Methodenartikel

Transthoracale Speckle Tracking echocardiografie voor de kwantitatieve beoordeling van Linksventriculaire myocardvervorming

DOI:

10.3791/54736

⸱

20 oktober 2016

 ,  , 
1HELIOS University Medical Center Wuppertal, Children's Hospital, Department of Pediatric Cardiology, Center for Clinical and Translational Research (CCTR), Witten/Herdecke University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Speckle-tracking echocardiografie is een opkomende diagnostische beeldvorming techniek voor de kwantitatieve beoordeling van wereldwijde en regionale hartspierprestatie. Standaard weergave echocardiografische bewegende beelden worden opgenomen en vervorming parameters worden vervolgens gemeten met behulp van geautomatiseerde continue frame per frame van tracking en bewegingsanalyse van spikkels binnen de B-modus beelden van de hartspier.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De waarde van de conventionele echocardiografie wordt beperkt door de verschillen in de inter-individuele afbeelding uitgelegd en dus grotendeels afhankelijk van de expertise van de examinatoren. Speckle-tracking echocardiografie (STE) is een veelbelovend maar technisch moeilijke methode die kan worden gebruikt voor een kwantitatieve beoordeling regionale en mondiale systolische en diastolische hartspierprestatie. Myocard strain en strain rate kan worden gemeten in alle drie de dimensies - radiaal, de omtrek, de lengterichting - van myocard vervorming. Standard dwarsdoorsnede tweedimensionale B-modus beelden worden opgenomen en vervolgens nabewerkt door geautomatiseerde continue frame per frame van tracking en bewegingsanalyse van spikkels binnen de hartspier. Beelden worden opgenomen digitale loops en gesynchroniseerd met een 3-lead EKG voor timing doeleinden. Longitudinale deformatie wordt beoordeeld in de apicale 4-, 3- en 2-kamer uitzicht. Omtrekrichting en radiale deformatie gemeten in de parasternal korte as vlak.

Een optimale beeldkwaliteit en nauwkeurige weefsel bijhouden van het grootste belang zijn voor de juiste bepaling van hartspierprestatie parameters. Met behulp van transthoracale STE in een gezonde vrijwilliger, dit artikel is een gedetailleerd overzicht van de essentiële stappen en mogelijke valkuilen van kwantitatieve echocardiografische myocardvervorming analyse.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wetenschappelijke en klinische scenario's in de cardiovasculaire geneeskunde zijn meer en meer aangepakt door continue variabelen en cutoff waarden in plaats van simplistische "ja of nee" algoritmen. Beeldvormingstechnieken zijn geëvolueerd kunnen hartfunctie in steeds meer detail. Speckle-tracking echocardiografie (STE) is een opkomende diagnostisch instrument voor de kwantitatieve evaluatie van myocard prestaties. Terwijl conventionele echocardiografie wordt beperkt door subjectief beeld interpretatie en een sterke afhankelijkheid van de expertise van de individuele onderzoeker, heeft STE geïntroduceerd als een reproduceerbare en meer objectieve methode om mondiale en regionale systolische en diastolische functie 1,2 kwantificeren.

Linker ventrikel (LV) myocardvervorming - langs- en omtreksrichting verkorting en radiale verdikking in systole en diastole omgekeerd - kan worden beschreven voor de parameters stam (ε) en strain tarief (SR). ε is dimensieloos procentuele verandering in myocardiale lengte. SR is een tijd afgeleide van ε 3. Deze belangrijke indices van myocardiale functie bleken te kunnen myocardiale ischemie 4 identificeren respons op cardiale resynchronisatietherapie 5 voorspellen en subklinische myocardiale disfunctie opsporen tijdens conventionele echocardiografische parameters nog normaal 6 blijven. Systematisch meta-analyse globale longitudinale ε, de meest gebruikte kwantitatieve LV systolische functie parameter is aangetoond dat superieure voorspellende waarde voor het voorspellen van cardiale complicaties dan LV ejectiefractie (EF), de huidige gouden standaard voor hebben de beoordeling van de LV systolische functie 7. Zelfs zeer subtiele veranderingen zoals het effect op korte termijn metabole veranderingen op myocardiale mechaniek in asymptomatische patiënten kan worden gedetecteerd met gebruikmaking STE 8.

Technisch, STE gebruiks greyscale 2D- of 3D-B-modus bewegende beelden opgenomen in de standaard uitzicht echocardiografie. Meerdere opeenvolgende hartcycli worden geregistreerd in apicale uitzicht 4-, 3- en 2-kamer longitudinale vervorming te meten en in de parasternale korte as aanzicht van perifere en radiale vervorming 9. Bovendien, door het vastleggen van de korte lijst as ter hoogte van de mitralisklep, de papillaire spieren en de apex, LV torsie kan worden beoordeeld 3. Vervolgens om het beeld acquisitie en opslag van digitale loops, wordt myocard vervorming gemeten op een off-line werk station of op de echo apparaat zelf. De software detecteert unieke myocardiale pixelpatronen in het opgenomen grijsbeelden zogenaamde "spikkels" en sporen hen in de onderzochte hartcyclus. Vectoren worden gemeten en vervormingsparameters worden vervolgens berekend. Zo regionale en mondiale myocardvervorming kunnen in systole en diastole voor zowel de linker en rechter hartkamer een beoordelend atrium 10.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De inhoud protocol is ethisch goedgekeurd door de Witten / Herdecke University ethische commissie.

1. Technische vereisten

  1. Maken gebruik van een echocardiografie apparaat met speckle tracking-technologie uitgerust met een adequate sector scala weefsel harmonische imaging transducer.
  2. Tijdens de Image Acquisition, opnemen en rechtstreeks aansluiten van een standaard 3-lead EKG aan de echocardiografie apparaat om echocardiografische bewegende beelden aan elektromechanische activiteit te synchroniseren. Dit is verplicht voor timing doeleinden tijdens de daaropvolgende postprocessing analyses. Sluit de studie onder de EKG en ontdooien het ultrasone beeld om te beginnen met het detecteren van het ECG-signaal.
  3. Digitaal opnemen lussen zoals in detail beschreven (stappen 2.1-2.5) en slaat de gegevens als bewegende beelden in DICOM formaat op een externe schijf. Vervolgens overdracht van de bestanden naar een off-line werkstation.
  4. Voer post-processing-analyses met behulp van de juiste software, zoals beschrevenin detail beschreven (stappen 3,1-3,13).

2. Registratie van Echocardiografie Digital Loops

  1. Onderzoek de patiënt in de linker laterale decubitus positie (patiënt liggend op de linker kant met de linkerarm boven het hoofd uitgerekt).
    Let op: dit deel van het protocol vereist dat de patiënt / proefpersoon aanwezig te zijn.
  2. Als alternatief, bij het combineren van STE met stress echocardiografie modaliteiten zoals een fiets ergometer, ervoor te zorgen dat de patiënt zich in een 45-graden rechtop. In dit geval gebruiken een standaard fiets ergometrie toestel te steken en standaard inspanningsechocardiografie testen zoals hiervoor beschreven 11. Tijdens het opnemen van echocardiografische beelden, kantel de ergometer een linker laterale lichaamshouding om artefacten door te interfereren longweefsel minimaliseren bereiken.
  3. Wees extra voorzichtig om de beeldkwaliteit te optimaliseren om nauwkeurige meten van myocard vervorming te garanderen. Om dit te doen, past u de frame rate tussen 60 en 80 frames per seconde met behulp van de optie 'aan te passen frame rate ". Bovendien, aandacht besteden aan alle aspecten van het myocard structuren die gedurende het geheel van de hartcyclus worden geanalyseerd omvatten.
  4. Verkrijgen dwarsdoorsnede tweedimensionale greyscale B-modus beelden in standaard apicale lange as en parasternale korte as vliegtuigen zoals beschreven door de European Association of Cardiovascular Imaging en de American Society of Echocardiografie 12. Neem meerdere opeenvolgende hartcycli (eigenlijk slechts één nodig, opnemen van ten minste drie hartcycli geadviseerd om te kunnen degene met de beste beeldkwaliteit bij latere nabewerking kiezen) in elk van de volgende gebieden:
    1. Voor de beoordeling van longitudinale ε en SR, vangen standaard apicale 4-, 3- en 2-uitzicht geplaatst zoals eerder beschreven 12. Om dit te doen, plaatst u de transducer aan de top van het hart in de buurt van de apicale impuls (meestal between de 3 e en 5 e intercostale ruimte en tussen de mid-claviculaire en anterieure axillaire lijn). Richt naar de rechter schouder en angulate de transducer totdat alle anatomische structuren van belang zichtbaar worden.
    2. Beelden opnemen in de parasternale korte as aanzicht ter hoogte van de mitralisklep, de papillaire spieren en de apex omtrek ε en SR en radiale ε en SR detecteren zoals elders in detail 12. Om dit te doen, plaatst u de sonde aan de linkerkant parasternal grens bij de 2 e of 3 e intercostale ruimte en angulate totdat u een dwarsdoorsnede loodrecht uitzicht op de LV te verkrijgen.
  5. Bij het combineren van STE met cardiale stresstesten zoals fiets ergometrie of andere functionele testen modaliteit die seriële metingen (zie stap 2.2), herhaalt u stap 2.4 op elk gewenst tijdstip.

3. Postprocessing Analyse

NOTITIE: Dit deel van het protocol bevat de evaluatie en interpretatie van de opgenomen echocardiografische beelden. Dat de patiënt niet nodig aanwezig te zijn en kunnen worden uitgevoerd op elk ogenblik na het vorige deel van de procedure.

  1. Gebruik makend van de kwantitatieve echocardiografie analyse software, klikt u op 'Bestand' en 'Open' en koos voor de gewenste echocardiografische studie gegevens. Selecteer een patiënt / studie en kies een echocardiografische vlak dat moet worden geanalyseerd.
  2. Klik op het Q'-icoon 'in de rechter benedenhoek van het geselecteerde beeld. Druk vervolgens op de 'aCMQ "knop aan de linkerkant.
  3. Koos de hartcyclus van de hoogste beeldkwaliteit met springtoetsen de groene QRS 'onderaan het scherm. Gebruik het toetsenbord spatiebalk om te spelen en te pauzeren de lus.
  4. Selecteer een regio van belang (ROI) te worden geanalyseerd door het bevestigen van de echocardiografische zicht op de linkerkant van het scherm. Vervolgens hebben de software de ti automatisch te detecterenming van end-diastole en suggereren een ROI.
    OPMERKING: Een eerste speckle tracking-analyse wordt vervolgens berekend door de software. Segmentale en wereldwijde ε curves worden weergegeven op de onderkant van het scherm.
  5. Klik op 'Strain rate' onder de grafieken gesegmenteerde en wereldwijde SR visualiseren.
  6. Visueel controleren de tracking kwaliteit door de software voorgesteld.
    OPMERKING: Hiertoe kritisch controleren of alle aspecten van het myocardium te analyseren zijn volledig bedekt door het ROI in het geheel van de hartcyclus. Vermijd waaronder omringende niet-hartspierweefsel in het ROI.
  7. Indien nodig kan de gehele ROI of enkele aspecten van het handmatig te verplaatsen, of zelfs helemaal opnieuw te tekenen de ROI (zie 3,8-3,9) om exacte metingen te garanderen.
    OPMERKING: Stel desgewenst de ROI transparant zijn om de ROI dekking aan te passen aan de juiste positie en breedte van het myocardium.
  8. In het apicale 4-, 3- en 2-kamer uitzicht, de softwareeen mogelijke ROI verdelen van het myocardium in zeven segmenten automatisch bepalen.
    1. In het geval ROI re-definitie is noodzakelijk, klikt u op 'Teken' aan de linkerkant en beginnen tagging de endocardgrens op drie referentiepunten: de twee tegengestelde invoegpunten van de AV-klep en de LV wand te beginnen met de basale infero-septum / basale infero laterale / basale onderste deel van de klep afwerking met het midden van de apex. Controleer of beide eindpunten van de gevolgde-endocardium op hetzelfde niveau volledig exclusief valvulaire weefsel.
    2. Als herpositionering nodig is om de positie en de breedte van de ROI te optimaliseren, klikt u op 'Bewerken' aan de linkerkant van het scherm. Bewegen elk segmentmarge evenals de endocardiale en epicardiale grenzen individueel met de cursor. Maak gebruik van een orthogonale lijn richting van de apex voor navigatie / oriëntatie bij het verplaatsen van de ROI in zijn geheel.
    3. Tot slot start de spikkel volgen re-analyse door op de knop'Compute' knop aan de linkerkant van het scherm.
      NB: De software herkent nu automatisch "akoestische markers", die de hartspier ultrastructures overeenkomt met myocard vezels organisatie in hun beweging gedurende de samentrekking en ontspanning van de hartspier af te buigen. Deze akoestische merkers opgespoord door de gehele duur van een volledige hartcyclus. De noodzakelijke berekening kan seconden tot minuten. ε en SR worden berekend door de software en gepresenteerd in een numerieke en grafische wijze.
  9. In de parasternale uitzicht, hebben de software automatisch suggereren een vooraf gedefinieerde ROI. Pas dit ROI handmatig, het verdelen van de hartspier in zes segmenten.
    Opmerking: De breedte van het ROI, moet exact overeenkomen met de dikte van het myocardium. Waar nodig optimaliseren positie en breedte van het ROI zoals beschreven in 3.8.2. Een punt in het midden van het ROI kan worden gebruikt voor navigatie / richting bij het verplaatsen van de ROIzijn geheel.
    1. Vervolgens start de spikkel volgen re-analyse door op de knop 'Compute' knop aan de linkerkant van het scherm.
  10. Koos voor segmentale en wereldwijde ε en SR worden weergegeven in bochten of de uitgebreide bull's eye-formaat. Om dit te doen, klikt u op de knop 'Voorkeuren' in de linkerbenedenhoek van het scherm. Verschillende soorten golfvormen en weergave opties kunnen worden geselecteerd op dit menu.
  11. Als handmatige herpositionering van het ROI is niet voldoende om passend algemeen speckle tracking-kwaliteit te bereiken opnieuw vanaf 3,1 en herdefinieert de ROI of overweeg selecteren van een andere hartcyclus voordat ze doorgaan met de volgende stap.
  12. Opslaan en exporteren van de gegevens voor latere statistische analyses. Indien gewenst, cine loops of stilstaande beelden kunnen worden geëxporteerd als illustraties. Om dit te doen, klikt u op 'Export' in de linkerbenedenhoek van het scherm en selecteer het gewenste formaat en het bestand directory.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het principe parameters voor de kwantitatieve beoordeling van hartspierprestatie zijn ε en SR. Technisch gezien kunnen alle hartkamers worden geanalyseerd met behulp van STE. Echter, aangezien speckle-tracking methodiek is vooral gebruikt om de LV te bestuderen, de focus van dit artikel is op LV myocard mechanica. In het algemeen longitudinale ε en SR zijn de meest beoordeelde LV vervorming parameters. Longitudinale ε en SR beschrijven systolische verkorting (en diastolische verlenging) ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Betekenis van de techniek met betrekking tot alternatieve methoden

De huidige gouden standaard voor de echocardiografische bepaling van LV systolische functie is de LV ejectiefractie (EF) 13. Echter bepaling van EF gebaseerd op een simplistische benadering die nauw samenhangt met de radiale component van myocardiale contractie maar geen rekening met de belangrijke langs- en omtreksrichting vlakken. Derhalve EF te simpele de driedimensionale complexiteit van myocar...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs danken de echocardiografische studie-deelnemer voor het vrijwilligerswerk in de video, evenals de Universiteit van Witten/Herdecke en het HELIOS Onderzoekscentrum (HRC-ID 000416 toegewezen aan Kai O. Hensel) voor de financiering.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Phillips iE33 echografiesysteemPhilips Healthcarehttp://www.umiultrasound.com/ultrasound-machine/philips/ie33
S5-1 breedband sector array transducer Philips Healthcare5-1 MHz, http://www.usa.philips.com/healthcare/product/HC989605412081/s5-1
QLAB Geavanceerde Kwantificeringssoftware Versie 10.5Philips HealthcareQ-App: Automatisch Cardiaal Bewegings Kwantificeren (aCMQ), www.philips.com/QLAB-cardiology
Xcelera R3.3L1 (Versie 3.3.1.1103) Philips Healthcarehttp://www.usa.philips.com/healthcare/product/HC830038/xcelera-r41-cardiology-information-management-system

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Leischik, R., Dworrak, B., Hensel, K. Intraobserver and interobserver reproducibility for radial, circumferential and longitudinal strain echocardiography. Open Cardiovasc. Med. J. 8, 102-109 (2014).
  2. Smiseth, O. A., Torp, H., Opdahl, A., Haugaa, K. H., Urheim, S. Myocardial strain imaging: how useful is it in clinical decision making? Eur Heart J. , (2015).
  3. Opdahl, A., Helle-Valle, T., Skulstad, H., Smiseth, O. A. Strain, strain rate, torsion, and twist: echocardiographic evaluation. Curr. Cardiol. Rep. 17, 568(2015).
  4. Kukulski, T., et al. Identification of acutely ischemic myocardium using ultrasonic strain measurements. A clinical study in patients undergoing coronary angioplasty. J. Am. Coll. Cardiol. 41, 810-819 (2003).
  5. Suffoletto, M. S., Dohi, K., Cannesson, M., Saba, S., Gorcsan, J. 3rd Novel speckle-tracking radial strain from routine black-and-white echocardiographic images to quantify dyssynchrony and predict response to cardiac resynchronization therapy. Circulation. 113, 960-968 (2006).
  6. Hensel, K. O., et al. Subclinical Alterations of Cardiac Mechanics Present Early in the Course of Pediatric Type 1 Diabetes Mellitus: A Prospective Blinded Speckle Tracking Stress Echocardiography Study. J Diabetes Res. 2016, 2583747(2016).
  7. Kalam, K., Otahal, P., Marwick, T. H. Prognostic implications of global LV dysfunction: a systematic review and meta-analysis of global longitudinal strain and ejection fraction. Heart. 100, 1673-1680 (2014).
  8. Hensel, K. O., Grimmer, F., Jenke, A. C., Wirth, S., Heusch, A. The influence of real-time blood glucose levels on left ventricular myocardial strain and strain rate in pediatric patients with type 1 diabetes mellitus - a speckle tracking echocardiography study. BMC Cardiovasc. Disord. 15, 175(2015).
  9. Kurt, M., Tanboga, I. H., Aksakal, E. Two-Dimensional Strain Imaging: Basic principles and Technical Consideration. Eurasian J Med. 46, 126-130 (2014).
  10. Cameli, M., Lisi, M., Righini, F. M., Mondillo, S. Novel echocardiographic techniques to assess left atrial size, anatomy and function. Cardiovasc. Ultrasound. 10 (4), (2012).
  11. Pellikka, P. A., Nagueh, S. F., Elhendy, A. A., Kuehl, C. A., Sawada, S. G. American Society of Echocardiography recommendations for performance, interpretation, and application of stress echocardiography. J. Am. Soc. Echocardiogr. 20, 1021-1041 (2007).
  12. Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. J. Am. Soc. Echocardiogr. 28, 1-39 (2015).
  13. Curtis, J. P., et al. The association of left ventricular ejection fraction, mortality, and cause of death in stable outpatients with heart failure. J. Am. Coll. Cardiol. 42, 736-742 (2003).
  14. Liebson, P. R., et al. Echocardiographic correlates of left ventricular structure among 844 mildly hypertensive men and women in the Treatment of Mild Hypertension Study (TOMHS). Circulation. 87, 476-486 (1993).
  15. Hensel, K. O., Jenke, A., Leischik, R. Speckle-tracking and tissue-Doppler stress echocardiography in arterial hypertension: a sensitive tool for detection of subclinical LV impairment. Biomed Res Int. , 472562(2014).
  16. Gorcsan, J. 3rd, Tanaka, H. Echocardiographic assessment of myocardial strain. J. Am. Coll. Cardiol. 58, 1401-1413 (2011).
  17. Holmes, A. A., Taub, C. C., Garcia, M. J., Shan, J., Slovut, D. P. Increased Apical Rotation in Severe Aortic Stenosis is Associated with Reduced Survival: A Speckle-Tracking. J. Am. Soc. Echocardiogr. , (2015).
  18. Auger, D., et al. Effect of cardiac resynchronization therapy on the sequence of mechanical activation assessed by two-dimensional radial strain imaging. Am. J. Cardiol. 113, 982-987 (2014).
  19. To, A. C., et al. Strain-time curve analysis by speckle tracking echocardiography in cardiac resynchronization therapy: Insight into the pathophysiology of responders vs. non-responders. Cardiovasc. Ultrasound. 14 (14), (2016).
  20. Seo, Y., et al. Three-dimensional propagation imaging of left ventricular activation by speckle-tracking echocardiography to predict responses to cardiac resynchronization therapy. J. Am. Soc. Echocardiogr. 28, 606-614 (2015).
  21. Trache, T., Stobe, S., Tarr, A., Pfeiffer, D., Hagendorff, A. The agreement between 3D, standard 2D and triplane 2D speckle tracking: effects of image quality and 3D volume rate. Echo Res Pract. 1, 71-83 (2014).
  22. Sanchez, A. A., et al. Effects of frame rate on two-dimensional speckle tracking-derived measurements of myocardial deformation in premature infants. Echocardiography. 32, 839-847 (2015).
  23. Hensel, K. O. Non-ischemic diabetic cardiomyopathy may initially exhibit a transient subclinical phase of hyperdynamic myocardial performance. Medical Hypotheses. 94, 7-10 (2016).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Myocardiale deformatieanalyselinker ventrikeleinspanningtransthoracale echocardiografieweefseltrackingskwaliteitapicale kamerbeeldenparasternale kortasEKG synchronisatieROI segmentatiestrainrate meting

Gerelateerde artikelen