Визуализация скорости деформации - Википедия - Strain rate imaging
Визуализация скорости деформации | |
---|---|
Цель | измерение регионарной / глобальной деформации миокарда |
Визуализация скорости деформации это метод в эхокардиография (медицинский ультразвук ) для измерения региональной или глобальной деформации миокард (сердечная мышца). Термин «деформация» относится к изменению формы и размеров миокарда во время сердечного цикла. Если есть миокард ишемия, или был инфаркт миокарда в части сердечной мышцы, эта часть ослаблена и показывает уменьшенные и измененные систолический функция. Также в региональной асинхронности, как в межжелудочковая блокада, наблюдается региональная неоднородность систолической функции. С помощью визуализации скорости деформации можно отобразить и измерить одновременную функцию разных регионов. Метод был впервые основан на цвете тканевый допплер.[1] с помощью продольного миокардиального градиент скорости, уже используется трансмурально.[2] Позже региональная деформация была также доступна эхокардиография с отслеживанием спеклов,[3][4] оба метода имеют некоторые, но разные методологические недостатки. Однако оба метода собирают одни и те же данные (измерения могут несколько отличаться, однако зависят от метода), а также могут отображаться на одном и том же типе дисплея.
Суть визуализации деформации заключается в том, что пассивный сегмент миокарда, например, после инфаркта, может перемещаться из-за действия соседнего сегмента (привязка). Таким образом, смещение или скорость сегмента не говорят о функции этого сегмента. С другой стороны, визуализация деформации измеряет различия движения и скорости внутри сегмента, что эквивалентно деформации.
Базовые концепты
Напряжение средства Деформация, и определяется как относительное изменение длины. В Лагранжиан формула εL = (L-L0) / L0 = ΔL / L0, где L0 - базовая длина, а L - результирующая длина, определяет деформацию по отношению к исходной длине как безразмерную меру, где сокращение будет отрицательным, а удлинение будет положительным. Обычно выражается в процентах. Альтернативное определение, эйлерова деформация определяет деформацию по отношению к мгновенной длине: εE = ΔL / L. Для изменения с течением времени лагранжева деформация будет: εL = Σ ΔL / L0, и эйлерова деформация εE = Σ (ΔL / L). Этот термин впервые был использован Мирским и Пармли при описании региональных различий в деформации нормального и ишемического миокарда.[5]
Скорость деформации - скорость деформации. В ультразвуке обычно измеряется по градиенту скорости SR = (v2 - v1) / L где v2и v1 - скорости миокарда в двух разных точках, а L - мгновенное расстояние между ними. Таким образом, это эквивалентно разности скоростей на единицу длины (пространственная производная скорости) и имеет единицу s−1. Затем деформация интегрируется из скорости деформации. Однако этот метод позволяет определить скорость и деформацию Эйлера. Стало традиционным использование Градиент скорости, но при интегрировании скорости деформации она преобразуется в лагранжеву деформацию по формуле εL = eεE - 1.[6]
Деформация в трех измерениях: По сути, любой объект или тело трехмерны и могут одновременно деформироваться в разных направлениях. Деформацию можно описать как тензор с тремя главными деформациями (εИкс, εу и εz в Декартова система координат ) и шесть составляющих деформаций сдвига. В сердце принято описывать три основных компонента деформации как продольный (в направлении длинной оси желудочков), окружной (в направлении окружности желудочка) и трансмуральный (деформация поперек стенки). Трансмуральную деформацию также называют «радиальной», но это неудачно, поскольку в ультразвуке в целом термин радиальная описывает «в направлении ультразвукового луча»). Однако, поскольку сердечная мышца несжимаема, три основных напряжения должны уравновешиваться; ((εИкс+1) (εу+1) (εz+1) = 1).[7] Когда желудочек сокращается в систолу, происходит его продольное укорочение (отрицательная деформация), периферическое сокращение (отрицательная деформация) и трансмуральное (стенка) утолщение (положительная деформация). Благодаря этому, а также тому факту, что левый желудочек в нормальных условиях сокращается с относительно неизменным внешним контуром,[8][9] продольная деформация содержит основную информацию, в то время как трансмуральная деформация (утолщение стенки) является функцией укорочения стенки, толщины стенки и диаметра камеры, в то время как окружное сокращение в основном является функцией утолщения стенки. Клинически показано, что скорость продольной деформации и утолщение стенки диагностически эквивалентны.[10]
Методы
Визуализацию скорости деформации можно выполнить двумя принципиально разными методами.
Тканевый допплер
В Тканевый допплер Метод основан на цветном доплеровском режиме, который дает поле скорости с векторами скорости вдоль ультразвукового луча по всему сектору. Он измеряет градиент скорости между двумя точками вдоль ультразвукового луча с заданным расстоянием.[1] Это дает тот же результат, что и градиент скорости.[6] Этот метод был подтвержден экспериментально на механической модели,[11] в модели на животных,[12] и у пациентов на фоне эхокардиографии,[13] ишемическая ангиография [10] и MR [14][15]Метод ограничен одним направлением; вдоль ультразвукового луча, таким образом, может использоваться в основном через апикальное окно и только для измерения продольной деформации и скорости деформации. Он чувствителен к отклонению угла между вектором скорости (направлением движения) и ультразвуковым лучом, а также чувствителен к шуму, особенно к помехам. Он имеет высокое временное разрешение за счет относительно низкого поперечного пространственного разрешения.
Отслеживание пятен
Эхокардиография с отслеживанием спеклов основан на серой эхокардиографии (B-режим) и на том факте, что отраженное эхо от миокарда показывает спекл-паттерн, который представляет собой смесь небольших рассеиваний и интерференционных паттернов. паттерн является случайным, каждая область миокарда (называемая "ядро"), имеет уникальный спекл-узор, и что этот спекл-узор относительно стабилен, по крайней мере, от одного кадра к другому. Таким образом, перемещение ядра от одного кадра к другому можно отслеживать с помощью алгоритма поиска "наилучшего совпадения". Чаще всего используется "сумма абсолютных разностей ",[4] Показано, что он так же точен, как Взаимная корреляция.[16][17] Таким образом, метод отслеживает движение ядер от одного кадра к другому. По частоте кадров можно вычислить вектор скорости как по величине, так и по направлению. Исходя из этого, можно снова создать поле скоростей по всему сектору, как в случае тканевого допплера, и определить скорость деформации, а затем интегрировать деформацию. В качестве альтернативы деформацию можно измерить непосредственно по изменению расстояния между спеклами.[18][19] (что приводит непосредственно к лагранжевой деформации), и скорость деформации, полученная во времени (затем ее необходимо преобразовать в эйлерову скорость деформации). Методы отслеживания спеклов различаются в зависимости от некоммерческих и коммерческих систем. Было показано, что отслеживание спеклов сравнимо с деформацией, полученной с помощью тканевого доплера[20] и был подтвержден против MR [15][19][21]
Этот метод отслеживает независимо от направления луча и, таким образом, может отслеживать в двух измерениях. Также говорят, что он не зависит от угловой ошибки, присущей алгоритму Доплера. Однако, поскольку радиальное разрешение (вдоль луча) намного лучше, чем поперечное разрешение, которое также уменьшается с глубиной, как угловая независимость, так и возможность отслеживания по сектору ниже. Кроме того, вместо угловой зависимости результирующие значения деформации зависят от размера и формы ROI (интересующей области). Наконец, чтобы добиться качества отслеживания, в большинстве коммерческих приложений значения сглаживаются сглаживание сплайнов функционируют вдоль ROI, поэтому региональные измерения не являются чисто региональными, а, скорее, в некоторой степени сплайновыми функциями глобального среднего. Кроме того, этот метод имеет более низкую частоту дискретизации из-за ограниченной частоты кадров B-режима, что снижает достоверность отслеживания, особенно при высокой частоте пульса.
Отображать
Оба метода измеряют одни и те же физиологические явления (деформацию), и результаты в принципе могут отображаться одинаково.
Кривые
Наиболее распространенный способ - отображение кривых деформации и скорости деформации, как правило, динамики во время одного сердечного цикла. Каждая кривая будет представлять деформацию в одной области миокарда, но получение полного сектора позволяет отображать несколько кривых одновременно на одном изображении для сравнения.
Цветной дисплей
Значения деформации и скорости деформации могут быть уменьшены до изображений с цветовой кодировкой, где деформация или скорость деформации отображаются в виде цветов в полуколичественной параметрической визуализации. Это делает метод более надежным, но численные значения недоступны. С другой стороны, это может привести к лучшему пространственному разрешению. Чаще всего используются дисплеи «Бычий глаз» (реконструированный из нескольких апикальных плоскостей), который отображает все части левого желудочка одновременно, но только в один момент времени. Это полезно для средней или конечной систолической деформации. Неоднородная скорость деформации или деформация, представляющая области с пониженной сократимостью, часто очень заметны визуально.
Изогнутый анатомический M-режим[22] либо от одной стены, либо от обеих стен одновременно, дает пространственно-временную диаграмму деформации, показывающую как пространственные, так и временные неоднородности в деформации. Это наиболее полезно при применении к скорости деформации из-за быстрых сдвигов фазы, видимых на рисунке. Значения скорости деформации сводятся к полуколичественному визуальному отображению, но этот режим позволяет измерять время, а также глубину и лучше всего подходит для измерения пространственно-временного отношения.
Клиническое использование
Важным моментом является то, что визуализация скорости деформации является лишь частью комплексного эхокардиографического исследования. Как и все другие меры, измерения деформации имеют ограниченную точность и должны рассматриваться вместе с остальными результатами. Кроме того, знание подводных камней и артефактов конкретных методов является преимуществом. Однако эти методы предлагают уникальные способы визуализации региональной дисфункции, которые могут укрепить вывод.
Региональная функция
Нормальные значения деформации и скорости деформации были установлены исследованием HUNT.[23]
Инфаркт миокарда
При инфаркте миокарда ограниченная область сердечной мышцы имеет сниженную или полностью отсутствующую функцию. Было показано, что он не менее точен, чем эхокардиография в B-режиме.[10][13][24] Также было показано, что визуализация деформации полезна после восстановления инфаркта миокардиальной области, чтобы определить количество Оглушение миокарда против некроза.[25][26][27]
Ишемия миокарда
При стресс-эхокардиографии (см. Сердечный стресс-тест ) региональная дисфункция из-за ишемии станет очевидной, когда потребность миокарда в кислороде превысит Резерв коронарного кровотока стенозированной коронарной артерии. Было показано, что визуализация скорости деформации во время стресса дает дополнительную ценность по сравнению с обычной эхокардиографией, как диагностической.[28][29] и прогностический.[30] В стрессовом эхо повышенная частота пульса имеет недостаток отслеживания пятен из-за ограниченной частоты кадров, которая влияет на отслеживание при более высокой частоте пульса.
Желудочковая диссинхрония
В Блокада левой ножки пучка Гиса (LBBB) асинхронная активация левого желудочка также дает асинхронное сокращение. Эту асинхронность можно визуализировать с помощью обычной эхокардиографии.[31] Это также может быть продемонстрировано с помощью скорости ткани, но визуализация скорости деформации дополнительно продемонстрирует распределение асинхронности и демонстрацию количества неэффективной работы, выполняемой асинхронным желудочком. К сожалению, крупномасштабные исследования не смогли установить дополнительные критерии эхо для выбора Сердечная недостаточность пациенты с БЛНПГ, которые могут реагировать на Сердечная ресинхронизирующая терапия,[32] хотя небольшие исследования многообещающие[33]
Глобальная функция
В последующие годы глобальный штамм методом отслеживания спекл стал популярным как в глобальная функциональная мера. Он имеет преимущество перед Фракция выброса (EF), он показывает снижение сердечной функции также в гипертрофическом сердце с маленькими желудочками и нормальной фракцией выброса (HFNEF), что часто наблюдается при Гипертоническая болезнь сердца, Гипертрофическая кардиомиопатия и Стеноз аорты. EF не является чисто функциональным показателем, так как он также зависит от толщины стенок.[34] Также было показано, что он более чувствителен, чем EF.[35][36] Тем не менее, дополнительная диагностическая и прогностическая ценность измерения укорочения ЛЖ уже была показана для абсолютного показателя. [37][38][39][40]
Глобальное напряжение в основном Укорочение ЛЖ / конечная диастолическая длина ЛЖ, что означает, что это нормализация укорочения LV для размера сердца LV. Остается доказать, что это действительно дает дополнительную информацию.
Рекомендации
- ^ а б Heimdal A, Stoylen A, Torp H, Skjaerpe T. Получение изображений скорости деформации левого желудочка с помощью ультразвука в реальном времени. J Am Soc Echocardiogr 1998, ноябрь; 11 (11): 1013-19
- ^ Флеминг А.Д., Ся X, МакДикен В.Н., Сазерленд Г.Р., Фенн Л. Градиенты скорости миокарда, обнаруженные с помощью допплеровской визуализации. Б.Р. Радиол. Июль 1994; 67 (799): 679-88.
- ^ Бос Л.Н., Трэхи Г.Е. Новый метод независимой от угла ультразвуковой визуализации кровотока и движения тканей. IEEE Trans Biomed Eng. 1991 Март; 38 (3): 280-6.
- ^ а б Калузинский К., Чен Х, Емельянов С.Ю., Сковорода А.Р., О'Доннелл М. Визуализация скорости деформации с использованием двумерного отслеживания спеклов. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2001 июл; 48 (4): 1111-23.
- ^ Мирский I, Пармли WW. Оценка жесткости пассивной эластичности изолированной сердечной мышцы и неповрежденного сердца. Circ Res 1973; 33: 233-243.
- ^ а б Асбьёрн Стойлен. Скорость деформации. Визуализация левого желудочка с помощью ультразвука. Осуществимость, клиническая проверка и физиологические аспекты. NTNU 2001
- ^ Андреас Хеймдаль. Методы ультразвуковой визуализации на основе допплера для неинвазивной оценки жизнеспособности тканей, NTNU 1999.
- ^ Гамильтон ВФ, Ромпф Дж. Движения основания желудочка и относительное постоянство сердечного объема. Am J Physiol 1932; 102: 559-65.
- ^ Хоффман Э.А., Ритман Э.Л. Неизменный общий объем сердца в неповрежденной грудной клетке. Am J Physiol 1985; 249: 883-90.
- ^ а б c Стойлен А., Хеймдал А. Бьорнстад К., Висет Р., Вик-Мо Н., Торп Н., Ангелсен Б., Скьерпе Т. Визуализация скорости деформации с помощью ультразвука в диагностике ишемической болезни сердца. J Am Soc Echocardiogr 2000 Dec; 13 (12): 1053-64
- ^ Heimdal A, D’hooge J, Bijnens B, Sutherland G, Torp H. Подтверждение in vitro визуализации скорости деформации в плоскости, нового ультразвукового метода для оценки регионарной деформации миокарда на основе тканевой доплеровской визуализации. Эхокардиография 1998,15 (8 часть 2): S40. Абстрактный.
- ^ Урхейм С., Эдвардсен Т., Торп Х., Ангелсен Б., Смисет О.А. Напряжение миокарда по данным допплерэхокардиографии. Валидация нового метода количественной оценки региональной функции миокарда. Тираж 2000, 5 сентября; 102 (10): 1158-64
- ^ а б Стойлен А., Хеймдаль А., Бьорнстад К., Торп Х., Скьяерпе Т. Визуализация скорости деформации с помощью ультразвука в диагностике регионарной дисфункции левого желудочка. Эхокардиография, май 1999 г .; 16 (4): 321-9
- ^ Эдвардсен Т., Гербер Б.Л., Гарот Дж., Блумке Д.А., Лима Дж.А., Смисет О.А. Количественная оценка внутренней региональной деформации миокарда с помощью допплеровской эхокардиографии со скоростью деформации у людей: проверка по сравнению с трехмерной меченой магнитно-резонансной томографией. Тираж. 2 июля 2002; 106 (1): 50-6
- ^ а б Чо Г.Й., Чан Дж., Леано Р., Струдвик М., Марвик Т.Х. Сравнение двухмерных спеклов и деформации на основе скорости ткани и подтверждение с помощью магнитно-резонансной томографии с гармонической фазой. Am J Cardiol 2006; 97: 1661-6
- ^ Insana MF, Wagner RF, Garra BS, Momenan R, Shawker TH. Методы распознавания образов для оптимизации многомерных сигнатур тканей в ультразвуковой диагностике. Ультразвуковая визуализация. Июль 1986; 8 (3): 165-80
- ^ Бос Л.Н., Фримель Б.Х., Трэхи Г.Э. Экспериментальные профили скорости и объемный поток с помощью двумерного спекл-трекинга. Ультразвук Med Biol. 1995; 21 (7): 885-98.
- ^ Ингул CB, Torp H, Aase SA, Berg S, Stoylen A, Slordahl SA. Автоматический анализ скорости деформации и деформации: возможность и клиническое значение. J Am Soc Echocardiogr. 2005 Май; 18 (5): 411-8.
- ^ а б Амундсен Б.Х., Кросби Дж., Стин П.А., Торп Х., Слордаль С.А., Стойлен А. Региональная деформация миокарда по длинной оси и скорость деформации, измеренные с помощью различных методов тканевой допплерографии и эхокардиографии с отслеживанием спеклов: сравнение с магнитно-резонансной томографией с метками. Eur J Echocardiogr. 2009 Март; 10 (2): 229-37
- ^ Modesto KM, Cauduro S, Dispenzieri A, Khandheria B, Belohlavek M, Lysyansky P, Friedman Z, Gertz M, Abraham TP. Параметры деформации, полученные из двумерной акустической картины, тесно коррелируют с одномерными измерениями деформации тканей, полученными с помощью допплеровского анализа. Eur J Echocardiogr. 2006 август; 7 (4): 315-21
- ^ Хелле-Валле Т., Кросби Дж., Эдвардсен Т., Лизегген Э, Амундсен Б. Х., Смит Х. Дж., Розен Б. Д., Лима Дж. А., Торп Х., Илен Х., Смисет О. А.. Новый неинвазивный метод оценки вращения левого желудочка: спекл-трекинг-эхокардиография. Тираж. 2005, 15 ноября; 112 (20): 3149-56
- ^ Бродин Л.А., ван дер Линден Дж., Ольстад Б. Эхокардиографические функциональные изображения, основанные на информации о скорости движения тканей. Герц 1998, 23: 1183-1199
- ^ Дален Х., Торстенсен А., Аасе С.А., Ингул С.Б., Торп Х., Ваттен Л.Дж., Стойлен А. Сегментарная и глобальная продольная деформация и скорость деформации на основе эхокардиографии 1266 здоровых людей: исследование HUNT в Норвегии. Eur J Echocardiogr. 2010 Март; 11 (2): 176-83. Epub 2009 28 ноября.
- ^ Фойгт Ю.Ю., Арнольд М.Ф., Карлссон М., Хабберт Л., Кукульски Т., Хатл Л., Сазерленд Г.Р. Оценка уровня региональной продольной деформации миокарда, полученная на основе показателей допплеровской визуализации миокарда в нормальном и инфарктном миокарде.J Am Soc Echocardiogr. 2000 июн; 13 (6): 588-98.
- ^ Ингул CB, Стойлен А, Слордахл С.А. Восстановление оглушенного миокарда при остром инфаркте миокарда количественно с помощью визуализации скорости деформации: клиническое исследование. J Am Soc Echocardiogr. 2005 Май; 18 (5): 401-10.
- ^ Weidemann F, Wacker C, Rauch A, Bauer WR, Bijnens B, Sutherland GR и др. Последовательные изменения функции миокарда во время острого инфаркта миокарда, в ранней и хронической фазе после коронарного вмешательства, описанные с помощью ультразвуковой визуализации скорости деформации. J Am Soc Echocardiogr 2006; 19: 839-47
- ^ Ingul CB, Malm S, Refsdal E, Hegbom K, Amundsen BH, Støylen A. Восстановление функции после острого инфаркта миокарда, оцененное по деформации тканевого допплера и скорости деформации. J Am Soc Echocardiogr. 2010 Апрель; 23 (4): 432-8
- ^ Фойгт Ю.Ю., Экснер Б., Шмидехаузен К., Хухзермейер К., Ройльбах Ю., Никсдорф Ю., Платч Г., Куверт Т., Даниэль В. Г., Флахскампф Ф. А. Визуализация скорости деформации во время стресс-эхокардиографии с добутамином дает объективные доказательства индуцибельной ишемии. Тираж. 2003; 107: 2120-6.
- ^ Ingul CB, Stoylen A, Slordahl SA, Wiseth R, Burgess M, Marwick TH. Автоматический анализ деформации миокарда при стресс-эхокардиографии с добутамином: ангиографическая проверка. J Am Coll Cardiol. 2007, 17 апреля; 49 (15): 1651-
- ^ Бьорк Ингул Ц., Розис Э., Слордаль С.А., Марвик TH. Дополнительное значение визуализации скорости деформации для анализа движения стенок для прогнозирования исхода у пациентов, которым проводится стресс-эхокардиография с добутамином. Циркуляция. 2007 13 марта; 115 (10): 1252-9
- ^ Диллон Дж. К., Чанг С., Фейгенбаум Х. Эхокардиографические проявления блокады левой ножки пучка Гиса. Циркуляция. 1974 Май; 49 (5): 876-80
- ^ Чунг Э.С., Леон А.Р., Тавацци Л., Сан Дж. П., Нихояннопулос П., Мерлино Дж., Абрахам В. Т., Гио С., Леклерк К., Бакс Дж. Дж., Ю. К. М., Горчан Дж. 3-й, Сент-Джон Саттон М., Де Саттер Дж., Мурильо Дж. Результаты исследования предикторов ответа на CRT (PROSPECT). Тираж. 20 мая 2008 г .; 117 (20): 2608-16
- ^ Рисум Н., Джонс С., Олсен Н.Т., Фриц-Хансен Т., Бруун Н.Е., Хойгаард М.В., Валер Н., Кронборг М.Б., Киссло Дж., Согаард П. Анализ простого регионального деформирования для прогнозирования ответа на сердечную ресинхронизирующую терапию: обоснование, первоначальные результаты и преимущества. Am Heart J. 2012 апр; 163 (4): 697-704
- ^ Maciver DH. Новый метод количественной оценки систолической функции левого желудочка с использованием скорректированной фракции выброса. Eur J Echocardiogr. 2011 Март; 12 (3): 228-34
- ^ Gjesdal O, Hopp E, Vartdal T, Lunde K, Helle-Valle T, Aakhus S, Smith HJ, Ihlen H, Edvardsen T. Глобальная продольная деформация, измеренная с помощью двумерной эхокардиографии с отслеживанием спекл, тесно связана с размером инфаркта миокарда при хронической ишемии. болезни сердца. Clin Sci (Лондон). 2007 сентябрь; 113 (6): 287-96
- ^ Eek C, Grenne B, Brunvand H, Aakhus S, Endresen K, Hol PK, Smith HJ, Smiseth OA, Edvardsen T., Skulstad H. Эхокардиография натяжения и индекс движения стенки позволяют прогнозировать окончательный размер инфаркта у пациентов с не-сегментом ST. элевационный инфаркт миокарда. Circ Cardiovasc Imaging. Март 2010; 3 (2): 187-94
- ^ Willenheimer R, Cline C, Erhardt L, Israelsson B. Смещение левого желудочка в атриовентрикулярной плоскости: эхокардиографический метод для быстрой оценки прогноза сердечной недостаточности. Сердце 1997; 78: 230-36
- ^ Нагу С.Ф., Бачински Л.Л., Мейер Д., Хилл Р., Зогби В.А., Там Дж. В., Киньонес М.А., Робертс Р., Мариан А.Дж. Допплерография тканей неизменно выявляет аномалии миокарда у пациентов с гипертрофической кардиомиопатией и предоставляет новые средства для ранней диагностики до и после независимо от гипертрофии. Тираж. 10 июля 2001; 104 (2): 128-30
- ^ Ballo P, Barone D, Bocelli A, Motto A, Mondillo S. Продольная систолическая дисфункция левого желудочка является независимым маркером сердечно-сосудистого риска у пациентов с артериальной гипертензией. Am J Hypertens. 2008 сентябрь; 21 (9): 1047-54
- ^ Свеэльв Б.Г., Олофссон Е.Л., Андерссон Б. Функция продольной оси желудочков имеет большое значение для длительного выживания пациентов с сердечной недостаточностью. Сердце. Март 2008; 94 (3): 284-9
дальнейшее чтение
внешняя ссылка
Книги
Сазерленд; Hatle; Клаус; D'hooge; Bijnens (2006) Doppler Myocardial Imaging. BSWK, Бельгия. ISBN 978-90-810592-1-3
Марвик; Ю; Sun (2007) Визуализация миокарда: тканевый доплер и отслеживание спеклов. Вили-Блэквелл. ISBN 978-1-4051-6113-8