ERRATUM NOTICE
Important: There has been an erratum issued for this article. Read more …
Summary
Det nuvarande protokollet använder ekokardiografi-härledd blodfläckavbildningsteknik för att visualisera intrakardiell hemodynamik hos nyfödda. Den kliniska nyttan av denna teknik undersöks, rotationskroppen av vätska i vänster kammare (känd som en virvel) nås och dess betydelse för förståelsen av diastologi bestäms.
Abstract
Vänster kammare (LV) har ett unikt mönster av hemodynamisk fyllning. Under diastole bildas en rotationskropp eller ring av vätska som kallas en virvel på grund av hjärtats kirala geometri. En virvel rapporteras ha en roll i att bevara den kinetiska energin i blodflödet som kommer in i LV. Nyligen genomförda studier har visat att LV-virvlar kan ha ett prognostiskt värde för att beskriva diastolisk funktion i vila i neonatala, pediatriska och vuxna populationer, och kan hjälpa till med tidigare subklinisk intervention. Visualiseringen och karakteriseringen av virveln är dock fortfarande minimalt utforskad. Ett antal avbildningsmodaliteter har använts för att visualisera och beskriva intrakardiella blodflödesmönster och virvelringar. I den här artikeln är en teknik som kallas blodfläcksavbildning (BSI) av särskilt intresse. BSI härstammar från färgdopplerekokardiografi med hög bildfrekvens och ger flera fördelar jämfört med andra modaliteter. BSI är nämligen ett billigt och icke-invasivt verktyg vid sängkanten som inte förlitar sig på kontrastmedel eller omfattande matematiska antaganden. Detta arbete presenterar en detaljerad steg-för-steg-tillämpning av BSI-metodiken som används i vårt laboratorium. Den kliniska nyttan av BSI är fortfarande i ett tidigt skede, men har visat sig lovande inom den pediatriska och neonatala populationen för att beskriva diastolisk funktion i volymöverbelastade hjärtan. Ett sekundärt syfte med denna studie är därför att diskutera det senaste och framtida kliniska arbetet med denna avbildningsteknik.
Introduction
Blodflödesmönster inom hjärtat spelar en nyckelroll i hjärtats utveckling, med början i fostrets morfogenes och fortsätter under hela livslängden. Hemodynamisk skjuvspänning spelar en central roll i stimuleringen av hjärtkammarens tillväxt och arkitektur via aktivering av specifika gener 2,3. Detta sker både i det intrauterina stadiet och i de tidiga stadierna av livet, vilket belyser vikten av hemodynamisk påverkan på tidig hjärtutveckling och överföring till vuxen ålder3.
Vätskedynamikens lagar säger att blod som passerar längs en kärlvägg rör sig långsammare när det är närmast väggen och snabbare när det är i mitten av ett kärl, där motståndet är lägre. Detta fenomen kan demonstreras i vilket stort kärl som helst med pulsvågsdoppler som det typiska dopplerhastighetstidsintegralhöljet4. När blod kommer in i ett större hålrum som hjärtat, fortsätter blodet längst bort från endokardiell yta att öka sin hastighet i förhållande till blodet närmast den ytan och skapa en roterande vätskekropp, känd som en virvel. När virvlar väl har skapats är de självgående flödesstrukturer som vanligtvis drar in omgivande vätska via undertrycksgradienter. Således kan en virvel flytta en större volym blod än en motsvarande rak vätskestråle, vilket främjar större hjärteffektivitet 4,5.
Litteraturen tyder på att det evolutionära syftet med virvlar är att bevara kinetisk energi, minimera skjuvspänning och maximera flödeseffektiviteten 4,5,6. Specifikt för hjärtat inkluderar detta lagring av hemodynamisk energi i en roterande rörelse, vilket underlättar klaffstängning och utbredning av blodflödet mot utflödeskanalen, som visas i figur 1. Förändrade blodflödesmönster i hjärtat förväntas i patologiska situationer såsom volymöverbelastade tillstånd och i fall med konstgjorda klaffar 7,8. Häri ligger alltså den verkliga diagnostiska potentialen för virvlar som tidiga prediktorer för kardiovaskulära utfall hos vuxna.
Intrakardiell hemodynamik har fått ett ökande intresse i litteraturen i både vuxna och pediatriska populationer. Flera modaliteter finns tillgängliga för kvalitativ och kvantitativ bedömning av intrakardiell hemodynamik och sammanfattades utförligt i en nyligen genomförd översikt, med särskild tonvikt på den intrakardiella virveln9. En modalitet med stort löfte är ekokardiografi-härledd blodfläcksavbildning (BSI), som erbjuder möjligheten att icke-invasivt mäta ett antal kvalitativa och kvantitativa virvelegenskaper, som beskrivs nedan, till en relativt låg kostnad och med utmärkt reproducerbarhet10. BSI är för närvarande kommersiellt tillgängligt med hjälp av ett avancerat hjärtultraljudssystem med en S12- eller S6 MHz-sond. Prickspårningsfunktionerna är analoga med de som används vid spårning av vävnadsfläckar för att studera myokarddeformation 11,12,13. Eftersom röda blodkroppar tenderar att röra sig snabbare och med en högre dopplerfrekvens än den omgivande vävnaden, kan de två signalerna separeras genom att applicera ett tidsfilter. BSI använder en best-match-algoritm för att kvantifiera rörelsen av blodfläckar direkt utan att använda kontrastmedel. Blodhastighetsmätningarna kan visualiseras som pilar, strömlinjer eller väglinjer med eller utan underliggande färgdopplerbilder och kan markera områden med komplext flöde10.
BSI har visat sig ha god genomförbarhet och noggrannhet för kvantifiering av intrakardiella blodflödesmönster, med utmärkt validitet jämfört med ett referensfantominstrument och pulsad doppler 7,10,11. Även om det fortfarande är mycket nytt, är BSI ett lovande kliniskt verktyg för tidig diagnos av olika hjärtpatofysiologier. Den kliniska tillämpningen av virvelavbildning har visat sig lovande hos nyfödda barn. Specifikt kan beteendet hos en virvel i vänster kammare (LV) ha långsiktiga konsekvenser för hjärtats remodellering och predisposition för hjärtsvikt.
Mekanismen som kopplar virvlar till vänsterkammarremodellering är fortfarande relativt outforskad, men har nyligen undersökts i vårt laboratorium och är föremål för pågående arbete11. Denna metodartikel syftar till att beskriva användningen av BSI för att utforska intrakardiella virvlar och diskutera den praktiska och kliniska användningen av virvlar vid bedömning av diastolisk funktion i olika populationer. Ett sekundärt syfte är att diskutera den kliniska relevansen av BSI och presentera en del av det arbete som tidigare utförts på nyfödda.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla procedurer som utfördes i studier på människor var i överensstämmelse med de etiska normerna för den institutionella och/eller nationella forskningskommittén och med Helsingforsdeklarationen från 1964 och dess senare ändringar eller jämförbara etiska normer. Informerat samtycke inhämtades från alla enskilda deltagares familjer som ingick i studien. Alla bilder och videoklipp avidentifierades efter förvärvet.
1. Förberedelse för patienten
- Ställ upp ultraljudsmaskinen intill patientens spjälsäng och anslut ett elektrokardiogram med tre avledningar (se materialförteckning).
- Mata in patientkoden och relevanta detaljer, såsom kroppslängd och vikt, och utför ekokardiogrammet enligt de tidigare beskrivna standarderna12.
2. Bildinsamling
- Specifikt för BSI, få en grund view av LV i den apikala fyrkammarvyn med en smal sektorbredd, vilket möjliggör en bildhastighet mellan 400-600 Hz.
- Öppna en färgruta över vänster kammare, smal maximalt för att endast inkludera regionen från mitralisklaffen till endokardiell spets och från septal endokardiell gräns till sidoväggens endokardiell gräns.
- Öka färgökningen till den punkt där den blir fläckig och minska något. Ställ in färgdopplerhastighetsskalan till lämplig diastolisk hastighet (20-30 cm/s hos för tidigt födda barn) för att maximalt fylla färglådan med det långsammare diastoliska inflödet.
- På utrustningens kontrollpanel med pekskärm (se materialtabell), tryck på BSI-läge för att avslöja flödesriktningarna och virvlarna inom hjärtat i RAW-färgformat. Justera BSI-boxens position och storlek för att inkludera flödesområdet av intresse och registrera minst två hjärtcykler.
- Upprepa proceduren i den apikala LV långaxelvyn eller andra vyer där intrakardiell hemodynamisk bedömning krävs (Figur 2 och Figur 3).
3. Bildanalyser
OBS: Bildanalysteknikerna för LV-virveln har beskrivits kortfattat i tidigare arbete från vårt laboratorium11. Protokollet som används för att bedöma intrakardiella virvlar är följande (figur 3 och figur 4).
- Spara två hjärtcykler från varje patient till externa medier i deras RAW DICOM-format och överför till en laboratoriestation med ett bildbehandlingsprogram (se Materialförteckning) installerat för detaljerade offlineanalyser.
- När du är offline, identifiera den mest framträdande eller huvudsakliga virveln.
OBS: Huvudvirveln visualiseras som en långsträckt, ovalformad, moturs roterande struktur belägen i den övre vänstra kvadranten av vänster kammare nära septum, med det maximala virvelområdet som finns i sen diastole (under den transmitrala A-vågen) hos för tidigt födda barn (Video 1). Huvudvirveln finns vanligtvis under den transmitrala E-vågen för äldre spädbarn och barn. - Anteckna antalet oberoende, kompletta ovala virvlar som bildas under hela hjärtcykeln för varje klipp.
- Mät huvudvirvelns position i förhållande till kända landmärken inom LV. För att bestämma virveldjupet, med hjälp av verktyget "avståndsmätning" på analysmjukvaran, mät det vertikala avståndet från virvelögat till mitten av mitralisklaffringen. För virveltvärgående position, mät det horisontella avståndet från virvelögat till endokardiell gräns för interventrikelskiljeväggen.
- Mät de vertikala och horisontella kant-till-kant-avstånden för huvudvirveln i förhållande till LV-längden och bredden för att erhålla virvelformen.
OBS: Detta möjliggör också uppskattning av virvelsfäricitetsindexet som längd dividerat med bredd. - Använd verktyget "spårningsmätning" i analysprogramvaran, klicka på och spåra den yttersta virvelringen vid den punkt där huvudvirveln är mest framträdande för att bestämma huvudvirvelområdet.
- För att bedöma Peak Vortex Formation Time (PVFT), registrera hjärtramen när virveln först uppträder (cirkulära ringar avgränsade) i hjärtramen där huvudvirveln är mest framträdande och beräkna antalet ramar i förhållande till det totala antalet ramar i en hjärtcykel för patienten.
- För att bedöma virvelns varaktighet, mät de ramar från vilka virveln först dyker upp när virveln förlorar sin cirkulära ringbildning. Virvelvaraktigheten beräknas sedan som antalet bildrutor i förhållande till patientens totala antal bildrutor i en hjärtcykel (figur 5).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Förvärvet av virvelklämmor är jämförbart med den standardmetod som allmänt används för att erhålla färgdopplerklipp. Banbrytande studier på vuxna har beskrivit virvlar med hjälp av de apikala två-, tre- och fyrkammarvyerna14. LV-virveln är en ringliknande struktur som rör sig från basen till toppen. BSI visualiserar ringens innerdiameter (figur 2). En virvelring är vanligtvis inte symmetrisk i form, därför kan alternativa avbildningsplan visa variabel virvelmorfologi eller position. I en liten analys av 20 patienter visade det sig att virvelpositionen var jämförbar. I synnerhet var virvelsfäricitetsindexet högre i fyrkammarvyn jämfört med trekammarvyn (figur 3). I den aktuella studien användes trekammarvyn för virvelavbildning, vilket gav de mest reproducerbara bilderna enligt vår erfarenhet.
Nyligen utfört arbete från vårt laboratorium har beskrivit den framgångsrika kliniska tillämpningen av ekokardiografi-härledd BSI11. En population på 50 prematura nyfödda fick ett omfattande ekokardiogram, som inkluderade bedömning av blodbristen, tillsammans med traditionella kliniska data som blodtryck och andningsstatus. Genomförbarheten och tillförlitligheten av både insamling och tolkning av virvlar hos nyfödda var hög och visade att virvlar kunde beskrivas i detalj baserat på den metod som diskuterats ovan. Specifikt identifierades ett intervall av värden för virvelarea, position, morfologi, antal skenbara virvlar och tidsegenskaper, tillsammans med traditionella hjärtstrukturer och funktionsparametrar. Dessutom delades populationen in i kvartiler baserat på indexerade LV-volymer och visade signifikanta skillnader mellan grupperna med hög och låg kvartil för olika viktiga virvelparametrar (tabell 1).
Analyserna avslöjade flera viktiga samband mellan de nya BSI-virvelparametrarna och traditionella ekokardiografi-härledda parametrar för diastolisk funktion och LV-morfologi. En stark positiv korrelation sågs mellan virvelarea och LV-slutdiastolisk dimension (r = 0,50, p < 0,01), och en omvänd korrelation sågs mellan virvellängd och Ee'-kvoten - ett surrogatmått på LV end-diastoliskt tryck12 (r = -0,56, p < 0,01). Dessa data tyder på att virvlar kan ge unik insikt i den diastoliska funktionen hos en neonatal population och ge ytterligare stöd till traditionella väletablerade parametrar.
De nyckelsamband som beskrivs ovan mellan virvelarea och LV-morfologi har föranlett ytterligare pågående arbete med hypotesen att kinetisk energi från intrakardiell hemodynamik kan påverka tidig hjärtremodellering av LV hos för tidigt födda barn. En större prospektiv studie har hittills visat att minst ett av fyra mycket för tidigt födda barn visar tecken på hjärtremodellering vid utskrivningstillfället. Det finns dock begränsad information om de bakomliggande mekanismerna. Preliminära bedömningar visade att virvlarna var mindre långsträckta på postnatal dag 7 efter för tidig födsel hos spädbarn som senare utvecklade hjärtremodellering, vilket stöder hypotesen att blodflödesmönster inom hjärtat kan spela en viktig roll i hjärtutvecklingen efter för tidig födsel15. Ytterligare studier behövs för att validera dessa fynd och undersöka om tidig och kortvarig intervention potentiellt kan förhindra denna väg för onormal hjärtutveckling.
Tillämpningen av BSI för att karakterisera intrakardiell hemodynamik har också undersökts i andra hjärtlandmärken där unika flödesmönster finns (Figur 6). Preliminära bedömningar av bi-kaval inflödesmönster utförs inom höger förmak (video 2) och höger kammares utflödeskanal hemodynamik under diastole (video 3). Dessa pilotstudier syftar till att ytterligare beskriva mönster av venöst återflöde hos nyfödda med olika nivåer av andningsstöd och få ytterligare insikt i sambanden mellan andningsförändringar och diastolisk funktion.
Figur 1: Intrakardiell hemodynamik i vänster kammare. Den här illustrationen visar visuellt blodflödesmönster och virvelbildning inom LV. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: Vortexring i vänster kammare. Detta schema visar virvelringen sedd från en apikal trekammarvy med hjälp av tvådimensionell färgdoppler och fläckspårningsavbildning. När du använder den apikala trekammarvyn är huvudvirveln (Smain 3-kammare) mindre än fyrkammarvyn (Smain 4-kammare). Huvudvirveln är vanligtvis större jämfört med eventuella sekundära virvlar (Ssec). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Virvlar härledda från blodfläcksavbildning i de apikala vyerna. Detta är en jämförelse av BSI-härledda virvlar som demonstrerats med hjälp av den apikala fyrkammarvyn (vänster) och den apikala trekammarvyn (höger). Graferna representerar de olika formerna och platserna för virvlarna i de två apikala fönstren. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Bedömning av virvelmorfologi. Detta diagram visar de manuella metoder som används i vårt laboratorium för att erhålla virvelmorfologiparametrar från den apikala fyrkammarvyn. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 5: Bedömning av virveltidsegenskaper. Denna figur visar de metoder som används för att erhålla virveltidsegenskaper såsom virvelvaraktighet och maximal virvelbildningstid. Den vertikala röda linjen indikerar i vilket skede av hjärtcykeln en virvelhändelse inträffar. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 6: Spårning av blodfläckar i andra hjärtkammare. Denna figur visar intrakardiell hemodynamik i andra hjärtkammare. I höger kammare (RV) är huvudvirveln en medurs roterande struktur som rullar längs septum med sin maximala area strax före lungklaffen och artären (PA). I höger förmak (RA) bildas en huvudvirvel på grund av blandning av inflöde via inferior vena cava (IVC) och superior vena cava (SVC) nära den nedre gränsen av sidoväggen och med moturs rotation, och ibland en andra medurs rotation nära RA-bihanget. Vänster förmak (LA) har begränsade områden där flödet i de fyra lungvenerna inte blandas direkt, och virvlar kan vara svåra att fånga. Klicka här för att se en större version av denna figur.
| LVEDVi Lägsta kvartil | LVEDVi Högsta kvartil | |
| ejektionsfraktion (%) | 67(5) | 69(5) |
| Longitudinell töjning (%) | 20.3(1.6) | 23.5(2.7)* |
| MV VTI (cm) | 6.4(1.9) | 9.6(2.8)** |
| EA-förhållande | 0.69(0.12) | 0.84(0.10** |
| Ee'-förhållande | 13.3(2.9) | 19.7(8.0)* |
| IVRT (ms) | 54(8) | 44(8)** |
| Plats | ||
| Virveldjup | 0.58(0.10) | 0.56(0.07) |
| Virvel tvärgående läge | 0.29(0.07) | 0.37(0.15)** |
| Geometri | ||
| Vortex-område (cm2) | 0.44(0.28) | 0.57(0.21) |
| Vortexområde indexerat till LV-område | 0.20(0.12 | 0.18(0.05) |
| Egenskaper för tid | ||
| Virvelns starttid (% av RR) | 88(5) | 76(8)** |
| Maximal virvelbildningstid (% av RR) | 91(2) | 82(8)** |
| Virvelns varaktighet (% av RR) | 16(4) | 11(2)** |
Tabell 1: Jämförelse mellan spädbarn med den lägsta respektive högsta kvartilen av indexerade LV-volymer. Data presenteras som medelvärden + standardavvikelse (SD). **p < 0,01, *p < 0,05. Förkortningar: IVRT = isovolumisk relaxationstid; LVEDVi = slutdiastolisk volym i vänster kammare indexerad till vikt; MV = mitralisklaff. Tabellen är återanvänd från referens11.
Video 1: Skärmdumpar från LV-virvelvideon. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Video 2: Skärmdumpar från videon om bi-kaval inflödesvirvel. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Video 3: Skärmdumpar från höger kammares utflödesvirvel. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vikten av att visualisera och förstå den intrakardiella virveln
Det finns många möjliga kliniska tillämpningar av ekokardiografi-härledd virvelavbildning med hög bildfrekvens. Deras förmåga att ge värdefull insikt i intrakardiell flödesdynamik har varit intressant i nyligen genomförda studier16. Dessutom kan virvelavbildning göra det möjligt att upptäcka presymtomatiska förändringar i LV-arkitektur och funktion hos nyfödda, vilket kan ha betydelse för långsiktig hjärtremodellering i vuxen ålder15. Detta kan i sin tur öka noggrannheten och de prognostiska resultaten av uppföljande behandlingar och operationer. Användningen av BSI för att visualisera intrakardiella virvlar har nyligen fått viss dragkraft i litteraturen, men är fortfarande i stort sett outforskad. Bortsett från arbetet i det aktuella laboratoriet på för tidigt födda nyfödda, har andra kliniska publikationer visat att ekokardiografi-härledd BSI är genomförbar och kliniskt relevant hos spädbarn med medfödd hjärtsjukdom 7,17, klaffpatologi18 och till och med i högerkammarpatologi19.
Nyttan av virvelavbildning vid bedömning av diastolisk funktion
Den diastoliska funktionen hos LV beskriver dess förmåga att fyllas med blod och förbereda en slagvolym för utstötning. Det har gjorts stora framsteg i förståelsen av diastolisk funktion hos patienter med hjärtsvikt med bevarad ejektionsfraktion (HFpEF), särskilt i relation till patofysiologi, diagnos och prognos med ekokardiografi20,21. Hjärtats diastoliska funktion innebär en aktiv biokemisk process av myokardavslappning, där aktin- och myosinkorsbryggorna lossnar och spänningen i myokardmuskelfibrerna börjar minska. När mitralisklaffen öppnas kommer blod in i LV genom sug som skapas av den elastiska rekylen av myokardfibrer som rör sig mot sin ursprungliga längd (återställande krafter). Detta sänker trycket i LV-kaviteten och skapar en tryckgradient mellan förmak och kammare. Den sista fasen av diastolisk funktion genereras av förmakskontraktion, vilket ökar LA-trycket över LV-trycket och fastställer det slutliga LV-slutdiastoliska trycket och volymen innan mitralisklaffen stängs och kontraktionenbörjar 22.
Ur hemodynamisk synvinkel innebär LV diastole att en pelare av syresatt blod passerar från förmaken in i kammaren som förberedelse för utstötning. Placeringen av LV-utflödeskanalen intill mitralisringen innebär att blod kommer in i kammaren basalt till apikalt och lämnar ventrikeln apikalt till basalt. Nya framsteg i förståelsen av intrakardiell hemodynamik tyder på att denna omdirigering av blodflödet som sker i övergången från vänsterkammarfyllning till utstötning följer en specifik rotationsriktning för att minimera skjuvkrafter på myokardium och bevara kinetisk energi i den rörliga blodpelaren, därav bildandet av en intraventrikulär virvel 4,5 (Figur 1).
Diastologiska riktlinjer har sammanfattats av American Society of Echocardiography och European Association of Cardiovascular Imaging12. Det finns flera begränsningar med standarddoppler och tvådimensionell härledd bedömning av diastolisk funktion. Dessa inkluderar, men är inte begränsade till, hjärtfrekvens, dopplervinkelberoende, signalkvalitet och svårigheten att gradera diastolisk dysfunktion med hjälp av flera parametrar, som ofta inte stämmer överens. Således möjliggörs förslaget om en vinkel- och hjärtfrekvensoberoende parameter, med potential för detaljerad insikt i relaxation och fyllning av LV härledd från en enda primär mätning, med införandet av den intrakardiella virveln.
Som framgår av de aktuella resultaten ger visualisering av virveln flera parametrar, vilket möjliggör en viss insikt i diastolisk hjärtfunktion. Specifikt har ett signifikant samband mellan virvelarea/form och LV-morfologi visats, liksom relevansen av virveltiming för att förutsäga LV-slutdiastoliskt tryck. Dessutom ses också variationer i virvelposition baserat på det avbildningsplan som används (Figur 3), liksom positionsskillnader hos barn med medfödd hjärtsjukdom i arbete från andra författare (dvs. virvel placerad närmare den interventrikulära septumet i volymöverbelastade fall och patienter med klaffpatologi 7,12). Antalet virvlar som ses i LV kan teoretiskt sett vara relaterat till LV-arkitekturen, men har ännu inte visat statistisk signifikans i detta arbete och andras arbete. Slutligen kan virvelavbildning ge upphov till mer komplexa numeriska mätningar, såsom vorticitet, energiförlust och lagrad kinetisk energi, vilket har visat ett visst prognostiskt värde vid studier av medfödd klaffsjukdom, såsom bikuspida aortaklaffar18. Den kliniska tillämpningen av BSI kan ge möjlig ytterligare information till konventionell färgdoppler, vilket hjälper till att förbättra visualiseringen av onormala hemodynamiska mönster i patologier som shuntar, klaffuppstötningar och stenos17.
Avbildning och analys av den intrakardiella virveln: för- och nackdelar
Som tidigare beskrivits kan blodflödesmönster inom hjärtat visualiseras med hjälp av magnetisk resonanstomografi (MRT), såväl som ekokardiografi-härledd partikelavbildningsvelocimetri, vektorflödeskartläggning och BSI6. Hos nyfödda har BSI de största fördelarna på grund av dess icke-invasiva natur och applicering vid sängkanten. Dessutom, eftersom bildupplösning och ultraljudsstrålpenetration är omvänt relaterade, gör den mycket lilla kroppsytan hos ett nyfött barn att en hög upplösning kan användas utan att offra den för penetrationsdjup. Omvänt, eftersom BSI kräver höga bildfrekvenser och upplösning för att det ska vara möjligt att fånga intrakardiella virvlar, kan denna teknik för närvarande inte utföras på större patienter, såsom vuxna, där de större penetrationskraven äventyrar upplösningen. Hittills har det största antalet patienter på vilka BSI framgångsrikt tillämpats varit i en population av barn med en medianålder på 7 år och en kroppsyta på upp till 1,22m27.
En annan begränsning med BSI-avbildning är dess beroende av högkvalitativa tvådimensionella bilder för att uppskatta virvlar exakt. För närvarande är BSI inte tillgängligt i tredimensionell ekokardiografi, vilket begränsar visualiseringen av denna komplexa tredimensionella struktur. Dessutom ådrar sig BSI en betydande förlust av signal-brusförhållande på grund av dess begränsade penetrationsdjup. I praktiken innebär detta att ett oroligt nyfött barn som rör sig under undersökningstiden och en kroppsstruktur som utesluter en optimerad och definierad fyrkammarvy av LV kan utgöra betydande hinder med denna teknik. Metoder för att lugna det nyfödda barnet under undersökningen (t.ex. med sackaros) och andra tekniker för att optimera LV-bildkvaliteten i fyrkammarvyn (t.ex. positionering av det nyfödda barnet och operatörstekniker) bör lätt implementeras.
Slutligen var denna studie kommersiellt begränsad till virvelegenskaperna hos den valda tekniken (dvs. ekokardiografi-härledd BSI). Även om den kliniska relevansen och reproducerbarheten av dessa mätningar vinner mark i litteraturen, finns det fortfarande ett behov av att ytterligare validera vad dessa markörer betyder i olika patologier och hur de jämförs med andra avbildningsmodaliteter. Till exempel kan virvelarkitektur, positionering och timing vara mycket användbara vid medfödda hjärtsjukdomar, medan de kinetiska energiparametrarna, som ännu inte är tillgängliga med BSI, kan fungera väl i långsiktiga seriestudier av hjärtremodellering.
Framtida riktningar
Sammanfattningsvis får BSI snabbt erkännande som ett billigt, icke-invasivt och värdefullt verktyg för att bedöma intrakardiell hemodynamik och, mer specifikt, virvlar. Arbete från det aktuella laboratoriet har verifierat dess reproducerbarhet och visat dess kliniska och praktiska användbarhet som ett kompletterande verktyg för bedömning av hjärtfunktion och remodellering efter för tidig födsel8. Framöver kräver den hypotetiska kopplingen mellan intrakardiella skjuvkrafter på myokardium och den efterföljande hjärtombyggnaden som ses vid olika tidpunkter i utvecklingen tidigt i livet ytterligare uppmärksamhet. Hittills har endast arkitektoniska och tidsmässiga egenskaper hos virvlar utforskats. Men, som tidigare antytts, kan förvärv av energetiska parametrar som rotationskinetisk energi och vorticitet ge ytterligare insikt i mekanismen som kopplar samman flödesmönster och ogynnsam hjärtremodellering. Kliniskt kan detta senare göra det möjligt att implementera snabbare interventioner hos riskpatienter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inga upplysningar eller intressekonflikter att redovisa.
Acknowledgments
Vi vill tacka den neonatala intensivvårdsavdelningen på John Hunter Hospital för att de tillåter vårt pågående arbete att utföras, tillsammans med föräldrarna till våra mycket små och värdefulla deltagare.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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).
Tags
Denna månad i JoVE nummer 202Erratum
Formal Correction: Erratum: Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns
Posted by JoVE Editors on 02/22/2024.
Citeable Link.
An erratum was issued for: Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns. The Authors section was updated. The affiliation for author Damien Vitiello has been updated to: Institute of Sport and Health Sciences of Paris (IS3P - URP 3625), Université Paris Cité
