Теоретические предпосылки и обоснования использования эхокардиографических методик

  Традиционная эхокардиография (ЭхоКГ) в серошкальном изображении широко применяется в клинической практике для выявления скрытой коронарной недостаточности, определения прогноза течения заболевания у больных ИБС, риска реваскуляризации и эффективности проводимого оперативного вмешательства [131, 196, 220, 256, 277]. Тем не менее традиционная ЭхоКГ имеет ряд ограничений и, в первую очередь, надежность метода зависит от качества серошкального изображения [219]. Внедрение в клиническую практику второй тканевой гармоники несколько облегчило эту проблему, однако внимание к деталям при получении изображения остается клинически важным.
Исследования не поддаются интерпретации, если одни и те же плоскости изображения не сравниваются до и после стресса, или до и после реваскуляризации миокарда, а также, если записано недостаточно эндокардиальных деталей и эндокард левого желудочка недостаточно четко визуализируется [219]. Необходимо отметить и субъективизм интерпретации, поскольку каждый врач имеет свой порог идентификации движения стенки [175, 245,255]. Если в покое регистрируется аномалия движения стенки, то визуальное распознавание улучшения или ухудшения движения данных сегментов, например, после реваскуляризации миокарда может быть затрудненным [258]. Особые трудности представляет интерпретация выделения активно сокращающихся сегментов левого желудочка от пассивно движущихся. Наконец, сама фракция выброса левого желудочка (ФВ ЛЖ) как наиболее часто применяемый показатель насосной функции ЛЖ имеет ограничение, поскольку само измерение подвергается ошибке при очертании границ эндокарда [97]. Кроме того, фракция выброса левого желудочка является показателем оценки глобальной функции и не принимает во внимание сегментарную систолическую функцию левого желудочка. Поэтому разработка истинно количественного подхода оценки сегментарной контрак- тильности могла бы преодолеть вышеуказанные ограничения стандартной ЭхоКГ Деформация миокарда это количественный показатель контрактильности [48, 133, 163].
5.1. Методы ультразвукового исследования сердца, примененные в исследовании
Как можно оценить деформацию миокарда?
  1. Деформацию миокарда можно количественно определить в радиальном направлении (из парастернальной позиции по короткой оси левого желудочка) при использовании М-режима стандартной ЭхоКГ на уровне створок митрального клапана, па- пиллярых мышц или верхушечных сегментов (рис. 5.3). К сожалению, этот метод ограничен числом сегментов и угловой зависимостью стандартного изображения в М-режиме.
  2. Использование анатомического М-режима при визуализации сердца из апикальной позиции на уровне 2 или 4 камер, или по длинной оси левого желудочка (рис. 5.4) дает возможность количественно оценить деформацию в продольном и поперечном направлениях.
  3. С помощью тканевого допплеровского изображения миокарда режимов “Strain Rate/Strain" оценивают деформацию в продольном направлении базальных и средних сегментов левого желудочка.

Несколько слов о понятии Strain Rate/Strain
Понятие “Strain” (стрейн) ввели I. Mirsky and W.W. Parmley для облегчения понимания эластичной жесткости сердечной мышцы [234]. Они определили Strain как безразмерную величину, которая представляла собой процентное измерение размера от состояния в покое до состояния, достигнутого после приложения усилия (стресса). Термин “Strain” означает “вытягивание (удлинение)”. Как физический термин он расширяется до значения “относительная деформация”. В литературе Strain обозначается е. Strain - это степень удлинения или сжатия между двумя смежными точками в пространстве [284] и описывается уравнением:
I-
Strain Rate (SR) эквивалентен градиенту скорости между двумя точками и может быть описан уравнением:

где ДL - изменение длины удлинения, М - время для изменения длины, v - скорость изменения длины.
Следовательно, отрицательный Strain означает сжатие или

Рис. 5.3. М-режим стандартной ЭхоКГ на уровне папиллярных мышц. Парастернальная позиция по короткой оси левого
желудочка

Рис. 5.5. Анатомический М-4- + режим. Оценивается деформация в поперечном направлении верхушечного сегмента боковой стенки и среднего сегмента межжелудочковой перегородки
5.1. Методы ультразвукового исследования сердца, примененные в исследовании укорочение, а положительный - удлинение или расширение [298]. Поэтому Strain и Strain Rate могут представлять контрак- тильную функцию миокарда. Преимущество Strain Rate в том, что на него не действует глобальное смещение сердца и эффект связывания смежных сегментов. Strain Rate измеряет векторный компонент регионарного сокращения миокарда независимо от эффекта сковывания и напрямую сравнивает движение этих двух точек вдоль ультразвукового луча. Эти точки движутся навстречу друг другу во время сокращения и в противоположные стороны во время расслабления. Кривые Strain Rate и Strain приведены на рисунке 5.5.
Неинвазивная оценка регионарного Strain у человека впервые стала возможной только с внедрением в практику магнитно- резонансного изображения. В 1988 г. первое неинвазивное измерение Strain было проведено Е.А. Zerhouni с соавт. В 1998 г. А. Heimdal с соавт. опубликовали данные о возможном измерении Strain Rate при использовании тканевого допплеровского изображения миокарда. Различия между магнитнорезонансным изображением и тканевым допплеровским изображением миокарда в оценке деформации заключаются в том, что зти два метода измеряют разные параметры. С помощью тканевого допплеровского изображения скорость деформации измеряется в двух положениях вдоль ультразвукового луча, а при магнитнорезонанс-

Рис. 5.5. Схема оценки Strain Rate (стрейн рейт) сегмента из скорости, Дг - расстояние между двумя точками
ном изображении - оценивается движение двух отдельных точек в миокарде. Магнитнорезонансным изображением измеряется “Langrangian Strain”, а тканевым допплеровским изображением - естественный Strain [97]. С помощью магнитнорезонансного изображения можно оценить деформацию в трех направлениях. Однако эта оценка применяет определенные допущения, которые могут повлечь ошибку в значениях [220]. Основной недостаток оценки деформации при магнитнорезонансном изображении заключается в том, что этот метод дорог, часть пациентов может страдать клаустрофобией, сам метод применяется не во всех клиниках, и анализ оценки деформации требует много времени.
Преимущества измерения Strain и Strain Rate при эхокардиографическом исследовании в том, что эти величины могут быть получены в реальном времени с высокой временной и пространственной точностью. На значения Strain Rate/Strain не влияет глобальное смещение сердца и эффект "связывания” сегментов. S. Urheim с соавт. показали в эксперименте на животных, что систолический Strain, оцениваемый с помощью тканевого допплеровского изображения, тесно коррелирует со Strain, определяемым сономикрометрией [288]. По данным ряда авторов, систолический Strain более точно разделяет функционально активный сегмент от дисфункционального по сравнению с анализом планарного утолщения стенки [164]. Показано, что продольный систолический Strain Rate коррелирует с максимальным значением первой временной производной давления в ЛЖ (dP/dt; г=0,82) и также с пиковой эластичностью [285, 294]. Эти два показателя являются величинами измерениями систолической функции и сократимости левого желудочка.
Ограничения режима Strain Rate/Strain заключаются в том, что, во-первых, измерения Strain Rate/Strain проводятся либо из апикальной позиции, либо из парастернального доступа, и поэтому одномоментно можно оценить только продольную или только радиальную деформацию. Во-вторых, на анализ Strain Rate/Strain влияет качество серошкального изображения. Следовательно, такие артефакты, как реверберация могут вести к ошибочным значениям. В-третьих, данная методика углозависимая, поэтому величины деформации будут не воспроизводимыми, если угол падающего луча более 20е [48].
Strain Rate/Strain можно анализировать не только с помощью кривых, но и при использовании изогнутого М-режима (рис. 5.6).
Для Strain Rate в изогнутом М-режиме утолщение кодируется оранжево-красным цветом (пиковая скорость) к синему (наиболее низкие скорости) или к зеленому (нет Strain Rate). Изогнутый М-режим Strain Rate необходим для быстрого визуального сравнения данных регионарной деформации стенки и между стенками как в покое, так и во время стресс-ЭхоКГ. Этот режим позволяет выявить сегменты с нормальным кинезом движения стенки и аномальным кинезом стенки. Визуальная интерпретация изогнутого М-режима продольного Strain Rate более точна, чем обычная субъективная визуальная оценка стандартной Эхо- КП По чувствительности и специфичности изогнутый М-режим Strain Rate превышает обычную визуальную интерпретацию серошкального изображения (86% против 81% и 89% против 82% соответственно) [292]. Даже если рассмотреть ситуацию, когда интерпретация в серошкальном изображении и интерпретация в режиме Strain Rate будет одинаковой, то и в этом случае Strain Rate будет иметь ряд преимуществ. Информация полученная Strain Rate является количественной. В сегментах с плохой визуализацией, когда нельзя определить эндокард, функцию этого сегмента можно оценить режимом Strain Rate.
Если регионарный Strain Rate измеряет скорость деформации, то Strain выражает процент деформации (необходимо отметить, что регионарная оценка Strain не обеспечивает никакой информации относительно абсолютной толщины стенок, этот показатель измеряет только относительные изменения). Продольный систолический Strain часто (но не всегда) наиболее высокий в базальных и верхушечных сегментах, более низкие его значения - в средних сегментах. Продольный систолический Strain коррелирует с ФВ ЛЖ, оцениваемой во время вентрикулографии (г=0,87), ударным объемом левого желудочка и частотой сердечных сокращений [276, 285]. В норме радиальный пиковый систолический Strain коррелирует с ФВ, оцениваемой в М-ре- жиме и рассчитанной с помощью уравнения Teichholz [293].
  1. Недопплеровская визуализация двухмерной деформации

ГЛАВА 5. Ультразвуковые методы исследования в оценке эффективности...

Рис. 5.6. Изогнутый М-режим Strain Rate Imaging, как индекс сократительной функции миокарда
(Speckle Tracking Imaging) - это новая ультразвуковая технология, основанная на векторе движения точек в трехмерном пространстве. Если представить движения сердца в трехмерном пространстве, то ее сегменты движутся в продольном, радиальном, поперечном направлениях и по окружности [170, 244, 252, 286]. Соответственно, с помощью данной технологии можно оценить деформацию продольную, поперечную, радиальную, по окружности, а также ротацию сердца и поворот верхушки по оси движения. Аналогично оценивается деформация миокарда и при магнитнорезонансной томографии. Следует отметить, что данная технология основана на использовании стандартной ЭхоКГ двухмерного изображения сердца. Эта методика основана на смещении акустических точек во время движения миокарда. Изменение движения этих точек в период систолы и диастолы и представляет деформацию. В качестве примера на рисунке 5.7 приводится изображение межжелудочковой перегородки из апикальной позиции на уровне 4 камер [286]. Красным цветом изображены границы межжелудочковой перегородки во время диастолы, зеленым цветом - границы межжелудочковой перегородки во время систолы. Из-

Рис. 5.7. Типичный паттерн деформации межжелудочковой перегородки (МЖП) во время сердечного цикла, оцениваемый с помощью Speckle Tracking Imaging [29]. Границы МЖП, очерченные красным цветом — период диастолы, зеленым — систолы. Обозначения: RV — правый желудочек, RA — правое
предсердие, LV — левый желудочек
менение в расстоянии границ межжелудочковой перегородки между этими точками и представляют деформацию ее в продольном направлении и радиальное ее утолщение.
Используя апикальную позицию на уровне 2, 4 камер и по длинной оси сердца (рис. 5.8), можно оценить деформацию в продольном (Longitudinal Strain) и поперечном направлениях (Transverse Strain). При парастернальной позиции по короткой оси левого желудочка на уровне створок митрального клапана, папиллярных мышц и верхушки оцениваются (рис. 5.9) радиальная деформация (Radial Strain) и деформация по окружности (Circumferential Strain), а также ротация сердца (Rotation) и поворот по оси (Torsion, Twist). В отличие от тканевого допплеровского изображения миокарда с помощью Speckle Tracking Imaging можно оценить не только деформацию шести сегментов одно-

Рис. 5.8. Двухмерное изображение сердца из апикальной
позиции на уровне 2 камер

Рис. 5.9. Двухмерное изображение сердца из парастернальной позиции по короткой оси левого желудочка на уровне папиллярных мышц

Рис. 5.10. Кривые Strain (верхний рисунок) и Strain Rate (нижний рисунок), полученные из двухмерного изображения сердца на уровне 4 камер из апикальной позиции.
Кривые белого цвета обозначают глобальный Strain и глобальный Strain Rate. Кривые желтого, зеленого, синего, голубого, красного и розового цветов обозначают Strain/Strain Rate сегментов, прокрашенных посегмен тар но в двухмерном режиме. Слева внизу приводится изображение изогнутого М- режима^гаш (а) и Strain Rate (б), а) красные полосы - наличие деформации, синие - деформации нет; б) красные полосы - наличие деформации, синие - положительная деформация в период раннего наполнения левого желудочка и в систолу предсердий, зеленые - деформации нетвпериоддиастазиса
временно (рис. 5.10), но и такие показатели, как глобальный стрейн (Global Strain) и глобальную скорость деформации (Global Strain Rate).
Для тканевого допплеровского изображения миокарда значения Strain/Strain Rate могут быть некорректными, если стенка левого желудочка оптимально не выведена или регистрируется артефакт (например, наслоение ребра на изображение боковой стенки левого желудочка), то на значения Strain/Strain Rate, оцениваемого с помощью Speckle Tracking Imaging, эти факторы влияют меньше [286]. Преимущества данной технологии по сравнению с тканевым допплеровским изображением миокарда приведены в таблице 5.1.
Данная технология, вероятно, будет внедрена в клиническую практику при использовании стресс-ЭхоКГ в диагностике коронарной недостаточности, выявления жизнеспособного миокарда и оценки медикаментозной и хирургической коррекции у боль-
Таблица 5.1
Сравнение технологий Speckle tracking Imaging и Doppler Tissue Imaging

Показатель

Doppler Tissue Imaging

Speckle Tracking Imaging

Зависимость
методики

Методика
углозависимая

Методика не углозависимая

Режим

Основана на допплеровском эффекте

Основана на двухмерном В-режиме

Оценка деформационных свойств

Оценивает деформационные свойства миокарда в продольном направлении

Оценивает деформационные свойства в продольном, радиальном, поперечном направлениях, ротационная функция

Частота кадров

Частота кадров gt;180 кадров в с

Частота кадров 40-70 кадров в с

Время постпроцессинга

11 мин для 16 сегментов (из трех апикальных позиций)

2-5 мин

Влияние
артефактов

Артефакты влияют на результаты

Артефакты не влияют на результаты

ных с ишемической болезнью сердца. Применение данной ультразвуковой технологии позволило нам адекватно оценить деформацию миокарда до и после реваскуляризации, включая аортокоронарное шунтирование и ТМЛР, поскольку с помощью оценки деформационных свойств можно отличить активное сокращение сегмента от его пассивного движения и определить изменения непосредственно в сегментах, подвергнутых ТМЛР. 

Источник: В.М. Шипулин, С.Л. Андреев, Е.Н. Павлюкова, «Использование лазеров в сердечно-сосудистой хирургии: от эксперимента к практике» 2010

А так же в разделе «  Теоретические предпосылки и обоснования использования эхокардиографических методик »