Vevsdoppler (avbildning av vevshastighet)
Tidligere kapitler om doppleravbildning har alle fokusert på måling av blodstrøm. Dopplereffekten kan imidlertid også brukes til å studere myokardbevegelser, en teknikk som kalles Tissue Doppler Imaging (TDI). Myokardbevegelser under systole og diastole endrer frekvensen til ultralydbølgene som reflekteres tilbake til transduseren, på samme måte som blodlegemer gjør. Det er imidlertid to grunnleggende forskjeller mellom blod og myokard når det gjelder fysikken bak de reflekterte ultralydbølgene:
- Hastighet: Hastigheten til myokardbevegelsen (ca. 5–15 cm/s) er betydelig lavere enn blodstrømningshastigheten. Derfor vil ultralydbølger som reflekteres fra myokard ha et lavere dopplerskift sammenlignet med bølger som reflekteres fra erytrocytter.
- Amplitude: Mens refleksjoner fra erytrocytter har lav amplitude (svakt signal), har lydbølger som reflekteres fra myokard høy amplitude (sterkt signal). Dette skyldes den høye vevstettheten i myokardiet sammenlignet med blod.
Myokardium genererer derfor refleksjoner med høy amplitude og lavt dopplerskift, i motsetning til blodstrøm som gir signaler med lav amplitude og høyt dopplerskift. Konvensjonell doppler for blodstrøm bruker høypassfiltre for å fjerne støyen fra vevsbevegelser. For å analysere refleksjoner fra myokardiet ved TDI, gjøres det motsatte: Ultralydmaskinen konfigureres til å filtrere bort lav-amplitude-signaler fra blod og beholde høy-amplitude-signaler fra vev, samt justere hastighetsskalaen (PRF) til det relevante fysiologiske området for vevsbevegelser.
Pulserende vevsdoppler (PW-TDI)
Pulserende vevsdoppler (Pulsed Wave TDI) bruker et prøvevolum (sample volume) der hastigheten registreres i et spesifikt punkt (figur 1). Dette er den mest anvendte metoden i klinisk praksis for kvantifisering av venstre ventrikkels diastoliske funksjon og høyre ventrikkels systoliske funksjon. Ved standard undersøkelse plasseres prøvevolumet i mitralklaffens annulus (både septalt og lateralt) eller i tricuspidalklaffens annulus.
Spektralkurven ved PW-TDI viser typisk tre distinkte bølger per hjertesyklus:
- s’ (eller S’): Den systoliske hastigheten der annulus beveger seg mot apex. Dette er et mål på longitudinell systolisk funksjon.
- e’ (eller E’): Den tidlige diastoliske hastigheten når annulus beveger seg bort fra apex under ventrikkelens relaksasjon. e’ er en robust markør for venstre ventrikkels relaksasjonsevne og er mindre belastningsavhengig enn blodstrømmens E-bølge.
- a’ (eller A’): Den sen-diastoliske hastigheten som oppstår under atriecontraksjonen.
Vevsdoppler i farger (Color TDI)
Vevsdoppler i farger analyserer myokardhastigheter innenfor en fargesektor. I motsetning til PW-TDI som måler topphastigheter i ett punkt, måler farge-TDI gjennomsnittshastigheter (mean velocities) i et større område. Myokard som beveger seg mot transduseren, farges rødt, og myokard som beveger seg bort fra transduseren, farges blått. Fordelen med vevsdoppler i farger er at alt myokard analyseres samtidig, noe som gir høy romlig oppløsning og mulighet til å sammenligne ulike myokardregioner simultant (figur 2).
For å oppnå pålitelige data med farge-TDI er det avgjørende med en høy bilderate (frame rate), helst over 100 bilder per sekund (FPS), for nøyaktig å fange de raske fysiologiske hendelsene i hjertesyklusen, spesielt den isovolumetriske relaksasjonsfasen og kontraksjonsfasen.
Det er viktig å merke seg at hjertets apex er relativt fiksert i forhold til rommet, da det holdes på plass av perikard og bindevev mot diafragma. Derfor er den absolutte bevegelsen av apex liten i løpet av hjertesyklusen, til tross for at myocyttene i apex kontraherer like kraftig som cellene i de basale delene. Siden apex er det «faste punktet» og det strekker seg langsgående muskelfibre fra apex til de basale delene, vil kontraksjonen føre til at de basale områdene (mitralplanet) trekkes ned mot apex. De longitudinelle muskelfibrene genererer denne longitudinelle forkortelsen (longitudinal shortening) under systolen, som er en sensitiv markør for tidlig myokarddysfunksjon.
En viktig begrensning ved måling av vevshastigheter, spesielt i basale segmenter, er fenomenet tethering (drag). Hastigheten som registreres i en region, avhenger ikke utelukkende av kontraktiliteten i den spesifikke regionen, men også av funksjonen til alt myokard som ligger apikalt for målepunktet og trekker i vevet. Et infarktbelagt, akinetisk basalt segment kan for eksempel vise bevegelse (passivt drag) dersom det apikale vevet kontraherer normalt. For å skille aktiv kontraksjon fra passiv bevegelse, benyttes ofte strain-analyse (deformasjon).
Klinisk anvendelse av vevsdoppler
Vevsdoppler har blitt en integrert del av rutinemessig ekkokardiografi på grunn av sin evne til å avsløre subklinisk sykdom og gi hemodynamisk informasjon:
- Vurdering av venstre ventrikkels fyllingstrykk: Forholdet mellom tidlig mitral innstrømningshastighet (E) og tidlig diastolisk vevshastighet (e’), uttrykt som E/e’-ratio, er en av de mest brukte parameterne for å estimere venstre ventrikkels fyllingstrykk. En høy E/e’ indikerer forhøyet fyllingstrykk.
- Høyre ventrikkels funksjon: Måling av systolisk topphastighet i tricuspidalannulus (RV s’) er en enkel og validert metode for å vurdere høyre ventrikkels longitudinelle systoliske funksjon.
- Differensialdiagnostikk: TDI er nyttig for å skille konstriktiv perikarditt fra restriktiv kardiomyopati. Ved konstriksjon ser man ofte bevart eller økt e’-hastighet (spesielt septalt vs. lateralt, kjent som annulus reversus), mens ved restriktiv kardiomyopati er e’-hastigheten typisk sterkt redusert på grunn av myokardsykdom.
Begrensninger og feilkilder
Selv om TDI er et kraftig verktøy, må brukeren være oppmerksom på tekniske begrensninger:
- Vinkelavhengighet: Som all dopplerteknikk er TDI vinkelavhengig. Ultralydstrålen må være så parallell som mulig med bevegelsesretningen til myokard. Vinkelfeil over 20 grader vil føre til en betydelig underestimering av hastighetene.
- Translationseffekter: Hele hjertet kan bevege seg i thorax (translasjon) under respirasjon eller hjertesyklusen, noe som kan påvirke de absolutte hastighetene som måles, uten at det reflekterer faktisk kontraksjon eller relaksasjon.
Vevssporing
Vevssporing (Tissue Tracking) er en teknikk som brukes til å beregne avstanden som myokardiet beveger seg i løpet av hjertesyklusen (forskyvning/displacement). Ved å integrere hastighetskurven fra vevsdoppler over tid, kan man få informasjon om hvor langt vevet flytter seg. Imidlertid er vevssporing basert på doppler også vinkelavhengig. Den dominerende teknikken for vevssporing og deformasjonsanalyse (strain) i dag er speckle tracking. Speckle tracking er vinkeluavhengig og følger akustiske markører («speckles») i gråtonebildet bilde-for-bilde, noe som gir en mer robust analyse av global og regional myokardfunksjon.