נחישותם לא פולשנית של מערבולת זמן היווצרות באמצעות הושט אקוקרדיוגרפיה במהלך ניתוח לב
Summary
אנו מתארים את פרוטוקול כדי למדוד זמן היווצרות מערבולת, אינדקס של החדר השמאלי מילוי יעילות, תוך שימוש בטכניקות אקוקרדיוגרפיה הושט רגיל אצל חולים שעברו ניתוח לב. אנו מיישמים בטכניקה זו כדי לנתח מערבולת זמן היווצרות במספר קבוצות של חולים עם לב פתולוגיות שונות.
Abstract
זרימת דם-המסתם-הדו-טרנס—צניפי מייצרת תלת מימדי גוף הסיבוב של נוזל, המכונה טבעת מערבולת, זה משפר את היעילות של שמאל חדרית (LV) מילוי לעומת מטוס לינארית רציפה. פיתוח טבעת מערבולת לרוב לכמתו מערבולת היווצרות הזמן (VFT), פרמטר שהוא מבוסס על הפליטה נוזל מכל צינור קשיח. הקבוצה שלנו מעוניינת גורמים שמשפיעים על LV מילוי יעילות במהלך ניתוח לב. בדו ח זה, אנו מתארים כיצד להשתמש מימדי סטנדרטי (2D) של דופלר אקוקרדיוגרפיה הושט (טי) להפיק noninvasively המשתנים הדרושים לחישוב VFT. אנו מחשבים מילוי פרפור שבר (β) של מהירות-זמן אינטגרלים של מילוי LV מוקדם-המסתם-הדו-טרנס—צניפי, סיסטולה פרפור זרימת דם ואת מהירות הנמדדים בתצוגה טי ארבע-הקאמרית אמצע-הוושט. נפח פעימה (SV) מחושבת בהתאם התוצר של הקוטר של המסלול יצוא LV נמדד תצוגת ציר זמן אמצע-הוושט טי וקבעה האינטגרל מהירות-זמן של זרימת הדם דרך במסלול יצוא בתצוגה transgastric עמוק באמצעות הדופק-גל דופלר. לבסוף, קוטר הדו-צניפי (ד) נקבע כממוצע של ראשיות ומשניות ציר אורכי נמדד bicommissural אמצע-הוושט אורתוגונלית ו ציר זמן הדמיה מטוסים, בהתאמה. VFT לאחר מכן מחושב כמו × × (1-β) 4 (πD3). השתמשנו בטכניקה זו כדי לנתח VFT במספר קבוצות של חולים עם מומים לבביים שונות. אנו נדון שלנו היישום של טכניקה זו מגבלות אפשריות, גם לסקור את התוצאות שלנו עד כה. מדידה לא פולשנית של VFT באמצעות טי וסופן ומורדמת חולים שעברו ניתוח לב. הטכניקה עשוי לאפשר מרדימים לב ומנתחים להעריך את ההשפעה של מצבים פתולוגיים והתערבויות כירורגיות ב LV מילוי יעילות בזמן אמת.
Introduction
מכניקת הזורמים הוא דטרמיננטה קריטי אך לעיתים קרובות לא מוערך של החדר השמאלי מילוי (LV). תלת מימדי גוף הסיבוב של נוזל, המכונה טבעת מערבולת, נוצרת כאשר נוזל שחוצה של דיזה1,2,3. טבעת מערבולת זו משפרת את היעילות של תחבורה נוזל לעומת סילון לינארית רציפה4. תנועת הדם דרך המסתם במילוי LV מוקדם גורם טבעת מערבולת ליצור5,–6,–7,–8 ומקל את הפצת אל החדר על ידי שמירה על המומנטום נוזלים, אנרגיה קינטית9. פעולות אלה שפר LV מילוי יעילות4,10,11,12,13. הטבעת לא רק מעכב את זרימת הדם במיכלי LV איפקס14,15,16,17 אך גם מכוונת את זרימת מעדיפים מתחת העלון המסתם הדו-צניפי קדמי7, 18, אפקטים להקטין את הסיכון של היווצרות הפסגה כגון וכדי להקל על מילוי של זרימה החוצה LV מסלול19, בהתאמה. ניגודיות אקוקרדיוגרפיה17, וקטור דופלר זרימה מיפוי6,20,21, דימות תהודה מגנטית7ו חלקיקים הדמיה velocimetry9,22 23, ,24 שימשו כדי להדגים את המראה וההתנהגות של מערבולת המסתם הדו הטרנס-צניפי טבעות בתנאים נורמליים ופתולוגיים. מעבר הצבע השמאלי לחץ פרפור-LV, מידת הדיאסטולי טיול טבעתי המסתם הדו-צניפי, הלחץ המינימלי LV במהלך diastole, ואת שיעור מידת ההרפיה LV הם הגורמים העיקריים ארבע של משך, גודל, עוצמת הזרימה, המיקום של טבעת המסתם הדו הטרנס-צניפי2,12,25,26,27,28,29.
פיתוח טבעת מערבולת לרוב לכמתו פרמטר שהוא (מערבולת היווצרות הזמן; VFT) מבוסס על הפליטה נוזל מכל צינור קשיח3, איפה VFT מוגדר התוצר של המהירות נוזלים זמן ממוצע ומשך הוצאה מחולק הקוטר דיזה. הגודל האופטימלי של טבעת מערבולת מושגת כאשר VFT 4 במבחנה כי נגררים מטוסי ואת המגבלות אנרגטי למנוע ממנה להשיג3,גודל גדול4. הדו-צניפי VFT יש כבר לקרב את ערכיהן קלינית באמצעות אקו אקו8,30,31. בהתבסס על ניתוח של מהירות זרימת הדם המסתם הדו הטרנס-צניפי, קוטר הדו-צניפי (D), זה יכול להיות בקלות שמוצג8 הזה VFT = 4 × (1-β) × EF × α3, שבו β = מילוי פרפור שבר, EF = שבריר פליטה LV, וα = EDV1/3/D, איפה EDV = נפח סוף דיאסטולי. שבריר פליטה הוא היחס בין נפח פעימה (SV) ו EDV, המאפשר את המשוואה הזו להיות פשוטה כדי VFT = 4 × × (1-β) (πD3). מכיוון VFT הוא שהוא (נפח/נפח), אינדקס זה מאפשר השוואה ישירה בין חולים בגדלים שונים ללא התאמת שטח משקל או גוף8. טווחים VFT אופטימלי בין 3.3 5.5 לנסיינים בריאים8ותוצאות הן עקביות ביחס לאלה שהתקבלו בדינמיקה של נוזלים-מודלים-3,–32. VFT הוצגה להיות ≤ 2.0 בחולים עם הפונקציה סיסטולית מדוכא LV, ממצאים נתמכים גם על ידי תחזיות תיאורטיות8. הפחתות VFT חזה באופן עצמאי התחלואה והתמותה בחולים עם אי ספיקת לב30. כדי להקטין את VFT כבר הראו גם מוגברות LV afterload33מחלת אלצהיימר34, חריג הדיאסטולי19, החלפת המסתם מקורית עם תותבת35 . מדידה של VFT עשויה להיות שימושית לזיהוי stasis זרימת דם או פקקת אצל חולים עם אוטם אקוטי36,37.
הקבוצה שלנו מעוניינת גורמים שמשפיעים על LV מילוי יעילות במהלך ניתוח לב38,39,40,41. אנו משתמשים אקוקרדיוגרפיה הושט דו מימדי, דופלר סטנדרטי (טי) להפיק noninvasively המשתנים הנדרשים לחישוב VFT. בדו ח זה, אנו מתארים מתודולוגיה זו בפירוט, לסקור את הממצאים שלנו עד כה.
Protocol
Representative Results
Discussion
התוצאות הנוכחי ממחישים כי ניתן למדוד באופן מהימן VFT במהלך ניתוחי לב, תוך שימוש בטכניקות טי המתואר כאן. תיאורים קודמות של VFT פעם אקו אקו במקצועות בהכרה, אבל לא יכול להיות מנוצל בגישה זו כאשר החזה פתוח. השתמשנו טי פוסט ניתוחית כדי לקבוע VFT של anesthetized חולים שעברו ניתוח לב במהלכו לשינויים LV מילוי d…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
חומר זה הוא התוצאה של עבודה נתמכת עם משאבים ושימוש במתקני במרכז קלמנט ג’יי Zablocki ותיקי לענייני הרפואי במילווקי, ויסקונסין.
Materials
| Echocardiography Machine | Philips Ultrasound, Bothall, WA | iE33 | |
| Transesophageal Echocardiography Probe | Philips Ultrasound, Bothall, WA | X7-2t | |
| Statistical Software | AnalystSoft, Walnut, CA | StatPlus:mac Pro |
References
- Collier, E., Hertzberg, J., Shandas, R. Regression analysis for vortex ring characteristics during left ventricular filling. Biomedical Sciences Instrumentation. 38 (2), 307-311 (2002).
- Kheradvar, A., Gharib, M. Influence of ventricular pressure drop on mitral annulus dynamics through the process of vortex ring formation. Annals of Biomedical Engineering. 35 (12), 2050-2064 (2007).
- Gharib, M., Rambod, E., Shariff, K. A universal time scale for vortex ring formation. Journal of Fluid Mechanics. 360 (1), 121-140 (1998).
- Krueger, P. S., Gharib, M. The significance of vortex ring formation to the impulse and thrust of a starting jet. Physics of Fluids. 15 (5), 1271-1281 (2003).
- Reul, H., Talukder, N., Muller, W. Fluid mechanics of the natural mitral valve. Journal of Biomechanics. 14 (5), 361-372 (1981).
- Kim, W. Y., et al. Two-dimensional mitral flow velocity profiles in pig models using epicardial Doppler echocardiography. Journal of the American College of Cardiology. 24 (2), 532-545 (1994).
- Kilner, P. J., et al. Asymmetic redirection of flow through the heart. Nature. 404 (6779), 759-761 (2000).
- Gharib, M., Rambod, E., Kheradvar, A., Sahn, D. J., Dabiri, J. O. Optimal vortex formation as an index of cardiac health. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 103 (16), 6305-6308 (2006).
- Rodriguez Munoz, D., et al. Intracardiac flow visualization: current status and future directions. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 14 (11), 1029-1038 (2013).
- Martinez-Legazpi, P., et al. Contribution of the diastolic vortex ring to left ventricular filling. Journal of the American College of Cardiology. 64 (16), 1711-1721 (2014).
- Dabiri, J. O., Gharib, M. The role of optimal vortex formation in biological fluid transport. Proceedings of the Royal Society B. 272 (1572), 1557-1560 (2003).
- Kheradvar, A., Gharib, M. On mitral valve dynamics and its connection to early diastolic flow. Annals of Biomedical Engineering. 37 (1), 1-13 (2009).
- Linden, P. F., Turner, J. S. The formation of "optimal" vortex rings, and the efficiency of propulsion devices. Journal of Fluid Mechanics. 427 (1), 61-72 (2001).
- Domenichini, F., Pedrizzetti, G., Baccani, B. Three-dimensional filling flow into a model left ventricle. Journal of Fluid Mechanics. 539 (1), 179-198 (2005).
- Sengupta, P. P., et al. Left ventricular isovolumic flow sequence during sinus and paced rhythms: new insights from use of high-resolution Doppler and ultrasonic digital particle imaging velocimetry. Journal of the American College of Cardiology. 49 (8), 899-908 (2007).
- Rodriguez Munoz, D., et al. Flow mapping inside a left ventricular aneurysm: a potential tool to demonstrate thrombogenicity. Echocardiography. 31 (1), E10-E12 (2014).
- Son, J. W., et al. Abnormal left ventricular vortex flow patterns in association with left ventricular apical thrombus formation in patients with anterior myocardial infarction: a quantitative analysis by contrast echocardiography. Circulation Journal. 76 (11), 2640-2646 (2012).
- Kheradvar, A., Falahatpisheh, A. The effects of dynamic saddle annulus and leaflet length on trans-mitral flow pattern and leaflet stress of a bileaflet bioprosthetic mitral valve. The Journal of Heart Valve Disease. 21 (2), 225-233 (2012).
- Kheradvar, A., Assadi, R., Falahatpisheh, A., Sengupta, P. P. Assessment of trans-mitral vortex formation in patients with diastolic dysfunction. Journal of the American Society of Echocardiography. 25 (2), 220-227 (2012).
- Chen, R., et al. Assessment of left ventricular hemodynamics and function of patients with uremia by vortex formation using vector flow mapping. Echocardiography. 29 (9), 1081-1090 (2012).
- Hendabadi, S., et al. Topology of blood transport in the human left ventricle by novel processing of Doppler echocardiography. Annals of Biomedical Engineering. 41 (12), 2603-2616 (2013).
- Sengupta, P. P., Pedrizetti, G., Narula, J. Multiplaner visualization of blood flow using echocardiographic particle imaging velocimetry. Journal of the American College of Cardiology Cardiovascular Imaging. 5 (5), 566-569 (2012).
- Sengupta, P. P., et al. Emerging trends in CV flow visualization. Journal of the American College of Cardiology Cardiovascular Imaging. 5 (3), 305-316 (2012).
- Hong, G. R., Kim, M., Pedrizzetti, G., Vannan, M. A. Current clinical application of intracardiac flow analysis using echocardiography. Journal of Cardiovascular Ultrasound. 21 (4), 155-162 (2013).
- Kheradvar, A., Milano, M., Gharib, M. Correlation between vortex ring formation and mitral annulus dynamics during ventricular rapid filling. American Society for Artificial Internal Organs Journal. 53 (1), 8-16 (2007).
- Hong, G. R., et al. Characterization and quantification of vortex flow in the human left ventricle by contrast echocardiography using vector particle image velocimetry. Journal of the American College of Cardiology Cardiovascular Imaging. 1 (6), 705-717 (2008).
- Zhang, H., et al. The evolution of intraventricular vortex during ejection studied by using vector flow mapping. Echocardiography. 30 (1), 27-36 (2013).
- Nogami, Y., et al. Abnormal early diastolic intraventricular flow ‘kinetic energy index’ assessed by vector flow mapping in patients with elevated filling pressure. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 14 (3), 253-260 (2013).
- Zhang, H., et al. The left ventricular intracavity vortex during the isovolumic contraction period as detected by vector flow mapping. Echocardiography. 29 (5), 579-587 (2012).
- Poh, K. K., et al. Left ventricular filling dynamics in heart failure: echocardiographic measurement and utilities of vortex formation time. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 13 (5), 385-393 (2012).
- Belohlavek, M. Vortex formation time: an emerging echocardiographic index of left ventricular filling efficiency?. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 13 (5), 367-369 (2012).
- Dabiri, J. O., Gharib, M. Starting flow through nozzles with temporally variable exit diameter. Journal of Fluid Mechanics. 538 (1), 111-136 (2005).
- Jiamsripong, P., et al. Impact of acute moderate elevation in left ventricular afterload on diastolic trans-mitral flow efficiency: analysis by vortex formation time. Journal of the American Society of Echocardiography. 22 (4), 427-431 (2009).
- Belohlavek, M., et al. Patients with Alzheimer disease have altered trans-mitral flow: echocardiographic analysis of the vortex formation time. Journal of Ultrasound in Medicine. 28 (11), 1493-1500 (2009).
- Pedrizzetti, G., Domenichini, F., Tonti, G. On the left ventricular vortex reversal after mitral valve replacement. Annals of Biomedical Engineering. 38 (3), 769-773 (2010).
- Martinez-Legazpi, P., et al. Stasis mapping using ultrasound: a prospective study in acute myocardial infarction. Journal of the American College of Cardiology Cardiovascular Imaging. 11 (3), 514-515 (2018).
- Harfi, T. T., et al. The E-wave propagation index (EPI): a novel echocardiographic parameter for prediction of left ventricular thrombus. Derivation from computational fluid dynamic modeling and validation on human subjects. International Journal of Cardiology. 227 (1), 662-667 (2017).
- Pagel, P. S., Boettcher, B. T., De Vry, D. J., Freed, J. K., Iqbal, Z. Moderate aortic valvular insufficiency invalidates vortex formation time as an index of left ventricular filling efficiency in patients with severe degenerative calcific aortic stenosis undergoing aortic valve replacement. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 30 (5), 1260-1265 (2016).
- Pagel, P. S., Gandhi, S. D., Iqbal, Z., Hudetz, J. A. Cardiopulmonary bypass transiently inhibits intraventricular vortex ring formation in patients undergoing coronary artery bypass graft surgery. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 26 (3), 376-380 (2012).
- Pagel, P. S., Hudetz, J. A. Chronic pressure-overload hypertrophy attenuates vortex formation time in patients with severe aortic stenosis and preserved left ventricular systolic function undergoing aortic valve replacement. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 27 (4), 660-664 (2013).
- Pagel, P. S., Dye, L., Boettcher, B. T., Freed, J. K. Advanced age attenuates left ventricular filling efficiency quantified using vortex formation time: a study of octogenarians with normal left ventricular systolic function undergoing coronary artery surgery. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 32 (4), 1775-1779 (2018).
- Shanewise, J. S., et al. ASE/SCA guidelines for performing a comprehensive intraoperative multiplane transesophageal echocardiography examination: recommendations of the American Society of Echocardiography Council for Intraoperative Echocardiography and the Society of Cardiovascular Anesthesiologists Task Force for Certification in Perioperative Transesophageal Echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 12 (10), 884-900 (1999).
- Gaspar, T., et al. Three-dimensional imaging of the left ventricular outflow tract: impact on aortic valve area estimation by the continuity equation. Journal of the American Society of Echocardiography. 25 (7), 749-757 (2012).
- Karamnov, S., Burbano-Vera, N., Huang, C. C., Fox, J. A., Shernan, S. A. Echocardiographic assessment of mitral stenosis orifice area: a comparison of a novel three-dimensional method versus conventional techniques. Anesthesia and Analgesia. 125 (3), 774-780 (2017).
- Pagel, P. S., Kampine, J. P., Schmeling, W. T., Warltier, D. C. Comparison of end-systolic pressure-length relations and preload recruitable stroke work as indices of myocardial contractility in the conscious and anesthetized, chronically instrumented dog. Anesthesiology. 73 (2), 278-290 (1990).
- Pagel, P. S., Kampine, J. P., Schmeling, W. T., Warltier, D. C. Alteration of left ventricular diastolic function by desflurane, isoflurane, and halothane in the chronically instrumented dog with autonomic nervous system blockade. Anesthesiology. 74 (6), 1103-1114 (1991).
- De Hert, S. G., Rodrigus, I. E., Haenen, L. R., De Mulder, P. A., Gillebert, T. C. Recovery of systolic and diastolic left ventricular function early after cardiopulmonary bypass. Anesthesiology. 85 (5), 1063-1075 (1996).
- Gorcsan, J., Diana, P., Lee, J., Katz, W. E., Hattler, B. G. Reversible diastolic dysfunction after successful coronary artery bypass surgery. Assessment by transesophageal Doppler echocardiography. Chest. 106 (5), 1364-1369 (1994).
- Djaiani, G. N., et al. Mitral flow propagation velocity identifies patients with abnormal diastolic function during coronary artery bypass graft surgery. Anesthesia and Analgesia. 95 (3), 524-530 (2002).
- Casthely, P. A., et al. Left ventricular diastolic function after coronary artery bypass grafting: a correlative study with three different myocardial protection techniques. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 114 (2), 254-260 (1997).
- Tulner, S. A., et al. Perioperative assessment of left ventricular function by pressure-volume loops using the conductance catheter method. Anesthesia and Analgesia. 97 (4), 950-957 (2003).
- Firstenberg, M. S., et al. Relationship between early diastolic intraventricular pressure gradients, an index of elastic recoil, and improvements in systolic and diastolic function. Circulation. 104 (12 Suppl 1), I330-I335 (2001).
- Cooke, J., Hertzberg, J., Boardman, M., Shandas, R. Characterizing vortex ring behavior during ventricular filling with Doppler echocardiography: an in vitro study. Annals of Biomedical Engineering. 32 (2), 245-256 (2004).
- Grossman, W., Jones, D., McLaurin, L. P. Wall stress and patterns of hypertrophy in the human left ventricle. Journal of Clinical Investigation. 56 (1), 56-64 (1975).
- Hess, O. M., et al. Diastolic function and myocardial structure in patients with myocardial hypertrophy. Special reference to normalized viscoelastic data. Circulation. 63 (2), 360-371 (1981).
- Hess, O. M., et al. Diastolic stiffness and myocardial structure in aortic valve disease before and after valve replacement. Circulation. 69 (5), 855-865 (1984).
- Sandstede, J. J. W., et al. Cardiac systolic rotation and contraction before and after valve replacement for aortic stenosis: a myocardial tagging study using MR imaging. American Journal of Roentgenology. 178 (4), 953-958 (2002).
- Stuber, M., et al. Alterations in the local myocardial motion pattern in patients suffering from pressure overload due to aortic stenosis. Circulation. 100 (4), 361-368 (1999).
- Nagel, E., et al. Cardiac rotation and relaxation in patients with aortic valve stenosis. European Heart Journal. 21 (7), 582-589 (2000).
- Rakowski, H., et al. Canadian consensus recommendations for the measurement and reporting of diastolic dysfunction by echocardiography: from the Investigators of Consensus on Diastolic Dysfunction by Echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 9 (5), 736-760 (1996).
- Homeyer, P., Oxorn, D. C. Aortic regurgitation: echocardiographic diagnosis. Anesthesia and Analgesia. 122 (1), 37-42 (2016).
- Landzberg, J. S., et al. Etiology of the Austin Flint murmur. Journal of the American College of Cardiology. 20 (2), 408-413 (1992).
- Flint, A. On cardiac murmurs. American Journal of Medical Sciences. 91 (1), 27 (1886).
- Botvinick, E. H., Schiller, N. B., Wickramasekaran, R., Klausner, S. C., Gertz, E. Echocardiographic demonstration of early mitral valve closure in severe aortic insufficiency. Its clinical implications. Circulation. 51 (5), 836-847 (1975).
- Mann, T., McLaurin, L., Grossman, W., Craige, E. Assessing the hemodynamic severity of acute aortic regurgitation due to infective endocarditis. New England Journal of Medicine. 293 (3), 108-113 (1975).
- Borlaug, B. A., et al. Longitudinal changes in left ventricular stiffness: a community-based study. Circulation Heart Failure. 6 (5), 944-952 (2013).
- Wong, J., et al. Age-related changes in intraventricular kinetic energy: a physiological or pathological adaptation?. American Journal of Physiology Heart Circulatory Physiology. 310 (6), H747-H755 (2016).
- Carrick-Ranson, G., et al. Effect of healthy aging on left ventricular relaxation and diastolic suction. American Journal of Physiology Heart Circulatory Physiology. 303 (3), H315-H322 (2012).
- Iskandrian, A. S., Hakki, A. H. Age-related changes in left ventricular diastolic performance. American Heart Journal. 112 (1), 75-78 (1986).
- Schulman, S. P., et al. Age-related decline in left ventricular filling at rest and exercise. American Journal of Physiology. 263 (6 Pt 2), H1932-H1938 (1992).
- Stork, M., et al. Age-related hemodynamic changes during diastole: a combined M-mode and Doppler echo study. Internal Journal of Cardiovascular Imaging. 6 (1), 23-30 (1991).
- Sanders, D., Dudley, M., Groban, L. Diastolic dysfunction, cardiovascular aging, and the anesthesiologist. Anesthesiology Clinics. 27 (3), 497-517 (2009).
