Vurdering af intrakardiale hvirvler med høj billedhastighed ekkokardiografi-afledt blodspeckle billeddannelse hos nyfødte

Summary

Den nuværende protokol bruger ekkokardiografi-afledt blodspeckle billeddannelsesteknologi til at visualisere intrakardial hæmodynamik hos nyfødte. Den kliniske anvendelighed af denne teknologi undersøges, væskens rotationslegeme i venstre ventrikel (kendt som en hvirvel) er tilgængelig, og dens betydning for forståelsen af diastologi bestemmes.

Abstract

Den venstre ventrikel (LV) har et unikt mønster af hæmodynamisk fyldning. Under diastol dannes et roterende legeme eller ring af væske kendt som en hvirvel på grund af hjertets chirale geometri. En hvirvel rapporteres at have en rolle i bevarelsen af den kinetiske energi af blodgennemstrømning, der kommer ind i LV. Nylige undersøgelser har vist, at LV-hvirvler kan have prognostisk værdi til at beskrive diastolisk funktion i hvile i neonatale, pædiatriske og voksne populationer og kan hjælpe med tidligere subklinisk intervention. Imidlertid forbliver visualiseringen og karakteriseringen af hvirvelstrømmen minimalt udforsket. En række billeddannelsesmetoder er blevet brugt til at visualisere og beskrive intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre og hvirvelringe. I denne artikel er en teknik kendt som blodspeckle imaging (BSI) af særlig interesse. BSI er afledt af Doppler-ekkokardiografi med høj billedhastighed og giver flere fordele i forhold til andre modaliteter. BSI er nemlig et billigt og ikke-invasivt sengeværktøj, der ikke er afhængig af kontrastmidler eller omfattende matematiske antagelser. Dette arbejde præsenterer en detaljeret trin-for-trin anvendelse af BSI-metoden, der anvendes i vores laboratorium. Den kliniske anvendelighed af BSI er stadig i sine tidlige stadier, men har vist lovende inden for pædiatriske og neonatale populationer til beskrivelse af diastolisk funktion i volumenoverbelastede hjerter. Et sekundært formål med denne undersøgelse er således at diskutere nyere og fremtidige kliniske arbejde med denne billeddannelsesteknologi.

Introduction

Intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre spiller en nøglerolle i hjerteudvikling, der starter i føtal morfogenese og fortsætter gennem hele levetiden¹. Hemodynamisk forskydningsstress spiller en afgørende rolle i stimuleringen af hjertekammervækst og arkitektur via aktivering af specifikke gener ^2,3. Dette sker både i det intrauterin stadium og i de tidlige stadier af livet, hvilket fremhæver betydningen af hæmodynamisk indflydelse på tidlig hjerteudvikling og overførsel til voksenalderen³.

Lovene om væskedynamik siger, at blod, der passerer langs en karvæg, bevæger sig langsommere, når det er tættest på væggen og hurtigere, når det er i midten af et fartøj, hvor modstanden er lavere. Dette fænomen kan demonstreres i ethvert stort fartøj med pulsbølge Doppler som den typiske Dopplerhastighedstidsintegrale konvolut⁴. Når blod kommer ind i et større hulrum som hjertet, fortsætter blodet længst væk fra endokardieoverfladen med at øge hastigheden i forhold til blodet tættest på denne overflade og skabe en roterende væskekrop, kendt som en hvirvel. Når de er oprettet, er hvirvler selvkørende strømningsstrukturer, der typisk trækker omgivende væske ind via negative trykgradienter. Således kan en hvirvel bevæge et større volumen blod end en tilsvarende lige væskestråle, hvilket fremmer større hjerteeffektivitet ^4,5.

Litteraturen antyder, at det evolutionære formål med hvirvler er at bevare kinetisk energi, minimere forskydningsspænding og maksimere strømningseffektiviteten ^4,5,6. Specifikt for hjertet omfatter dette lagring af hæmodynamisk energi i en roterende bevægelse, hvilket letter ventillukning og udbredelse af blodgennemstrømning mod udstrømningskanalen, som det ses i figur 1. Ændrede intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre forventes i patologiske situationer såsom volumenoverbelastede tilstande og i tilfælde med kunstige klapper ^7,8. Således ligger heri det sande diagnostiske potentiale af hvirvler som tidlige prædiktorer for kardiovaskulære resultater hos voksne.

Intrakardial hæmodynamik har fået stigende interesse for litteraturen i både voksne og pædiatriske populationer. Flere modaliteter er tilgængelige til kvalitativ og kvantitativ vurdering af intrakardial hæmodynamik og blev omfattende opsummeret i en nylig gennemgang med særlig vægt på den intrakardiale hvirvel⁹. En modalitet med stort løfte er ekkokardiografiafledt blodpletbilleddannelse (BSI), som giver mulighed for ikke-invasivt at måle en række kvalitative og kvantitative hvirvelegenskaber, beskrevet nedenfor, til en relativt lav pris og med fremragende reproducerbarhed¹⁰. BSI er i øjeblikket kommercielt tilgængelig ved hjælp af et avanceret hjerte ultralydssystem med en S12 eller S6 MHz sonde. Speckle-tracking-funktionerne er analoge med dem, der anvendes til sporing af vævspletter til undersøgelse af myokardiedeformation 11,12,13. Da røde blodlegemer har tendens til at bevæge sig hurtigere og med en højere Doppler-frekvens end det omgivende væv, kan de to signaler adskilles ved at anvende et tidsmæssigt filter. BSI bruger en best-match algoritme til at kvantificere bevægelsen af blodpletter direkte uden brug af kontrastmidler. Blodhastighedsmålingerne kan visualiseres som pile, strømliner eller stilinjer med eller uden underliggende Doppler-farvebilleder og kan fremhæve områder med kompleks flow¹⁰.

BSI har vist sig at have god gennemførlighed og nøjagtighed til kvantificering af intrakardiale blodgennemstrømningsmønstre med fremragende validitet sammenlignet med et referencefantominstrument og pulserende Doppler ^7,10,11. Selvom BSI stadig er meget ny, er BSI et lovende klinisk værktøj til tidlig diagnosticering af forskellige hjertepatofysiologier. Den kliniske anvendelse af hvirvelbilleddannelse har vist løfte hos nyfødte spædbørn. Specifikt kan opførelsen af en hvirvel i venstre ventrikel (LV) have langsigtede konsekvenser for hjertemodellering og disposition mod hjertesvigt.

Mekanismen, der forbinder hvirvler med venstre ventrikulær remodellering, er stadig relativt uudforsket, men er for nylig blevet undersøgt i vores laboratorium og er genstand for igangværende arbejde¹¹. Denne metodeartikel har til formål at beskrive brugen af BSI til at udforske intrakardiale hvirvler og diskutere de praktiske og kliniske anvendelser af hvirvler til vurdering af diastolisk funktion i forskellige populationer. Et sekundært formål er at diskutere den kliniske relevans af BSI og præsentere noget af det arbejde, der tidligere er udført hos nyfødte.

Protocol

Alle procedurer, der blev udført i undersøgelser, der involverede menneskelige deltagere, var i overensstemmelse med de etiske standarder fra den institutionelle og/eller nationale forskningskomité og med Helsingfors-erklæringen fra 1964 og dens senere ændringer eller sammenlignelige etiske standarder. Der blev indhentet informeret samtykke fra alle individuelle deltageres familier, der var inkluderet i undersøgelsen. Alle billeder og videoklip blev afidentificeret efter overtagelsen. <str…

Representative Results

Erhvervelsen af hvirvelklip kan sammenlignes med den standardmetode, der universelt anvendes til opnåelse af farve Doppler-klip. Banebrydende undersøgelser hos voksne har beskrevet hvirvler ved hjælp af apikale to-, tre- og fire-kammervisninger14. LV hvirvlen er en ringlignende struktur, der bevæger sig fra base til top. BSI visualiserer ringens indre diameter (figur 2). En hvirvelring er normalt ikke symmetrisk i form, hvorfor alternative billedplaner kan vise va…

Discussion

Betydningen af at visualisere og forstå den intrakardiale hvirvel
Der er mange mulige kliniske anvendelser af ekkokardiografi-afledt hvirvelbilleddannelse med høj billedhastighed. Deres evne til at give værdifuld indsigt i intrakardiel strømningsdynamik har været interessen for nylige undersøgelser¹⁶. Desuden kan hvirvelbilleddannelse muliggøre påvisning af præsymptomatiske ændringer i LV-arkitektur og funktion hos nyfødte, hvilket kan have betydning for langsigtet h…

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