Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

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

Published: December 22, 2023 doi: 10.3791/65189
Automatic Translation
1, 2, 3
1John Hunter Hospital, Department of Cardiology, University of Newcastle, 2John Hunter Children’s Hospital, Department of Neonatology, University of Newcastle, 3Institute of Sport and Health Sciences of Paris (IS3P - URP 3625), Université Paris Cité

ERRATUM NOTICE

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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

  1. Sett opp ultralydmaskinen ved siden av pasientens barneseng og koble til et tre-lednings elektrokardiogram (se materialfortegnelse).
  2. Skriv inn pasientkoden og relevante detaljer, for eksempel kroppslengde og vekt, og utfør ekkokardiogrammet i henhold til de tidligere beskrevne standardene12.

2. Oppkjøp av bilder

  1. Spesielt for BSI, få en grunne visning av LV i den apikale firekammervisningen med en smal sektorbredde, noe som tillater en bildefrekvens mellom 400-600 Hz.
  2. Åpne en fargeboks over venstre ventrikkelhule, smal maksimalt for å inkludere bare regionen fra mitralventilen til endokardial apex, og fra septal endokardial grense til lateral vegg endokardial grense.
  3. Øk fargeøkningen til flekker og reduser litt. Sett fargedopplerhastighetsskalagrensen til riktig diastolisk hastighet (20-30 cm/s hos premature spedbarn) for å maksimalt fylle fargeboksen med den langsommere diastoliske tilstrømningen.
  4. På utstyrets berøringsskjermkontrollpanel (se Materialfortegnelse) trykker du på BSI-modus for å vise intrakardiale strømningsretninger og virvler i RAW-fargeformat. Juster posisjonen og størrelsen på BSI-boksen slik at den inkluderer flytområdet av interesse, og registrer minst to hjertesykluser.
  5. Gjenta prosedyren i apikal LV langaksevisning eller andre visninger der intrakardial hemodynamisk vurdering er nødvendig (figur 2 og figur 3).

3. Bildeanalyser

MERK: Bildeanalyseteknikkene for LV-virvelen er kort beskrevet i tidligere arbeid fra vårt laboratorium11. Protokollen som brukes for å vurdere intrakardiale virvler er som følger (figur 3 og figur 4).

  1. Lagre to hjertesykluser fra hver respektive pasient til eksterne medier i deres RAW DICOM-format og overfør til en laboratoriestasjon med et bildebehandlingsprogram (se Materialfortegnelse) installert for detaljerte offline analyser.
  2. Når du er frakoblet, identifiser den mest fremtredende eller viktigste virvelen.
    MERK: Hovedvirvelen er visualisert som en langstrakt, ovalformet, roterende struktur mot klokken som ligger i øvre venstre kvadrant av venstre ventrikkel nær septum, med det maksimale virvelområdet funnet i sen diastol (under den transmitrale A-bølgen) hos premature spedbarn (Video 1). Hovedvirvelen finnes vanligvis under den transmitrale E-bølgen for eldre spedbarn og barn.
  3. Registrer antall uavhengige, komplette ovalformede virvler som dannes gjennom hjertesyklusen for hvert klipp.
  4. Mål posisjonen til hovedvirvelen i forhold til kjente landemerker i LV. For å bestemme virveldybden, ved hjelp av "avstandsmåling" -verktøyet på analyseprogramvaren, måler du den vertikale avstanden fra virveløyet til midten av mitralventilens ringrom. For Vortex tverrstilling måler du den horisontale avstanden fra hvirveløyet til endokardialgrensen til interventrikulær septum.
  5. Mål de vertikale og horisontale kant-til-kant-avstandene til hovedvirvelen i forhold til LV-lengden og bredden for å oppnå virvelformen.
    MERK: Dette muliggjør også estimering av virvelsfærisitetsindeksen som lengde dividert med bredde.
  6. Ved hjelp av verktøyet "tracing measurement" på analyseprogramvaren, klikk på og spor den ytterste virvelringen på det punktet der hovedvirvelen er mest fremtredende for å bestemme hovedvirvelområdet.
  7. For å vurdere maksimal virveldannelsestid (PVFT), registrer hjerterammen når virvelen først vises (sirkulære ringer avgrenset) i hjerterammen der hovedvirvelen er mest fremtredende, og beregne antall bilder i forhold til totalt antall bilder i en hjertesyklus for pasienten.
  8. For å vurdere virvelvarigheten måler du rammene som virvelen først vises fra når virvelen mister sin sirkulære ringdannelse. Vortexvarighet beregnes deretter som antall bilder i forhold til pasientens totale antall rammer i en hjertesyklus (figur 5).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 virvelmorfologi eller posisjon. I en liten analyse av 20 pasienter fant man at virvelposisjonen var sammenlignbar. Spesielt var virvelsfærisitetsindeksen høyere i firekammervisningen sammenlignet med trekammervisningen (figur 3). Denne studien tok i bruk trekammervisningen for vortexavbildning, som ga de mest reproduserbare bildene etter vår erfaring.

Nylig arbeid fra vårt laboratorium har beskrevet vellykket klinisk anvendelse av ekkokardiografi-avledet BSI11. En populasjon på 50 premature nyfødte fikk et omfattende ekkokardiogram, som inkluderte BSI-vurdering, sammen med tradisjonelle kliniske data som blodtrykk og respiratorisk status. Gjennomførbarheten og påliteligheten av både oppkjøp og tolkning av virvler hos nyfødte var høy og demonstrerte at virvler kunne beskrives i detalj basert på metodikken diskutert ovenfor. Spesifikt ble en rekke verdier for virvelareal, posisjon, morfologi, antall tilsynelatende virvler og timingegenskaper, sammen med tradisjonelle hjertestruktur og funksjonsparametere, identifisert. Videre ble populasjonen inndelt i kvartiler basert på indeksert LV-volum og viste signifikante forskjeller mellom høy og lav kvartilgruppe for ulike sentrale virvelparametere (tab 1).

Analysene avdekket flere viktige assosiasjoner mellom de nye BSI-virvelparametrene og tradisjonelle ekkokardiografideriverte parametere for diastolisk funksjon og LV-morfologi. Det ble sett en sterk positiv korrelasjon mellom virvelareal og LV-endediastolisk dimensjon (r = 0,50, p < 0,01), og det ble sett en invers korrelasjon mellom virvelvarighet og Ee-ratio – et surrogatmål for LV-endediastolisk trykk12 (r = -0,56, p < 0,01). Disse dataene tyder på at virvler kan gi unik innsikt i den diastoliske funksjonen til en nyfødt befolkning og gi ekstra støtte til tradisjonelle veletablerte parametere.

De viktigste assosiasjonene beskrevet ovenfor mellom virvelområde og LV-morfologi har bedt om videre pågående arbeid med hypotesen om at kinetisk energi fra intrakardial hemodynamikk kan påvirke tidlig hjerteremodellering av LV hos premature spedbarn. En større prospektiv studie har hittil vist at minst en av fire svært premature spedbarn viser tegn på LV-hjerteremodellering ved utskrivningstidspunktet. Det foreligger imidlertid begrenset informasjon om de underliggende mekanismene. Foreløpige vurderinger fant at virvler var mindre langstrakte på postnatal dag 7 etter for tidlig fødsel hos spedbarn som senere utviklet hjerteremodellering, noe som støtter hypotesen om at intrakardiale blodstrømningsmønstre kan spille en viktig rolle i hjerteutvikling etter for tidlig fødsel15. Videre studier er nødvendig for å validere disse funnene og undersøke om tidlig og kortsiktig intervensjon potensielt kan forhindre denne veien for unormal hjerteutvikling.

Anvendelsen av BSI i karakterisering av intrakardial hemodynamikk har også blitt utforsket i andre hjertelandemerker hvor unike strømningsmønstre er tilstede (figur 6). Foreløpige vurderinger av bikaval innstrømningsmønster gjøres innenfor høyre atrium (Video 2) og hemodynamikk i høyre ventrikkelutløpskanal under diastolen (Video 3). Disse pilotstudiene tar sikte på å beskrive mønstre av venøs returstrøm hos nyfødte med ulike nivåer av respirasjonsstøtte og få ytterligere innsikt i sammenhenger mellom respiratoriske endringer og diastolisk funksjon.

Figure 1
Figur 1 Venstre ventrikkel intrakardial hemodynamikk. Denne illustrasjonen viser visuelt intrakardiale blodstrømningsmønstre og virveldannelse i LV. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Virvelring i venstre ventrikkel. Dette skjemaet viser virvelringen sett fra en apikal trekammervisning ved hjelp av todimensjonal fargedoppler- og flekksporingsavbildning. Når du bruker den apikale trekammervisningen, er hovedvirvelen (Smain 3-kammeret) mindre enn firekammervisningen (Smain 4-kammeret). Hovedvirvelen er vanligvis større sammenlignet med eventuelle sekundærvirvler (Ssec). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3 Blodflekkavbildningsderiverte virvler i apikale visninger. Dette er en sammenligning av BSI-avledede virvler demonstrert ved hjelp av den apikale firekammervisningen (venstre) og den apikale trekammervisningen (høyre). Grafene representerer de forskjellige formene og plasseringene av virvlene i de to apikale vinduene. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Vurdering av virvelmorfologi. Dette diagrammet viser de manuelle metodene som brukes i laboratoriet vårt for å oppnå virvelmorfologiparametere fra den apikale firekammervisningen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: Vurdering av virveltimingsegenskaper. Denne figuren demonstrerer metodene som brukes til å oppnå virveltidsegenskaper som virvelvarighet og maksimal virveldannelsestid. Den vertikale røde linjen indikerer på hvilket stadium av hjertesyklusen en virvelhendelse oppstår. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 6
Figur 6 Blodflekksporing i andre hjertekamre. Denne figuren viser intrakardial hemodynamikk i andre hjertekamre. I høyre ventrikkel (RV) er hovedvirvelen en roterende struktur med urviseren som ruller langs septum med sitt maksimale areal like før lungeventilen og arterien (PA). I høyre atrium (RA) dannes en hovedvirvel på grunn av blanding av tilstrømning via den nedre vena cava (IVC) og overlegen vena cava (SVC) nær sideveggens nedre grense og med rotasjon mot urviseren, og noen ganger en andre rotasjon med urviseren nær RA-appendagen. Venstre atrium (LA) har begrensede områder hvor strømmen av de fire lungevenene ikke blandes direkte, og virvler kan være vanskelige å fange. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

LVEDVi Laveste kvartil LVEDVi Høyeste kvartil
Ejeksjonsfraksjon (%) 67(5) 69(5)
Longitudinell belastning (%) 20.3(1.6) 23.5(2.7)*
MV VTI (cm) 6.4(1.9) 9.6(2.8)**
EA-forhold 0.69(0.12) 0.84(0.10**
Ee 'ratio 13.3(2.9) 19.7(8.0)*
IVRT (ms) 54(8) 44(8)**
Plassering
Vortex dybde 0.58(0.10) 0.56(0.07)
Vortex tverrstilling 0.29(0.07) 0.37(0.15)**
Geometri
Vortex område (cm2) 0.44(0.28) 0.57(0.21)
Vortex-område indeksert til LV-område 0.20(0.12 0.18(0.05)
Egenskaper for tid
Vortex starttid (% av RR) 88(5) 76(8)**
Maksimal virveldannelsestid (% av RR) 91(2) 82(8)**
Virvelvarighet (% av RR) 16(4) 11(2)**

Tabell 1: Sammenligning mellom spedbarn med lavest versus høyeste kvartil av indeksert LV-volum. Dataene er presentert som gjennomsnitt + standardavvik (SD). **p < 0,01, *p < 0,05. Forkortelser: IVRT = isovolumisk avslapningstid; LVEDVi = venstre ventrikkel endediastolisk volum indeksert til vekt; MV = mitralventil. Tabellen er gjenbrukt fra referanse11.

Video 1: Skjermbilder fra LV vortex video. Vennligst klikk her for å laste ned denne videoen.

Video 2: Skjermbilder fra bi-kaval innstrømning vortex video. Vennligst klikk her for å laste ned denne videoen.

Video 3: Screen griper fra høyre ventrikkel utstrømning tract vortex video. Vennligst klikk her for å laste ned denne videoen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 alder15. Dette kan igjen øke nøyaktigheten og prognostiske utfall av oppfølgingsbehandlinger og operasjoner. Bruken av BSI i visualisering av intrakardiale virvler har nylig fått noe trekkraft i litteraturen, men er fortsatt stort sett uutforsket. Bortsett fra arbeid i det nåværende laboratoriet på for tidlig fødte nyfødte, har andre kliniske publikasjoner vist at ekkokardiografi-avledet BSI er mulig og klinisk relevant hos spedbarn med medfødt hjertesykdom 7,17, valvulær patologi18, og til og med i høyre ventrikkelpatologi19.

Nytten av vortexavbildning i vurderingen av diastolisk funksjon
Den diastoliske funksjonen til LV beskriver dens evne til å fylle opp med blod og forberede et slagvolum for utstøting. Det har vært store fremskritt i forståelsen av diastolisk funksjon hos pasienter med hjertesvikt med bevart ejeksjonsfraksjon (HFpEF), spesielt i forhold til patofysiologi, diagnose og prognose med ekkokardiografi20,21. Den diastoliske funksjonen til hjertet innebærer en aktiv biokjemisk prosess med myokardial avslapping, hvor aktin og myosin-kryssbroene løsner og spenningen i myokardmuskelfibrene begynner å redusere. Når mitralventilen åpnes, går blod inn i LV gjennom sug skapt av den elastiske rekylen av myokardfibre som beveger seg mot sin opprinnelige lengde (gjenopprettende krefter). Dette senker LV-hulromstrykket og skaper en trykkgradient mellom atrium og ventrikkel. Den siste fasen av diastolisk funksjon genereres ved atriekontraksjon, som øker LA-trykket over LV-trykket og etablerer det endelige LV-endediastoliske trykket og volumet før lukking av mitralventilen og begynnelsen av sammentrekningen22.

Fra et hemodynamisk synspunkt innebærer LV-diastol passasje av en kolonne med oksygenert blod fra atriene inn i ventrikkelen som forberedelse til utstøting. Plasseringen av LV-utstrømningskanalen ved siden av mitralringrommet betyr at blod kommer inn i ventrikkelen basalt til apikalt og forlater ventrikkelen apikalt til basalt. Nylige fremskritt i forståelsen av intrakardial hemodynamikk tyder på at denne omdirigeringen av blodstrømmen som forekommer i overgangen fra venstre ventrikulær fylling til utstøting følger en bestemt rotasjonsretning for å minimere skjærekrefter på myokardiet og bevare kinetisk energi i den bevegelige blodkolonnen, derav dannelsen av en intraventrikulær virvel 4,5 (figur 1).

Diastologiretningslinjer er oppsummert av American Society of Echocardiography og European Association of Cardiovascular Imaging12. Flere begrensninger eksisterer med standard Doppler og todimensjonal derivert vurdering av diastolisk funksjon. Disse inkluderer, men er ikke begrenset til, hjertefrekvens, dopplervinkelavhengighet, signalkvalitet og vanskeligheten med å gradere diastolisk dysfunksjon ved hjelp av flere parametere, som ofte ikke stemmer overens. Dermed er forslaget om en vinkel- og hjertefrekvensuavhengig parameter, med potensial for detaljert innsikt i relaksasjon og fylling av LV avledet fra en enkelt primærmåling, gjort mulig med innføringen av intrakardial virvel.

Som vist i de nåværende resultatene, gir visualisering av virvelen flere parametere, noe som gir en viss innsikt i diastolisk hjertefunksjon. Spesielt har en signifikant sammenheng mellom virvelområde / form og LV-morfologi blitt vist, samt relevansen av vortextiming for å forutsi LV-endediastolisk trykk. I tillegg ses også variasjoner i virvelposisjon basert på det anvendte billedplanet (figur 3), samt posisjonsforskjeller hos barn med medfødt hjertesykdom i arbeid fra andre forfattere (dvs. virvel plassert nærmere interventrikkelseptum i volumoverbelastede tilfeller og pasienter med klaffepatologi 7,12). Antall virvler sett i LV kan teoretisk være relatert til LV-arkitektur, men har ennå ikke vist statistisk signifikans i dette arbeidet og andres arbeid. Til slutt kan vortexavbildning gi opphav til mer komplekse numeriske målinger, for eksempel virvel, energitap og lagret kinetisk energi, som har vist en viss prognostisk verdi ved å studere medfødt valvulær sykdom, som bicuspid aortaklaffer18. Den kliniske anvendelsen av BSI kan gi mulig tilleggsinformasjon til konvensjonell fargedoppler, noe som bidrar til å forbedre visualiseringen av unormale hemodynamiske mønstre i patologier som shunts, valvulær regurgitasjon og stenose17.

Avbildning og analyse av intrakardial virvel: fordeler og ulemper
Som tidligere beskrevet kan intrakardiale blodstrømningsmønstre visualiseres ved hjelp av hjertemagnetisk resonansavbildning (MRI), samt ekkokardiografi-avledet partikkelavbildningshastighet, vektorstrømningskartlegging og BSI6. Hos nyfødte har BSI de største fordelene på grunn av sin ikke-invasive natur og påføring ved sengen. I tillegg, siden bildeoppløsning og ultralydstrålepenetrasjon er omvendt relatert, tillater det svært lille kroppsoverflaten til en nyfødt en høy oppløsning å bli utnyttet uten å ofre den for penetrasjonsdybde. Omvendt, da BSI krever høye bildefrekvenser og oppløsning for å kunne fange intrakardiale virvler, kan denne teknologien for øyeblikket ikke utføres hos større pasienter, for eksempel voksne, der de større penetrasjonskravene kompromitterer oppløsningen. Så langt har det største antallet pasienter der BSI ble påført, vært i en populasjon av barn med en median alder på 7 år og en kroppsoverflate på opptil 1,22 m27.

En annen begrensning av BSI-avbildning er dens avhengighet av todimensjonale bilder av høy kvalitet for å estimere virvler nøyaktig. For tiden er BSI ikke tilgjengelig i tredimensjonal ekkokardiografi, noe som begrenser visualiseringen av denne komplekse tredimensjonale strukturen. Videre pådrar BSI seg et betydelig tap av signal-støy-forhold på grunn av den begrensede penetrasjonsdybden. I praksis betyr dette at en urolig nyfødt som beveger seg i løpet av undersøkelsestiden og en kroppsstruktur som utelukker et optimalisert og definert firekammerbilde av LV, kan danne betydelige hindringer med denne teknologien. Metoder for å roe den nyfødte under undersøkelse (for eksempel ved bruk av sukrose) og andre teknikker for å optimalisere LV-bildekvaliteten i firekammervisningen (for eksempel posisjonering av nyfødte og operatørteknikker) bør lett implementeres.

Til slutt var denne studien kommersielt begrenset til virvelegenskapene til den valgte teknologien (dvs. ekkokardiografi-avledet BSI). Mens den kliniske relevansen og reproduserbarheten av disse målingene får trekkraft i litteraturen, er det fortsatt behov for å validere ytterligere hva disse markørene betyr i ulike patologier og hvordan de sammenligner med andre bildebehandlingsmodaliteter. For eksempel kan virvelarkitektur, posisjonering og timing være svært nyttig i medfødt hjertesykdom, mens de kinetiske energiparametrene, som ennå ikke er tilgjengelige med BSI, kan tjene godt i langsiktige serielle studier av hjertemodellering.

Fremtidige retninger
Oppsummert får BSI rask anerkjennelse som et billig, ikke-invasivt og verdifullt verktøy for å vurdere intrakardial hemodynamikk og mer spesifikt virvler. Arbeid fra nåværende laboratorium har verifisert reproduserbarheten og demonstrert sin kliniske og praktiske nytte som et supplerende verktøy for å vurdere hjertefunksjon og remodellering etter for tidlig fødsel8. Fremover krever den hypotetiske koblingen mellom intrakardiale skjærkrefter på myokardiet og den påfølgende hjerteremodelleringen sett på forskjellige punkter av tidlig livsutvikling ytterligere oppmerksomhet. Så langt har bare arkitektoniske og tidsmessige egenskaper av virvler blitt utforsket. Imidlertid, som antydet tidligere, kan anskaffelse av energiske parametere som rotasjonskinetisk energi og vortisitet gi ytterligere innsikt i mekanismen som forbinder strømningsmønstre og ugunstig hjerteremodellering. Klinisk kan dette senere gjøre det mulig å iverksette mer rettidige intervensjoner hos risikopasienter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen avsløringer eller interessekonflikter å oppgi.

Acknowledgments

Vi ønsker å anerkjenne nyfødtintensivavdelingen på John Hunter Hospital for å la vårt pågående arbeid utføres, sammen med foreldrene til våre svært små og dyrebare deltakere.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Mele, D., et al. Intracardiac flow analysis: techniques and potential clinical applications. Journal of the American Society of Echocardiography. 32 (3), 319-332 (2019).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Kheradvar, A., et al. Diagnostic and prognostic significance of cardiovascular vortex formation. Journal of Cardiology. 74 (5), 403-411 (2019).
  17. 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).
  18. Henry, M., et al. Bicuspid aortic valve flow dynamics using blood speckle tracking in children. European Heart Journal-Cardiovascular Imaging. 22, 356 (2021).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Nagueh, S. F. Left ventricular diastolic function: understanding pathophysiology, diagnosis, and prognosis with echocardiography. JACC. Cardiovasc Imaging. 13, 228-244 (2020).
  22. 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

Denne måneden i JoVE utgave 202

Erratum

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 

Vurdering av intrakardiale virvler med høy bildefrekvens ekkokardiografi-avledet blodflekkavbildning hos nyfødte
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Crendal, E., De Waal, K., Vitiello,… More

Crendal, E., De Waal, K., Vitiello, D. Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns. J. Vis. Exp. (202), e65189, doi:10.3791/65189 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter