Автори: Jaydev K. Dave, Maureen E. Mc Donald, Praveen Mehrotra, Andrew R. Kohut, John R. Eisenbrey, and Flemming Forsberga
Вступ
З декількох методів візуалізації, доступних сьогодні для візуалізації серця, переваги, пов’язані з УЗД, включають візуалізацію в режимі реального часу, візуалізацію біля ліжка хворого (в місці надання медичної допомоги), економічну ефективність і візуалізацію без використання іонізуючого випромінювання. Вартість інших методів візуалізації серця перевищує вартість 2D-ехокардіографії в 3,1-14,0 рази, тоді як вартість катетеризації правого і лівого серця, часто виконуваної для отримання діагностичної інформації, вище майже в 20 разів. Згідно з останніми даними Американської кардіологічної асоціації, близько 92,1 мільйона американців (більше ніж 1 з 3 американців) страждають принаймні від одного типу серцево-судинних захворювань. У всьому світі серцево-судинні захворювання є основною причиною смерті (близько 31% всіх світових смертей).
Як динамічний циклічний насос, який здатний реагувати і пристосовуватися до мінливих вимог кровотоку і умов тиску, вимірювання характеристик і функціональних параметрів серцевого м’яза стає клінічно значущим для оцінки серцевої недостатності та ішемії міокарда. Порушення в податливості серцевого м’яза під час стадії наповнення серцевого циклу (діастоли) викликають діастолічну дисфункцію і серцеву недостатність із збереженою фракцією викиду. Порушення насосної здатності серця під час скорочення серцевого м’яза в серцевому циклі (систола) викликають систолічну серцеву недостатність, також відому як серцева недостатність зі зниженою фракцією викиду.
Беручи до уваги переваги, що надаються ультразвуковою візуалізацією і тягарем серцево-судинних захворювань, технологічні досягнення розширили роль ультразвуку в візуалізації серця. Ця стаття послужить оглядом деяких з цих останніх технологічних досягнень в області ультразвукового дослідження серця, включаючи тканинну доплерографію, візуалізацію деформації міокарда, контрастну ехокардіографію, тривимірну ехокардіографію, тривимірну об’ємну оцінку кровотоку.
Тканинна доплерографія (TDI)
Протягом більше 50 років, з тих пір як Сатомура в 1950-х роках вперше виконав перші вимірювання руху, а також кровотоку в серці, в Японії, клінічне використання ультразвукової візуалізації значно розширилося. У той час як ультразвукові сканери виявляли ехо-сигнали, розсіяні з крові, на основі ефекту Доплера, тільки в кінці 1980-х років концепція тканинної доплерографії (TDI) для ехокардіографії мала роль. Звичайні доплерівські системи покладаються на фільтри верхніх частот для отримання високочастотних сигналів низької амплітуди, викликаних кровотоком, але шляхом інвертування обробки сигналів TDI використовує фільтри нижніх частот, щоб ізолювати низькочастотні сигнали високої амплітуди, пов’язані з рухом міокарда, в зокрема, поздовжньому компоненті скорочення міокарда.
Тканинна доплерографія виконується з використанням імпульсної хвилі або колірного кодування. TDI з імпульсною хвилею безпосередньо вимірює миттєву швидкість тканини в межах невеликого (1-5 мм) обсягу вибірки, в той час як TDI з колірним кодуванням дозволяє проводити одночасний огляд всього колірного блоку, але вимагає пост-обробки. Обидва ці режими засновані на імпульсному принципі Доплера, але відрізняються один від одного в залежності від розміру області, з якої виконуються вимірювання швидкості, а також від того, як обчислюються і відображаються підсумкові значення. Консенсусні заяви від ряду ехокардіографічних товариств по всьому світу рекомендують кількісні оцінки TDI для оцінки систолічної та діастолічної функції лівого шлуночка (ЛШ) і правого шлуночка (ПШ), тиску наповнення ЛШ і шлуночкової диссинхроніі, а також для моніторингу лікування пацієнтів.
Протягом серцевого циклу імпульсний сигнал TDI містить три піки, що відповідають піковим швидкостям міокарда під час систоли (s ‘, що позначають скорочення міокарда), ранню діастолу (e’, що позначає розслаблення міокарда) і пізню діастолу (а ‘, що позначає активне скорочення передсердя) (Зобр. 1). Крім того, можуть бути ідентифіковані ізоволюметричні піки скорочення і розслаблення. Нормальні значення TDI імпульсної хвилі для s ‘, e’ і a ‘можна знайти в літературі. Кількісні вимірювання TDI можуть бути використані для характеристики глобальної та регіональної функції міокарда і можуть забезпечити прогностичні маркери для ряду серцевих захворювань, включаючи ішемічну хворобу серця, серцеву недостатність і хвороби клапанів серця.
Зображення 1: Кольорові доплерівські криві відображаються зліва після обробки зображення. a ‘= пізня діастолічна швидкість і s’ = систолічна швидкість; пік після s ‘і перед e’ відповідає піку в фазі ізоволюмічної релаксації, а пік після a’ і перед s’ відповідає піку в фазі ізоволюмічного скорочення).
Обмеження
При використанні імпульсного TDI тільки один обсяг вибірки може бути оброблений за один раз, що робить процедуру трудомісткою. Хоча колірне кодування TDI швидше, оскільки дозволяє порівнювати кілька сегментів міокарда одночасно, він вимагає постобробки для компенсації змін кута і набагато більш схильний до кутовим помилок. Швидкості TDI, отримані при кутах, що перевищують 20 ° (тобто кут падіння, що перевищує 20 °), не є надійними.
Оцінка деформації міокарда
Оцінка деформації міокарда – це метод ультразвукового дослідження серця для оцінки деформації міокарда або дрібної зміни довжини сегмента міокарда. За останні кілька десятиліть інтереси в оцінці параметрів, зокрема деформації і еластичності, пов’язаних з деформацією міокарда, розвивалися від методів, які використовують імплантовані маркери серця, до методів оцінки деформації на основі неінвазивної візуалізації з використанням магнітно-резонансної томографії (МРТ), комп’ютерної томографії ( КТ) або УЗД. Інтерес до візуалізації деформацій виникає з здатності розуміти регіональну і глобальну серцеву механіку і оцінювати ранню субклінічну дисфункцію ЛШ, яка не може бути адекватно описана більш стандартними параметрами, такими як фракція викиду ЛШ. Деформація міокарда є результатом скорочення і розслаблення волокон серцевого м’яза в поздовжньому, окружному і радіальному напрямках протягом серцевого циклу. Тому вимірювання деформацій міокарда, як правило, проводяться уздовж цих трьох осей, що призводить до поздовжньої деформації, окружної деформації і радіальної деформації щодо певного моменту в серцевому циклі. На відміну від швидкості міокарда, деформація менш схильна до впливу сусідніх областей і умов навантаження. Для оцінки напруги, пов’язаної з деформаціями міокарда, використовуються дві ультразвукові методики: TDI, як обговорювалося в попередньому розділі, і ехокардіографія з відстеженням спеклів (STE Speckle Tracking Echo).
Speckle Tracking Echo
Дозволяє оцінити зміщення області інтересу і, отже, надати оцінку деформації і її швидкості (Зобр. 2). Цей метод, однак, обмежений можливістю руху спекл через площину і тому є найбільш надійним для поздовжньої і окружної (а не радіальної) деформації. Проблема переміщення в площині може бути подолана за допомогою 3D STE, яка дозволяє одночасно вимірювати глобальні і регіональні поздовжні, кругові і радіальні деформації. Як 2D, так і 3D STE, однак, вимагають такої якості зображення, щоб морфологічні деталі міокарда можна було відстежувати від одного кадру до іншого. Нарешті, 3D STE іноді обмежується не оптимальними часовою і просторовою роздільною здатністю, але удосконалення в технологіях ультразвукового датчика і формування променя тривають для подолання цих проблем.
Зображення 2: Поздовжня деформація за допомогою 2D ехокардіографії з відстеженням спеклів показана на верхівкової чотирикамерній проекції зліва вгорі. Карта «яблучко», що показує індивідуальні значення поздовжньої деформації для всіх сегментів міокарда з накладенням кольору і глобальною поздовжньою деформацією, показана в правому верхньому куті. Криві поздовжньої деформації для шлуночкових сегментів в 4D вигляді показані внизу.
Контрастна ехокардіографія
Хоча ехокардіографія є найбільш часто використовуваним методом візуалізації для оцінки структури і функції серця, приблизно 20% цих досліджень можуть бути не оптимальними. Субоптимальна якість зображення послужила каталізатором для розробки комерційних контрастних ультразвукових агентів на основі мікропухирців, які сприяють поліпшенню взаємодії тканин з кров’ю. Комерційні контрастні агенти були спеціально сконструйовані таким чином, щоб мікропухирці були досить маленькими (<8 мкм), і проходили через капіляри в легенях і досягали лівої частини серця.
У порівнянні з м’язами, рідина, така як кров, зазвичай виглядає безеховою (тобто чорною) на ультразвуковому зображенні, оскільки еритроцити не розсіюють ультразвукові імпульси так сильно, як тканина. Однак, коли ультразвук взаємодіє з мікропухирцями, він змушує їх коливатися (тобто стискатися і розширюватися), тим самим збільшуючи зворотне розсіювання ультразвукового променя. Зворотне розсіювання підсилює ехогенність області, заповненої кров’ю, що полегшує візуалізацію таких цілей, як стінки ЛШ (Зобр. 3). Фарбування ЛШ дає можливість більш точної кількісної оцінки розміру ЛШ і систолічної функції шляхом оцінки обсягів камери і ФВ. Вимірювання обсягу з 2D і 3D КЕ помірно узгоджуються з МРТ. Надійність вимірювань функції ЛШ особливо важлива для людей, які потребують серійного тестування, таких як ті, хто отримує кардіотоксичну хіміотерапію.
Зображення 3: Межі ендокарда погано візуалізуються без контрасту (угорі ліворуч). Контрастні мікропухирці скаламутили лівий шлуночок, покращуючи обриси кордонів ендокарда (вгорі праворуч). Папілярний м’яз (біла стрілка), нормальна внутрішньосерцева структура, окреслена контрастом. Контраст забезпечує чітку візуалізацію апікального тромбу (стрілка; внизу зліва) і апикальної пухлини (внизу праворуч). Наявність судинного каналу і посилення контрастом допомагають диференціювати апікальну пухлину від апікального тромбу.
3D ехокардіографія
Тривимірна (3D) ехокардіографія є значним прогресом в області ультразвукового дослідження серця і стала визнаним інструментом для оцінки структури і функції серця. «Тривимірна ехокардіографія в реальному часі» (в якій датчик залишається нерухомим) стала можливою на початку 1990-х років з розробкою датчиків з матрицею (які містять до 3000 п’єзоелементів) і розвитком технології паралельної обробки. У той час як тривимірна ехокардіографія обмежена нижчими просторовою і часовою роздільною здатністю в порівнянні з двомірною ехокардіографією і специфічними для 3D артефактами, цей метод дозволяє розглядати структури і патологію серця з унікальних, «схожих на життя» перспектив, які в іншому випадку були б неможливі.
Методи тривимірної ехокардіографії
У сучасних системах тривимірної ехокардіографії в реальному часі пірамідальний або об’ємний набір даних отримують з використанням трансторакального або трансезофагального датчика з підтримкою 3D. Розмір об’єму позначається бічною (азимут) і висотною площинами і глибиною збору. Сюди входять різні режими:
- режим вузького кута (приблизно 30 × 60 градусів),
- режим масштабування або збільшення (приблизно 30 × 30 градусів)
- «Повний обсяг» або ширококутний режим (приблизно 90 × 90 градусів).
Тривимірна ехокардіографія також може бути інтегрована з кольоровим доплером у всіх трьох режимах. Через меншу часову роздільну здатність 3D-зображень зі збільшенням розміру обсягу та / або додаванням кольорового доплера, часова роздільна здатність може бути покращена (> 30 Гц) за допомогою електрокардіографічного режиму «multi-beat», при якому кілька субоб’ємів з декількох серцевих циклів об’єднуються, щоб створити єдиний об’ємний набір даних.
Тривимірні зображення ехокардіографії можуть відображатися в декількох форматах після отримання зображення (Зобр. 4). Найбільш часто використовуваний метод відображення – це «рендеринг обсягу», при якому окремі вокселі поліпшуються, щоб створити сприйняття глибини для глядача. Ці зображення можуть бути обрізані і орієнтовані в уявлення, які найкраще показують область інтересу і їх просторове відношення до оточуючих структурам. «Багатоплощинна реконструкція» – це метод томографічної візуалізації, при якому з двовимірного набору даних одночасно візуалізуються кілька 2D-видів (сагитальна, корональна і поперечна площині). Нарешті, «рендеринг поверхні» – це згенероване комп’ютером твердотільне або каркасне зображення поверхні тривимірної структури, яке зазвичай створюється за допомогою ручного або напівавтоматичного відстеження структури, такої як мітральний клапан.
Зображення 4: Панель a (вгорі): об’ємна візуалізація, що показує провід в лівому шлуночку під час транскатетерної заміни аортального клапана (зліва); рендеринг поверхні каркаса, накладений на багатоплощинні двомірні зображення лівого шлуночка (посередині); і візуалізація кольору лівого шлуночка з колірним кодуванням, де кожен колір представляє окремий шлуночковий сегмент (праворуч). Панель b (внизу): об’ємна візуалізація мітрального клапана, що зображає випадання мітрального клапана в задній частині (ліворуч); візуалізація поверхні мітрального клапана з градаціями кольору, що представляють ступінь випадання щодо кільцевої площині (посередині); і об’ємна візуалізація з кольоровим доплером, що зображає важку мітральну регургітацію через пролапс мітрального клапана (праворуч).
Висновок
З урахуванням досягнень, підсумованих в вищенаведеному огляді, пов’язаних з тканинною доплерографією, деформаційною візуалізацією, контрастною ехокардіографією, тривимірною ехокардіографією, ультразвукова візуалізація швидко змінює область візуалізації серця. Переваги, запропоновані ультразвуковою візуалізацією в поєднанні з кроками по стандартизації ультразвукових маркерів, будуть відігравати важливу роль у вирішенні питань охорони здоров’я, пов’язаних з серцево-судинними захворюваннями.
14.10.2019
Григорій Коваленко