Tøyning, tøyningshastighet og speckle tracking: Myokardial deformasjon

Myokarddeformasjon: deformasjon, deformasjonshastighet, speckle tracking

Som tidligere omtalt kan venstre ventrikkelvegg deles inn i tre lag: den indre foringen (endokard), et tykt muskellag (myokard) og en ytre foring (epikard). Myokardiet er det tykke muskellaget, der muskelfibrene er organisert i flere lag som vikler seg rundt hjertekammeret med ulik orientering. Denne organiseringen gjør det mulig for venstre hjertekammer å trekke seg sammen på en svært sofistikert og effektiv måte (figur 1).

Myokardfibrene som grenser til endokardiet, er orientert i lengderetningen (fra basis til apex) og gir en longitudinell forkortning (figur 1A), noe som betyr at basis trekkes mot apex.

Myokardfibrene i det midtre laget (midtveggen) er orientert sirkulært rundt kortaksen. Sammentrekning i dette laget resulterer i radial forkortning, noe som betyr at diameteren på ventrikkelhulen minker (figur 1B).

Muskelfibrene som ligger inntil epikardiet, er orientert ca. 60° i forhold til fibrene i midtveggen. Kontraksjon i dette laget resulterer i en vridende (roterende) bevegelse av hele venstre ventrikkel. Basalsegmentene roterer med klokken, mens apex roterer mot klokken. Denne roterende, eller vridende, sammentrekningen kalles sirkumferensiell forkortelse (figur 1C).

Venstre ventrikkels funksjon er avhengig av et komplekst samspill mellom muskelfibrene i disse lagene, som til sammen gir en svært effektiv pumpemekanisme.

Tradisjonelle metoder for å undersøke venstre ventrikkels funksjon – f. eks. ejeksjonsfraksjon (EF), fraksjonell sortering (FS) osv. – belyser ikke regionale variasjoner i kontraktil funksjon eller effektiviteten av longitudinell, radial og periferisk sammentrekning. Metoder som ejeksjonsfraksjon kan derfor gi lett tilgjengelige parametere, men gir ikke viktig innsikt i venstre ventrikkels mekanikk.

Regionale forskjeller i kontraktil funksjon er av største betydning, særlig i forbindelse med (bekreftet eller mistenkt) myokardiskemi. Som et tydelig eksempel kan man tenke seg en pasient med iskemisk hjertesykdom som har normal ejeksjonsfraksjon, men nedsatt kontraktil funksjon i den nedre veggen. Dette funnet kalles inferior veggbevegelsesavvik, og det kan være tegn på hjerteinfarkt, noe som vil ha konsekvenser for behandlingen av denne pasienten, uavhengig av ejeksjonsfraksjonen. Derfor er det viktig å oppdage og karakterisere unormale veggbevegelser.

Det er utviklet metoder for kvantifisering av regional myokardfunksjon. Disse metodene analyserer bevegelse og deformasjon (endring i form) av myokardiet under systole og diastole. Deformasjonsavbildning har blitt implementert i klinisk praksis og anbefales nå i stor utstrekning. Dette kapittelet tar for seg de teoretiske og praktiske aspektene ved deformasjon (strain, strain rate) og myokardbevegelse.

Myokardbevegelse

Myokardbevegelse dreier seg om myokardiets bevegelse fra ett punkt til et annet. Under bevegelsen har alt myokard innenfor et bestemt område samme hastighet. Bevegelsen karakteriseres av to variabler: avstand og hastighet. Distanse angir avstanden myokardiet beveger seg, og hastighet angir hastigheten på bevegelsen.

Myokardbevegelse og -hastighet kan måles med pulserende vevsdoppler (se Pulsbølgedoppler). Vevsdoppler gjør det mulig å ta prøver av spesifikke regioner eller strukturer. Dette gjøres ved å plassere prøvevolumet (SV) i det aktuelle området. Dette gjøres rutinemessig for å måle hastigheten til mitral annulus, som under systolen beveger seg mot apex og deretter rekylerer tilbake til utgangsposisjonen. Mitralringens hastighet brukes til å studere longitudinell sammentrekning; under systolen beveger basen, og dermed mitralringen, seg mot apex, og under diastolen skjer den motsatte bevegelsen. Mitralringens hastighet er et viktig mål på den globale longitudinelle systoliske funksjonen. Figur 2 viser måling av mitralringens hastighet med pulserende vevsdoppler.

Vevsdoppler i farger kan også brukes til å studere regionale hastigheter. Fordelen er at man kan studere større områder av myokard samtidig, noe som imidlertid går på bekostning av lavere tidsoppløsning.

Ulemper ved å bruke bevegelse som markør for funksjon

Den største ulempen med å bruke bevegelse som et mål på regional kontraktil funksjon er at alt myokard er sammenkoblet. Bevegelse i ett område påvirkes direkte av bevegelse i tilstøtende områder. Dette gjør at selv nekrotisk myokard (f.eks. på grunn av hjerteinfarkt) kan bevege seg under systole og diastole (levedyktig og kontraherende myokard som omgir den nekrotiske sonen, vil trekke og skyve det døde myokardet, slik at det viser en bevegelse). Det følger av dette at måling av bevegelse i et enkelt punkt kan være svært misvisende, siden bevegelsen i ett punkt avhenger av bevegelsene i det omkringliggende myokardiet.

Løsningen er å bruke deformasjon som et mål på funksjon. Begrunnelsen for å måle deformasjon er at dødt myokard ikke vil deformeres (endre form) under systole og diastole, uavhengig av bevegelser i det omkringliggende myokardiet. Måling av deformasjon har vist seg å være bedre enn måling av bevegelse.

Tøyning og tøyningshastighet: Mål på deformasjon

Strain defineres som forkortelse eller forlengelse av myokard. Forkortelse oppstår når myokard trekker seg sammen, og forlengelse oppstår når myokard slapper av (strekker seg ut). Disse to deformasjonene kan studeres ved hjelp av ekkokardiografi. Hovedformålet er å avgjøre om myokardbevegelsen er normal ved å måle graden av deformasjon (strain) og hastigheten den skjer med (strainrate).

Strain og strainhastighet bør være relativt lik i hele myokardiet, siden alle regioner bør deformeres omtrent like mye i løpet av hjertesyklusen. Undersøkelse av deformasjon og deformasjonshastighet kan identifisere regionale forskjeller i deformasjon, noe som indikerer patologi. I tillegg kan det belyse den totale myokarddeformasjonen, som er en indikator på global funksjon.

Tøyning: Graden av deformasjon

Strain er graden av deformasjon, dvs. hvor mye myokardiet er deformert. Den beregnes ved å måle hvor mye myokardet forkortes eller forlenges i løpet av hjertesyklusen. Formelen for strain er som følger:

Strain = (_L-L0)_/L0-100
L0 = opprinnelig myokardlengde; L = endelig lengde.
Konstanten 100 omgjør tøyning til prosent (%).

Hvis den opprinnelige lengden på det målte området er 10 mm og den endelige lengden er 12 mm, vil strain være 20 % (positiv strain). Hvis den opprinnelige lengden er 10 mm og den endelige lengden er 7 mm, vil tøyningen være -30 % (negativ tøyning). Kontraksjon (forkorting) gir negativ tøyning, og relaksasjon (forlengelse) gir positiv tøyning (figur 3).

Strain kan måles i alle deformasjonsretninger; det er mulig å studere longitudinell, radial og perifer strain.

Strain rate: deformasjonshastigheten

Strain rate er deformasjonshastigheten, dvs. deformasjon per tidsenhet (sekunder). Det kan matematisk bevises at deformasjon per tidsenhet tilsvarer forskjellen i hastighet innenfor et område dividert med lengden på området, som følger:

Tøyningshastighet = (_V1 –_V2) / d

I henhold til formelen ovenfor kan deformasjonshastigheten beregnes ved å måle hastigheten (ved hjelp av pulserende vevsdoppler) i to punkter i myokardiet og avstanden mellom punktene (figur 4).

Tøyningshastigheten er et mål på deformasjonshastigheten mellom to målepunkter. Som for tøyning indikerer en negativ verdi sammentrekning, og en positiv verdi indikerer relaksasjon.

Ved å kartlegge strainhastigheten i mange deler av myokardiet samtidig, er det mulig å avgjøre om strain og strainhastighet er lik i alle deler, noe som er forventet. Pulserende vevsdoppler beregner både strain og strainhastighet samtidig.

For å beregne strain og strain rate ved hjelp av vevsdoppler brukes en bildefrekvens på 100 FPS. Fordelen med vevsdoppler er at den tidsmessige oppløsningen er svært høy, og metoden er egnet til å måle longitudinell tøyning. Dessverre er vevsdoppler vinkelavhengig (feil insonasjonsvinkel fører til en underestimering av tøyningshastigheten), og dessuten kan ikke radial og perifer tøyning undersøkes. Disse manglene har blitt løst ved hjelp av speckle tracking, som vi skal se nærmere på i det følgende.

Speckle-sporing

Speckle er betegnelsen på de strukturene som myokardiet viser på ultralydbildet. Hvis du studerer figur 7 nøye, kan du se at myokardiet ikke gir et homogent signal, men at man ser et mønster av variasjoner i ekkosignalet. Disse strukturene kalles flekker, og de oppstår på grunn av ultralydbølgenes interaksjon med vevet (refleksjoner, spredning, interferens).

Speckle-sporing

Flekkene beveger seg under systole og diastole, og det er mulig å analysere hastigheten og avstanden til bevegelsene deres. Dette kalles speckle tracking, og denne metoden har i stor grad erstattet vevsdoppler for å måle tøyning og tøyningshastighet. Figur 9 illustrerer hvordan flekkene spores i et todimensjonalt plan. Strain defineres som endringen i avstanden mellom to speckle-punkter, dividert med den opprinnelige avstanden:

S = (_L1-L0) / _L0
L0 = opprinnelig avstand mellom punktene.
_L1 = ny avstand mellom punktene.

Speckle-sporing er helt og holdent basert på ultralydbildet, og det kreves ingen Doppler-målinger. Dette gjør flekksporing mer pålitelig, siden den ikke er følsom for insonasjonsvinkelen. Speckle-sporing gir imidlertid en lavere tidsoppløsning, noe som gjør metoden dårligere ved takykardi (presisjonen reduseres ved høy hjertefrekvens) og når man studerer flekker som er plassert langt unna (fra transduseren). Speckle tracking er dessuten dårligere for laterale bevegelser, noe som skyldes at ultralyd har en lavere lateral oppløsning sammenlignet med aksial oppløsning.

Speckle-sporing bruker 40 til 80 FPS (bilder per sekund), og opptil 100 FPS kan være nødvendig under takykardi. Speckle tracking kan brukes for alle fire kamre, selv om målingene i høyre atrium og høyre ventrikkel generelt er mindre presise på grunn av vanskeligheter med å identifisere flekker.

Global og regional strain

Moderne ultralydsystemer beregner både regional og global strain. Regional strain er strain beregnet i hvert segment. Global strain er gjennomsnittet av alle individuelle segmenter.

Med speckle tracking kan deformasjon og deformasjonshastighet beregnes for bevegelser i longitudinell, radial og perifer retning. I apikal firekammervisning (A4C) er den longitudinelle deformasjonen viktigst. Longitudinell deformasjon er en robust markør for hjertefunksjon og korrelerer godt med for eksempel ejeksjonsfraksjon (EF). Den longitudinelle deformasjonen avhenger først og fremst av subendokardiale muskelfibre, siden disse er orientert i lengderetningen. Sirkumferensiell deformasjon (best analysert i PSAX) gjenspeiler først og fremst epikardiale fibre. Longitudinell deformasjon reduseres ved sykdommer som hypertensjon, diabetes og kardiomyopati.