تقييم الدوامات داخل القلب مع تصوير بقع الدم المشتقة من تخطيط صدى القلب بمعدل مرتفع في الأطفال حديثي الولادة
Summary
يستخدم البروتوكول الحالي تقنية تصوير بقع الدم المشتقة من تخطيط صدى القلب لتصور ديناميكا الدم داخل القلب عند الأطفال حديثي الولادة. يتم استكشاف الفائدة السريرية لهذه التكنولوجيا ، ويتم الوصول إلى الجسم الدوراني للسائل داخل البطين الأيسر (المعروف باسم الدوامة) ، ويتم تحديد أهميته في فهم علم الفصحاق.
Abstract
البطين الأيسر (LV) لديه نمط فريد من ملء الدورة الدموية. أثناء الانبساط ، يتم تشكيل جسم دوراني أو حلقة من السائل تعرف باسم الدوامة بسبب الهندسة الشيرالية للقلب. يقال إن الدوامة لها دور في الحفاظ على الطاقة الحركية لتدفق الدم الذي يدخل إلى LV. أظهرت الدراسات الحديثة أن دوامات الجهد المنخفض قد يكون لها قيمة تنبؤية في وصف الوظيفة الانبساطية أثناء الراحة لدى الأطفال حديثي الولادة والأطفال والبالغين ، وقد تساعد في التدخل دون الإكلينيكي المبكر. ومع ذلك ، لا يزال تصور وتوصيف الدوامة مستكشفا إلى الحد الأدنى. تم استخدام عدد من طرق التصوير لتصور ووصف أنماط تدفق الدم داخل القلب وحلقات الدوامة. في هذه المقالة ، تعتبر التقنية المعروفة باسم تصوير بقع الدم (BSI) ذات أهمية خاصة. BSI مشتق من تخطيط صدى القلب دوبلر الملون بمعدل إطارات مرتفع ويوفر العديد من المزايا مقارنة بالطرائق الأخرى. وبالتحديد ، BSI هي أداة غير مكلفة وغير جراحية بجانب السرير لا تعتمد على عوامل التباين أو الافتراضات الرياضية واسعة النطاق. يقدم هذا العمل تطبيقا مفصلا خطوة بخطوة لمنهجية BSI المستخدمة في مختبرنا. لا تزال الفائدة السريرية ل BSI في مراحلها المبكرة ، ولكنها أظهرت وعدا بين الأطفال وحديثي الولادة لوصف الوظيفة الانبساطية في القلوب المثقلة بالحجم. وبالتالي فإن الهدف الثانوي لهذه الدراسة هو مناقشة العمل السريري الحديث والمستقبلي باستخدام تقنية التصوير هذه.
Introduction
تلعب أنماط تدفق الدم داخل القلب دورا رئيسيا في نمو القلب ، بدءا من تكوين الجنين وتستمر طوال العمر1. يلعب إجهاد القص الديناميكي للدم دورا محوريا في تحفيز نمو غرفة القلب وهندستها من خلال تنشيط جينات معينة 2,3. يحدث هذا في كل من المرحلة داخل الرحم وفي المراحل المبكرة من الحياة ، مما يسلط الضوء على أهمية تأثير الدورة الدموية على نمو القلب المبكر والانتقال إلى مرحلة البلوغ3.
تنص قوانين ديناميكا الموائع على أن الدم الذي يمر على طول جدار الوعاء الدموي يتحرك بشكل أبطأ عندما يكون أقرب إلى الجدار، وأسرع عندما يكون في مركز الوعاء، حيث تكون المقاومة أقل. يمكن إثبات هذه الظاهرة في أي وعاء كبير مع دوبلر موجة النبض كمغلف متكامل نموذجي لسرعة دوبلر4. عندما يدخل الدم إلى تجويف أكبر مثل القلب ، يستمر الدم الأبعد عن سطح الشغاف في زيادة سرعته بالنسبة إلى الدم الأقرب إلى هذا السطح وإنشاء جسم دوراني من السوائل ، يعرف باسم الدوامة. بمجرد إنشائها ، تكون الدوامات عبارة عن هياكل تدفق ذاتية الدفع تجذب عادة السائل المحيط عبر تدرجات الضغط السلبي. وبالتالي ، يمكن للدوامة أن تحرك كمية أكبر من الدم من نفاثة مستقيمة مكافئة من السوائل ، مما يعزز كفاءة القلببشكل أكبر 4,5.
تشير الأدبيات إلى أن الغرض التطوري للدوامات هو الحفاظ على الطاقة الحركية وتقليل إجهاد القص وزيادة كفاءة التدفق4،5،6. وبالنسبة للقلب تحديدا، يتضمن ذلك تخزين طاقة الدورة الدموية في حركة دورانية، وتسهيل إغلاق الصمام، وانتشار تدفق الدم نحو مجرى التدفق، كما هو موضح في الشكل 1. من المتوقع تغيير أنماط تدفق الدم داخل القلب في الحالات المرضية مثل الحالات المحملة بالحجم وفي الحالات ذات الصمامات الاصطناعية 7,8. وهكذا ، هنا تكمن الإمكانات التشخيصية الحقيقية للدوامات كتنبؤات مبكرة لنتائج القلب والأوعية الدموية لدى البالغين.
اكتسبت ديناميكا الدم داخل القلب اهتماما متزايدا بالأدبيات في كل من البالغين والأطفال. تتوفر العديد من الطرائق للتقييم النوعي والكمي لديناميكا الدم داخل القلب وتم تلخيصها بشكل شامل في مراجعة حديثة ، مع التركيز بشكل خاص على الدوامةداخل القلب 9. إحدى الطرق الواعدة للغاية هي تصوير بقع الدم المشتق من تخطيط صدى القلب (BSI) ، والذي يوفر القدرة على قياس عدد من خصائص الدوامة النوعية والكمية بشكل غير جراحي ، الموضحة أدناه ، بتكلفة منخفضة نسبيا وقابلية استنساخ ممتازة10. يتوفر BSI حاليا تجاريا باستخدام نظام الموجات فوق الصوتية للقلب المتطور مع مسبار S12 أو S6 MHz. تشبه ميزات تتبع البقع تلك المستخدمة في تتبع بقع الأنسجة لدراسة تشوه عضلة القلب11،12،13. نظرا لأن خلايا الدم الحمراء تميل إلى التحرك بشكل أسرع وبتردد دوبلر أعلى من الأنسجة المحيطة ، يمكن فصل الإشارتين عن طريق تطبيق مرشح زمني. يستخدم BSI خوارزمية أفضل تطابق لتحديد حركة بقع الدم مباشرة دون استخدام عوامل التباين. يمكن تصور قياسات سرعة الدم كأسهم أو خطوط انسيابية أو خطوط مسار مع أو بدون صور دوبلر ملونة أساسية ، ويمكن أن تسلط الضوء على مناطق التدفق المعقد10.
لقد ثبت أن BSI تتمتع بجدوى ودقة جيدة لتحديد أنماط تدفق الدم داخل القلب ، مع صلاحية ممتازة مقارنة بأداة فانتوم مرجعية ودوبلرنابض 7،10،11. على الرغم من أن المعهد البريطاني للمعايير لا يزال جديدا للغاية، إلا أنه أداة سريرية واعدة للتشخيص المبكر لمختلف الفيزيولوجيا المرضية للقلب. أظهر التطبيق السريري للتصوير الدوامي نتائج واعدة عند الأطفال حديثي الولادة. على وجه التحديد ، قد يكون لسلوك الدوامة في البطين الأيسر (LV) آثار طويلة المدى على إعادة تشكيل القلب والاستعداد لفشل القلب.
لا تزال الآلية التي تربط الدوامات بإعادة تشكيل البطين الأيسر غير مستكشفة نسبيا ، ولكن تم التحقيق فيها مؤخرا في مختبرنا وهي موضوع العمل المستمر11. تهدف مقالة المنهجية هذه إلى وصف استخدام BSI في استكشاف الدوامات داخل القلب ومناقشة الاستخدامات العملية والسريرية للدوامات في تقييم الوظيفة الانبساطية في مختلف السكان. الهدف الثانوي هو مناقشة الأهمية السريرية ل BSI وتقديم بعض الأعمال التي تم إجراؤها سابقا في حديثي الولادة.
Protocol
Representative Results
Discussion
أهمية تصور وفهم الدوامة داخل القلب
هناك العديد من التطبيقات السريرية الممكنة للتصوير الدوامي المشتق من تخطيط صدى القلب بمعدل إطارات مرتفع. كانت قدرتها على تقديم نظرة ثاقبة قيمة لديناميكيات التدفق داخل القلب هي اهتمام الدراسات الحديثة16. علاوة على ذلك ، قد يسمح الت?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نعرب عن تقديرنا لقسم العناية المركزة لحديثي الولادة في مستشفى جون هانتر للسماح بأداء عملنا المستمر ، جنبا إلى جنب مع آباء المشاركين الصغار جدا والثمينين.
Materials
| Tomtec Imaging Systems GmbH | Phillips | GmbH Corporation | Offline ultrasound image processing tool, used for calculating all vortex measurements |
| Vivid E95 | General Electrics | NA | Cardiac Ultrasound device used to capture Echocardiography-derived Blood Speckle Imaging |
References
- de Waal, K., Costley, N., Phad, N., Crendal, E. Left ventricular diastolic dysfunction and diastolic heart failure in preterm infants. Pediatric Cardiology. 40 (8), 1709-1715 (2019).
- Lahmers, S., Wu, Y., Call, D. R., Labeit, S., Granzier, H. Developmental control of titin isoform expression and passive stiffness in fetal and neonatal myocardium. Circulation Research. 94 (4), 505-513 (2004).
- Chung, C. S., Hoopes, C. W., Campbell, K. S. Myocardial relaxation is accelerated by fast stretch, not reduced afterload. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 103, 65-73 (2017).
- Pedrizzetti, G., La Canna, G., Alfieri, O., Tonti, G. The vortex-an early predictor of cardiovascular outcome. Nature Reviews Cardiology. 11 (9), 545-553 (2014).
- Rodriguez Munoz, D., et al. Left ventricular vortex following atrial contraction and its interaction with early systolic ejection. European Heart Journal. 34 (1), 1104 (2013).
- Schmitz, L., Koch, H., Bein, G., Brockmeier, K. Left ventricular diastolic function in infants, children, and adolescents. Reference values and analysis of morphologic and physiologic determinants of echocardiographic Doppler flow signals during growth and maturation. Journal of the American College of Cardiology. 32 (5), 1441-1448 (1998).
- Marchese, P., et al. Left ventricular vortex analysis by high-frame rate blood speckle tracking echocardiography in healthy children and in congenital heart disease. International Journal of Cardiology. Heart & Vasculature. 37, 100897 (2021).
- Pierrakos, O., Vlachos, P. P. The effect of vortex formation on left ventricular filling and mitral valve efficiency. Journal of Biomechanical Engineering. 128 (4), 527-539 (2006).
- Mele, D., et al. Intracardiac flow analysis: techniques and potential clinical applications. Journal of the American Society of Echocardiography. 32 (3), 319-332 (2019).
- Nyrnes, S. A., Fadnes, S., Wigen, M. S., Mertens, L., Lovstakken, L. Blood speckle-tracking based on high-frame rate ultrasound imaging in pediatric cardiology. Journal of the American Society of Echocardiography. 33 (4), 493-503 (2020).
- de Waal, K., Crendal, E., Boyle, A. Left ventricular vortex formation in preterm infants assessed by blood speckle imaging. Echocardiography. 36 (7), 1364-1371 (2019).
- Nagueh, S. F., et al. Recommendations for the evaluation of left ventricular diastolic function by echocardiography: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 29 (4), 277-314 (2016).
- Takahashi, H., Hasegawa, H., Kanai, H. Temporal averaging of two-dimensional correlation functions for velocity vector imaging of cardiac blood flow. Journal of Medical Ultrasonics. 42 (3), 323-330 (2015).
- Kheradvar, A., et al. Echocardiographic particle image velocimetry: a novel technique for quantification of left ventricular blood vorticity pattern. Journal of the American Society of Echocardiography. 23 (1), 86-94 (2010).
- Phad, N. S., de Waal, K., Holder, C., Oldmeadow, C. Dilated hypertrophy: a distinct pattern of cardiac remodeling in preterm infants. Pediatric Research. 87 (1), 146-152 (2020).
- Kheradvar, A., et al. Diagnostic and prognostic significance of cardiovascular vortex formation. Journal of Cardiology. 74 (5), 403-411 (2019).
- Cantinotti, M., et al. Intracardiac flow visualization using high-frame rate blood speckle tracking echocardiography: Illustrations from infants with congenital heart disease. Echocardiography. 38 (4), 707-715 (2021).
- Henry, M., et al. Bicuspid aortic valve flow dynamics using blood speckle tracking in children. European Heart Journal-Cardiovascular Imaging. 22, 356 (2021).
- Mawad, W., et al. Right ventricular flow dynamics in dilated right ventricles: energy loss estimation based on blood speckle tracking echocardiography-a pilot study in children. Ultrasound in Medicine & Biology. 47 (6), 1514-1527 (2021).
- Kass, D. A., Bronzwaer, J. G. F., Paulus, W. J. What mechanisms underlie diastolic dysfunction in heart failure. Circulation Research. 94 (12), 1533-1542 (2004).
- Nagueh, S. F. Left ventricular diastolic function: understanding pathophysiology, diagnosis, and prognosis with echocardiography. JACC. Cardiovasc Imaging. 13, 228-244 (2020).
- Carroll, J. D., Lang, R. M., Neumann, A. L., Borow, K. M., Rajfer, S. I. The differential effects of positive inotropic and vasodilator therapy on diastolic properties in patients with congestive cardiomyopathy. Circulation. 74 (4), 815-825 (1986).
