JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Médecine

Неинвазивный определение Vortex время формирования с помощью Чреспищеводная эхокардиография при сердечной хирургии

Published: November 28, 2018
doi:
10.3791/58374
, , , , , , , , ,
1Anesthesia Service,Clement J. Zablocki Veterans Affairs Medical Center, 2Department of Anesthesiology,Medical College of Wisconsin

Summary

Мы описываем протокол для измерения время формирования вихря, индекс эффективности наполнения левого желудочка, используя методы стандартных Чреспищеводная эхокардиография у пациентов, перенесших кардиохирургические операции. Мы применяем этот метод анализировать время формирования вихря в нескольких группах пациентов с различными патологиями сердца.

Abstract

Транс митральный кровоток производит трехмерного вращения тела жидкости, известный как кольцо вихря, что повышает эффективность левого желудочка (LV) заполнение по сравнению с постоянной линейной jet. Вихревого кольца развития чаще всего количественно с вихревой время формирования (VFT), Безразмерный параметр на основе жидкости изгнания из жесткой трубки. Наша группа заинтересована в факторы, которые влияют на LV заполнения эффективность во время хирургии сердца. В настоящем докладе, мы опишем, как использовать стандартные двухмерные (2D) и Допплер Чреспищеводная эхокардиография (TEE) для неинвазивно получать переменные необходимы для расчета VFT. Мы вычислить предсердий наполнения дроби (β) от время скорость интегралы транс митрального ранних LV наполнения и предсердной систолой крови поток скорость волны измеряется в представлении середине пищевода TEE 4 камерная. Ударный объем (SV) рассчитывается как продукт диаметра трек отток LV измеряется в представлении TEE середине пищевода длинной оси и интеграл время скорость кровотока через отток трек определяется в представлении глубокого transgastric с использованием импульсно волнового Допплер. Наконец митрального клапана диаметром (D) определяется как средний основной и вспомогательной оси длин измеряется в ортогональных середине пищевода bicommissural и длинной оси изображений плоскостей, соответственно. VFT затем рассчитывается как 4 × SV (1-β) / (πD3). Мы использовали этот метод для анализа VFT в нескольких группах пациентов с различными аномалиями сердца. Мы обсуждаем наши применение этой техники и ее потенциальные ограничения и также пересмотреть наши результаты на сегодняшний день. Неинвазивное измерение VFT с помощью TEE проста в наркотизированных больных, перенесших кардиохирургические операции. Техника может позволить сердца анестезиологов и хирургов для оценки влияния патологических состояний и хирургических вмешательств на LV наполнения эффективность в режиме реального времени.

Introduction

Механики жидкости является критическим, но часто недооценивают определяющим левого желудочка (LV) наполнения. Трехмерного вращения тела жидкости, известный как вихрь кольцо, генерируется всякий раз, когда жидкость проходит через отверстия по1,2,3. Этот вихрь кольцо улучшает эффективность жидкости транспорта по сравнению с постоянной линейной jet4. Движение крови через митральный клапан во время ранних LV наполнения вызывает вихрь кольцо сформировать5,6,,78 и облегчает ее распространения в камеру путем сохранения импульса жидкости и Кинетическая энергия9. Эти действия повышения LV, заполнение эффективности4,10,11,12,13. Кольцо не только тормозит поток застой крови в LV Апекс14,,1516,17 , но также направляет поток преференциально под передней митрального листовку7, 18, эффекты, которые снижают риск апикальной тромбообразованию и облегчить заполнение оттока LV трек19, соответственно. Контраст эхокардиография17, допплерография вектор потока сопоставления6,20,21, магнитно-резонансной томографии7и частицы изображений Велосиметрия9,22 ,,2324 были использованы для демонстрации на внешний вид и поведение транс митрального вихревого кольца при нормальных и патологических условиях. Градиента давления левого предсердий LV, степени диастолической митрального кольцевой экскурсия, минимальное давление LV, достигнутые во время фазы и скорость и степень релаксации LV являются четыре основные детерминанты продолжительность, размер, интенсивность потока и положение Транс митрального кольца2,12,25,26,27,,2829.

Вихревого кольца развития чаще всего количественно с параметром безразмерная (вихревой время формирования; VFT) на основе жидкости изгнания из жесткой трубки3, где VFT определяется как произведение скорости жидкости составляет в среднем время и продолжительность выброса, деленное на диаметр отверстия. Оптимальный размер вихревого кольца достигается, когда VFT 4 в vitro потому что трейлинг струй и энергичный ограничения предотвратить его от достижения большего размера3,4. Митральный клапан VFT был аппроксимировать, клинически с помощью Трансторакальная эхокардиография8,30,31. Основываясь на анализе транс митрального скорости кровотока и митрального клапана диаметром (D), она может быть легко показан8 что VFT = 4 × (1-β) × EF × α3, где β = предсердий наполнения дроби, EF = LV фракция изгнания и α = EDV1/3/d, где EDV = конец диастолический объем. Фракция изгнания это отношение ударный объем (SV) и EDV, позволяя это уравнение, чтобы упростить VFT = 4 × SV (1-β) / (πD3). Потому что VFT безразмерная (объем/объем), этот индекс позволяет прямое сравнение между пациентами разного размера без регулировки веса или тела площадь поверхности8. Оптимальное VFT колеблется от 3.3 и 5.5 в здоровых испытуемых8и результаты согласуются с результатами, полученными в гидродинамике модели3,32. VFT было показано ≤ 2.0 в больных с депрессии LV систолической функции, выводы, которые также поддерживаются на теоретические предсказания8. Сокращения в VFT самостоятельно предсказал заболеваемости и смертности у пациентов с сердечной недостаточностью30. Повышенные afterload33LV, болезнь Альцгеймера34, ненормальное диастолической функции19и замена родного митрального клапана с протезом35 также было показано, уменьшить VFT. Измерение VFT также может быть полезным для определения потока застой крови или тромбоза у пациентов с острым инфарктом миокарда36,37.

Наша группа заинтересована в факторы, которые влияют на LV заполнения эффективность во время хирургии сердца38,,3940,41. Мы используем стандартные двумерных и Doppler Чреспищеводная эхокардиография (TEE) неинвазивно получать переменные, необходимые для расчета VFT. В настоящем докладе мы опишем эту методологию в деталях и пересмотреть наши результаты на сегодняшний день.

Protocol

Институциональных Наблюдательный Совет Климент J. Заблоки ветеранов дел медицинского центра утвержденных протоколов. Письменного согласия было waived, потому что у всех пациентов, перенесших кардиохирургии в нашем заведении регулярно используются инвазивного мониторинга сердечной и Т?…

Representative Results

Текущий метод позволил нам надежно измерить VFT во время хирургии сердца при различных клинических условий путем получения каждого определитель от потока крови и размерные записей в стандартных TEE изображений плоскостях. Импульсно волнового объем Doppler образца был пом?…

Discussion

Текущие результаты показывают, что VFT могут быть надежно измерены в кардиохирургии с использованием TEE методов, описанных здесь. Предыдущие описания VFT используется Трансторакальная эхокардиография в сознательных предметам, но этот подход не может использоваться при открытой груди. М?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Этот материал является результатом работы с ресурсами и использования помещений в Климент J. Заблоки ветеранов дел медицинский центр в Милуоки, штат Висконсин.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Collier, E., Hertzberg, J., Shandas, R. Regression analysis for vortex ring characteristics during left ventricular filling. Biomedical Sciences Instrumentation. 38 (2), 307-311 (2002).
  2. 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).
  3. Gharib, M., Rambod, E., Shariff, K. A universal time scale for vortex ring formation. Journal of Fluid Mechanics. 360 (1), 121-140 (1998).
  4. 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).
  5. Reul, H., Talukder, N., Muller, W. Fluid mechanics of the natural mitral valve. Journal of Biomechanics. 14 (5), 361-372 (1981).
  6. 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).
  7. Kilner, P. J., et al. Asymmetic redirection of flow through the heart. Nature. 404 (6779), 759-761 (2000).
  8. 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).
  9. Rodriguez Munoz, D., et al. Intracardiac flow visualization: current status and future directions. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 14 (11), 1029-1038 (2013).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Kheradvar, A., Gharib, M. On mitral valve dynamics and its connection to early diastolic flow. Annals of Biomedical Engineering. 37 (1), 1-13 (2009).
  13. 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).
  14. Domenichini, F., Pedrizzetti, G., Baccani, B. Three-dimensional filling flow into a model left ventricle. Journal of Fluid Mechanics. 539 (1), 179-198 (2005).
  15. 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).
  16. Rodriguez Munoz, D., et al. Flow mapping inside a left ventricular aneurysm: a potential tool to demonstrate thrombogenicity. Echocardiography. 31 (1), E10-E12 (2014).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Zhang, H., et al. The evolution of intraventricular vortex during ejection studied by using vector flow mapping. Echocardiography. 30 (1), 27-36 (2013).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. Belohlavek, M. Vortex formation time: an emerging echocardiographic index of left ventricular filling efficiency?. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 13 (5), 367-369 (2012).
  32. Dabiri, J. O., Gharib, M. Starting flow through nozzles with temporally variable exit diameter. Journal of Fluid Mechanics. 538 (1), 111-136 (2005).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).
  45. 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).
  46. 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).
  47. 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).
  48. 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).
  49. 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).
  50. 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).
  51. 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).
  52. 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).
  53. 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).
  54. 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).
  55. 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).
  56. 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).
  57. 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).
  58. 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).
  59. Nagel, E., et al. Cardiac rotation and relaxation in patients with aortic valve stenosis. European Heart Journal. 21 (7), 582-589 (2000).
  60. 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).
  61. Homeyer, P., Oxorn, D. C. Aortic regurgitation: echocardiographic diagnosis. Anesthesia and Analgesia. 122 (1), 37-42 (2016).
  62. Landzberg, J. S., et al. Etiology of the Austin Flint murmur. Journal of the American College of Cardiology. 20 (2), 408-413 (1992).
  63. Flint, A. On cardiac murmurs. American Journal of Medical Sciences. 91 (1), 27 (1886).
  64. 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).
  65. 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).
  66. Borlaug, B. A., et al. Longitudinal changes in left ventricular stiffness: a community-based study. Circulation Heart Failure. 6 (5), 944-952 (2013).
  67. 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).
  68. 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).
  69. Iskandrian, A. S., Hakki, A. H. Age-related changes in left ventricular diastolic performance. American Heart Journal. 112 (1), 75-78 (1986).
  70. 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).
  71. 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).
  72. Sanders, D., Dudley, M., Groban, L. Diastolic dysfunction, cardiovascular aging, and the anesthesiologist. Anesthesiology Clinics. 27 (3), 497-517 (2009).

Tags

Vortex Formation TimeTransesophageal EchocardiographyCardiac SurgeryLeft Ventricular FillingFlow VelocityStroke VolumeMitral ValveAtrial Filling Fraction
check_url/fr/58374?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Pagel, P. S., Dye III, L., Hill, G. E., Vega, J. L., Tawil, J. N., De Vry, D. J., Chandrashekarappa, K., Iqbal, Z., Boettcher, B. T., Freed, J. K. Noninvasive Determination of Vortex Formation Time Using Transesophageal Echocardiography During Cardiac Surgery. J. Vis. Exp. (141), e58374, doi:10.3791/58374 (2018).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image