Въведение в теорията и практиката на тъканната доплер ехокардиография

Д-р Сотир Марчев

Медицински университет – София, Катедра Вътрешни болести, Клиника по кардиология

 

Ехокардиографията се развива като преминава от ранните си стадии на субективни и качествени оценки към количествени и обективни интерпретации[1]. Това налага въвеждането на нови методи за по-точна оценка на регионалната и глобалната левокамерна функция.

Тъканната Доплер ехокардиография е въведена като метод за количествена оценка на миокардната функция чрез тъканните скорости и засега резултатите са обещаващи[2].

I.   Технология на тъканната доплер ехокардиография

През 1989 г. Isaaz и съавтори регистрира скоростите на движение на задната стена на лявата камера с пулсов доплер. През 1994, G. R. Sutherland и съавтори и Yamazaki и съавтори въвеждат цветно кодираната тъканна Допрер ехокардиография21. Днес възможностите за тъканната Доплер ехокардиография се вграждат стандартно в ехокардиографските апарати от висок клас.

Пулсовата и цветната Доплер ехокардиография регистрират скоростите на движение както на кръвта, така и на стените.

При традиционната Доплер ехокардиография се отчита движещата се кръв, която се разпознава апаратно по това, че отразения от нея Доплеров сигнал е с висока скорост (обикновено се измерва в метри за секунда) и слаб интензитет. Сигналите от миокардните стени са с ниска скорост (обикновено се измерват в сантиметри за секунда) и силен интензитет, и при традиционната Доплер ехокардиография се потискат от апарата.

При тъканната Доплер ехокардиография, обратно, се потискат сигналите от движещата се кръв и се изобразяват сигналите от стените.

Фиг. 1. Тъканната доплер ехокардография регистрира скоростта на движение на сърдечните стени, разпознавайки отразения от тях сигнал по по-ниската му скорост и по-висока амплитуда

II.               Видове – цветна, M-mode и пулсова

При цветната тъканна доплер ехокардиография движенията на миокарда се кодират в обичайната цветова схема, позната от цветния доплер на кръвотока. Нейното предимство е, че се визуалидират едновременно различни части на миокарда. Сърдечният цикъл може да се запише върху цифров носител и по-късно (off-line) да се измерят скоростите на миокарда в един и същ момент на различни места. Основен недостатък на цветната тъканна доплер ехокардиография е ниската времева разрешителна способност (броят кадри в секунда е малък, тъй като машината се нуждае от време за да обработи всички точки във всеки кадър). Един от подходите да се подобри времевата разрешителна способност е да се използва по-малък прозорец  - например само междукамерния септум.

Фиг. 2. Цветна тъканна Доплер ехокардиография

Ако пуснем M-mode по един лъч върху цветната тъканна доплер ехокардиография получаваме цветна M-mode тъканна доплер ехокардиография. Нейното предимство е, че времевата разрешителна способност е вече по-добра, а недостатъкат й е, че дава информация само за един лъч.

Пулсовата тъканна доплер ехокардиография е един от най-полезните мощни видове тъканен доплер. Предимството й е че дава детайлна информация за движенията на миокарда, а недостатъкът й е че във един момент се изследва само една точка (един пробен обем).

Непрекъсната (continuous) тъканна доплер ехокардиография не се използва в практиката, тъй като скоростите на миокарда са ниски и винаги максималната скорост може да бъде измерена с пулсов доплер.

III.            Лонгитудинална функция на лявата камера

Скоростите на миокарда през сърдечния цикъл са сума от:

·        контракцията (съкращението) на миокарда

·        сърдечната транслация (преместване) – движението на сърцето в гръдния кош

·        ротация (завъртане) – движението на сърцето около дългата му ос

·        торзия (усукване) – нееднакво ротационно движение на сърцето[3].

Скоростите на миокарда имат три съставки (Фиг. 3):

·        радиална (напречна),

·        циркумферентна (обиколна) и

·        лонгитудинална (надлъжна)4.

Фиг. 3. Левокамерната функция се анализира в три взаимно перпендикулярни посоки – лонгитудинална, радиална и циркумферетна[4].

Нормалната левокамерна функция зависи от координираната дейност на надлъжните и циркумферентно (екваториално) ориентираните мускулни фибри. Съкращението по дългата ос започва 25 msec преди съкращението по късата ос. Лонгитудиналните фибри са предимно субендокардно и поради това са по-чувствителни към исхемия[5].

Лонгитудиналната функция може да бъде значително намалена, докато радиалната остава непроменена, а дори може и да е компенсаторно повишена. Например в здравите хора с възрастта настъпва леко намаление на лонгитудиналното скъсяване, което се съпровожда с леко повишение на радиалното скъсяване21.

Външният обем на сърцето остава относително постоянен през систола и диастола (Фиг. 4). Сърцето изпомпва кръвта без значимо разместване на съседните на него структури поради това, че помпената му дейност се дължи на базално – апикални движения на атриовентрикуларните пръстени. Това има реципрочен ефект върху камерите и предсърдията. Предсърдията се пълнят по време на камерната систола, а камерното пълнене е за сметка на намаляване на обема на предсърдията. Сравнително постоянния общ външен обем на сърцето минимизира работата на сърцето, увеличавайки процента от работата за придвижване на кръвта и намалява работата за придвижване на съседните структури (напр. белия дроб)6. Епикардната част на апекса е почти стационарна спрямо гръдната стена през сърдечния цикъл. Движенията й са под 1mm при М – mode измервания от апикален прозорец. Докато върхът е стабилна точка, съседните стени задебеляват и ендокардът им се придвижва навътре през систолата, облитерирайки върха на левокамерната кухина и формирайки нов ендокарден апекс. Този новосформиран ендокарден апекс се изгражда главно от трабекули.

Фиг. 4. Схема на помпената функция на сърцето, илюстрираща постоянния общ сърдечен обем, движението на базата към и от върха и реципрочните обеми на камерата и предсърдието[6].

IV.            Регистриране и нормална пулсова крива

За оценка на глобалната левокамерна функция пробният обем се локализира върху митралния клапен пръстен, а за оценка на регионалната функция – върху съответния миокарден сегмент.

Регистрират се скоростите на движение на митралния клапен пръстен с пулсов тъканен доплер от апикална позиция. От апикален четири кухинен срез се регистрират скоростите от латералната и септалната страна на митралния клапен пръстен. От апикален двукухинен срез се регистрират скоростите от предната и долната му страна.

Фиг. 4. Схема на четирите места на митралния клапен пръстен, използвани за регистрацията на скоростите му на движение.

За доброто позициониране на пробния обем при пулсовата тъканна доплер ехокардиография се използва преди това цветна доплер тъканна ехокардиография.

За научни изследвания обикновено се измерват и четирите участъка на митралния клапен пръстен, но за целите на ежедневната практика за оценка на левокамерната функция, ако не се виждат груби регионални нарушения на кинетиката, се предпочита да се измери само латерално от апикален четирикухинен срез. Това  се предпочита пред регистрацията на движенията на септума, тъй като върху него може да се отрази състоянието на дясната камера.

Нормалната пулсова крива при тъканна доплер ехокардиография има две систолни и три диастолни вълни.

В началото на систолата има един пик (spike), който вероятно се дължи на изоволуметричната контракция (през тази фаза обемът на сърцето е постоянен, но не и формата му). Тъй като не всички автори21 са единодушни за произходът му, той се обозначава с неангажиращото S1. След него следва основната систолна контракция, обозначавана с S2.

През диастолата има три вълни – първата е през фазата на изоволуметричната релаксация и се обозначава с IVR. Обикновено в патологични състояния в тази диастолна фаза се регистрира не нормалното удължаване, а парадоксално скъсяване – постсистолно скъсяване (postsystolic shortening – PSS)[7],[8].

Следват E вълната при ранното (early), бързо пълнене на лявата камера и A вълната от донапълването на камерите от предсърдното съкращение. Обикновено към означенията Е и А се слага индекс m (от миокард) или а (от анулус), за да се различават от същите вълни на трансмитралния кръвоток, които се пишат без индекс.

Оценката чрез двуразмерна ехокардиография се базира на движенията на ендокарда и се ограничава от лошото съотношение сигнал-към-шум в пациенти с лош ехографски образ. Доплеровият сигнал има по-ниско съотношение сигнал-към-шум спрямо двуразмерните ултразвукови данни и е по-лесно да се регистрира дори при болни с лош ехографски прозорец1. В някои проучвания1,[9] само 2,8% от изследваните сегменти на миокарда при поредни, неселектирани пациенти, не са могли да бъдат оценени с тъканна доплер ехокардиография. Това е съществено предимство на тази нова технология спрямо другите ехографски подходи, при които се изисква добра визуализация на ендокарда по цялото му протежение.

Фиг. 6. Пулсов тъканен доплер на неисхемичен участък на миокада. Тъй като пациентката е над 50 години поради нормалните възрастови промени в миокарда Еm е по-малка от Аm.

V.               Клинично приложение

Тъканната доплер ехокардиография се използва за оценка на диастолната, систолната и регионалната функции на миокарда.

Диастолната функция. Тя обикновено се оценява по Еm вълната – колкото тя е по-ниска, толкова диастолната функция е по-увредена (Фиг. 7).

•         Разпознаване на псевдонормалния трансмитрален кръвоток: Тъканната доплер ехокардиография позволява да се разграничи нормалния от псевдонормалния трансмитрален кръвоток – при първия Еm е непроменена (обикновено над 7-8 cm/sec), а при втория е намалена (под 7-8 cm/sec )[10].

 

•         Оценка на левопредсърдното налягане. Формулата:

Пулмокапилярно (левопредсърдно) налягане= (E/Ea x 1.25) + 1.9

позволява въз основа на измерване на Е вълната от трансмитралния кръвоток и Еa вълната от тъканния доплер да се оцени налягането на пълнене на лявата камера. E/Ea > 10 е 95% сензитивно и 82% специфично за  средно левопредсърдно налягане > 15 mmHg[11]. Тъй като във формулата не се използва A вълната, тя е валидна и при липса на синусов ритъм, както и при тахикардия[12]. За практически цели обикновено се използва приближението

Пулмокапилярното (левопредсърдното) налягане= (E/Ea x 1.3) + 2

•         Ранна диагноза на хипертрофична кардиомиопатия. При генетичен дефект водещ до хипертрофична кардиомиопатия нарушението на  лонгитудиналната функция на лявата камера предшества появата на левокамерна хипертрофия. Това позволява ранна диагноза[13],[14].

•         Разграничаване между физиологична и патологична хипертрофия (спортно сърце или хипертрофична кардиомиопатия). И при двата вида хипертрофия радиалната (напречната) функция на лявата камера може да е нормална или хиперконтрактилна, но при патологичната хипертрофия лонгитудиналната функция е редуцирана, за разлика от физиологичната хипертрофия[15].

 

•         Разграничаване между рестриктивна кардиомиопатия и констриктивен перикардит. Тези две състояния имат сходна клиника, но различна терапия – рестриктивната кардиомиопатия се третира медикаментозно, а констриктивния перикардит – оперативно. Тъканната доплер ехокардиография позволява тяхното разграничаване – при рестриктивна кардиомиопатия (която е болест на миокарда) е намалена миокрадната Еm вълна. При констриктивния перикардит Em вълната обикновено е непроменена[16],[17],[18].

 

Оценка на систолната функция.  За нея обикновено се съди по S2 вълната – колкото тя е по-висока, толкова систолната функция е по-добра (Фиг. 7). При пациенти с лош ехографски прозорец, когато от апикална позиция се визуализира само митралния клапен пръстен, тъканната доплер ехокардиография позволява по S2 вълната да се ориентираме за систолната функция. Използва се и за ранна диагноза на вторичните кардиомиопатии – ендокринна, вкл. и диабетна, алкохолна и др.

Фиг. 7. Промени в пулсовия тъканен доплер при различни заболявания.

 

Оценка на регионалната функция:

•         Локализиране на допълнителната проводна връзка при WPW-синдром

С цветна тъканна доплер ехокардиография на напречен срез под нивото на атриовентрикуларните клапи може да се локализира мястото на допълнителното снопче при WPW – синдром. То е там, където се появява цвят по време на делта вълната в електрокардиограмата[19]. Тази предварителна ориентация с тъканна доплер ехокардиография спестява време в електрофизиологичната лаборатория при търсенето на допълнителното проводно снопче.

 

 

•         Обективизиране на нарушенията на кинетиката при ИБС

Традиционните ехокардиографски критерии за наличие на ИБС се базират на установяване на регионална дисфункция, проявяваща се чрез:

·        регионално забавяне на движенията на миокарда,

·        разлики в амплитудата и посоката на движенето на левокамерната стена,

·        регионалните характеристиките на задебеляване и изтъняване на стената.

За съжаление тази интерпретация има следните ограничения:

·        базира се на субективно визуално разпознаване на аномалиите в кинетиката и задебеляването на стените,

·        отчита се качествено или полуколичествено чрез точкова оценка на движението на различните сегменти,

·        силно зависи от качеството на двуразмерния ехокардиографски образ;

·        всичко това води до лоша репродуцируемост и до

·        нужда от продължително обучение[20].

Проучванията показват, че човешкото око може да разграничи само тези промени във времето на регионалните събития, които превишават 89 msec при наблюдение на отделен образ и над 70 msec, когато патологичния образ е съседен до нормалния образ[21].

Тъканната доплер ехокардиография позволява количествена, обективна оценка на нарушенията на кинетиката, скъсява времето на обучение и е  ефективна и при лош ехографски образ. При нея се установява в исхемичните зони нарушена диастолна функция (понижена Em вълна), нарушена систолна функция (понижена S2 вълна) и поява на постистолно скъсяване (PSS)[22]. Оказва се че исхемичният миокард, който не е успял да се съкрати през фазата на изтласкването поради високото налягане в лявата камера, се съкращава през фазата на изоволуметричната релаксация, когато налягането в лявата камера се понижи[23]. Наличието на постсистолно скъсяване, особено когато то е голямо спрямо S2, говори за вероятна исхемия.

Фиг. 8. Пулсов тъканен доплер в исхемичен миокарден участък (постсистолното съкращение е над половината на S2)

 

•         Избор на пациенти за ресинхронизираща терапия

Пробният обем на пулсовия тъканен доплер се поставя в различни участъци на миокарда. Измерва се времето от Q-вълната на ЕКГ до S1 вълната от тъканна доплер ехокардиография. Ако началото на систолното съкращение в различни части на миокарда се различава с повече от 70 msec пациентът е индициран за ресинхронизираща терапия. Оптимално е електродът, пейсиращ лямата камера, да се постави на мястото, където систолното съкращение започва най-късно (а не да се постави погрешно на мястото на най-голямата дискинезия).

 

VI.            Производни параметри – strain и strain rate

 С тъканната доплер ехокардиография се регистрират скоростите на миокарда, които са сума от съкращението, транслация, ротацията и торзията на сърцето. Опит да се оцени само миокардната активност се прави с изчисляване на скоростта на напрягане (strain rate). Тя представлява разликата в скоростите на две точки, разделена на разстоянието между тях. Разликата в скоростите зависи само от контракцията или релаксацията на миокарда между тях, тъй като двете точки се движат еднакво с цялото сърце. Ако скоростта на напрягане се интегрира по време се получава самото напрягане (strain).

 

 Целта на тези изчисления е да се определи дали един участък от миокарда се съкращава (и отпуска) сам или бива носен пасивно от околните здрави части на миокарда. При цветовото кодиране на резултатите, участъците които нямат собствена активност се оцветяват в зелено. Машините, които могат да изчисляват скоростта на напрягане и напрягането, имат и M-mode по извита крива (curved M-mode), чрез който се проследяват промените през сърдечния цикъл. Инфарктните зони остават постоянно зелени.

Фиг. 9. Изчисляване на скоростта на напрягане

 

Фиг. 10. Апикален миокарден инфаркт. Докато базално е налице червен цвят по време на миокардната контракция и син цвят по време на Е и А вълната, то апикално има само зелен цвят, говорещ за инфарциране.

 

Фиг. 11. Базален миокарден инфаркт. Чрез скоростта на напрягане (горния ред) инфарктът  може да бъде разпознат, докато само чрез тъканните скорости (долния ред) – не.

Адрес за кореспонденция:

Доц. д-р Сотир Марчев

e-mail: sotir@4xm.com

Интернет страница: www.4xm.com

VII.        Книгопис


 

[1] Garcia M.J. A step closer in the quest for reliable quantification in echocardiography. European Journal of Echocardiography. 2003; 4:1-2.

[2] Edvardsen T, Urheim S, Skulstad H at al. Quantification of left ventricular systolic function by tissue Doppler echocardiography: added value of measuring pre- and postejection velocities in ischemic myocardium. Circulation 2002;105:2071-2077.

[3] Otto, Catherine M. Echocardiographic evaluation of left and right ventricular systoloc function. in  Otto, Catherine M. Textbook of clinical echocardiography – 2nd ed. Saunders 2000; p. 112.

[4]Hooge J, F. Weidemann, L. Barrios. Doppler tisular: principios fνsicos y aplicaciσn clνnica. Rev Argent Cardiol 2002; 70: 143-151.

[5] Duncan AM, CA O`Sullivan, GS Carr-White, DG Gibson, MY Henein: Long axis electromehanics during dobutamine stress in patients with coronary artery disease and left ventricular disfunction. Heart 2001; 86:397-404.

[6] Wandt B. Long-axis contraction of the ventricules: A modern approach, but described already by Leonardo da Vinci. J Am Soc Echocardiogr 2000; 13: 699-706.

[7] Skulstad H, Edvardsen T, Urheim S, Rabben SI, Stugaard M, Lyseggen E, Ihlen H, Smiseth OA.: Postsystolic shortening in ischemic myocardium: active contraction or passive recoil? Circulation 2002;106:718-24.

[8] Galderisi M, Cicala S, Sangiorgi G, Caso P, de Divitiis O. Tissue Doppler-derived postsystolic motion in a patient with left bundle branch block: a sign of myocardial wall asynchrony. Echocardiography 2002;19:79-81.

[9] Kowalski M., L. Herbots, F. Weideman, C. Dommke, P. Mertens, L. Mortelmans и сътр. The potential value of ultrasound deformation measurement in differentiating regional ischemic substrates during dobutamin stress echocardiography. European Journal of Echocardiography. 2003; 4:23-28.

[10] Quiρones M.A., C.M. Otto и сътр.: Recommendations for Quantification of Doppler Echocardiography: A Report From the Doppler Quantification Task Force of the Nomenclature and Standards Committee of the American Society of Echocardiography. J Am Soc Echocardiogr; 2002; 15:167-184.

[11] Nagueh SF, Middleton KJ, Kopelen HA, Zoghbi WA, Quinones MA. Doppler tissue imaging: a noninvasive technique for evaluation of left ventricular relaxation and estimation of filling pressures. J Am Coll Cardiol 1997; 30: 1527-1533.

[12] Nagueh SF, Mikati I, Kopelen HA et al. Doppler estimation of left ventricular filling pressure in sinus tachycardia. A new application of tissue doppler imaging. Circulation 1998; 98: 1644-1650.

[13] Nagueh SF, Bachinski LL, Meyer D et al. Tissue Doppler imaging consistently detects myocardial abnormalities in patients with hypertrophic cardiomyopathy and provides a novel means for an early diagnosis before and independently of hypertrophy. Circulation 2001; 104: 128-130.

[14] B.J.Maron, W.J.McKenna et al. ACC/ESC clinical expert consensus document on hypertrophique cardiomyopathy.. European Heart Journal. 2003; 24:1-27.

[15] Vinereanu D, Florescu N, Sculthorpe N et al. Differentiation between pathologic and physiologic left ventricular hypertrophy by tissue Doppler assessment of long-axis function in patients with hypertrophic cardiomyopathy or systemic hypertension and in athletes. Am J Cardiol 2001; 88: 53-58.

[16] Garcia MJ, Rodriguez L, Ares M et al. Dif ferentiation of constrictive pericarditis from restrictive cardiomyopathy: assessment of left ventricular diastolic velocities in longitudinal axis by Doppler tissue imaging. J Am Coll Cardiol 1996; 27: 108-114.

[17] Oki T, Tabata T, Yamada H, Abe M, Onose Y, Wakatsuki T, et al. Right and left ventricular wall motion velocities as diagnostic indicators of constrictive pericarditis. Am J Cardiol 1998; 81: 465-470.

[18] Arnold MF, Voigt JU, Kukulski T, Wranne B, Sutherland GR, Hatle L. Does atrioventricular ring motion always distinguish constriction from restriction? A Doppler myocardial imaging study. J Am Soc Echocardiogr 2001; 14: 391-395.

[19] Kazuaki Nakayama, Kunio Miyatake, Norio Tanaka et al. Application of tissue doppler imaging technique in evaluating early ventricular contraction associated with accessory atrioventricular pathways in Wolff-Parkinson-White syndrome. Am Heart J 1998; 135:99-106.

[20] Picano E, Lattanzi F, Orlandini A, Marini C, L’Abbate A. Stress echocardiography and the human factor: the importance of being expert. J Am Coll Cardiol 1991;17:666–669.

[21] Hatle L., Sutherland G. R. The Grunzig lecture: Regional muocardial function – a new approach. European Heart Journal.  2000; 21:1337-1357.

[22] Edvardsen T, Aakhus S, Endresen K, Bjomerheim R, Smiseth OA, Ihlen H. Acute regional myocardial ischemia identified by 2-dimensional multiregion tissue Doppler imaging technique. J Am Soc Echocardiogr 2000; 13: 986-94.

[23] Pislaru C, Belohlavek M, Bae RY, Abraham TP, Greenleaf JF, Seward JB. Regional asynchrony during acute myocardial ischemia quantified by ultrasound strain rate imaging. J Am Coll Cardiol 2001; 37: 1141-1148.