечали критериям для CRT (20% пациентов с EF > 35%), общая низкая доступность и воспроизводимость измерений DTI, использование ультразвуковых систем и программного обеспечения различных производителей, в том числе систем, которые имели более низкое временное разрешение, чем интервалы времени, которые измерялись.

В настоящее время для пациентов с продолжительностью QRS <120 мс, существующие данные не поддерживают использования DTI или М-режима измерения для отбора пациентов на CRT. С другой стороны, недавнее исследование показало, что радиальная диссинхрония по STE может иметь значение в прогнозировании изменений в объемах LV и EF после CRT у пациентов с продолжительностью QRS от 100 до 130 мс. Было также сообщено, что индекс диссинхронии, полученный при измерении деформации, позволяет дифференцировать пациентов с блокадой левой ножки пучка Гиса или снижением EF LV от пациентов с нормальной систолической функцией и нормальной продолжительностью QRS с минимальным перекрытием и более эффективно выявлять пациентов с внутрижелудочковой диссинхронией чем при использовании параметров DTI. Еще одно недавнее исследование показало, что сочетание времени и величины продольной деформации может прогнозировать ответ на повторную ресинхронизацию.

Нерешенные проблемы и приоритеты научных исследований

Оценка механической диссинхронии у пациентов с проведенной или планируемой CRT – это новая концепция, которая возникла из клинической необходимости для более эффективного отбора пациентов и способов оптимизации терапии. Хотя концепция в основном принята среди специалистов, несмотря на имеющиеся проблемы, клиническое значение этого подхода должно быть более четко определено. Очевидна необходимость дополнительных многоцентровых исследований результатов у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. Однако, чтобы избежать прежних ошибок и сделать различные исследования сопоставимыми, мы сначала должны провести стандартизацию технических характеристик систем визуализации, используемых для оценки диссинхронии, определения конечных точек исследования (т.е. определение отвечающих на CRT пациентов), данных для характеристики пациентов и в начале, и в ходе наблюдения (количественная оценка рубцовой ткани миокарда, количественная оценка объема LV, потребность в оптимизации устройства и т.д.), характеристик имплантатов (т.е. их расположение по отношению к рубцу и сегменту LV с наибольшей задержкой). Кроме того, вариабельность различных методов измерения синхронности сокращения желудочка должна быть оценена в многоцентровых исследованиях.

Резюме и рекомендованные показания

В настоящее время, несмотря на исследования «Прогнозирование ответа на CRT» и исследований клиники Мейо, которые поддерживают показания в клинических руководствах, не определена определенная роль для эхокардиографического измерения механической диссинхронии в необходимости CRT у пациентов с сердечной недостаточностью. Доказана потенциальная роль визуализации диссинхронии у пациентов с пограничной продолжительностью QRS, когда эта дополнительная информация может помочь, а также эта методология эффективна в определении места последней механической активации, что может быть принято во внимание при CRT имплантации.

3.5. Диастолическая функция

Клиническая эффективность измерений скорости миокарда для оценки диастолической функции широко приняты и были задокументированы ранее. Миокардиальная деформация и SR также чувствительные параметры для количественной оценки диастолической функции. Диастолические SR сигналы могут быть записаны во время изоволюмической релаксации (SRIVR), в начальной фазе наполнения (SRE) и в конце диастолы (SRA). И DTI, и STE могут быть использованы для получения сигналов диастолической деформации.

Нормальные значения

Нормальные значения были ранее опубликованы для DTI скоростей митрального кольца в нескольких популяциях. У взрослых, е’ скорость уменьшается с возрастом; соответственно, нормальные значения в зависимости от возраста должны использоваться при составлении выводов о диастолической функции. Тем не менее, в целом, септальная е’ ≥ 8 см / с и латеральная е’ ≥ 10 см / с, как правило, наблюдаются у здоровых людей, и снижены у пациентов с нарушением релаксации LV и повышенным давлением наполнения LV (рис. 19). Нормальные значения деформации и SR пока еще не установлены.

Рис. 19. DTI скорости, измеренные у пациента с нарушением релаксации LV и повышенным давлением наполнения LV: митральный приток (вверху) и скорости митрального кольца, полученные при DTI в септальной (внизу слева) и боковой (внизу справа) частях кольца. Обратите внимание на снижение е’ скорости и повышенное соотношение E/е’.

Опубликованные выводы

Диастолическое значение SR предоставляет важную информацию о диастолической функции LV. Оно включает в себя оценку постсистолической миокардиальной деформации, которая развивается в условиях ишемии, электрической и механической диссинхронии. Также установлена тесная связь с задержкой региональной релаксации в условиях ишемии и диссинхронии. Гемодинамические детерминанты SRЕ включают: релаксацию LV, региональную диастолическую плотность, систолическую функцию, напряжение стенки в конце систолы и давление наполнения. Кроме того, SRЕ может оценить интерстициальный фиброз, а также может быть использован для идентификации жизнеспособного миокарда после ушиба и инфаркта.

Несколько исследований показали значительную корреляцию между сегментарной SRE и постоянной времени релаксации LV. Тем не менее, существуют проблемы с экстраполяцией выводов региональной SRE на глобальную диастолическую функцию. Это ограничение можно обойти, используя данные из всех сегментов миокарда. В связи с этим, были опубликованы два исследования, посвященные глобальной SRIVR и SRE по данным STE. Оба исследования показали, что эти измерения доступны и легко воспроизводимы и связаны с константой времени релаксации LV. Тем не менее, в исследовании, в котором выполнено сравнение «лицом к лицу» между SRIVR и SRE, SRIVR имеет большую корреляцию с константой времени релаксации LV. Отношение E к SRIVR  было эффективно в прогнозировании давления наполнения LV у больных, у которых соотношение E / e’было неинформативным и было более точным, чем E / e’у пациентов с нормальным значением EF и с региональной дисфункцией. Совсем недавно было показано, что SRIVR, имеет инкрементное прогностическое значение у больных с инфарктом миокарда с подъемом ST-сегмента.

Существуют и другие показатели диастолической функции, в том числе деформация левого предсердия (LA) во время систолы LV и раскручивание LV, включая возможность измерения параметров в начале и в конце-диастолы, как соответствующих маркеров релаксации и податливости миокарда. К тому же, в настоящее время существует возможность эффективного определения минимального систолического нарушения продольной функции LV у пациентов с сердечной недостаточностью и сохраненной систолической функцией, что подтверждает тот факт, что систолическая и диастолическая функции LV неделимы. Это было продемонстрировано путем измерений деформации и раскручивания.

Нерешенные вопросы

Хотя приведенные выше показатели диастолической функции являются перспективными, они имеют ограничения, которые включают в себя: необходимость высокого соотношения сигнал-шум, удовлетворительную миокардиальную визуализацию верхушечных проекций, опыт проведения исследования и работы алгоритмами анализа, длительное время автономного анализа деформации по сравнении с измерениями скорости и более низкая частота кадров для сигналов, полученных с помощью STE.

Резюме и рекомендованные показания

DTI измерения скоростей митрального кольца при импульсно-волновой допплерографии рекомендуются для рутинной клинической оценки диастолической функции LV. Измерение диастолической деформации и SR может быть полезно для исследовательских целей, но в настоящее время не рекомендуется для рутинного клинического использования.

3.6. Ишемия миокарда

Обычная эхокардиографическая оценка региональной функции миокарда основана на измерении утолщения стенки и не предоставляет информацию, касающуюся трансмурального распределения сокращения волокон. Анализ утолщения волокна между различными слоями стенки миокарда является важным в дифференциальной диагностике различных моделей сократительных нарушений, которые могут возникать во время острой или хронической (гибернация) ишемии миокарда. Ишемический миокард характеризуется пониженным или отсутствием регионального систолического продольного и циркулярного укорочения и радиального утолщения. Постсистолическое укорочение после закрытия аортального клапана – частая находка при острой ишемии.

Нормальные значения

Существует значительная доказательная база в литературе о том, что глобальная пиковая систолическая деформация варьирует в диапазоне от -16% до -20% и глобальное пиковое систолическое значение SR < -0,9 сек-1 весьма чувствительны и специфичны для выявления больных в ранней стадии инфаркта миокарда.

Опубликованные данные

Метод DTI используется для количественной оценки влияния ишемии миокарда на его функцию. Экспериментально индуцированная миокардиальная ишемия у свиней приводила к значительному быстрому снижению систолических скоростей, заметному увеличению скорости изоволюмической релаксации (определяющей постсистолическое движение) и раннему уменьшению соотношения ранних и конечных диастолических скоростей в пределах 5 сек ишемической окклюзии. Хотя снижение систолической скорости значительно коррелирует с систолическим укорочением и региональным миокардиальным кровотоком во время уменьшения кровотока по коронарным артериям, систолические скорости слегка переоценивают степень региональных аномалий движения стенки и не дифференцируют ишемию от реперфузионно-индуцированной сократительной дисфункция. У больных с хронической обструкцией коронарной артерии, аномалии продольного сокращения наблюдались с помощью DTI. Функциональные нарушения, индуцированные инфарктом миокарда и ишемией, отражаются снижением пика систолической скорости в вовлеченном миокарде, в частности, в соответствующих частях митрального кольца, в то же время и удаленные сегменты также могут быть затронуты. Тем не менее, выявить различия между региональными и глобальными изменениями сократительной функции не возможно.

В дополнение к физиологической оценке продольной функции LV, преимущество DTI в визуальном отображении и количественной оценке функции миокарда. Экспериментальные результаты показали, что DTI позволяет оценить региональную функцию миокарда в течение сердечного цикла и является чувствительным методом как к инотропной стимуляции, так и ишемической. Клинические исследования показали возможность применения DTI при стресс-эхокардиографии, но воспроизводимость метода не была оптимальной, а точность не лучше, чем при визуальной интерпретации экспертом. Кроме того, региональная оценка сложная в среднежелудочковых сегментах и практически невозможна на верхушке, поскольку продольное систолическое движение стенки у верхушки является минимальным, и, следовательно, скорости миокарда являются слишком низкими и вариабельными для точной диагностики аномалий верхушечных движений стенки. Хотя пиковые систолические скорости, полученные при DTI, как правило, снижаются во время ишемии, несколько экспериментальных исследований продемонстрировали ограниченную способность методики различать различные стадии ишемической дисфункции и дифференцировать ишемическую от постишемической дисфункции.

Экспериментальные исследования показали, что значения SR, полученные при DTI, могут быть полезным в выявлении и количественной оценке нарушений при ишемии миокарда и выявлении жизнеспособного миокарда, когда значения SR нормализовались в пораженных областях после инотропной пробы с добутамином или дипиридамолом. Клинические исследования показали способность значений деформации, полученных при доплерографии, помогать в обнаружении ишемии миокарда после инотропной пробы с добутамином во время стресс-эхокардиографии и дополнительную прогностическую ценность измерений пикового систолического значения SR.

Эффективность значений деформации, полученных при двумерной STE была подтверждена экспериментально, показывая хорошую воспроизводимость значений продольной и циркулярной деформации. Чувствительность и специфичность STE значений радиальной и циркулярной деформации для диагностики сегментарной дисфункции желудочка являются достаточными для дифференциальной диагностики нормокинетических от гипокинетических или акинетичных сегментов, по сравнению с сердечной магнитно-резонансной томографией. Глобальная продольная деформация, полученная из апикальной проекции, используется в качестве индекса сердечной функции, как дополнительные прогностические значения к клиническим параметрам и EF LV.

STE значения деформации являются полезными параметрами для выявления миокардиальной ишемии в условиях стресс-тестирования и имеют хорошую воспроизводимость из-за их, большей частью, автоматизированной природы, что является особенно важным преимуществом для неопытных исследователей. Продольная и циркулярная деформация при STE были оценены во время инфузии добутамина у свиней под наркозом с разной степенью коронарной окклюзии. Влияние окклюзии коронарной артерии на различные компоненты деформации было более выраженным при инфузии добутамина (рис. 20). Первые исследования на людях показали высокий уровень возможности выполнения этого исследования при тесте с физической нагрузкой и инфузии добутамина с аналогичной точностью DTI значений деформации в оценке циркуляции передней стенки, однако низкую точность для задней стенки.

Рис. 20. Двумерное speckle-tracking эхокардиографическое изображение верхушки, полученного у свиньи во время коронарной окклюзии в покое (А) и на пике дозы добутамина (B), показывает снижение глобальной продольной деформации (GS). Количественная оценка скорости и направления векторов по глобальной деформации помогает описать движение в комплексной и количественной моделях.

Нерешенные проблемы и приоритеты научных исследований

Не все клинические исследования единодушно подтвердили преимущества данных экспериментальных исследований, сопоставимость значений SR и визуализации скорости ткани для диагностики ишемической болезни сердца и сопоставимую точность по сравнению с визуальной интерпретацией экспертом. Способность STE значений деформации обнаруживать ранние фазы ишемического ответа у пациентов с болью в грудной клетке должна быть еще проверена. Пиковые амплитуды скорости при DTI и значения деформации зависят от угла падения луча на стенку миокарда и качества изображения, при этом методику зачастую трудно использовать в апикальных сегментах. Для значений деформации как на основе STE, так и на основе DTI, необходим значительный опыт для достижения достаточной точности и воспроизводимости исследования.

Резюме и рекомендуемые показания

Прямое наблюдение развивающейся систолической дисфункции в сочетании с постсистолическим укорочением, свидетельствует об острой ишемии миокарда. Тем не менее, отсутствие клинических испытаний не позволяет рекомендовать конкретные параметры для дифференциальной диагностики различных состояний острой и хронической ишемии, когда исходные данные не доступны.

3.7. Фиброз и жизнеспособность миокарда

Обнаружение фиброза миокарда и жизнеспособности зависит от оценки как характеристик ткани миокарда, так и изменения формы миокарда в течение сердечного цикла. Фиброзные ткани могут располагаться либо фокально (как это происходит у больных, перенесших инфаркт миокарда) или диффузно (как это происходит в ответ на увеличение постнагрузки или метаболические нарушения). Фиброз наиболее легко идентифицировать с помощью позднего миокардиального усиления кардиальной магнитно-резонансной томографии, но также может быть обнаружен при использовании различных методов эхокардиографии, в том числе изображений деформации. Диффузный фиброз трудно измерить. Его влияние на повышенную отражательную способность ткани может быть измерено с помощью стандартизированного анализа Integrated backscatter (интегрированное обратное рассеивание) (см. раздел 2.4). При этом могут быть выявлены тканеспецифичные особенности, которые иногда упоминаются как признак ” двойной пик”, который характеризуется образцом, состоящим из нерегулярного раннего систолического пика с последующим быстрым падением SR близка к нулю, а второй пик – в фазе изоволюмической релаксации.

Изменения в форме миокарда могут быть оценены с использованием стандартного изображения, DTI или STE. Различия между этими подходами были описаны выше. Для  оценки жизнеспособности миокарда, привлекательность доплерографии заключается в ее высоком временном разрешении, что позволяет точно охарактеризовать короткие временные явления, такие как постсистолическое утолщение и изоволюмическое сокращение. С другой стороны привлекательность методики STE заключается в ее способности проводить измерения в любой плоскости, независимо от направления ультразвукового луча, его относительная устойчивость к шуму сигнала (в частности избегание наложения) и измерение деформации во всех плоскостях (продольной, радиальной и циркулярной) с возможностью измерения сдвига деформации между слоями миокарда.

Основными показания для этих методов были определение и количественная оценка глобального фиброзного процесса, существующих нарушений движения стенки и оценка жизнеспособности миокарда. Диффузный фиброз миокарда способствует нарушению наполнения желудочков, особенно снижению податливости LV и может присутствовать в условиях перегрузки давлением, таких как стеноз аорты, а также при патологических состояниях нарушении обмена, таких как диабет и ожирение. Хотя идентификации компонентов дисфункции миокарда (например, фиброз) является важным шагом в планировании таргетной терапии для такого многофакторного процесса, как диастолическая дисфункция, терапевтические применения этих специфических данных остаются неопределенными.

Определение аномалий движения стенки в покое, связанных с очаговым фиброзом, считается одним из самых сложных аспектов эхокардиографической интерпретации и является исследованием, которое требует хорошей подготовки и опыта.

Нормальные значения

Нормальная продольная систолическая деформация составляет порядка ≥ 18%, со стандартным отклонением от 2% до 3%. Измерение ≤ 12%, безусловно, представляет собой ненормальное значение. Есть существенные различия даже между нормальными сегментами, а определение нормального диапазона определяется присущей изменчивостью каждой зоны (таблица 5), между здоровыми людьми по возрасту и в зависимости от гемодинамических состояний.

Опубликованные выводы

Клинические исследования подтвердили надежность количественного подхода в сравнении с экспертными анализами исследователей и, в частности, подчеркнули, уменьшение вариаций измерения деформации для определения регионального нарушения движения стенки по сравнению с визуальной оценкой.

Жизнеспособность миокарда может быть оценена как в покое, так и в ответ на инотропную стимуляцию. Акинетичный или строго гипокинетичный миокард, который показывает остаточную продольную деформацию, может быть признан как жизнеспособный. В этих ситуациях, часто возникает проблема некоторого снижения субэндокардиальной функции в покое, с функциональным резервом, исходящим из сокращения средних и эпикардиальных компонентов стенки. Трансмиокардиальное распределение утолщения может быть документировано путем дифференциации между различными компонентами деформации миокарда.

Таблица 5. Нормальные параметры продольной систолической деформации полученные при различных техниках и опубликованные в литературе

Продольная деформация подвергается нарушению на сравнительно раннем этапе развития ишемической болезни и ключевыми моментами наличия субэндокардиального инфаркта миокарда или ишемии могут быть расхождения между значениями продольной и радиальной деформации. Степень снижения радиальной деформации была использована в качестве маркера увеличения протяженности трансмиокардиального рубца, а также в определении нетрансмурального инфаркта миокарда. Недавнее исследование показало, что прямое измерение трансмиокардиального градиента деформации при STE может предоставить аналогичную информацию. Тем не менее, этот подход может обеспечить информативными результатами, если разрешение изображения в направлении исследования достаточное.

Начальная проверка адекватности ответа миокарда на инотропный стимул, такой как добутамин, в качестве маркера жизнеспособности проводилась почти десять лет назад, в сравнении с позитрон эмиссионной томографией. Это исследование показало, что сегменты с несоответствием перфузионного метаболизма имели региональный сократительный резерв, что было отражено увеличением SR в ответ на добутамин. Последующие исследования документально подтвердили, что увеличение SR в ответ на добутамин было связано с последующим функциональным восстановлением сегментов, а также были определены пороговые значения для деформации и SR, или изменений этих параметров, которые соответствовали последующему функциональному восстановлению. Дальнейшие работы в этой области подтвердили эти пороговые значения.

Наиболее надежным эхокардиографическим признаком того, что миокард, скорее всего, начал восстанавливаться после реваскуляризации, является двухфазный ответ, когда сниженная базовая функция улучшается при инотропной стимуляции (как правило, с тестом с добутамином), но ухудшается при достаточной нагрузке, которая превышает резерв перфузии и провоцирует ишемию. Рисунки 21, 22 и 23 показывают примеры исследований предполагаемой ишемии и жизнеспособности миокарда.

Рис. 21. Применение изображений SR облегчает диагностику жизнеспособного миокарда. В покое, оба перегородочных сегмента показывают пониженное значение SR, а апикальный также демонстрирует задержку. В ответ на низкие дозы добутамина, оба перегородочных сегмента показывают увеличение SR, которое становится более синхронным. Боковая стенка (красный) используется в качестве нормального основополагающего сегмента.

Рис. 22. Применение изображений деформации, полученных на основе скорости ткани, для распознавания двухфазного ответа. При низкой дозе добутамина, оба перегородочных сегмента показывают нормальную деформацию, с синхронией. При пиковой дозе добутамина, базальный перегородочный сегмент (желтый) показывает увеличение деформации, а среднеапикальный сегмент (синий) показывает незначительное снижение и задержку.

Рис. 23. Применение изображений деформации, полученных на основе скорости ткани, для распознавания монофазного ответа. В покое, оба нижних сегмента показывают уменьшение деформации. При низкой дозе добутамина начинается увеличение деформации. При пиковой дозе добутамина, у средненижнего сегмента (синий) деформация не увеличивается, а у базального сегмента (желтый) продолжает увеличиваться и дальше.

Эксперименты на животных показали, что наиболее надежным маркером сократимости в ответ на стресс (нагрузку) является SR, чем деформация. Нормальная реакция SR на увеличение дозы добутамина – продолжение увеличения значения, в то время как нормальный ответ значения деформации на добутамин проявляется начальным ростом, а затем плато или незначительное снижение с увеличением сердечного ритма и падением ударного объема. Постсистолическое укорочение может быть полезным маркером жизнеспособного миокарда, особенно если оно нормализуется в ответ на добутамин.

Нерешенные проблемы и приоритеты научных исследований

Хотя обнаружение фиброза миокарда и оценки жизнеспособности миокарда доказали эффективность приложений визуализации деформации, интерпретация минимальных изменений утолщения миокарда и ответа на добутамин достаточно затруднена, зависит от подготовки и опыта и показывает значительную вариабельность между исследователями, даже при использовании стандартных критериев оценки. Необходимы дополнительные исследования в этой области.

Резюме и рекомендованные показания

Место анализа деформации в определении и оценке фиброза и жизнеспособности миокарда является основным вопросом проводимого расследования. В настоящее время убедительное доказательство для оценки жизнеспособности миокарда относится к комбинации деформации и низких доз добутамина. Несмотря на то, что были получены обнадеживающие результаты использования анализа деформации для распознавания фиброза и определения различий нетрансмурального рубца в условиях аномалий движения стенок в фазе релаксации, клиническое применение этой методики не рекомендуется в настоящее время.

4. Физиологические измерения правого желудочка и функции левого и правого предсердия

4.1. Правый желудочек

Стенки RV тоньше, чем миокард LV, а сами желудочки имеют различные формы. Это связано с низким давлением в легочном круге кровообращения. Тонкостенный и податливый правый желудочек обладает быстрой адаптацией при изменениях преднагрузки. Увеличение постнагрузки RV приводит к увеличению деформации его стенки, до тех пор, пока толщина стенок камеры не увеличивается или внутренний радиус камеры уменьшается. Нормальное сокращение RV происходит в последовательном порядке, а перистальтическая волна направлена от зоны притока до воронки. Продольное укорочение – основной компонент общей функции RV с равноценным участием свободной стенки RV и межжелудочковой перегородки. Оценка функции RV с помощью обычной 2D-эхокардиографии является сложной задачей из-за сложной геометрии RV и сильно трабекулярного внутреннего контура стенки. Зависимость большинства обычных эхокардиографических параметров от нагрузки, добавляет еще одну проблему для функциональной оценки RV.

Простой количественный подход к оценке продольной функции RV – это измерение систолической экскурсии в проекции трехстворчатого кольца, которое оценивает уровень систолической экскурсии кольца бокового трикуспидального клапана по направлению к верхушке в четырехкамерной проекции сердца. Измерение систолической экскурсии в проекции трехстворчатого кольца продемонстрировало отличную корреляцию со значением EF RV, полученное при радиоизотопной вентрикулографии и оказалось сильным предиктором прогноза при сердечной недостаточности. Тем не менее, это исследование может быть угол зависимым, если изображение увеличенного правого желудочка выходит за ось исследования, а также может зависеть от поступательного движения.

DTI и STE предоставляют показатели функции RV. DTI позволяет проводить количественную оценку систолического и диастолического продольного движения RV с помощью измерения скоростей миокарда в апикальной четырехкамерной проекции. Двумерная цветная DTI позволяет исследовать нескольких сегментов одновременно. Импульсно-волновая DTI изучает функцию RV путем записи скоростей трехстворчатого кольца, которые коррелируют с функцией RV, поскольку продольное смещение основания RV составляет большей долю изменения общего объема RV по сравнению с радиальным укорочением нормальных желудочков.

Систолическая функция RV может быть оценена путем измерения систолических скоростей при DTI и изоволюмического миокардиального ускорения, которое рассчитывается путем деления максимальной изоволюмической миокардиальной скорости на время до пиковой скорости и имеет то преимущество, что оно менее подвержено влиянию формы RV и условий нагрузки, чем систолические скорости. Экспериментальные исследования выявили, что изоволюмическое ускорение миокарда является наиболее надежным показателем сократимости среди различных скоростных параметров по сравнению с систолической эластичностью. В дополнение к систолическим скоростям, импульсно-волновая DTI также может быть использована для измерения пика скорость в начале и в конце диастолы, позволяя провести оценку диастолической функции RV и давления правого предсердии (RA) с использованием соотношения между ранней диастолической трикуспидальной скоростью (с помощью обычной импульсно-волновой доплерографии) к пику скорости в ранней диастоле при DTI бокового трикуспидального кольца.

Кроме оценки скорости, DTI позволяет измерять временные интервалы. В отличие от левого желудочка, время изоволюмической релаксации практически отсутствует в здоровом правом желудочке (рис. 24А), и увеличение правосторонней продолжительности изоволюмической релаксации предполагает ухудшение функции RV, что связанно с первичной дисфункцией RV или увеличением постнагрузки RV. Индекс Tei правого желудочка может быть вычислен по данным импульсно-волновой DTI и имеет преимущество одновременной регистрации систолической и диастолической скорости, по сравнению с обычной доплерографией (рис. 24В). DTI помогает также определять диссинхронии RV путем измерения задержки перегородки-к-свободная стенка RV.

Рис. 24. (A) Скорости трикуспидального кольца оценивали с помощью импульсного DTI в здорового человека. (B) Измерение индекса Tei RV ([время изоволюмического сокращения + время изоволюмической релаксации]) / времени выброса).

Для DTI была подтверждена способность количественной оценки деформации миокарда RV. Хотя оценка продольной деформации в апикальной проекции и осуществима в клинической практике, анализ радиальной деформации RV в парастернальном акустическом окне затруднителен. Эти помехи связаны с близко расположенными артефактами, которые образуются в непосредственной близости от датчика и тонкой стенки RV, что требуется проведения крайне малых вычислений расстояния <5 мм для SR измерений. Измерения SR хорошо коррелируют с измерениями длины сегмента при ультразвуковой микрометрии и могут быть использованы для количественной оценки функции RV при различных условиях нагрузки на экспериментальной модели. Резкое увеличение постнагрузки RV может привести к увеличению значения SR миокарда RV и к снижению систолического пика деформации, что указывает на уменьшение ударного объема RV. Кроме того, профиль деформации после сужения легочной артерии, демонстрирует сдвиг миокардиального укорочения от ранней середины до конца систолы, или даже ранней диастолы (постсистолическое укорочение).

STE также имеет большие перспективы в оценке региональной и глобальной деформации RV в различных направлениях с точки зрения амплитуды и времени, имея преимущество в том, что STE менее подвержена влиянию движения сердца.

Нормальные значения

На уровне трикуспидального кольца, нормальная систолическая скорость свободной стенки RV при импульсном DTI – > 12 см / сек, хотя она может зависеть от возраста, подобно нормальным скоростям миокарда LV. Пиковая систолическая скорость – <10 см / сек должна вызывать подозрение аномальной функции RV, особенно у молодых взрослых людей. Пиковая систолическая скорость – <11,5 см / сек может свидетельствовать о присутствии дисфункции RV или легочной гипертензии с чувствительностью и специфичностью 90% и 85%, соответственно (рис. 24А). Кроме того, пороговое значение <9.5 см / сек было определено в качестве прогностического фактора риска для прогнозирования неблагоприятных исходов при различных заболеваниях, в том числе хронической сердечной недостаточности.

Пиковые значения S-волн при импульсной DTI и на цветной DTI не могут быть использованы как взаимозаменяемые, потому что первая методика измеряет пиковые скорости миокарда, в то время, как вторая измеряет средние скорости миокарда, которые на 20% ниже (рис. 25).

Рис. 25. Миокардиальный профиль скорости трикуспидального кольца оценивали с помощью цветной DTI (A) и импульсного DTI (B) у здорового пациента. Обратите внимание на более низкие скорости, полученные при цветном DTI в сравнении с импульсным DTI.

Опубликованные выводы

Стандартные профили скорости миокарда были установлены в большой когорте здоровых субъектов в широком диапазоне возраста, при этом систолические скорости свободной стенки миокарда RV не зависят от возраста, в то время как диастолические скорости изменялись, с постепенным уменьшением ранней диастолической скорости. Эта информация важна для интерпретации значений у больных в широком диапазоне возрастных групп.

У здоровых лиц, продольные скорости RV отражают типичный градиент основание-к-верхушке с более высокими скоростями на основании (рис. 26А). Кроме того, скорости RV постоянно выше по сравнению с левым желудочком. Это может быть объяснено различиями в условиях нагрузки и податливостью стенки при более низкой постнагрузке в правом желудочке и доминированием продольных и косых волокон миокарда в свободной стенке RV. При дисфункции RV, продольные скорости RV уменьшаются, а градиент основание-к-верхушке имеет тенденцию к исчезновению (рис. 27).

Рис. 26. Скорости свободной боковой стенки RV (A) и продольной деформации (B), полученные с помощью цветной DTI у здорового человека. Обратите внимание на градиент основание-верхушка по скорости и градиент верхушка-основание по продольной деформации. Желтый = базальный; синий = средний; красный = верхушечный.

Рис. 27. Миокардиальные скорости (вверху) и продольная деформация (внизу) боковой свободной стенки RV, оцененные с помощью цветной DTI у здорового человека (слева) и у пациента с легочной гипертензией (справа). Хотя верхушечный (красный), средний (синий) и базальный (желтый) сегменты имеют подобный профиль скорости без какого-либо градиента основание-верхушка, апикальные и средние сегменты демонстрируют резкое снижение систолической деформации по сравнению с базальным сегментом у пациента с легочной гипертензией.

Значение систолической скорости трикуспидального кольца было изучено в широком диапазоне патологических состояний, таких как: легочная гипертензия, хроническая сердечная недостаточность, хроническая и острая легочная эмболия, системный склероз, заболевания коронарных артерий, врожденные заболевания сердца и различные виды кардиомиопатий (рис. 28).

Рис. 28. Миокардиальный профиль скорости трикуспидального кольца оценивали с помощью импульсного DTI у пациента с системным склерозом без легочной гипертензии (A) и развившаяся позже легочная гипертензия (B). Обратите внимание на увеличение продолжительности изоволюмической релаксации.

При этих патологических состояниях, систолическая скорость трехстворчатого бокового кольца и ранняя диастолическая скорость значительно меньше по сравнению со здоровыми людьми. У пациентов с сердечной недостаточностью, снижение систолической скорости трехстворчатого кольца связано с тяжестью дисфункции RV и является сильным предиктором клинического исхода. При системном склерозе и гипертрофической кардиомиопатии, субклинические изменения правого желудочка проявляются также снижением пиковой систолической и начальной диастолической скоростей трехстворчатого кольца и изменениями значения соотношения трехстворчатого кольца – E’ / a’.

Деформация миокарда

В отличие от более равномерного распределения деформационных свойств в левом желудочке, SR и значения деформации не так равномерно распределены в правом желудочке и имеют обратный градиент основание-к-верхушке, достигая наивысшего значения в верхушечных сегментах и выводном тракте (рис. 26В). Эта особенность может быть объяснена сложной геометрией тонкостенного, в форме полумесяца правого желудочка и менее однородным распределением региональной нагрузки на стенку, по сравнению с толстостенным и напоминающим форму пули левым желудочком.

Данные деформации и SR, полученные при DTI и STE могут быть использованы для оценки динамики RV и, как оказалось, являются легко воспроизводимыми и достаточно сопоставимыми. Деформация и SR хорошо коррелируют с радионуклидным исследованием фракции выброса EF RV. Пороговые значения систолической деформации и SR в базальном отделе свободной стенки RV – 25% и -4sec-1, с чувствительностью 81% и 85% и специфичностью 82% и 88%, соответственно, с возможностью прогнозирования EF RV > 50%.

У пациентов с патологией или дисфункцией RV, пиковая систолическая деформация и SR значительно снижены и имеют задержку, по сравнению с пациентами с нормальной функцией RV (Рис. 26B, 27 и 29).

Рис. 29. Продольную деформацию правого желудочка оценивали с помощью STE в апикальной четырехкамерной проекции у здорового пациента (А) и у больного с нарушенной функцией RV (B). GS, глобальная деформация.

Аномалии деформации и SR правого желудочка могут быть обнаружены при легочной гипертензии, а также при амилоидозе, врожденной сердечной патологии и аритмогенной кардиомиопатии RV. Значения деформации и SR, полученные при допплерографии могут способствовать определению небольших изменений в ответ на сосудорасширяющее лечение и обнаружению ранних признаков вовлечения RV в патологический процесс, связанный с гипертензией легочной артерии (рис. 27). Кроме того, доказана достаточная чувствительность для того, чтобы обнаруживать ранние изменения функции RV у пациентов с системным склерозом и нормальным легочным давлением. Измерение деформации может быть полезным для ранней диагностики дисфункции RV. Например, у бессимптомных детей с оперированной тетрадой Фалло, деформация RV уменьшается, если нарастает легочная недостаточность. Кроме того, в условиях периоперационноого динамического наблюдения за функцией RV, параметры деформации имеют преимущества перед М-режимом или параметрами, основанными на измерениях скорости, потому что деформация не зависит от возможных изменений в общей структуре движения сердца после перикардэктомии.

Недавнее исследование у пациентов с легочной гипертензией подтвердило обратную связь между давлением в RV и значениями продольной деформации свободной стенки RV. Кроме того, было выявлена значительная корреляция между давлением в RV и продольной деформацией перегородки, но не с деформацией боковой стенки, это предполагает, что продольные волокна не могут распространять воздействие давления RV в глубину левого желудочка. В противоположность этому, циркулярная деформация как в перегородке, так и боковой стенке LV, имела прямую связь с давлением в RV, что свидетельствует о том, что циркулярные волокна могут распространять факторы воздействия RV через левый желудочек.

Нерешенные проблемы и приоритеты научных исследований

Имеющийся опыт по применению STE для оценки функции RV ограничивается небольшими одноцентровыми исследованиями. Техника представляется целесообразной для проведения количественной оценки функции RV и помогает улучшить понимание патофизиологии различных заболеваний. Однако ее клиническое значение для обследования пациентов остается не доказанным.

Резюме и рекомендованные показания

Параметры скорости и деформации, полученные при DTI, как было продемонстрировано, могут быть надежными и полезными данными, особенно для обнаружения невыраженных аномалий и для оценки прогноза. Они были недавно предложены в качестве параметров, необходимых для динамического наблюдения за больными с легочной гипертензией. Миокардиальные скорости, записанные на уровне трикуспидального кольца, являются полезными для количественного определения продольного движения RV. Они обеспечивают полезной информацией с точки зрения количественного раннего выявление невыраженных нарушений миокарда и прогноза.

4.2. Левое предсердие

Левое предсердие выполняет четыре основные механические функции: фаза 1, резервуарная (накопление легочной венозной крови во время систолы LV); фаза 2, проводящая (прохождение крови в левый желудочек во время ранней диастолы); фаза 3, активная сократительная насосная (15% -30% наполнения LV в конце диастолы); и фаза 4, присасывающая (предсердия наполняется кровью вначале систолы). С помощью этих функций, левое предсердие модулирует наполнения LV. Расширение левого предсердия происходит в ответ на нарушения наполнения LV и, как следствие патологии митрального клапана и / или фибрилляции предсердий.

Функция LA может быть разделена на приблизительно экспоненциальное соотношение «давление-объем» во время резервуарной и проводящей фаз и цикл «давление-объем» против часовой стрелки во время сокращения предсердия и фазы всасывания. Любая комплексная оценка функции LA требует точного определения давления LA, которое может быть косвенно оценено только с помощью эхокардиографии. Усложняет ситуацию еще и тот факт, что (1) в отличие от левого желудочка, не существует никакой истинной изоволюмической фазы LA (потому что отверстия легочных вен всегда открыты), и (2) резервуарная функция определяется в большей степени функцией LV (опущением митрального кольца во время систолы), чем первичными свойствами LA. Пассивные и активные свойства LA могут быть охарактеризованы путем объединения 3D эхокардиографических объемов с инвазивными методами измерениями давления, в сочетании с изменениями условий нагрузки.

С помощью этого метода, определяется снижение систолического цикла LA во время циркулярной перевязки (которая индуцирует ишемию LA) артерии, но не включая левую переднюю нисходящую коронарную артерию (которая влияет только на левый желудочек). На региональном уровне, функция LA может быть принципиально описана с точки зрения отношений напряжение-деформация. Хотя определение деформации и стало более доступным с помощью эхокардиографии, не существует даже инвазивного способа оценки напряжения стенки. К счастью, из-за того, что левое предсердие тонкостенное, можно обоснованно приравнивать давление LA к напряжению стенки.

Глобальная и региональная функция левого предсердия

Функция LA в настоящее время оценивается с помощью измерений 2D объемов в LA, доплеровского анализа трансмитрального потока (пик и время скоростного интеграла скорости, фракция наполнения предсердия) и потока легочной вены (пик и продолжительности обратной скорости предсердия). Поскольку 2D эхокардиография ограничена использованием геометрических моделей и возможных ошибок из-за ракурса, она может недооценивать объем LA по сравнению с кардиальным магнитно-резонансным исследованием, в то время как доплеровская оценка функции LA и / или использование силы выброса LA, являються косвенными параметрами. Трехмерные методики измерения объема LA, которые не требуют геометрических моделей, могут точно оценить глобальную функцию LA. Акустическая количественная оценка, с автоматизированной методикой обнаружения границы, обеспечивает онлайн картину непрерывной области LA или его объем в течение времени, но полученные данные сильно зависят от настройки усиления, что приводит к большой вариабельности между исследователями и тест-ретест вариабельности.

Оба исследования и DTI, и 2D STE позволяют провести неинвазивную оценку глобальной функции LA и региональных значений деформации стенок LA. Двумерная STE также предоставляет кривые объема LA в течение одного сердечного цикла, из которых могут быть получены различные механические показатели LA, что позволяет провести прямую оценку эндокардиальной сократительной фукции LA и пассивной деформации. Две различных модальности предложены для количественного определения деформация предсердия при STE (рис. 30).

Рис. 30. Две разных модальности предлагаются для количественного определения региональной и глобальной предсердной деформации при 2D STE: (A) использование начала QRS в качестве точки отсчета и измерение положительного пика продольной деформации левого предсердия (LA) и (B) использование Р-волны в качестве исходной точки и измерение первого отрицательного пика продольной деформации LA (систола LA), второго положительного пика деформации LA (функции проведения LA), и их сумма.

Первый (в общей сложности 12 равноудаленных зон, шесть в апикальной четырехкамерной плоскости и шесть в апикальной двухкамерной плоскости) принимает в качестве точки отсчета начало QRS комплекса и измеряет положительный пик продольной деформации предсердий (в соответствии с полостью предсердия). Второй (в общей сложности 15 равноудаленных зон, шесть в апикальной четырехкамерной плоскости и шесть в апикальной двухкамерной плоскости и три в проекции задненижней стенки по длинной оси) использует P волну в качестве точки отсчета, позволяющую провести измерения первого отрицательного пика продольной деформации предсердий (соответствуют систоле предсердий), второго положительного пика деформации предсердий (соответствует проводящей фазе LA) и вычислить их сумму.

Нормальные значения

Нормальные значения деформации LA при двумерной speckle-tracking эхокардиографии были опубликованы недавно. При использовании 12-сегментной модели и в качестве точки отсчета начала комплекса QRS, средняя пиковая продольная деформация предсердий у 60  субъектов была 42.2±6.1 % (с 5 и 95 процентильным диапазоном 32,2 % -53,2 %). Средние значения положительного и отрицательного пика деформация были 23.2±6.7 % и 14.6±3.5 %, соответственно в 15-сегментной модели, которая использует Р-волну в качестве точки отсчета (64 здоровых субъекта).

Опубликованные выводы

Деформация и SR и ранняя диастолическая глобальная деформация снижается в 12 предсердных сегментах у пациентов с окклюдером межпредсердной перегородки по сравнению с контрольной группой. У больных с синусовым ритмом, которые подвергались либо кардиоверсии, либо катетерной абляции в связи с фибрилляцией предсердий, параметры скоростей и деформаций при цветной DTI были ниже по сравнению со здоровой группой контроля, но в группе после абляции была более выраженная региональная и глобальная дисфункция LA. С другой стороны, деформация LA была увеличена у пациентов с митральной регургитацией. Также показатели деформации и SR были использованы для обследования пациентов с фибрилляцией предсердий для оценки риска повторной фибрилляции предсердий после кардиоверсии. Трехмерная 3D цветная DTI, которая имеет преимущество одновременной регистрации SR в трех проекциях для сведения к минимуму вариаций ритма, была использована для того, чтобы продемонстрировать значительно более низкий пик SR у пациентов с артериальной гипертензией по сравнению с здоровой группой контроля и спортсменами. Подобно DTI, STE анализ глобального движения LA после чрескожного восстановления межпредсердного дефекта показал ожидаемый результат отсутствия деформации, которая измерялась в месте имплантации устройства. Снижение отрицательного LA SR является также независимым предиктором эпизодов пароксизмальной фибрилляции предсердий у пациентов с синусовым ритмом.

Региональная неоднородность деформации и SR значений LA отмечена у здоровых субъектов, с наибольшим значением в нижней стенке, по сравнению с серединой и верхними сегментами LA. Эта неоднородность подтверждается тем фактом, что значение SR нижней стенки LA, полученные при DTI исследовании, является одним из лучших предикторов сохранения синусового ритма после кардиоверсии фибрилляции предсердий, и что показатель деформации LA улучшается в большей степени на боковой стенке у пациентов, реагирующих на CRT.

Главное преимущество исследования деформации LA является его выполнимость, которая достаточно высокая как при цветной DTI, так и при STE (94% у 84 здоровых субъектов). Кроме того, STE имеет важное патофизиологическое значение, потому что пиковая глобальная позитивная деформация LA имеет сильную корреляцию (обратная зависимость) с инвазивным измерением конечного диастолического давления LV, с доплерографическими показателями трансмитрального потока, скоростями в легочных венах, объемы DTI и объемами LA.

Нерешенные проблемы и приоритеты научных исследований

Основная слабость измерений региональной деформации LA – это анатомическое расположение легочной вены, которое может препятствовать точной оценке базальных отделов LA, в частности, когда легочные вены расширены. Подобный искажающий эффект можно наблюдать в апикальной двукамерной проекции ушка LA, в частности, когда оно чрезвычайно большое.

Хотя региональная оценка функции LA может обеспечивать более подробной информацией о механике LA, ее значение в исследовании глобальной функциональной оценке LA еще не определено, и необходимы дополнительные исследования для того, чтобы выяснить этот вопрос. Кроме того, нормальные референтные значения для деформации LA, которые были опубликованы, были получены в относительно небольших группах пациентов и, таким образом, должны быть подтверждены на больших популяциях.

Резюме и рекомендованные показания

Показания для 2D STE левого предсердия включают региональную оценку LA у пациентов с диастолической дисфункцией, оценку свойств LA после фибриляции предсердий для прогнозирования сохранения синусового ритма, и оценку состояния после чрескожного восстановления межпредсердных дефектов. Кроме того, региональная деформация LA, очевидно, потенциально эффективна для идентификации пациентов с риском недостаточности левого предсердия или аритмии, а также оценки характеристик LA у пациентов с расширением LA неустановленного генеза. Тем не менее, в настоящее время, методика 2D STE левого предсердия не готова для клинического применения.

4.3. Правое предсердие

Если правый желудочек является «забытым желудочком», то правое предсердие пребывает в истинной неизвестности. Практически не существует эхокардиографических исследований, которые сосредоточены на оценке собственно механической функции RA, так как большинство исследований направлено на оценку среднего давления RA. Подобно левому предсердию, правое предсердие имеет три отдельных фазы: резервуарную (заполнение правого предсердия во время систолы желудочков), проводящую (прохождение крови в правый желудочек во время диастолы до Р-волны) и активного сокращения (систола предсердий). Таким образом, можно сказать, что правое предсердие имеет пассивную функциональную фазу RA (резервуарная плюс проводящая) и активную фазу сокращения.

Опубликованные выводы

Правому предсердию уделено скудное внимание с использованием новых методик тканевой доплерографии и исследования 2D деформации. Реализация этих новых методик проблематична из-за малой толщины стенки RA. В одном недавнем исследовании использовалась STE для оценки деформации свободной стенки RA у пациентов после CRT. Пациенты, которые ответили на CRT (что отражается в уменьшении > 15 % конечного систолического объема LV) имели меньшие размеры RA (13.2±4.4 против 19.7± 5,5 см2 / м2, Р <0,001) и более высокие значения деформации RA (40.2 ± 8.9% против 24.3 ± 10.2%, Р <0,001).

Резюме и рекомендованные показания

Очевидно, что необходимо провести большое количество исследовательской работы, прежде чем можно будет использовать измерения деформации RA для рутинного клинического использования.

5. ВЫВОДЫ

Этот документ отражает консенсус группы авторов, собранных совместно ASE и EAE, посвященный доступным методам обследования в настоящее время для оценки механики миокарда. Консенсус заключается в том, что методы, описанные в данном документе, в значительной мере способствуют столь необходимому процессу трансформации эхокардиографии из субъективного искусства интерпретации изображений в набор объективных диагностических инструментов. Хотя опубликованные результаты исследований и обеспечивает доказательную базу для потенциальных клинических применений этих методов при различных клинических ситуациях, группа авторов считает, что в большинстве областей, эта методика еще не готова к рутинной клинической практике. Консенсус постановил: что (1) необходимо дополнительное тестирование различных режимов для улучшения качества диагностической точности различных параметров и их воспроизводимости при различных патологических состояниях; (2) необходима стандартизация параметров, которые измеряются, и методики самого измерения; (3) стандартизация среди производителей оборудования имеет важное значение, так как врач должен иметь возможность интерпретировать данные, полученные с помощью различных устройств, независимо от поставщика. После того, как эти условия будут выполнены и большое эхокардиографическое сообщество получит необходимый опыт работы с этими методами, они станут неотъемлемой частью «панели инструментов» клинической эхокардиографии. Для проведения исследований рекомендуем использовать узи аппараты для кардиологии.