ERRATUM NOTICE
Important: There has been an erratum issued for this article. Read more …
Summary
В настоящем протоколе используется технология визуализации крови, полученная на основе эхокардиографии, для визуализации внутрисердечной гемодинамики у новорожденных. Исследуется клиническая полезность этой технологии, исследуется ротационное тело жидкости в левом желудочке (известное как вихрь) и определяется его значение в понимании диастологии.
Abstract
Левый желудочек (ЛЖ) имеет уникальный паттерн гемодинамического наполнения. Во время диастолы из-за хиральной геометрии сердца образуется вращающееся тело или кольцо жидкости, известное как вихрь. Сообщается, что вихрь играет роль в сохранении кинетической энергии кровотока, поступающего в ЛЖ. Недавние исследования показали, что вихри ЛЖ могут иметь прогностическую ценность в описании диастолической функции в покое в неонатальной, педиатрической и взрослой популяциях и могут помочь в более раннем субклиническом вмешательстве. Тем не менее, визуализация и характеристика вихря остаются минимально изученными. Для визуализации и описания паттернов внутрисердечного кровотока и вихревых колец был использован ряд методов визуализации. В этой статье особый интерес представляет метод, известный как крапчатая визуализация крови (BSI). BSI основан на цветной допплеровской эхокардиографии с высокой частотой кадров и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами. А именно, BSI является недорогим и неинвазивным прикроватным инструментом, который не полагается на контрастные вещества или обширные математические предположения. В данной работе представлено подробное пошаговое применение методологии BSI, используемой в нашей лаборатории. Клиническая полезность BSI все еще находится на ранних стадиях, но уже показала многообещающие результаты в педиатрической и неонатальной популяциях для описания диастолической функции в перегруженных объемами сердцах. Таким образом, второстепенной целью данного исследования является обсуждение недавних и будущих клинических работ с этой технологией визуализации.
Introduction
Внутрисердечный кровоток играет ключевую роль в развитии сердца, начиная с морфогенеза плода и продолжаясь на протяжении всей жизни1. Гемодинамическое напряжение сдвига играет ключевую роль в стимуляции роста и архитектуры сердечной камеры посредством активации специфических генов 2,3. Это происходит как на внутриутробном этапе, так и на ранних этапах жизни, что подчеркивает важность гемодинамического влияния на раннее развитие сердца и перенос во взрослую жизнь3.
Законы гидродинамики гласят, что кровь, проходящая вдоль стенки сосуда, движется медленнее, когда находится ближе всего к стенке, и быстрее, когда находится в центре сосуда, где сопротивление ниже. Это явление может быть продемонстрировано в любом крупном сосуде с допплеровским допплером в виде типичной доплеровской интегральной огибающей скорости4. Когда кровь попадает в более крупную полость, такую как сердце, кровь, наиболее удаленная от поверхности эндокарда, продолжает увеличивать свою скорость по отношению к крови, ближайшей к этой поверхности, и создает вращающееся тело жидкости, известное как вихрь. После создания вихри представляют собой самодвижущиеся структуры потока, которые обычно втягивают окружающую жидкость через градиенты отрицательного давления. Таким образом, вихрь может перемещать больший объем крови, чем эквивалентная прямая струя жидкости, способствуя большей сердечной эффективности 4,5.
В литературе высказывается предположение, что эволюционной целью вихрей является сохранение кинетической энергии, минимизация напряжения сдвига и максимизация эффективности потока 4,5,6. Конкретно для сердца это включает в себя накопление гемодинамической энергии во вращательном движении, облегчение закрытия клапана и распространение кровотока к выходному тракту, как показано на рисунке 1. Изменение характера внутрисердечного кровотока ожидается в патологических ситуациях, таких как состояния перегруженности объемом, и в случаях с искусственными клапанами 7,8. Таким образом, в этом заключается истинный диагностический потенциал вихрей как ранних предикторов сердечно-сосудистых исходов у взрослых.
Внутрисердечная гемодинамика вызывает все больший интерес в литературе как у взрослых, так и у детей. Существует несколько методов качественной и количественной оценки внутрисердечной гемодинамики, которые были всесторонне обобщены в недавнем обзоре с особым акцентом на внутрисердечный вихрь9. Одним из многообещающих методов является эхокардиография, полученная с помощью эхокардиографии (BSI), которая дает возможность неинвазивно измерять ряд качественных и количественных характеристик вихрей, описанных ниже, по относительно низкой цене и с отличной воспроизводимостью. В настоящее время BSI коммерчески доступна с использованием высококачественной ультразвуковой системы сердца с датчиком S12 или S6 МГц. Функции спекл-трекинга аналогичны тем, которые используются при тканевом спекл-треккинге для изучения деформации миокарда 11,12,13. Поскольку красные кровяные тельца, как правило, движутся быстрее и с более высокой допплеровской частотой, чем окружающие ткани, эти два сигнала могут быть разделены с помощью временного фильтра. BSI использует алгоритм наилучшего соответствия для количественной оценки движения пятен крови напрямую, без использования контрастных веществ. Измерения скорости крови могут быть визуализированы в виде стрелок, линий тока или линий траектории с цветными допплеровскими изображениями или без них, и могут выделять области сложного потока10.
Было показано, что BSI обладает хорошей осуществимостью и точностью для количественной оценки паттернов внутрисердечного кровотока, с превосходной валидностью по сравнению с эталонным фантомным прибором и импульсным допплером 7,10,11. Несмотря на то, что BSI все еще является очень новым, он является многообещающим клиническим инструментом для ранней диагностики различных патофизиологий сердца. Клиническое применение вихревой визуализации показало многообещающие результаты у новорожденных. В частности, поведение вихря в левом желудочке (ЛЖ) может иметь долгосрочные последствия для ремоделирования сердца и предрасположенности к сердечной недостаточности.
Механизм, связывающий вихри с ремоделированием левого желудочка, все еще относительно не изучен, но недавно был исследован в нашей лаборатории и является предметом продолжающейся работы11. Эта методологическая статья направлена на описание использования BSI в исследовании внутрисердечных вихрей и обсуждение практического и клинического использования вихрей для оценки диастолической функции в различных популяциях. Второстепенная цель состоит в том, чтобы обсудить клиническую значимость BSI и представить некоторые работы, ранее выполненные у новорожденных.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все процедуры, проводимые в исследованиях с участием людей, соответствовали этическим стандартам институционального и/или национального исследовательского комитета, а также Хельсинкской декларации 1964 года и более поздним поправкам к ней или сопоставимым этическим стандартам. Информированное согласие было получено от всех семей отдельных участников, включенных в исследование. Все изображения и видеоклипы были обезличены после приобретения.
1. Подготовка пациента
- Установите аппарат УЗИ рядом с койкой пациента и подключите электрокардиограмму в трех отведениях (см. Таблицу материалов).
- Введите код пациента и соответствующие данные, такие как длина тела и масса тела, и выполните эхокардиограмму в соответствии с ранее описанными стандартами12.
2. Получение изображения
- Специально для BSI можно получить неглубокий вид LV в апикальном четырехкамерном виде с узкой шириной сектора, что позволяет получать частоту кадров в диапазоне 400-600 Гц.
- Откройте цветную рамку над полостью левого желудочка, максимально суженную, чтобы включить только область от митрального клапана до верхушки эндокарда и от границы эндокарда перегородки до границы эндокарда боковой стенки.
- Увеличьте усиление цвета до пятнистости и немного уменьшите. Установите предел цветовой доплеровской шкалы скорости на соответствующую диастолическую скорость (20-30 см/с у недоношенных новорожденных), чтобы максимально заполнить цветовую рамку более медленным диастолическим притоком.
- На сенсорной панели управления оборудованием (см. Таблицу материалов) нажмите Режим BSI , чтобы отобразить направления внутрисердечного потока и вихри в цветном формате RAW. Отрегулируйте положение и размер коробки BSI, чтобы включить интересующую область потока, и запишите не менее двух сердечных циклов.
- Повторите процедуру в апикальной проекции ЛЖ по длинной оси или в других видах, где требуется оценка внутрисердечной гемодинамики (рис. 2 и рис. 3).
3. Анализ изображений
ПРИМЕЧАНИЕ: Методы анализа изображений вихря НН были кратко описаны в предыдущей работе нашей лаборатории11. Протокол, используемый для оценки внутрисердечных вихрей, выглядит следующим образом (рис. 3 и рис. 4).
- Сохраняйте два сердечных цикла от каждого пациента на внешние носители в формате RAW DICOM и передавайте их на лабораторную станцию с установленным программным обеспечением для обработки изображений (см. Таблицу материалов) для подробного анализа в автономном режиме.
- После отключения определите наиболее заметный или главный вихрь.
ПРИМЕЧАНИЕ: Основной вихрь визуализируется как удлиненная, овальной формы, вращающаяся против часовой стрелки структура, расположенная в верхнем левом квадранте левого желудочка рядом с перегородкой, с максимальной площадью вихря, обнаруженной в поздней диастоле (во время трансмитрального зубца А) у недоношенных новорожденных (видео 1). Основной вихрь обычно обнаруживается во время трансмитральной волны Е у младенцев и детей старшего возраста. - Запишите количество независимых, полных вихрей овальной формы, формирующихся на протяжении всего сердечного цикла для каждого клипа.
- Измерьте положение главного вихря относительно известных ориентиров в пределах РН. Чтобы определить глубину вихря, с помощью инструмента «измерение расстояния» в аналитическом программном обеспечении измерьте вертикальное расстояние от вихревого глаза до середины кольца митрального клапана. Для поперечного положения вихря измерьте горизонтальное расстояние от вихревого глаза до эндокардиальной границы межжелудочковой перегородки.
- Измерьте вертикальные и горизонтальные расстояния от края до края основного вихря относительно длины и ширины НН, чтобы получить форму вихря.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это также позволяет оценить индекс сферичности вихря как длину, деленную на ширину. - Используя инструмент «Отслеживание измерения» в аналитическом программном обеспечении, нажмите и обведите внешнее кольцо вихря в точке, где основной вихрь наиболее заметен, чтобы определить основную площадь вихря.
- Чтобы оценить пиковое время формирования вихря (PVFT), запишите сердечную рамку при первом появлении вихря (очерчены круговые кольца) в той сердечной системе, где основной вихрь наиболее заметен, и рассчитайте количество кадров относительно общего количества кадров в одном сердечном цикле для пациента.
- Чтобы оценить продолжительность вихря, измерьте кадры, из которых вихрь впервые появляется, когда вихрь теряет свое кольцевое образование. Затем продолжительность вихря рассчитывается как количество кадров по отношению к общему количеству кадров этого пациента за один сердечный цикл (рис. 5).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Получение вихревых клипс сопоставимо со стандартной методологией, повсеместно используемой для получения цветных доплеровских клипс. Новаторские исследования на взрослых описывали вихри с использованием апикальных двух-, трех- и четырехкамерных представлений14. Вихрь LV представляет собой кольцеобразную структуру, которая движется от основания к вершине. BSI визуализирует внутренний диаметр кольца (рис. 2). Вихревое кольцо обычно не симметрично по форме, поэтому альтернативные плоскости изображения могут показывать переменную морфологию или положение вихря. При небольшом анализе 20 пациентов было обнаружено, что положение вихря было сопоставимым. В частности, индекс сферичности вихря был выше в четырехкамерном виде по сравнению с трехкамерным (рис. 3). В настоящем исследовании был использован трехкамерный вид для вихревой визуализации, который дал наиболее воспроизводимые изображения в нашем опыте.
Недавняя работа нашей лаборатории описала успешное клиническое применение BSI11, полученного методом эхокардиографии. Популяция из 50 недоношенных новорожденных получила комплексную эхокардиограмму, которая включала оценку BSI, наряду с традиционными клиническими данными, такими как артериальное давление и респираторный статус. Осуществимость и надежность как регистрации, так и интерпретации вихрей у новорожденных были высокими и продемонстрировали, что вихри могут быть детально описаны на основе методологии, рассмотренной выше. В частности, был определен диапазон значений площади вихря, положения, морфологии, количества кажущихся вихрей и временных характеристик, наряду с традиционными параметрами структуры и функции сердца. Кроме того, популяция была разделена на квартили на основе индексированных объемов ЛЖ и продемонстрировала значимые различия между группами высокого и низкого квартилей по различным ключевым параметрам вихря (табл. 1).
Анализ выявил несколько ключевых ассоциаций между новыми вихревыми параметрами BSI и традиционными параметрами диастолической функции и морфологии ЛЖ, полученными с помощью эхокардиографии. Выявлена сильная положительная корреляция между площадью вихря и конечным диастолическим размером ЛЖ (r = 0,50, p < 0,01), а также обратная корреляция между длительностью вихря и коэффициентом Ee' - суррогатной мерой конечного диастолического давления ЛЖ12 (r = -0,56, p < 0,01). Эти данные свидетельствуют о том, что вихри могут дать уникальное представление о диастолической функции неонатальной популяции и обеспечить дополнительную поддержку традиционным, хорошо установленным параметрам.
Описанные выше ключевые связи между площадью вихря и морфологией ЛЖ послужили толчком к дальнейшей работе над гипотезой о том, что кинетическая энергия от внутрисердечной гемодинамики может влиять на раннее ремоделирование ЛЖ у недоношенных новорожденных. Более масштабное проспективное исследование показало, что, по крайней мере, у одного из четырех глубоко недоношенных новорожденных наблюдаются признаки ремоделирования сердца ЛЖ на момент выписки. Тем не менее, имеется ограниченная информация о лежащих в их основе механизмах. Предварительные оценки показали, что вихри были менее удлиненными на 7-й день после преждевременных родов у младенцев, у которых позже развилось ремоделирование сердца, что подтверждает гипотезу о том, что внутрисердечный кровоток может играть важную роль в развитии сердца после преждевременныхродов15. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить эти результаты и изучить, может ли раннее и краткосрочное вмешательство потенциально предотвратить этот путь аномального развития сердца.
Применение BSI для характеристики внутрисердечной гемодинамики также было изучено в других кардиологических ориентирах, где присутствуют уникальные паттерны кровотока (рис. 6). Предварительная оценка характера двухполосного притока проводится в пределах гемодинамики правого предсердия (Видео 2) и выходного тракта правого желудочка во время диастолы (Видео 3). Эти пилотные исследования направлены на дальнейшее описание закономерностей венозного обратного тока у новорожденных с различными уровнями респираторной поддержки и получение более глубокого представления о взаимосвязи между изменениями дыхания и диастолической функцией.
Рисунок 1: Внутрижелудочковая внутрисердечная гемодинамика. На этом рисунке наглядно показаны паттерны внутрисердечного кровотока и образование вихрей в ЛЖ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Вихревое кольцо левого желудочка. На этой схеме показано вихревое кольцо, видимое с апикального трехкамерного изображения с использованием двумерной цветной допплеровской и спекл-слеженной визуализации. При использовании апикального трехкамерного вида основной вихрь (камера Smain 3) меньше, чем четырехкамерный вид (камера Smain 4). Главный вихрь обычно больше по сравнению с любыми вторичными вихрями (Ssec). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Вихри, полученные с помощью визуализации кровавых пятен, на апикальных видах. Это сравнение вихрей, полученных от BSI, продемонстрированное с использованием апикального четырехкамерного вида (слева) и апикального трехкамерного вида (справа). Графики представляют различные формы и расположение вихрей в двух апикальных окнах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Оценка морфологии вихря. На данной диаграмме показаны ручные методы, применяемые в нашей лаборатории для получения параметров морфологии вихрей с апикальной четырехкамерной проекции. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Оценка временных характеристик вихрей. На этом рисунке показаны методы, используемые для получения временных характеристик вихря, таких как продолжительность вихря и пиковое время образования вихря. Вертикальная красная линия показывает, на какой стадии сердечного цикла происходит вихревое событие. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Отслеживание пятен крови в других камерах сердца. На этом рисунке показана внутрисердечная гемодинамика в других камерах сердца. В правом желудочке (ПЖ) основной вихрь представляет собой вращающуюся по часовой стрелке структуру, которая катится вдоль перегородки с максимальной площадью непосредственно перед легочным клапаном и артерией (ПА). В правом предсердии (РА) основной вихрь образуется за счет смешивания притока через нижнюю полую вену (НПВ) и верхнюю полую вену (СВК) вблизи нижней границы боковой стенки и при вращении против часовой стрелки, а иногда и при втором вращении по часовой стрелке вблизи придатка РА. Левое предсердие (LA) имеет ограниченные области, где поток четырех легочных вен не смешивается напрямую, и вихри может быть трудно уловить. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
| LVEDVi Самый низкий квартиль | LVEDVi Высший квартиль | |
| Фракция выброса (%) | 67(5) | 69(5) |
| Продольная деформация (%) | 20.3(1.6) | 23.5(2.7)* |
| МВ ВТИ (см) | 6.4(1.9) | 9.6(2.8)** |
| Коэффициент советника | 0.69(0.12) | 0.84(0.10** |
| Соотношение Ee' | 13.3(2.9) | 19.7(8.0)* |
| IVRT (мс) | 54(8) | 44(8)** |
| Местоположение | ||
| Глубина вихря | 0.58(0.10) | 0.56(0.07) |
| Поперечное положение вихря | 0.29(0.07) | 0.37(0.15)** |
| Геометрия | ||
| Площадь вихря (см2) | 0.44(0.28) | 0.57(0.21) |
| Площадь вихря индексируется по отношению к области НН | 0.20(0.12 | 0.18(0.05) |
| Свойства времени | ||
| Время начала вихря (% от RR) | 88(5) | 76(8)** |
| Пиковое время образования вихрей (% от RR) | 91(2) | 82(8)** |
| Длительность вихря (% от RR) | 16(4) | 11(2)** |
Таблица 1: Сравнение новорожденных с самым низким и самым высоким квартилями индексируемых объемов ЛЖ. Данные представлены в виде среднего значения + стандартное отклонение (SD). **p < 0,01, *p < 0,05. Сокращения: IVRT = изоволюмическое время релаксации; LVEDVi = конечный диастолический объем левого желудочка, индексированный по весу; MV = митральный клапан. Таблица используется повторно из ссылки11.
Видео 1: Скриншоты из видео вихря РН. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать это видео.
Видео 2: Скриншоты из видео вихря с бикавальным притоком. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать это видео.
Видео 3: Скриншоты из вихревого тракта оттока правого желудочка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать это видео.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Важность визуализации и понимания внутрисердечного вихря
Существует множество возможных клинических применений высокочастотной эхокардиографии, полученной с помощью вихревой визуализации. Их способность давать ценную информацию о динамике внутрисердечного потока была предметом недавних исследований16. Кроме того, вихревая визуализация может позволить выявить досимптоматические изменения в архитектуре и функции ЛЖ у новорожденных, которые могут иметь отношение к долгосрочному ремоделированию сердца во взрослом возрасте15. Это, в свою очередь, может повысить точность и прогностические результаты последующего лечения и операций. Использование BSI для визуализации внутрисердечных вихрей в последнее время получило некоторую поддержку в литературе, но остается в значительной степени неизученным. Помимо работы в настоящей лаборатории на недоношенных новорожденных, другие клинические публикации продемонстрировали, что БСИ, полученная с помощью эхокардиографии, осуществима и клинически значима у младенцев с врожденными пороками сердца 7,17, патологией клапанов18 и даже патологией правого желудочка19.
Полезность вихревой визуализации в оценке диастолической функции
Диастолическая функция ЛЖ характеризует ее способность наполняться кровью и подготавливать ударный объем к выбросу. Были достигнуты значительные успехи в понимании диастолической функции у пациентов с сердечной недостаточностью с сохраненной фракцией выброса (HFpEF), особенно в отношении патофизиологии, диагностики и прогноза с помощью эхокардиографии20,21. Диастолическая функция сердца включает в себя активный биохимический процесс расслабления миокарда, при котором поперечные мостики актина и миозина отрываются и напряжение в мышечных волокнах миокарда начинает уменьшаться. Когда митральный клапан открывается, кровь поступает в ЛЖ через всасывание, создаваемое упругой отдачей волокон миокарда, движущихся к своей первоначальной длине (восстанавливающие силы). Это снижает давление в полости ЛЖ и создает градиент давления между предсердием и желудочком. Конечная фаза диастолической функции порождается сокращением предсердий, которое повышает давление ЛП выше давления ЛЖ и устанавливает конечное диастолическое давление и объем ЛЖ до закрытия митрального клапана и начала сокращения22.
С гемодинамической точки зрения диастола ЛЖ предполагает прохождение столбика насыщенной кислородом крови из предсердий в желудочек при подготовке к выбросу. Расположение выводного тракта ЛЖ рядом с митральным кольцом означает, что кровь поступает в желудочек от базального до апикального и выходящего из желудочка от апикального до базального. Последние достижения в понимании внутрисердечной гемодинамики позволяют предположить, что это перенаправление кровотока, происходящее при переходе от наполнения левого желудочка к выбросу, следует определенному вращательному направлению, чтобы свести к минимуму сдвиговые силы на миокард и сохранить кинетическую энергию движущегося столба крови, отсюда и образование внутрижелудочкового вихря 4,5 (рис. 1).
Рекомендации по диастологии были обобщены Американским обществом эхокардиографии и Европейской ассоциацией сердечно-сосудистой визуализации12. Существует ряд ограничений при стандартной допплеровской и двумерной оценке диастолической функции. К ним относятся, помимо прочего, частота сердечных сокращений, зависимость от доплеровского угла, качество сигнала и сложность классификации диастолической дисфункции по нескольким параметрам, которые часто не совпадают. Таким образом, предложение параметра, независимого от угла и частоты сердечных сокращений, с потенциалом детального понимания релаксации и наполнения ЛЖ, полученного из одного первичного измерения, стало возможным с введением внутрисердечного вихря.
Как показывают текущие результаты, визуализация вихря дает несколько параметров, позволяющих получить некоторое представление о диастолической функции сердца. В частности, была показана значимая связь между площадью/формой вихря и морфологией ЛЖ, а также значимость времени вихря в прогнозировании конечного диастолического давления ЛЖ. Кроме того, наблюдаются вариации положения вихря в зависимости от используемой плоскости визуализации (рис. 3), а также позиционные различия у детей с врожденными пороками сердца в работах других авторов (т.е. вихрь, расположенный ближе к межжелудочковой перегородке в случаях с объемной перегрузкой и у пациентов с клапанной патологией 7,12). Количество вихрей, наблюдаемых в LV, теоретически может быть связано с архитектурой LV, но пока не показало статистической значимости в этой работе и работах других. Наконец, вихревая визуализация может привести к более сложным численным измерениям, таким как завихренность, потери энергии и накопленная кинетическая энергия, что показало некоторую прогностическую ценность при изучении врожденных пороков клапанов, таких как двустворчатые аортальные клапаны18. Клиническое применение BSI может предоставить реальную дополнительную информацию к обычному цветному допплеровскому методу, помогая улучшить визуализацию аномальных гемодинамических паттернов при таких патологиях, как шунтирование, клапанная регургитация и стеноз17.
Визуализация и анализ внутрисердечного вихря: плюсы и минусы
Как было описано ранее, паттерны внутрисердечного кровотока могут быть визуализированы с помощью магнитно-резонансной томографии сердца (МРТ), а также скорости визуализации частиц на основе эхокардиографии, векторного картирования потока и BSI6. У новорожденных BSI имеет наибольшие преимущества благодаря своей неинвазивной природе и применению у постели больного. Кроме того, поскольку разрешение изображения и проникновение ультразвукового луча обратно пропорциональны, очень маленькая площадь поверхности тела новорожденного позволяет использовать высокое разрешение без ущерба для глубины проникновения. И наоборот, поскольку BSI требует высокой частоты кадров и разрешения для того, чтобы захватить внутрисердечные вихри, эта технология в настоящее время не может быть применена у более крупных пациентов, таких как взрослые, где более высокие требования к проникновению ставят под угрозу разрешение. До настоящего времени наибольшее число пациентов, у которых успешно применялась БСИ, было в популяции детей со средним возрастом 7 лет и площадью поверхности тела до 1,22м27.
Еще одним ограничением визуализации BSI является ее зависимость от высококачественных двумерных изображений для точной оценки вихрей. В настоящее время BSI недоступна в трехмерной эхокардиографии, что ограничивает визуализацию этой сложной трехмерной структуры. Кроме того, BSI приводит к значительным потерям соотношения сигнал/шум из-за ограниченной глубины проникновения. На практике это означает, что неуравновешенный новорожденный, который двигается во время обследования, и строение тела, которое исключает оптимизированный и четкий четырехкамерный обзор ЛЖ, могут создавать значительные препятствия при использовании этой технологии. Методы успокоения новорожденного во время обследования (например, с использованием сахарозы) и другие методы оптимизации качества изображения ЛЖ в четырехкамерном режиме (например, методы позиционирования новорожденного и операторские) должны быть легко реализованы.
Наконец, это исследование было коммерчески ограничено вихревыми характеристиками выбранной технологии (т.е. BSI, полученной с помощью эхокардиографии). Несмотря на то, что клиническая значимость и воспроизводимость этих измерений набирают обороты в литературе, все еще существует необходимость в дальнейшей проверке того, что эти маркеры означают при различных патологиях и как они соотносятся с другими методами визуализации. Например, вихревая архитектура, позиционирование и синхронизация могут быть очень полезны при врожденных пороках сердца, в то время как параметры кинетической энергии, которые еще не доступны для BSI, могут хорошо служить в долгосрочных серийных исследованиях ремоделирования сердца.
Будущие направления
Таким образом, BSI быстро завоевывает признание как недорогой, неинвазивный и ценный инструмент для оценки внутрисердечной гемодинамики и, в частности, вихрей. Работа, проведенная в настоящей лаборатории, подтвердила его воспроизводимость и продемонстрировала его клиническую и практическую полезность в качестве дополнительного инструмента для оценки сердечной функции и ремоделирования после преждевременных родов8. Двигаясь вперед, гипотетическая связь между внутрисердечными сдвиговыми силами на миокард и последующим ремоделированием сердца, наблюдаемым в различные моменты раннего развития, требует дальнейшего изучения. До сих пор исследовались только архитектурные и временные характеристики вихрей. Однако, как упоминалось ранее, приобретение энергетических параметров, таких как кинетическая энергия вращения и завихренность, может дать дальнейшее понимание механизма, связывающего паттерны потока и неблагоприятное ремоделирование сердца. Клинически это может впоследствии позволить проводить более своевременные вмешательства у пациентов из группы риска.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не должны раскрывать информацию или заявлять о конфликте интересов.
Acknowledgments
Мы хотели бы выразить признательность отделению интенсивной терапии новорожденных больницы Джона Хантера за то, что они позволили выполнять нашу текущую работу, а также родителям наших самых маленьких и драгоценных участников.
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
В этом месяце в JoVE выпуск 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
