Vurdering av intrakardiale virvler med høy bildefrekvens ekkokardiografi-avledet blodflekkavbildning hos nyfødte

Summary

Den nåværende protokollen bruker ekkokardiografi-avledet blodflekkbildeteknologi for å visualisere intrakardial hemodynamikk hos nyfødte. Den kliniske nytten av denne teknologien er utforsket, den roterende væskekroppen i venstre ventrikel (kjent som en vortex) er tilgjengelig, og dens betydning for å forstå diastologi er bestemt.

Abstract

Venstre ventrikkel (LV) har et unikt mønster av hemodynamisk fylling. Under diastolen dannes en rotasjonskropp eller ring av væske kjent som en virvel på grunn av hjertets chirale geometri. En virvel er rapportert å ha en rolle i å bevare den kinetiske energien til blodstrømmen som kommer inn i LV. Nylige studier har vist at LV-virvler kan ha prognostisk verdi for å beskrive diastolisk funksjon i hvile i neonatale, pediatriske og voksne populasjoner, og kan hjelpe med tidligere subklinisk intervensjon. Imidlertid forblir visualiseringen og karakteriseringen av virvelen minimalt utforsket. En rekke avbildningsmodaliteter har blitt brukt til å visualisere og beskrive intrakardiale blodstrømningsmønstre og virvelringer. I denne artikkelen er en teknikk kjent som blodflekkavbildning (BSI) av spesiell interesse. BSI er avledet fra høybildefrekvens farge Doppler ekkokardiografi og gir flere fordeler i forhold til andre modaliteter. BSI er nemlig et billig og ikke-invasivt sengeverktøy som ikke er avhengig av kontrastmidler eller omfattende matematiske antagelser. Dette arbeidet presenterer en detaljert trinnvis anvendelse av BSI-metodikken som brukes i vårt laboratorium. Den kliniske nytten av BSI er fortsatt i sine tidlige stadier, men har vist lovende innen pediatriske og neonatale populasjoner for å beskrive diastolisk funksjon i volumoverbelastede hjerter. Et sekundært mål med denne studien er derfor å diskutere nyere og fremtidig klinisk arbeid med denne bildeteknologien.

Introduction

Intrakardiale blodstrømningsmønstre spiller en nøkkelrolle i hjerteutviklingen, som starter i fostermorfogenese og fortsetter gjennom hele levetiden¹. Hemodynamisk skjærspenning spiller en sentral rolle i stimuleringen av hjertekammerets vekst og arkitektur via aktivering av spesifikke gener ^2,3. Dette skjer både på intrauterint stadium og i de tidlige stadier av livet, og understreker dermed betydningen av hemodynamisk påvirkning på tidlig hjerteutvikling og overføring til voksen alder³.

Lovene om væskedynamikk sier at blod som passerer langs en karvegg beveger seg langsommere når det er nærmest veggen og raskere når det er i midten av et fartøy, hvor motstanden er lavere. Dette fenomenet kan demonstreres i ethvert stort fartøy med pulsbølgedoppler som den typiske Doppler-hastighetstidsintegralkonvolutten⁴. Når blod kommer inn i et større hulrom som hjertet, fortsetter blodet lengst fra endokardialoverflaten å øke hastigheten i forhold til blodet nærmest overflaten og skape en rotasjonslegeme av væske, kjent som en virvel. Når virvler er opprettet, er de selvdrivende strømningsstrukturer som vanligvis trekker inn omgivende væske via negative trykkgradienter. Dermed kan en virvel bevege et større volum blod enn en ekvivalent rett stråle av væske, noe som fremmer større hjerteeffektivitet ^4,5.

Litteraturen antyder at det evolusjonære formålet med virvler er å spare kinetisk energi, minimere skjærspenning og maksimere strømningseffektiviteten ^4,5,6. Spesielt for hjertet inkluderer dette lagring av hemodynamisk energi i en roterende bevegelse, tilrettelegging av ventillukking og forplantning av blodstrømmen mot utstrømningskanalen, som vist i figur 1. Endrede intrakardiale blodstrømningsmønstre forventes i patologiske situasjoner som volumoverbelastede tilstander og i tilfeller med kunstige klaffer ^7,8. Således ligger her det sanne diagnostiske potensialet for virvler som tidlige prediktorer for kardiovaskulære utfall hos voksne.

Intrakardial hemodynamikk har fått økende interesse i litteraturen i både voksne og pediatriske populasjoner. Flere modaliteter er tilgjengelige for kvalitativ og kvantitativ vurdering av intrakardial hemodynamikk og ble grundig oppsummert i en fersk oversikt, med spesiell vekt på intrakardial virvel⁹. En modalitet med stort løfte er ekkokardiografi-avledet blodflekkavbildning (BSI), som gir muligheten til ikke-invasivt å måle en rekke kvalitative og kvantitative virvelegenskaper, beskrevet nedenfor, til en relativt lav kostnad og med utmerket reproduserbarhet¹⁰. BSI er for tiden kommersielt tilgjengelig ved hjelp av et high-end hjerte ultralydsystem med en S12 eller S6 MHz sonde. Speckle-tracking funksjonene er analoge med de som brukes i vevsflekksporing for å studere myokardeformasjon 11,12,13. Siden røde blodlegemer har en tendens til å bevege seg raskere og med en høyere Doppler-frekvens enn det omkringliggende vevet, kan de to signalene skilles ved å bruke et tidsfilter. BSI bruker en best-match algoritme for å kvantifisere bevegelsen av blodflekker direkte uten å bruke kontrastmidler. Blodhastighetsmålingene kan visualiseres som piler, strømlinjelinjer eller banelinjer med eller uten underliggende fargedopplerbilder, og kan markere områder med kompleks strømning¹⁰.

BSI har vist seg å ha god gjennomførbarhet og nøyaktighet for å kvantifisere intrakardiale blodstrømningsmønstre, med utmerket validitet sammenlignet med et referansefantominstrument og pulsdoppler ^7,10,11. Selv om det fortsatt er veldig nytt, er BSI et lovende klinisk verktøy for tidlig diagnose av ulike hjertepatofysiologier. Den kliniske anvendelsen av vortex-avbildning har vist løfte om nyfødte spedbarn. Spesielt kan oppførselen til en virvel i venstre ventrikkel (LV) ha langsiktige implikasjoner på hjertemodellering og predisponering mot hjertesvikt.

Mekanismen som knytter virvler til remodellering av venstre ventrikkel er fortsatt relativt uutforsket, men er nylig undersøkt i vårt laboratorium og er gjenstand for pågående arbeid¹¹. Denne metodeartikkelen tar sikte på å beskrive bruken av BSI i å utforske intrakardiale virvler og diskutere praktisk og klinisk bruk av virvler i vurdering av diastolisk funksjon i ulike populasjoner. Et sekundært mål er å diskutere den kliniske relevansen av BSI og presentere noe av arbeidet som tidligere er utført hos nyfødte.

Protocol

Alle prosedyrer utført i studier som involverte menneskelige deltakere, var i samsvar med de etiske standardene til den institusjonelle og/eller nasjonale forskningskomiteen og med Helsinkideklarasjonen av 1964 og dens senere endringer eller sammenlignbare etiske standarder. Informert samtykke ble innhentet fra alle individuelle deltakeres familier inkludert i studien. Alle bilder og videoklipp ble avidentifisert etter oppkjøpet. 1. Pasientforberedelse Sett opp ult…

Representative Results

Oppkjøpet av virvelklips er sammenlignbart med standardmetoden som universelt brukes til å skaffe fargedopplerklipp. Banebrytende studier hos voksne har beskrevet virvler ved hjelp av de apikale to-, tre- og firekammervisningene14. LV-virvelen er en ringlignende struktur som beveger seg fra base til apex. BSI visualiserer ringens indre diameter (figur 2). En virvelring er vanligvis ikke symmetrisk i form, derfor kan alternative bildeplan vise variabel virvelmorfolog…

Discussion

Betydningen av å visualisere og forstå den intrakardiale virvelen
Det er mange mulige kliniske anvendelser av ekkokardiografi-avledet vortex-avbildning med høy bildefrekvens. Deres evne til å gi verdifull innsikt i intrakardial strømningsdynamikk har vært interessen for nyere studier¹⁶. Videre kan vortex imaging tillate påvisning av presymptomatiske endringer i LV-arkitektur og funksjon hos nyfødte, noe som kan ha betydning for langvarig hjerteremodellering i voksen ald…

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