Coraz lepiej potrafimy śledzić pracę serca
Coraz lepiej potrafimy śledzić pracę serca
Producenci sprzętu medycznego sami siebie zaskakują własnym postępem. Nowe osiągnięcia i udoskonalenia szybko przestają być celami samoistnymi, a stają się wyzwaniem do tworzenia nowszych technik diagnostycznych. Doppler tkankowy, śledzenie plamki i mapowanie wektorowe to przykłady technik, które zrodziły się przy okazji „wyścigu zbrojeń” w echokardiografii.
Wykorzystanie techniki dopplerowskiej do obrazowania i pomiaru ruchu tkanek serca (Doppler tkankowy, TDI) należy już do klasyki. W kolejce po wdrożenie do rutynowej praktyki ustawiło się już — możliwe dzięki doskonaleniu obrazu czarno-białego — rejestrowanie ruchu poszczególnych punktów mięśnia sercowego, czyli śledzenie plamki (Speckle Tracking, STE). A już za progiem czeka nowatorska technika analizy przepływów krwi w sercu metodą mapowania wektorowego (Vector Flow Mapping, VFM) z całym bogactwem wiedzy i wniosków diagnostycznych, jaki można za jej pomocą uzyskać.
Tradycyjna echokardiografia w postaci obserwacji ruchu ścian serca oraz rejestrowania w kolorze i mierzenia prędkości przepływu krwi już nie wystarcza. Dlaczego? Okazuje się, że nawet tak sztandarowy wyznacznik zdrowia serca, jak frakcja wyrzutowa lewej komory — to tylko część prawdy albo wręcz półprawda, maskująca podstępnie zachodzące procesy. Pierwszym zwiastunem dysfunkcji miokardium nie są wszak zaburzenia skurczu, ale rozkurczu. Zwykle można je wychwycić poprzez analizę charakterystyki przepływu przez zastawkę mitralną, ale często do ich potwierdzenia niezbędny jest pomiar ruchów pierścienia zastawkowego, a tego już nie zrobimy bez spektralnego Dopplera tkankowego.
Z kolei kolorowy Doppler tkankowy, uzyskawszy z czasem odpowiednią rozdzielczość, stał się podstawą pierwszych metod pomiaru odkształcenia ścian serca i szybkości tego odkształcenia (Strain/Strain Rate). Umożliwiło to bardziej wnikliwy od oceny „na oko” wgląd w to, czy mięsień rzeczywiście funkcjonuje prawidłowo.
Więcej narzędzi do obserwacji odkształceń mięśnia
Doppler tkankowy, rejestrujący tylko ruchy do i od głowicy, dostarcza bardzo ogólnej informacji o ruchu mięśnia. W istocie ruch ten jest bardziej skomplikowany: odkształcenia następują nie tylko w kierunku równoległym do osi serca (skracanie, longitudinal strain), ale również w kierunku do niej prostopadłym (pogrubienie ściany, radial strain), jak też okrężnym (zmniejszanie obwodu, circumferential strain). Tak naprawdę jest to ruch jeszcze bardziej złożony, skoro w warunkach prawidłowych koniuszek i przyległe do niego segmenty obracają się podczas skurczu w prawo, a część podstawna w kierunku odwrotnym.
Trzeba było odczekać kilka dekad od czasu powstania echokardiografii w skali szarości, żeby uzyskać narzędzia do obserwacji wszystkich odkształceń. Jednym z elementów bezpardonowej walki konkurencyjnej producentów sprzętu było dążenie do jak najwyraźniejszego obrazu. Dopiero po przekroczeniu pewnego progu jakości okazało się, iż z pozoru przypadkowe, migoczące echa wewnątrz mięśnia tworzą wzory na tyle powtarzalne w kolejnych obrazach, że komputer możne śledzić ich przemieszczanie się podczas skurczu. Tak powstała metoda zwana śledzeniem plamki (Speckle Tracking Echography, STE lub 2DTT).
Śledzenie plamki pozwala na pomiary odkształceń mięśnia sercowego we wszystkich kierunkach. Wyniki są obliczane dla poszczególnych segmentów lub dla całej lewej komory (global strain). Mogą być prezentowane w postaci liczb, wykresów lub bardziej obrazowo, np. poprzez wybarwienie kolorem na ruchomym obrazie obszarów o dodatnim lub ujemnym odkształceniu. Dużą wartość ma prezentacja graficzna linii, zakreślanych na płaszczyźnie obrazu w trakcie cyklu sercowego przez wybrane punkty. Metoda pozwala też na analizę ruchu ścian prawej komory i przedsionków.
Wartość diagnostyczna STE
STE ma wiele zastosowań klinicznych:
W chorobie niedokrwiennej serca pozwala na odróżnienie zmian wczesnych, dotyczących podłużnych włókien podwsierdziowych od bardziej zaawansowanych, upośledzających również odkształcenia radialne lub okrężne. Okazuje się, że zmiany wartości globalnych odkształceń podłużnych mogą wyprzedzać obniżenie frakcji wyrzutowej. W ostrych epizodach niedokrwiennych śledzenie plamki może mieć decydujące znaczenie dla oceny żywotności mięśnia i efektów rewaskularyzacji.
Podobne znaczenie ma Speckle Tracking w monitorowaniu uszkodzeń mięśnia sercowego w cukrzycy, otyłości lub nadciśnieniu.
Szczególnie gwałtowny przebieg — przy początkowo zachowanej frakcji wyrzutowej — miewa narastanie zaburzeń skurczu jako powikłanie chemioterapii. Kardiolodzy monitorujący pacjentów onkologicznych wydają się być pierwszą grupą zainteresowaną stosowaniem STE.
Rozdzielenie składowych mechaniki skurczu pozwala na różnicowanie zaburzeń przebiegających w podobny sposób, a mających inną etiologię i rokowanie. W ten sposób można różnicować np. przyczyny przerostu lewej komory albo odróżnić zaciskające zapalenie osierdzia od kardiomiopatii restrykcyjnej.
Ocena zaburzeń odkształceń mięśnia pomaga w podjęciu we właściwym czasie decyzji o interwencji kardiochirurgicznej, np. korekty chirurgicznej w wadach zastawkowych.
Odkształcenia radialne są czułym wykładnikiem asynchronii skurczu, więc śledzenie plamki w projekcjach w osi krótkiej pomaga w planowaniu i ocenie efektów resynchronizacji.
Także w ocenie najwcześniejszego objawu dysfunkcji mięśnia, jakim są zaburzenia rozkurczu, śledzenie plamki jest narzędziem dokładniejszym niż pomiar przepływu mitralnego i ruchów pierścienia zastawkowego.
Jak wspomniano wyżej, metoda STE wciąż czeka w kolejce do kanonu diagnostycznego. Dlaczego? Bo wobec różnorodności konkurujących ze sobą rozwiązań nie udało się dotąd uzgodnić wspólnego kanonu prawidłowych wartości odkształceń. Możemy więc monitorować pacjenta tą metodą, czasem od razu dostrzeżemy nieprawidłowości, ale jeszcze nie możemy przy pierwszym badaniu orzec tylko na podstawie STE, czy serce pracuje prawidłowo.
Informacje o rzeczywistym kierunku przepływu krwi
Choć metoda STE bywa implementowana bezpośrednio na aparatach echokardiograficznych, najlepszym narzędziem do jej stosowania jest postprocessingowa stacja robocza. Zewnętrzna stacja komputerowa jest zawsze tańsza i łatwiej dostępna, pozwalając na analizę wybranych pętli obrazowych, zapisanych w trakcie rutynowego badania. Stacje robocze zwykle też umożliwiają obróbkę innych danych, w tym analizę odkształceń w Dopplerze tkankowym, badań ze środkiem kontrastowym i badań obciążeniowych (Stress Echo).
Firma Hitach Aloka Medical na swojej stacji roboczej DAS-RS1, oferującej wszystkie wymienione możliwości, zawarła dodatkowo unikatowy moduł wektorowego mapowania przepływu (Vector Flow Mapping, VFM).
Mówiąc najkrócej, VFM jest dla pętli filmowych z kolorowym obrazem przepływu krwi tym samym, czym śledzenie plamki dla obrazowych pętli czarno-białych. Podobnie jak na ruchomym obrazie w skali szarości widzimy tylko makroskopowy ruch mięśnia, w kolorowym Dopplerze widzimy tylko informację o przepływie w kierunku do głowicy lub przeciwnym. Inżynierowie Hitachi Aloka Medical nauczyli się automatycznie rozpoznawać rzeczywisty kierunek przepływu i jego prędkość, niezależnie od kąta jego nachylenia względem wiązki dopplerowskiej, prezentując uzyskane informacje w różnych postaciach:
- siatki chwilowych wektorów przepływu, pokrywającej w równych odstępach cały obszar, w którym zarejestrowano przepływ;
- wektorów przepływu w poprzek wyznaczonej linii, w trzech możliwych wariantach: rzeczywistych wektorów, składowej prostopadłej do danej linii i składowej do niej równoległej;
- linii nurtu krwi, rozmieszczonych w zadanych odstępach w całym obszarze przepływu;
- linii zawirowań, czyli przepływów po zamkniętym obwodzie.
W obrazach wektorowych względne długości wyświetlanych wektorów odpowiadają różnicom prędkości przepływu w zadanych punktach. Ilustracje obok ukazują obrazy statyczne, stan w pewnym momencie czasu — pełna prezentacja wyliczonych danych ma postać obrazu ruchomego, niosąc ogromną wartość informacyjną.
Podobnie jak Speckle Tracking, dostępny na zewnętrznych stacjach i na aparatach z „najwyższej półki”, tak i Vector Flow Mapping doczekał się już implementacji nie tylko na stacji roboczej DAS-RS1, ale i na echokardiografie Aloka Prosound F75.
Rozwój metod diagnostycznych często zaskakuje i lekarzy, i tych, którzy tworzą dla nich narzędzia. Przypomina to mecz tenisowy: inżynierowie tworzą rozwiązania techniczne, lekarze znajdują dla nich zastosowania, które z kolei zaskakują twórców urządzeń, podsuwając im nowe pomysły — i tak dalej. Nietrudno wymyślić wiele potencjalnych zastosowań metody wektorowego mapowania przepływu. Narzędzie VFM jest gotowe do pracy — teraz piłka jest po stronie lekarzy…
l Bansal M., Kaslival R.R.: How do I do it? Speckle-tracking echocardiography, Indian Heart J. 2013 Jan; 65(1): 117-123.
l Voigt J.-U. et al.: Definitions for a Common Standard for 2D Speckle Tracking Echocardiography: Consensus Document of the EACVI/ASE/Industry Task Force to Standardize Deformation Imaging, J. Am. Soc. Echocardiogr. February 2015.
Producenci sprzętu medycznego sami siebie zaskakują własnym postępem. Nowe osiągnięcia i udoskonalenia szybko przestają być celami samoistnymi, a stają się wyzwaniem do tworzenia nowszych technik diagnostycznych. Doppler tkankowy, śledzenie plamki i mapowanie wektorowe to przykłady technik, które zrodziły się przy okazji „wyścigu zbrojeń” w echokardiografii.
Wykorzystanie techniki dopplerowskiej do obrazowania i pomiaru ruchu tkanek serca (Doppler tkankowy, TDI) należy już do klasyki. W kolejce po wdrożenie do rutynowej praktyki ustawiło się już — możliwe dzięki doskonaleniu obrazu czarno-białego — rejestrowanie ruchu poszczególnych punktów mięśnia sercowego, czyli śledzenie plamki (Speckle Tracking, STE). A już za progiem czeka nowatorska technika analizy przepływów krwi w sercu metodą mapowania wektorowego (Vector Flow Mapping, VFM) z całym bogactwem wiedzy i wniosków diagnostycznych, jaki można za jej pomocą uzyskać. Tradycyjna echokardiografia w postaci obserwacji ruchu ścian serca oraz rejestrowania w kolorze i mierzenia prędkości przepływu krwi już nie wystarcza. Dlaczego? Okazuje się, że nawet tak sztandarowy wyznacznik zdrowia serca, jak frakcja wyrzutowa lewej komory — to tylko część prawdy albo wręcz półprawda, maskująca podstępnie zachodzące procesy. Pierwszym zwiastunem dysfunkcji miokardium nie są wszak zaburzenia skurczu, ale rozkurczu. Zwykle można je wychwycić poprzez analizę charakterystyki przepływu przez zastawkę mitralną, ale często do ich potwierdzenia niezbędny jest pomiar ruchów pierścienia zastawkowego, a tego już nie zrobimy bez spektralnego Dopplera tkankowego.Z kolei kolorowy Doppler tkankowy, uzyskawszy z czasem odpowiednią rozdzielczość, stał się podstawą pierwszych metod pomiaru odkształcenia ścian serca i szybkości tego odkształcenia (Strain/Strain Rate). Umożliwiło to bardziej wnikliwy od oceny „na oko” wgląd w to, czy mięsień rzeczywiście funkcjonuje prawidłowo.Więcej narzędzi do obserwacji odkształceń mięśniaDoppler tkankowy, rejestrujący tylko ruchy do i od głowicy, dostarcza bardzo ogólnej informacji o ruchu mięśnia. W istocie ruch ten jest bardziej skomplikowany: odkształcenia następują nie tylko w kierunku równoległym do osi serca (skracanie, longitudinal strain), ale również w kierunku do niej prostopadłym (pogrubienie ściany, radial strain), jak też okrężnym (zmniejszanie obwodu, circumferential strain). Tak naprawdę jest to ruch jeszcze bardziej złożony, skoro w warunkach prawidłowych koniuszek i przyległe do niego segmenty obracają się podczas skurczu w prawo, a część podstawna w kierunku odwrotnym.Trzeba było odczekać kilka dekad od czasu powstania echokardiografii w skali szarości, żeby uzyskać narzędzia do obserwacji wszystkich odkształceń. Jednym z elementów bezpardonowej walki konkurencyjnej producentów sprzętu było dążenie do jak najwyraźniejszego obrazu. Dopiero po przekroczeniu pewnego progu jakości okazało się, iż z pozoru przypadkowe, migoczące echa wewnątrz mięśnia tworzą wzory na tyle powtarzalne w kolejnych obrazach, że komputer możne śledzić ich przemieszczanie się podczas skurczu. Tak powstała metoda zwana śledzeniem plamki (Speckle Tracking Echography, STE lub 2DTT).Śledzenie plamki pozwala na pomiary odkształceń mięśnia sercowego we wszystkich kierunkach. Wyniki są obliczane dla poszczególnych segmentów lub dla całej lewej komory (global strain). Mogą być prezentowane w postaci liczb, wykresów lub bardziej obrazowo, np. poprzez wybarwienie kolorem na ruchomym obrazie obszarów o dodatnim lub ujemnym odkształceniu. Dużą wartość ma prezentacja graficzna linii, zakreślanych na płaszczyźnie obrazu w trakcie cyklu sercowego przez wybrane punkty. Metoda pozwala też na analizę ruchu ścian prawej komory i przedsionków.Wartość diagnostyczna STESTE ma wiele zastosowań klinicznych:W chorobie niedokrwiennej serca pozwala na odróżnienie zmian wczesnych, dotyczących podłużnych włókien podwsierdziowych od bardziej zaawansowanych, upośledzających również odkształcenia radialne lub okrężne. Okazuje się, że zmiany wartości globalnych odkształceń podłużnych mogą wyprzedzać obniżenie frakcji wyrzutowej. W ostrych epizodach niedokrwiennych śledzenie plamki może mieć decydujące znaczenie dla oceny żywotności mięśnia i efektów rewaskularyzacji.Podobne znaczenie ma Speckle Tracking w monitorowaniu uszkodzeń mięśnia sercowego w cukrzycy, otyłości lub nadciśnieniu.Szczególnie gwałtowny przebieg — przy początkowo zachowanej frakcji wyrzutowej — miewa narastanie zaburzeń skurczu jako powikłanie chemioterapii. Kardiolodzy monitorujący pacjentów onkologicznych wydają się być pierwszą grupą zainteresowaną stosowaniem STE.
Dostęp do tego i wielu innych artykułów otrzymasz posiadając subskrypcję Pulsu Medycyny
- E-wydanie „Pulsu Medycyny” i „Pulsu Farmacji”
- Nieograniczony dostęp do kilku tysięcy archiwalnych artykułów
- Powiadomienia i newslettery o najważniejszych informacjach
- Papierowe wydanie „Pulsu Medycyny” (co dwa tygodnie) i dodatku „Pulsu Farmacji” (raz w miesiącu)
- E-wydanie „Pulsu Medycyny” i „Pulsu Farmacji”
- Nieograniczony dostęp do kilku tysięcy archiwalnych artykułów
- Powiadomienia i newslettery o najważniejszych informacjach