Методика оценки систоло-диастолической деформации миокарда

4 647 просмотра

История
Стрейн- и стрейн-рейт эхокрардиография – новая область неинвазивной диагностической визуализации в кардиологии (в основе – технологии тканевой допплер-сонографии). В 1973 году I. Mirsky и W.W. Parmley ввели понятие миокардиального напряжения (деформации) в целях исследования жесткости (упругости) миокарда. Затем, через целых полтора десятилетия группа под руководством K. Isaaz (1989) разработала и обосновала количественные характеристики движения миокарда в норме и патологии, используя импульсно-допплеровский метод визуализации. Технологический прогресс середины 90-х годов прошлого века в области цифровых технологий обработки сигналов и построения изображений позволил “перейти Рубикон” в кардиологической ультрасонографической визуализации – появилась стрейн-эхокардиография. Так, в 1994– 1995 годах G.R. Sutherland и соавторы (1994), N. Yamazaki и соавторы (1994), а также K. Miyatake и сотрудники (1995) применили цветокодированный (цветовой) допплер-анализ движений миокарда, а A.D. Fleming и соавторы (1994) описали возможности применения расчета градиента скорости движения миокарда для оценки его сократительной функции. Тремя годами позднее получил внедрение анализ напряжения (деформации) и скорости напряжения (скорости деформации) в реальном времени как расширение технологии тканевой допплер-сонографии (Heimdal A. et al., 1997). Еще через год группа Норвежского университета науки и технологий представила основные принципы и показала практическую применимость цветокодированного визуального представления скорости напряжения в эхокардиографии (Brodin L.-A. et al., 1998; Heimdal A. et al., 1998). А затем, G.R. Sutherland и соавторы (1999), а также L. Hatle и G.R. Sutherland (2000) обобщили появившиеся реальные методы ткане-допплеровского анализа движения стенки левого желудочка.

Термины и формулы
Стрейн (strain) – напряжение (или деформация в сонографии) возникает в результате приложения удельной силы (силы в расчете на поперечное сечение участка материала). Стрейн представляет собой безразмерную величину, выражаемую либо фракционно, либо же в процентах относительно первоначального размера единицы объема материала. Математически выражается как

Формула 1 (1)

где l – мгновенное значение длины, l0 — первоначальное значение длины, Dl – изменение длины. Под первоначальной длиной подразумевается длина ненагруженной (вне напряжения, или деформации) мышцы. Данное определение еще носит название напряжения Лагранжа. В реальных условиях на работающем сердце определение длины вне деформации (l0) сопряжено с трудностями, а потому чаще всего используют конечную диастолическую длину. Примером стрейна является изменение толщины (утолщение) стенки камеры сердца от конечной диастолической до конечной систолической величины.
Стрйн рейт (strain rate – SR) – скорость деформации (т.е. напряжения) – изменение деформации (напряжения) в единицу времени:

Формула 2 (2)

Единица SR – сек-1.
В условиях малых мгновенных изменений длины (<0,1%) SR можно рассчитать на основе градиента пространственной скорости. Это же справедливо и для больших значений скорости, так что на практике Формула 3 (3)

где va и vb – мгновенные значения скорости движения миокарда в точках a и b. Расстояние d определяет взаимную удаленность двух точек измерения скорости в определенный момент.
Собственно SR, так же как и методика определения градиента, дают возможность оценить степень локальной деформации миокарда. В рамках SR-метода оценку проводят на основе серии значений скоростей в парных точках на одинаковом взаимном расстоянии вдоль линии ультразвукового сканирования. Метод градиента скоростей подразумевает оценку скорости локальной деформации исходя из определения угла наклона линии регрессии, построение которой происходит по ряду точечек измерения скоростей и их удаленности от датчика.
Если принять, что интервал времени (dt) между последовательно создаваемыми изображениями бесконечно мал, можно получить величину деформации (стрейна) путем суммирования (интегрирования) бесконечно малых значений SR в период от начального (t0) до конечного (t) момента времени

Формула 4 (4)

Величина деформации в уравнении 4 рассчитывается на основе мгновенных скоростей деформации вместо сравнения начальной и деформированной длин, а потому именуется естественной деформацией. Вот почему путем измерения скоростей отдельных точек миокарда при помощи тканевой допплер-эхокардиографии и использования уравнений 3 и 4 получаем оценки точечных значений SR и деформации, соответственно.

Оценка сократимости миокарда
В механической деятельности миокарда напряжение (деформация) прямо связано с сокращением (укорочением) миокардиальных волокон, а SR – с его скоростью , что и есть мера сократимости. В 2002 году N.L. Greenberg и сотрудники (Центр кардиоваскулярной визуализации, Отделение кардиологии Клинического фонда г. Кливленд, штат Огайо, США) продемонстрировали возможности и преимущества определения систолических значений SR и деформации для оценки нарушений сократимости миокарда, в том числе — локальной систолической функции. Эта возможность обусловлена измерением укорочения и удлинения участков миокарда, несмотря на движения всего миокарда относительно датчика.


Принцип оценки скорости деформации (напряжения) на основе различия локальных тканевых скоростей va и vb на взаимном расстоянии d.

I. Определение продольного укорочения и удлинения межжелудочковой перегородки в апикальной четырехкамерной проекции.

II. Определение радиального утолщения и утончения стенки желудочка в позиции датчика по короткой оси. Расчет скорости деформации осуществляется на основе векторов скорости вблизи эндокардиальной и эпикардиальной границ стенки.

III. Определение кругового (кольцевого, или периферического) укорочения и удлинения стенки желудочка в позиции датчика по короткой оси.
Принцип

Литература
Brodin L.-A., van der Linden J., Olstad B. Echocardiographic functional images based on tissue velocity information. Herz 1998; 23: 491-498.
Fleming A.D., Xia X., McDicken W.N. et al.: Myocardial velocity gradients detected by Doppler imaging. Br J Radiol 1994; 67: 679-688.
Hatle L., Sutherland G.R. Regional myocardial function-a new approach. Eur Heart J 2000; 21: 1337-1357.
Hecht E. Mechanical properties of solids. The encyclopedia of physics. IIIrd edition. Besancon R.M. Ed. N.-Y., 1985; 727-735.
Heimdal A., Stoylen A., Torp H. et al. Real-time strain rate imaging of the left ventricle by ultrasound. J Am Soc Echocardiogr 1998; 11: 1013-1019.
Heimdal A., Torp H., Stoylen A. et al. Real-time strain velocity imaging (SVI). IEEE Proc. Ultrasonic Symposium 1997; 2: 1423-1426.
Isaaz K., Thompson A., Ethevenot G. et al. Doppler echocardiographic measurement of low velocity motion of the left ventricular posterior wall. Am J Cardiol 1989; 64: 66-75.
Mirsky I., Parmley W.W. Assessment of passive elastic stiffness for isolated heart muscle and the intact heart. Circ Res 1973; 33: 233-243.
Miyatake K., Yamagishi M., Tanaka N. et al. New method for evaluating left ventricular wall motion by color-coded tissue Doppler imaging: In vitro and in vivo studies. J Am Coll Cardiol 1995; 25: 717-724.
Sutherland G.R., Stewart M.J., Groundstroem K.W. et al. Color Doppler myocardial imaging: a new technique for the assessment of myocardial function. J Am Soc Echocardiogr 1994; 7: 441-458.
Urheim S., Edvardsen T., Torp H. et al. Myocardial strain by Doppler echocardiography: validation of a new method to quantify regional myocardial function. Circulation 2000; 102: 1158-1164.
Voigt J.-U., Arnold M.F., Karlsson M. et al. Assessment of regional longitudinal myocardial strain rate derived from Doppler myocardial imaging indexes in normal and infarcted myocardium. J Am Soc Echocardiogr 2000; 13: 588-598.
Yamada H., Oki T., Tabata T. et al. Assessment of left ventricular systolic wall motion velocity with pulsed tissue Doppler imaging: comparison with peak dP/dt of the left ventricular pressure curve. J Am Soc Echocardiogr 1998; 11: 442-449.
Yamazaki N., Mine Y., Sano A. et al. Analysis of ventricular wall motion using color-coded tissue Doppler imaging system. Jpn J Appl Phys 1994; 33: 3141-3146.

Авторы:
Елена Афанасьева
Елена Грушевская
Кардиологическая клиника “Cor & Vasa” г. Киев