Waiting
Login processing...

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

Medicine

הערכת מערבולות תוך לביות עם הדמיה של אקוקרדיוגרפיה בקצב פריימים גבוה בתינוקות

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

הפרוטוקול הנוכחי משתמש בטכנולוגיית הדמיה של כתמי דם הנגזרים מאקוקרדיוגרפיה כדי להמחיש המודינמיקה תוך לבבית בתינוקות. התועלת הקלינית של טכנולוגיה זו נחקרת, הגוף הסיבובי של נוזל בתוך החדר השמאלי (המכונה מערבולת) נגיש, ומשמעותו בהבנת הדיאסטולוגיה נקבעת.

Abstract

לחדר השמאלי (LV) דפוס ייחודי של מילוי המודינמי. במהלך הדיאסטולה, גוף סיבובי או טבעת של נוזל המכונה מערבולת נוצר עקב הגיאומטריה הכיראלית של הלב. דווח כי למערבולת יש תפקיד בשימור האנרגיה הקינטית של זרימת הדם הנכנסת ל- LV. מחקרים אחרונים הראו כי מערבולות LV עשויות להיות בעלות ערך פרוגנוסטי בתיאור תפקוד דיאסטולי במנוחה באוכלוסיות יילודים, ילדים ומבוגרים, והן עשויות לסייע בהתערבות תת-קלינית מוקדמת יותר. עם זאת, ההדמיה והאפיון של המערבולת נותרו נחקרים באופן מינימלי. מספר שיטות הדמיה שימשו להדמיה ותיאור של דפוסי זרימת דם תוך לבבית וטבעות מערבולת. במאמר זה, טכניקה הידועה בשם דימות כתמי דם (BSI) היא מעניינת במיוחד. BSI נגזר מאקוקרדיוגרפיה דופלרית צבע בקצב פריימים גבוה ומספק מספר יתרונות על פני שיטות אחרות. כלומר, BSI הוא כלי זול ולא פולשני ליד המיטה שאינו מסתמך על חומרי ניגוד או הנחות מתמטיות נרחבות. עבודה זו מציגה יישום מפורט שלב אחר שלב של מתודולוגיית BSI המשמשת במעבדה שלנו. התועלת הקלינית של BSI עדיין בשלביה המוקדמים, אך הראתה הבטחה בקרב אוכלוסיית הילדים והיילודים לתיאור תפקוד דיאסטולי בלבבות עמוסי נפח. מטרה משנית של מחקר זה היא אפוא לדון בעבודה קלינית עדכנית ועתידית עם טכנולוגיית הדמיה זו.

Introduction

דפוסי זרימת הדם התוך-לבביים ממלאים תפקיד מפתח בהתפתחות הלב, החל במורפוגנזה עוברית ונמשכת לאורך כל תוחלת החיים1. לחץ גזירה המודינמי ממלא תפקיד מרכזי בגירוי הצמיחה והארכיטקטורה של תאי הלב באמצעות הפעלה של גנים ספציפיים 2,3. תופעה זו מתרחשת הן בשלב התוך רחמי והן בשלבים המוקדמים של החיים, ובכך מדגישה את חשיבות ההשפעה המודינמית על התפתחות הלב המוקדמת ועל המעבר לבגרות3.

חוקי דינמיקת הנוזלים קובעים כי דם העובר לאורך דופן כלי הדם נע לאט יותר כאשר הוא הקרוב ביותר לקיר ומהר יותר כאשר הוא נמצא במרכז כלי השיט, שם ההתנגדות נמוכה יותר. תופעה זו ניתנת להדגמה בכל כלי גדול עם דופלר גל דופולס כמעטפת אינטגרלית זמן זמן דופלר טיפוסית4. כאשר הדם נכנס לחלל גדול יותר כמו הלב, הדם המרוחק ביותר מהמשטח האנדוקרדי ממשיך להגדיל את מהירותו ביחס לדם הקרוב ביותר למשטח זה וליצור גוף מסתובב של נוזל, המכונה מערבולת. לאחר שנוצרו, מערבולות הן מבני זרימה המניעים את עצמם שבדרך כלל מושכים את הנוזל שמסביב באמצעות שיפועי לחץ שלילי. לכן, מערבולת יכולה להזיז נפח גדול יותר של דם מאשר סילון ישר שווה ערך של נוזל, קידום יעילות לב גדולה יותר 4,5.

הספרות מציעה כי המטרה האבולוציונית של מערבולות היא לשמר אנרגיה קינטית, למזער את לחץ הגזירה ולמקסם את יעילות הזרימה 4,5,6. באופן ספציפי עבור הלב, זה כולל אחסון אנרגיה המודינמית בתנועה סיבובית, הקלה על סגירת המסתם והתפשטות זרימת הדם לכיוון דרכי היציאה, כפי שניתן לראות באיור 1. שינויים בדפוסי זרימת הדם התוך-לבבית צפויים במצבים פתולוגיים כגון מצבי עומס יתר של נפח ובמקרים עם מסתמים מלאכותיים 7,8. לפיכך, כאן טמון הפוטנציאל האבחנתי האמיתי של מערבולות כמנבאים מוקדמים של תוצאות קרדיווסקולריות אצל מבוגרים.

המודינמיקה תוך-לבבית זכתה להתעניינות גוברת בספרות הן באוכלוסיות מבוגרים והן בילדים. קיימות מספר שיטות להערכה איכותית וכמותית של המודינמיקה תוך-לבבית והן סוכמו באופן מקיף בסקירה שנערכה לאחרונה, עם דגש ספציפי על מערבולת תוך לבבית9. שיטה אחת עם הבטחה גדולה היא דימות כתמי דם (BSI) הנגזר מאקוקרדיוגרפיה, המציע את היכולת למדוד באופן לא פולשני מספר מאפייני מערבולת איכותיים וכמותיים, המתוארים להלן, בעלות נמוכה יחסית ועם יכולת שחזור מצוינת10. BSI זמין כיום באופן מסחרי באמצעות מערכת אולטרסאונד לב מתקדמת עם בדיקה S12 או S6 MHz. תכונות מעקב הכתמים מקבילות לאלה המשמשות במעקב אחר כתמי רקמות לחקר עיוות שריר הלב 11,12,13. מכיוון שתאי דם אדומים נוטים לנוע מהר יותר ובתדירות דופלר גבוהה יותר מאשר הרקמה שמסביב, ניתן להפריד בין שני האותות על ידי הפעלת מסנן טמפורלי. BSI משתמש באלגוריתם המתאים ביותר כדי לכמת את התנועה של כתמי דם ישירות ללא שימוש בחומרי ניגוד. ניתן להמחיש את מדידות מהירות הדם כחיצים, קווי זרימה או קווי נתיב עם או בלי תמונות דופלר צבעוניות מתחת, והן יכולות להדגיש אזורים של זרימה מורכבת10.

BSI הוכח כבעל היתכנות ודיוק טובים לכימות דפוסי זרימת דם תוך לבביים, עם תוקף מצוין בהשוואה למכשיר פנטום ייחוס ודופלר דופלר דופק 7,10,11. למרות שהוא עדיין חדשני מאוד, BSI הוא כלי קליני מבטיח לאבחון מוקדם של פתופיזיולוגיות לב שונות. היישום הקליני של הדמיית מערבולות הראה הבטחה בתינוקות שזה עתה נולדו. באופן ספציפי, להתנהגות של מערבולת בחדר השמאלי (LV) עשויות להיות השלכות ארוכות טווח על עיצוב מחדש של הלב ונטייה לאי ספיקת לב.

המנגנון המקשר בין מערבולות לעיצוב מחדש של החדר השמאלי עדיין לא נחקר באופן יחסי, אך נחקר לאחרונה במעבדה שלנו והוא נושא לעבודה מתמשכת11. מאמר מתודולוגי זה נועד לתאר את השימוש ב- BSI בחקר מערבולות תוך לביות ולדון בשימושים המעשיים והקליניים של מערבולות בהערכת תפקוד דיאסטולי באוכלוסיות שונות. מטרה משנית היא לדון ברלוונטיות הקלינית של BSI ולהציג חלק מהעבודה שבוצעה בעבר בילודים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל ההליכים שבוצעו במחקרים שכללו משתתפים אנושיים היו בהתאם לסטנדרטים האתיים של ועדת המחקר המוסדית ו / או הלאומית ועם הצהרת הלסינקי משנת 1964 ותיקוניה המאוחרים יותר או סטנדרטים אתיים דומים. הסכמה מדעת התקבלה מכל משפחות המשתתפים שנכללו במחקר. כל התמונות והסרטונים הוסרו מהזיהוי בעקבות הרכישה.

1. הכנת המטופל

  1. מקמו את מכשיר האולטרסאונד צמוד למיטת המטופל וחברו אלקטרוקרדיוגרמה תלת מוליכה (ראו טבלת חומרים).
  2. הזן את קוד המטופל ופרטים רלוונטיים, כגון אורך גוף ומשקל, ובצע את האקו לב בהתאם לתקנים שתוארו לעיל12.

2. רכישת תמונות

  1. במיוחד עבור BSI, קבל תצוגה רדודה של LV בתצוגה אפית של ארבעה תאים עם רוחב סקטור צר, המאפשר קצב מסגרת רכישה בין 400-600 הרץ.
  2. פתח תיבת צבע מעל חלל החדר השמאלי, צר באופן מקסימלי כדי לכלול רק את האזור מהמסתם המיטרלי לקודקוד האנדוקרדיאלי, ומגבול אנדוקרדיאלי המחיצה לגבול אנדוקרדיאלי הדופן הצידית.
  3. הגדל את רווח הצבע עד כדי כתמים ולהפחית מעט. הגדר את מגבלת סולם המהירות של דופלר הצבע למהירות הדיאסטולית המתאימה (20-30 ס"מ לשנייה בפגים) כדי למלא באופן מרבי את תיבת הצבע בזרימה דיאסטולית איטית יותר.
  4. בלוח הבקרה של מסך המגע של הציוד (ראה טבלת חומרים), הקש על מצב BSI כדי לחשוף את כיווני הזרימה והמערבולות התוך-לבביות בתבנית צבע RAW. התאם את המיקום והגודל של תיבת BSI כך שיכללו את אזור הזרימה המעניין ותעד לפחות שני מחזורי לב.
  5. חזור על ההליך בתצוגת LV ארוכת הציר האפיקלית או בתצוגות אחרות שבהן נדרשת הערכה המודינמית תוך לבבית (איור 2 ואיור 3).

3. ניתוחי תמונות

הערה: טכניקות ניתוח התמונה עבור מערבולת LV תוארו בקצרה בעבודה קודמת מהמעבדה שלנו11. הפרוטוקול המשמש להערכת מערבולות תוך לביות הוא כדלקמן (איור 3 ואיור 4).

  1. שמור שני מחזורי לב מכל מטופל בהתאמה למדיה חיצונית בפורמט RAW DICOM שלהם והעבר לתחנת מעבדה עם תוכנת עיבוד תמונה (ראה רשימת חומרים) המותקנת לצורך ניתוחים לא מקוונים מפורטים.
  2. לאחר מצב לא מקוון, זהה את המערבולת הבולטת או העיקרית ביותר.
    הערה: המערבולת הראשית מתוארת כמבנה מוארך, בצורת אליפסה, נגד כיוון השעון, הממוקם ברביע השמאלי העליון של החדר השמאלי ליד המחיצה, כאשר אזור המערבולת המרבי נמצא בדיאסטולה מאוחרת (במהלך גל A המשדר) בפגים (וידאו 1). המערבולת העיקרית נמצאת בדרך כלל במהלך גל E המעביר לתינוקות וילדים גדולים יותר.
  3. רשום את מספר המערבולות העצמאיות והשלמות בצורת אליפסה הנוצרות לאורך מחזור הלב עבור כל קליפ.
  4. למדוד את המיקום של המערבולת הראשית ביחס לציוני דרך ידועים בתוך LV. כדי לקבוע את עומק המערבולת, באמצעות הכלי "מדידת מרחק" בתוכנת הניתוח, מדוד את המרחק האנכי מעין המערבולת לאמצע טבעת המסתם המיטרלי. עבור מיקום רוחבי של מערבולת, למדוד את המרחק האופקי מעין המערבולת לגבול האנדוקרדלי של המחיצה הבין-חדרית.
  5. מדוד את המרחקים האנכיים והאופקיים מקצה לקצה של המערבולת הראשית ביחס לאורך ולרוחב LV כדי לקבל את צורת המערבולת.
    הערה: הדבר מאפשר גם להעריך את מדד המערבולת כאורך חלקי רוחב.
  6. באמצעות כלי "מדידת העקיבה" בתוכנת הניתוח, לחץ ועקוב אחר טבעת המערבולת החיצונית ביותר בנקודה שבה המערבולת הראשית היא הבולטת ביותר כדי לקבוע את אזור המערבולת העיקרי.
  7. כדי להעריך את Peak Vortex Formation Time (PVFT), רשום את מסגרת הלב כאשר המערבולת מופיעה לראשונה (טבעות עגולות מסומנות) במסגרת הלב שבה המערבולת הראשית היא הבולטת ביותר וחשב את מספר המסגרות ביחס למספר הכולל של מסגרות במחזור לב אחד עבור המטופל.
  8. כדי להעריך את משך המערבולת, מדדו את המסגרות שמהן מופיעה המערבולת לראשונה כאשר המערבולת מאבדת את היווצרות הטבעת המעגלית שלה. לאחר מכן מחושב משך הוורטקס כמספר המסגרות ביחס למספר המסגרות הכולל של אותו מטופל במחזור לב אחד (איור 5).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

רכישת קליפסי מערבולות דומה למתודולוגיה הסטנדרטית המשמשת באופן אוניברסלי בהשגת קליפסי דופלר צבעוניים. מחקרים חלוציים במבוגרים תיארו מערבולות באמצעות השקפות אפיות של שניים, שלושה וארבעה חדרים14. מערבולת LV היא מבנה דמוי טבעת הנע מהבסיס לקודקוד. BSI ממחיש את הקוטר הפנימי של הטבעת (איור 2). טבעת מערבולת בדרך כלל אינה סימטרית בצורתה, ולכן מישורי הדמיה חלופיים יכולים להראות מורפולוגיה או מיקום של מערבולות משתנות. בניתוח קטן של 20 חולים, נמצא כי מיקום המערבולת היה דומה. בפרט, מדד הספריות של המערבולת היה גבוה יותר במבט של ארבעה חדרים בהשוואה למבט של שלושה חדרים (איור 3). המחקר הנוכחי אימץ את המבט התלת-תאי לדימות מערבולות, שהניב את התמונות הניתנות ביותר לשחזור בחוויה שלנו.

עבודה אחרונה מהמעבדה שלנו תיארה את היישום הקליני המוצלח של BSI11 הנגזר מאקוקרדיוגרפיה. אוכלוסייה של 50 פגים קיבלה אקו לב מקיף, שכלל הערכת BSI, לצד נתונים קליניים מסורתיים כמו לחץ דם ומצב נשימתי. ההיתכנות והאמינות הן של רכישה והן של פרשנות מערבולות בילודים היו גבוהות והראו כי ניתן לתאר מערבולות בפירוט על סמך המתודולוגיה שנדונה לעיל. באופן ספציפי, זוהו מגוון ערכים עבור שטח המערבולת, מיקום, מורפולוגיה, מספר מערבולות לכאורה ומאפייני תזמון, לצד פרמטרים מסורתיים של מבנה הלב והתפקוד. יתר על כן, האוכלוסייה חולקה לרבעונים על בסיס נפחי LV צמודים למדד והדגימה הבדלים משמעותיים בין קבוצות הרביעון הגבוה והנמוך עבור פרמטרים שונים של מערבולות מפתח (טבלה 1).

הניתוחים חשפו מספר קשרים מרכזיים בין הפרמטרים החדשים של מערבולות BSI לבין פרמטרים מסורתיים הנגזרים מאקוקרדיוגרפיה של תפקוד דיאסטולי ומורפולוגיה של LV. נצפה מתאם חיובי חזק בין אזור המערבולת לבין הממד הדיאסטולי הסופי של LV (r = 0.50, p < 0.01), ונצפה מתאם הפוך בין משך המערבולת לבין יחס Ee - מדד חלופי של לחץ LV סוף דיאסטולי12 (r = -0.56, p < 0.01). נתונים אלה מצביעים על כך שמערבולות עשויות לספק תובנה ייחודית לגבי התפקוד הדיאסטולי של אוכלוסיית יילודים ולספק תמיכה נוספת לפרמטרים מסורתיים מבוססים היטב.

הקשרים העיקריים שתוארו לעיל בין אזור המערבולת לבין המורפולוגיה של LV הניעו עבודה מתמשכת נוספת על ההשערה כי אנרגיה קינטית מהמודינמיקה תוך לבבית עשויה להשפיע על עיצוב מחדש מוקדם של הלב של LV בפגים. מחקר פרוספקטיבי בקנה מידה גדול יותר גילה עד כה כי לפחות אחד מכל ארבעה פגים מאוד מראה סימנים של עיצוב מחדש של לב LV בזמן השחרור. עם זאת, קיים מידע מוגבל זמין על המנגנונים העומדים בבסיסם. הערכות ראשוניות מצאו כי מערבולות היו פחות מוארכות ביום 7 לאחר הלידה המוקדמת בתינוקות שפיתחו מאוחר יותר עיצוב לבבי, מה שתומך בהשערה כי דפוסי זרימת דם תוך לבבית עשויים לשחק תפקיד חשוב בהתפתחות הלב לאחר לידה מוקדמת15. מחקרים נוספים נדרשים כדי לאמת ממצאים אלה ולחקור אם התערבות מוקדמת וקצרת טווח יכולה למנוע מסלול זה של התפתחות לב חריגה.

היישום של BSI באפיון המודינמיקה תוך-לבבית נחקר גם בציוני דרך לבביים אחרים שבהם קיימים דפוסי זרימה ייחודיים (איור 6). הערכות ראשוניות של דפוסי זרימה דו-קוולית מתבצעות בתוך האטריום הימני (וידאו 2) וההמודינמיקה של דרכי היציאה של החדר הימני במהלך הדיאסטולה (וידאו 3). מחקרי פיילוט אלה נועדו לתאר עוד יותר דפוסים של זרימת חזרה ורידית בילודים עם רמות שונות של תמיכה נשימתית ולקבל תובנה נוספת לגבי יחסי הגומלין בין שינויים נשימתיים ותפקוד דיאסטולי.

Figure 1
איור 1: המודינמיקה תוך-לבבית בחדר שמאל. איור זה מראה באופן חזותי דפוסי זרימת דם תוך לבביים והיווצרות מערבולות בתוך LV. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: טבעת מערבולת החדר השמאלי. סכמטי זה מדגים את טבעת המערבולת הנראית מתצוגה אפית תלת קאמרית באמצעות דופלר צבע דו-ממדי והדמיית מעקב אחר כתמים. בעת שימוש בתצוגה אפית בעלת שלושה תאים, המערבולת הראשית (Smain 3 chamber) קטנה יותר מהתצוגה בעלת ארבעת החדרים (Smain 4 chamber). המערבולת הראשית בדרך כלל גדולה יותר בהשוואה לכל מערבולת משנית (Ssec). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: מערבולות שמקורן בהדמיה של כתמי דם בתצוגות האפיקאליות. זוהי השוואה של מערבולות נגזרות BSI שהודגמו באמצעות מבט אפיקלי בעל ארבעה חדרים (משמאל) ומבט אפיקלי תלת-תאי (מימין). הגרפים מייצגים את הצורות והמיקומים השונים של המערבולות בשני החלונות האפיקאליים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: הערכת מורפולוגיה של מערבולות. דיאגרמה זו מדגימה את השיטות הידניות המשמשות במעבדה שלנו לקבלת פרמטרים של מורפולוגיית מערבולות מתצוגת ארבעת התאים האפיקלים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: הערכת מאפייני תזמון מערבולות. איור זה מדגים את השיטות המשמשות להשגת מאפייני תזמון מערבולות כגון משך מערבולת וזמן שיא היווצרות מערבולת. הקו האדום האנכי מציין באיזה שלב של מחזור הלב מתרחש אירוע מערבולת. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: מעקב אחר כתמי דם בחדרי לב אחרים. איור זה מראה המודינמיקה תוך לבבית בחדרי לב אחרים. בחדר הימני (RV), המערבולת הראשית היא מבנה מסתובב בכיוון השעון המתגלגל לאורך המחיצה עם שטחה המקסימלי ממש לפני המסתם והעורק הריאתי (PA). באטריום הימני (RA), מערבולת ראשית נוצרת עקב ערבוב של זרימה דרך הווריד הנבוב התחתון (IVC) והווריד הנבוב העליון (SVC) ליד הגבול התחתון של הדופן הצידית ועם סיבוב נגד כיוון השעון, ולפעמים סיבוב שני בכיוון השעון ליד נספח RA. באטריום השמאלי (LA) יש אזורים מוגבלים שבהם זרימת ארבעת ורידים ריאתיים אינה מתערבבת ישירות, ומערבולות יכולות להיות קשות ללכידה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

LVEDVi הרביעון התחתון LVEDVi הרביעון הגבוה ביותר
מקטע פליטה (%) 67(5) 69(5)
זן אורכי (%) 20.3(1.6) 23.5(2.7)*
MV VTI (cm) 6.4(1.9) 9.6(2.8)**
יחס EA 0.69(0.12) 0.84(0.10**
יחס Ee 13.3(2.9) 19.7(8.0)*
IVRT (ms) 54(8) 44(8)**
מקום
עומק מערבולת 0.58(0.10) 0.56(0.07)
מיקום רוחבי של מערבולת 0.29(0.07) 0.37(0.15)**
גיאומטריה
אזור מערבולת (ס"מ2) 0.44(0.28) 0.57(0.21)
אזור מערבולת צמוד לאינדקס לאזור LV 0.20(0.12 0.18(0.05)
מאפייני זמן
זמן התחלה של מערבולת (% RR) 88(5) 76(8)**
שיא זמן היווצרות מערבולות (% RR) 91(2) 82(8)**
משך מערבולת (% RR) 16(4) 11(2)**

טבלה 1: השוואה בין תינוקות עם הרבעונים הנמוכים ביותר לעומת הרבעונים הגבוהים ביותר של נפחי LV צמודים למדד. הנתונים מוצגים כאמצעים + סטיית תקן (SD). **p < 0.01, *p < 0.05. קיצורים: IVRT = זמן הרפיה איזובולומי; LVEDVi = נפח דיאסטולי בקצה החדר השמאלי צמוד למשקל; MV = שסתום מיטרלי. נעשה שימוש חוזר בטבלה מהפניה11.

סרטון 1: צילומי מסך מסרטון מערבולת LV. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.

סרטון 2: צילומי מסך מסרטון מערבולת הזרימה הדו-קוואלית. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.

סרטון 3: צילומי מסך ממערבולת זרימת החדר הימנית. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

החשיבות של הדמיה והבנה של מערבולת תוך לבבית
ישנם יישומים קליניים אפשריים רבים של הדמיית מערבולת אקוקרדיוגרפית בקצב פריימים גבוה. יכולתם לספק תובנה רבת ערך לגבי דינמיקת זרימה תוך לבבית הייתה העניין של מחקרים אחרונים16. יתר על כן, הדמיית מערבולות עשויה לאפשר זיהוי של שינויים טרום סימפטומטיים בארכיטקטורה ובתפקוד LV בילודים, אשר עשויים להשפיע על שיפוץ לב לטווח ארוך לבגרות15. זה, בתורו, עשוי להגדיל את הדיוק ואת התוצאות הפרוגנוסטיות של טיפולי מעקב וניתוחים. השימוש ב- BSI בהדמיה של מערבולות תוך לבביות צבר לאחרונה אחיזה מסוימת בספרות, אך נותר במידה רבה לא נחקר. מלבד עבודה במעבדה הנוכחית על יילודים שנולדו בטרם עת, פרסומים קליניים אחרים הוכיחו כי BSI נגזר אקוקרדיוגרפיה הוא אפשרי ורלוונטי קלינית בתינוקות עם מחלת לב מולדת 7,17, פתולוגיה מסתמית18, ואפילו פתולוגיה של החדר הימני19.

התועלת של דימות מערבולות בהערכת תפקוד דיאסטולי
הפונקציה הדיאסטולית של LV מתארת את יכולתו להתמלא בדם ולהכין נפח שבץ לפליטה. חלה התקדמות משמעותית בהבנת התפקוד הדיאסטולי בחולים עם אי ספיקת לב עם מקטע פליטה שמור (HFpEF), במיוחד ביחס לפתופיזיולוגיה, אבחון ופרוגנוזה עם אקוקרדיוגרפיה20,21. התפקוד הדיאסטולי של הלב כרוך בתהליך ביוכימי פעיל של הרפיה שריר הלב, שבו הגשרים הצולבים אקטין ומיוזין מתנתקים והמתח בסיבי שריר הלב מתחיל לרדת. כאשר המסתם המיטרלי נפתח, הדם נכנס ל- LV באמצעות יניקה הנוצרת על ידי רתיעה אלסטית של סיבי שריר הלב הנעים לעבר אורכם המקורי (כוחות מחזירים). זה מוריד את לחץ חלל LV ויוצר שיפוע לחץ בין אטריום לחדר. השלב הסופי של התפקוד הדיאסטולי נוצר על ידי התכווצות פרוזדורים, אשר מגבירה את לחץ LA מעל לחץ LV וקובעת את הלחץ והנפח הסופי של LV בסוף הדיאסטולי לפני סגירת המסתם המיטרלי ותחילת ההתכווצות22.

מנקודת מבט המודינמית, דיאסטולה LV כרוכה במעבר של עמוד של דם מחומצן מן האטריה לתוך החדר כהכנה לפליטה. המיקום של מערכת זרימת LV הסמוכה לטבעת המיטרלית פירושו שהדם נכנס לחדר באופן בסיסי לאפיאלי ויוצא מהחדר באופן אפי לבסיסי. התפתחויות אחרונות בהבנת המודינמיקה תוך-לבבית מצביעות על כך שהכיוון מחדש הזה של זרימת הדם המתרחש במעבר ממילוי חדר שמאל לפליטה עוקב אחר כיוון סיבוב ספציפי כדי למזער את כוחות הגזירה על שריר הלב ולשמר אנרגיה קינטית של עמודת הדם הנעה, ומכאן היווצרות מערבולת תוך-חדרית 4,5 (איור 1).

הנחיות הדיאסטולוגיה סוכמו על ידי האגודה האמריקאית לאקוקרדיוגרפיה והאיגוד האירופי לדימות לב וכלי דם12. קיימות מספר מגבלות בדופלר סטנדרטי ובהערכה דו-ממדית נגזרת של תפקוד דיאסטולי. אלה כוללים, אך אינם מוגבלים לקצב הלב, תלות בזווית דופלר, איכות האות והקושי לדרג תפקוד דיאסטולי באמצעות פרמטרים מרובים, שלעתים קרובות אינם מתיישרים. לפיכך, ההצעה של פרמטר בלתי תלוי זווית וקצב לב, עם פוטנציאל לתובנה מפורטת לגבי הרפיה ומילוי של LV הנגזר ממדידה ראשונית אחת, מתאפשרת עם כניסתה של מערבולת תוך לב.

כפי שמתגלה בתוצאות הנוכחיות, הדמיה של המערבולת מניבה מספר פרמטרים, המאפשרים תובנה מסוימת לגבי תפקוד הלב הדיאסטולי. באופן ספציפי, הוכח קשר משמעותי בין שטח/צורה של מערבולת ומורפולוגיה של LV, כמו גם הרלוונטיות של תזמון מערבולות בחיזוי לחץ דיאסטולי סופי של LV. נוסף על כך, ניתן לראות גם שינויים במיקום המערבולת בהתבסס על מישור ההדמיה שבו נעשה שימוש (איור 3), כמו גם הבדלים במיקום אצל ילדים עם מחלת לב מולדת בעבודה ממחברים אחרים (כלומר, מערבולות הממוקמות קרוב יותר למחיצה הבין-חדרית במקרים עמוסי נפח וחולים עם פתולוגיה מסתמית 7,12). מספר המערבולות שנצפו ב-LV עשוי באופן תיאורטי להיות קשור לארכיטקטורת LV, אך עדיין לא הראה מובהקות סטטיסטית בעבודה זו ובעבודתם של אחרים. לבסוף, דימות מערבולות עשוי להוליד מדידות מספריות מורכבות יותר, כגון מערבולות, אובדן אנרגיה ואנרגיה קינטית מאוחסנת, אשר הראתה ערך פרוגנוסטי מסוים בחקר מחלת מסתמים מולדת, כגון מסתמים אבי העורקים הדו-כיווני18. היישום הקליני של BSI עשוי לספק מידע נוסף אפשרי לדופלר צבע קונבנציונלי, ולסייע בשיפור ההדמיה של דפוסים המודינמיים חריגים בפתולוגיות כגון שאנטים, רגורגיטציה מסתמית והיצרות17.

הדמיה וניתוח של מערבולת תוך לב: היתרונות והחסרונות
כפי שתואר קודם לכן, ניתן להמחיש דפוסי זרימת דם תוך לבביים באמצעות דימות תהודה מגנטית לבבית (MRI), כמו גם מהירות הדמיית חלקיקים הנגזרת מאקוקרדיוגרפיה, מיפוי זרימה וקטורית ו- BSI6. בילודים, BSI מחזיק ביתרונות הגדולים ביותר בשל אופיו הלא פולשני והיישום ליד המיטה. בנוסף, מכיוון שרזולוציית התמונה וחדירת קרן האולטרסאונד קשורות זו לזו ביחס הפוך, שטח פני הגוף הקטן מאוד של היילוד מאפשר לנצל רזולוציה גבוהה מבלי להקריב אותה לטובת עומק החדירה. לעומת זאת, מכיוון ש- BSI דורש קצב פריימים ורזולוציה גבוהים על מנת ללכוד מערבולות תוך לביות בקלות, טכנולוגיה זו אינה יכולה להתבצע כיום בחולים גדולים יותר, כגון מבוגרים, שם דרישות החדירה הגדולות יותר פוגעות ברזולוציה. עד כה, המספר הגדול ביותר של חולים שבהם BSI יושם בהצלחה היה באוכלוסיית ילדים עם גיל חציוני של 7 שנים ושטח פנים גוף של עד 1.22 מ '27.

מגבלה נוספת של הדמיית BSI היא התלות שלה בתמונות דו-ממדיות באיכות גבוהה כדי להעריך מערבולות במדויק. נכון לעכשיו, BSI אינו זמין אקוקרדיוגרפיה תלת מימדית, אשר מגביל את ההדמיה של מבנה תלת מימדי מורכב זה. יתר על כן, BSI גורם לאובדן משמעותי של יחס אות לרעש בשל עומק החדירה המוגבל שלו. בפועל, משמעות הדבר היא כי יילוד לא יציב אשר נע בזמן הבדיקה ומבנה גוף המונע ראייה אופטימלית ומוגדרת של ארבעה חדרים של LV יכול ליצור מכשולים משמעותיים עם טכנולוגיה זו. שיטות להרגעת היילוד במהלך הבדיקה (לדוגמה, שימוש בסוכרוז) וטכניקות אחרות לאופטימיזציה של איכות התמונה LV בתצוגת ארבעת החדרים (לדוגמה, מיקום טכניקות היילוד והמפעיל) צריכות להיות מיושמות בקלות.

לבסוף, מחקר זה הוגבל מסחרית למאפייני המערבולות של הטכנולוגיה המועדפת (כלומר, BSI הנגזר מאקוקרדיוגרפיה). בעוד הרלוונטיות הקלינית ויכולת השחזור של מדידות אלה צוברות תאוצה בספרות, עדיין יש צורך לאמת עוד יותר מה המשמעות של סמנים אלה בפתולוגיות שונות וכיצד הם בהשוואה לשיטות הדמיה אחרות. לדוגמה, ארכיטקטורת מערבולות, מיקום ותזמון עשויים להיות שימושיים מאוד במחלות לב מולדות, בעוד שפרמטרי האנרגיה הקינטית, שעדיין אינם זמינים עם BSI, עשויים לשמש היטב במחקרים סדרתיים ארוכי טווח של שיפוץ לב.

כיוונים עתידיים
לסיכום, BSI זוכה להכרה מהירה ככלי זול, לא פולשני ובעל ערך להערכת המודינמיקה תוך לבבית, וליתר דיוק, מערבולות. עבודה מהמעבדה הנוכחית אימתה את יכולת השחזור שלה והדגימה את התועלת הקלינית והמעשית שלה ככלי משלים להערכת תפקוד הלב ועיצוב מחדש לאחר לידה מוקדמת8. במבט קדימה, הקשר המשוער בין כוחות גזירה תוך לבביים על שריר הלב לבין שיפוץ הלב שלאחר מכן שנראה בנקודות שונות של התפתחות החיים המוקדמים דורש תשומת לב נוספת. עד כה נחקרו רק מאפיינים אדריכליים וזמניים של מערבולות. עם זאת, כפי שנרמז קודם לכן, רכישת פרמטרים אנרגטיים כגון אנרגיה קינטית סיבובית ומערבולות עשויה לספק תובנה נוספת לגבי המנגנון המקשר בין דפוסי זרימה ועיצוב מחדש שלילי של הלב. מבחינה קלינית, זה עשוי לאפשר לאחר מכן התערבויות בזמן רב יותר להיות מיושמות בחולים בסיכון.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין גילויים או ניגודי עניינים להצהיר.

Acknowledgments

ברצוננו להודות למחלקת טיפול נמרץ יילודים בבית החולים ג'ון האנטר שאפשרה את ביצוע עבודתנו השוטפת, יחד עם הורי המשתתפים הקטנים והיקרים שלנו.

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

החודש ב-JoVE גיליון 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 

הערכת מערבולות תוך לביות עם הדמיה של אקוקרדיוגרפיה בקצב פריימים גבוה בתינוקות
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