Эхокардиография с отслеживанием спеклов
| Эхокардиография с отслеживанием спеклов | |
|---|---|
| Продолжительность: 1 секунда. Послеоперационная скорость деформации по окружности ЛЖ, 2-D отслеживание спеклов | |
| Цель | анализирует движение тканей сердца |
В области кардиологии и медицинской визуализации эхокардиография с отслеживанием спеклов ( STE ) представляет собой метод эхокардиографической визуализации . Он анализирует движение тканей сердца, используя естественную картину спеклов в миокарде (или движение крови при визуализации ультразвуком ).
Этот метод документирования движения миокарда является неинвазивным методом определения как векторов, так и скорости. По сравнению с другими технологиями, направленными на неинвазивное определение ишемии , отслеживание спеклов кажется ценным начинанием. Спекл-картина представляет собой смесь интерференционных картин и естественных акустических отражений. [1] Эти отражения также называют пятнышками или маркерами .
Поскольку рисунок случайный, каждая область миокарда имеет уникальный рисунок пятен (также называемый узорами , особенностями или отпечатками пальцев ), который позволяет отслеживать этот регион. Картина спеклов относительно стабильна, по крайней мере, от одного кадра к другому. [2] [3] При постобработке это можно отслеживать последовательно, кадр за кадром, и в конечном итоге преобразовать в независимые от угла двумерные ( 2D ) и трехмерные последовательности на основе деформации ( 3D ). [3] [4] [5] Эти последовательности предоставляют как количественную, так и качественную информацию о деформации и движении тканей.
Основные принципы
[ редактировать ]Поскольку рисунок спеклов является случайным, любая область миокарда имеет уникальный рисунок спеклов: на изображении можно определить определенную область «ядра», и, поскольку этот рисунок спеклов относительно стабилен, ядро можно распознать в следующем кадре. , в пределах большей области поиска, с помощью алгоритма поиска «наилучшего соответствия». Существуют разные алгоритмы поиска, наиболее часто используется « сумма абсолютных разностей ». [3] показано, что он так же точен, как и кросс-корреляция , которая является альтернативой. [6] [7] Таким образом, движение ядра по изображению можно отслеживать, в принципе независимо от угла луча, в отличие от тканевого допплера . Таким образом, отслеживание спеклов может осуществляться в двух измерениях. Однако, поскольку осевое (в направлении луча) разрешение ультразвука намного лучше, чем поперечное, способность отслеживания в поперечном направлении меньше. Кроме того, поперечное разрешение (и, следовательно, способность отслеживания) уменьшается с глубиной при секторном сканировании, где ультразвуковые лучи расходятся.
Различные коммерческие и некоммерческие операторы затем используют разные подходы для получения параметров движения и деформации. Движение одного ядра можно разложить на кривые смещения, а расстояние между двумя ядрами — на деформацию (деформацию). [8] [9] Тогда скорость деформации будет производной деформации по времени. В некоторых коммерческих приложениях акустические маркеры отслеживаются более индивидуально, вычисляя скорость на основе движения и интервала выборки (обратного частоты кадров), генерируя поле скорости. [4] В отличие от тканевого допплера, это поле скоростей не ограничивается направлением луча. Затем на основании скоростей рассчитывают скорость деформации и деформацию. Было показано, что отслеживание спеклов сравнимо со штаммом, полученным при тканевой допплерографии. [10] и был проверен на соответствие MR. [9] [11] [12]
Напряжение
[ редактировать ]Деформация определяется как дробное или процентное изменение размера объекта по сравнению с исходным размером объекта. [13] Точно так же скорость деформации можно определить как скорость, с которой происходит деформация . три компонента нормальной деформации (εx, εy и εz) и три компонента деформации сдвига Математически выделяются (εxy, εxz и εyz). Конгруэнтно, применительно к левому желудочку деформация левого желудочка определяется тремя нормальными деформациями (продольной, окружной и радиальной) и тремя сдвиговыми деформациями (окружно-продольной, окружно-радиальной и продольно-радиальной). Основным преимуществом сдвиговой деформации ЛЖ является усиление 15%-ного укорочения миоцитов до 40%-ного радиального утолщения стенки ЛЖ, что в конечном итоге приводит к изменению фракции выброса ЛЖ на >60% . Сдвиг левого желудочка увеличивается по направлению к субэндокарду, что приводит к субэпикардиальному субэндокардиальному утолщению градиента деформации. Подобно МРТ, STE использует «лагранжеву деформацию», которая определяет движение вокруг определенной точки ткани, вращающейся во времени и пространстве. [14] На протяжении сердечного цикла конечный диастолический размер ткани представляет собой ненапряженную начальную длину материала. Отслеживание спеклов – это один из двух методов визуализации скорости деформации , второй – тканевый допплер .
Скручивающая или торсионная деформация определяет градиент от основания к верхушке и является результатом сдвига миокарда в окружно-продольных плоскостях, так что, если смотреть со стороны верхушки, основание вращается против часовой стрелки. Аналогично, верхушка ЛЖ одновременно вращается по часовой стрелке. Во время изгнания перекрут ЛЖ приводит к накоплению потенциальной энергии в деформированных миоволокнах . Эта накопленная энергия высвобождается с началом релаксации, подобно раскручиванию пружины, и приводит к возникновению сил всасывания. Эти силы затем используются для быстрого раннего диастолического восстановления.
Приложения и ограничения
[ редактировать ]Полезные свойства STE получают все большее признание. Результаты деформации, полученные при элевации ST, были подтверждены с помощью сономометрии и МРТ с метками, и результаты значительно коррелируют с измерениями, полученными с помощью тканевой допплерографии . [15] [16] [17] Технология тканевой допплерографии , альтернативный метод визуализации скорости деформации технологии отслеживания спеклов, требует достижения достаточной параллельной ориентации между направлением движения и ультразвуковым лучом. Его использование остается ограниченным из-за зависимости от угла, значительной изменчивости внутри и между наблюдателями и шумовых помех. Технология отслеживания спекл в определенной степени преодолевает эти ограничения.
Однако для достижения достаточного качества отслеживания при использовании одиночных маркеров коммерческие алгоритмы очень часто прибегают к разновидностям сплайнового сглаживания , используя доступную информацию от самых сильных эхосигналов, очень часто от митрального кольца, поэтому региональные измерения не являются чисто региональными, а скорее степень, сплайн-функции глобального среднего значения. Поскольку метод использует B-режим, частота кадров отслеживания спеклов ограничена относительно низкой частотой кадров B-режима. Если частота кадров слишком низкая, качество отслеживания снижается из-за межкадровой декорреляции. Это также может быть проблемой, если частота сердечных сокращений высока (что на самом деле представляет собой относительное снижение частоты кадров — меньшее количество кадров за сердечный цикл).
Увеличение частоты кадров в B-режиме достигается за счет уменьшения плотности линий, т.е. поперечного разрешения, что делает метод более зависимым от угла. Наконец, метод в некоторых приложениях зависит от размера и формы ROI (области интереса). В принципе, спекл-отслеживание доступно для измерения деформации во всех направлениях, однако из-за ограничения латерального разрешения апикальных изображений для измерения окружной и трансмуральной деформации необходимы парастернальные поперечные сечения. [11] С другой стороны, по сравнению с тканевой допплерографией , этот метод в основном доступен только для продольных измерений из апикальной позиции. [11]
В исследовании Чо и др. [11] Как продольная деформация, полученная с помощью TVI, так и продольная деформация, полученная с помощью отслеживания спеклов, продемонстрировала умеренную корреляцию с деформацией, полученной с помощью МРТ. ROC -анализ показал значительно более высокую AUC для отслеживания спеклов для обнаружения дисфункциональных сегментов. Однако в это исследование были включены только пациенты с ишемической болезнью сердца. Более низкая частота кадров считается проблемой при стресс-эхо , поскольку пиковое напряжение показывает довольно высокую частоту кадров. [18]
Однако все чаще признается основная проблема отслеживания спеклов: отсутствие стандартизации. Каждый поставщик ультразвукового оборудования или программного обеспечения для анализа имеет разные алгоритмы, которые будут работать по-разному во время анализа. При прямых сравнениях отклонения между анализами могут быть существенными, особенно по сравнению с внешним источником. [19] Таким образом, измерения, нормальные пределы и пороговые значения зависят только от поставщика. Из-за промышленной секретности детали различных алгоритмов могут быть в значительной степени недоступны, поэтому детальное исследование моделирования затруднено.
Клиническое применение технологии отслеживания спеклов:
- Ишемическая болезнь сердца
- Инфаркты миокарда
- Стресс-эхокардиография
- Реваскуляризация
- Клапанная болезнь
- Гипертрофия левого желудочка
- Гипертоническая болезнь сердца
- Гипертрофическая кардиомиопатия
- Дилатационная кардиомиопатия
- Стрессовая кардиомиопатия
- Заболевания перикарда/ рестриктивная кардиомиопатия
- Диастолическая болезнь сердца
- Левожелудочковая диссинхрония
- Врожденный порок сердца
- Кардиотоксичность, вызванная лекарственными средствами
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гейер, Холли; Караччоло, Джузеппе; Абэ, Харухико; Вилански, Сьюзан (2010), «Оценка механики миокарда с использованием эхокардиографии с отслеживанием спеклов: основы и клиническое применение», Журнал Американского общества эхокардиографии , 23 (4), CV Mosby: 351–69, викторина 453-5, doi : 10.1016/j.echo.2010.02.015 , ISSN 0894-7317 , OCLC 605144740 , PMID 20362924
- ^ Босс Л.Н., Трэйи Дж.Е. Новый метод независимой от угла ультразвуковой визуализации кровотока и движения тканей. IEEE Trans Biomed Eng. Март 1991 г.;38(3):280-6.
- ^ Перейти обратно: а б с Калузинский К., Чен Х., Емельянов С.Ю., Сковорода А.Р., О'Доннелл М. Визуализация скорости деформации с использованием двумерного отслеживания спеклов. Управление частотой IEEE Trans Ultrason Ferrolectr. Июль 2001 г.;48(4):1111-23.
- ^ Перейти обратно: а б Райснер, SA; Лысянский П; Агмон, Ю; Мутлак, Д. (2004), «Глобальная продольная деформация: новый показатель систолической функции левого желудочка» , Журнал Американского общества эхокардиографии , 17 (6): 630–3, doi : 10.1016/j.echo.2004.02.011 , ISSN 0894-7317 , OCLC 110737191 , PMID 15163933
- ^ Лейтман М., Лысянский П., Сиденко С., Шир В., Пелег Э., Биненбаум М. и др. Двумерная деформация — новое программное обеспечение для количественной эхокардиографической оценки функции миокарда в реальном времени. JAm Soc Echocardiogr 2004;17:1021-9.
- ^ Инсана М.Ф., Вагнер РФ, Гарра Б.С., Моменан Р., Шоукер Т.Д. Методы распознавания образов для оптимизации многомерных сигнатур тканей при ультразвуковой диагностике. Ультразвуковая томография. Июль 1986 г.;8(3):165-80
- ^ Босс Л.Н., Фримель Б.Х., Трейи Дж.Е. Экспериментальные профили скорости и объемный поток с помощью двумерного отслеживания спеклов. УЗИ Мед Биол. 1995;21(7):885-98
- ^ Ингул CB, Торп Х, Аасе С.А., Берг С., Стойлен А., Слордаль С.А. Автоматизированный анализ скорости деформации и деформации: осуществимость и клиническое значение. J Am Soc Эхокардиогр. Май 2005 г.;18(5):411-8.
- ^ Перейти обратно: а б Амундсен Б.Х., Кросби Дж., Стин П.А., Торп Х., Слердал С.А., Стойлен А. Региональная деформация длинной оси миокарда и скорость деформации, измеренные с помощью различных методов тканевой допплерографии и эхокардиографии с отслеживанием спеклов: сравнение с меченной магнитно-резонансной томографией. Eur J Эхокардиогр. 2009 март;10(2):229-37
- ^ Модесто К.М., Каудуро С., Диспенциери А, Хандериа Б., Белоглавек М., Лысянский П., Фридман З., Герц М., Абрахам Т.П. Параметры деформации, полученные из двумерной акустической картины, тесно коррелируют с одномерными измерениями деформации, полученными с помощью допплерографии тканей. Eur J Эхокардиогр. 2006 август;7(4):315-21
- ^ Перейти обратно: а б с д Чо Г.И., Чан Дж., Леано Р., Струдвик М., Марвик Т.Х. Сравнение двумерных спеклов и скорости ткани на основе деформации и проверка с помощью гармонической фазовой магнитно-резонансной томографии. Am J Cardiol 2006; 97:1661-6
- ^ Хелле-Валле Т., Кросби Дж., Эдвардсен Т., Лизегген Э., Амундсен Б.Х., Смит Х.Дж., Розен Б.Д., Лима Дж.А., Торп Х., Ихлен Х., Смизет О.А. Новый неинвазивный метод оценки вращения левого желудочка: спекл-трекинговая эхокардиография. Тираж. 15 ноября 2005 г.; 112 (20): 3149-56
- ^ Авраам Т.П., Димаано В.Л., Лян Х.И. Роль тканевой допплерографии и компрессионной эхокардиографии в современной клинической практике. Тираж 2007 г.; 116: 2597-609.
- ^ Д'Хуге Дж., Хеймдал А., Джамал Ф., Кукульски Т., Бейненс Б., Радемакерс Ф. и др. Измерение регионарной деформации и скорости деформации с помощью ультразвука сердца: принципы, реализация и ограничения. Eur J Echocardiogr 2000; 1: 154-70.
- ^ Эдвардсен Т., Гербер Б.Л., Гарот Дж., Блюмке Д.А., Лима Дж.А., Смизет О.А. Количественная оценка внутренней региональной деформации миокарда с помощью допплеровской эхокардиографии скорости деформации у людей: проверка на основе трехмерной магнитно-резонансной томографии с метками. Тираж 2002 г.;106:50-6.
- ^ Амундсен Б.Х., Хелле-Валле Т., Эдвардсен Т., Торп Х., Кросби Дж., Лисегген Э. и др. Неинвазивное измерение деформации миокарда с помощью эхокардиографии с отслеживанием спеклов: проверка на соответствие сономрометрии и магнитно-резонансной томографии с метками. J Am Coll Cardiol 2006; 47: 789-93
- ^ Роес С.Д., Моллема С.А., Лэмб Х.Дж., ван дерВалл Э.Э., де Роос А., Бакс Дж.Дж. Валидация эхокардиографической двумерной визуализации продольной деформации с отслеживанием спеклов для оценки жизнеспособности у пациентов с хронической ишемической дисфункцией левого желудочка и сравнение с магнитно-резонансной томографией с контрастированием. Am J Cardiol 2009;104:312-7
- ^ Ханеком Л., Чо Г.И., Леано Р., Джеффрис Л., Марвик Т.Д. Сравнение двумерных спеклов и измерения тканевой допплеровской деформации во время стресс-эхокардиографии с добутамином: ангиографическая корреляция. Eur Heart J. Июль 2007 г.; 28 (14): 1765-72.
- ^ Коста С.П., Бивер Т.А., Роллор Дж.Л., Ваничакарн П., Магнус ПК, Палак РТ. Количественная оценка вариабельности, связанной с повторными измерениями двумерной глобальной продольной деформации левого желудочка в реальных условиях. J Am Soc Эхокардиогр. Январь 2014 г.;27(1):50-4
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Сазерленд; Хатле; Клаус; Д'Хуге;Бийненс (2006)Допплеровская визуализация миокарда. БСВК, Бельгия. ISBN 978-90-810592-1-3
- Марвик; Ю; Сан (2007) Визуализация миокарда: тканевая допплерография и отслеживание спеклов. Уайли-Блэквелл. ISBN 978-1-4051-6113-8