Hemodynamiske beregninger med PISA (Proximal Isovelocity Surface Area)
PISA (Proximal Isovelocity Surface Area) er et grunnleggende hydrodynamisk prinsipp som benyttes i ekkokardiografi for kvantifisering av klaffeinsuffisienser og, i sjeldnere tilfeller, stenoser. Fenomenet oppstår når væske (blod) strømmer fra et kammer med større tverrsnitt gjennom en mindre, sirkulær åpning (orifice). Når blodet nærmer seg åpningen, vil strømningshastigheten øke, og strømningslinjene konvergerer.
Denne akselerasjonen skjer i et forutsigbart mønster. Det dannes konsentriske lag – eller isohastighetsskall – rundt åpningen. Innenfor hvert av disse halvkuleformede skallene er strømningshastigheten konstant (figur 1). Jo nærmere åpningen man kommer, desto høyere er hastigheten og desto mindre er arealet av halvkulen.
PISA representerer overflatearealet til en slik tenkt halvkule (hemisfære). På 2D-bilder med fargedoppler visualiseres dette som en halvsirkel (figur 1). Ved å måle radiusen (r) til denne halvkulen ved en kjent hastighet (aliasing-hastigheten), kan vi beregne den totale blodstrømmen gjennom åpningen i det øyeblikket.
Dette har store kliniske implikasjoner, da det tillater beregning av det effektive regurgitasjonsarealet (EROA – Effective Regurgitant Orifice Area). EROA er en robust parameter for å vurdere alvorlighetsgraden av klaffefeil, spesielt ved mitralinsuffisiens, men også ved aortainsuffisiens og tricuspidalinsuffisiens. Metoden bygger på kontinuitetsprinsippet: Strømmen inn i konvergenssonen (PISA) må være lik strømmen gjennom selve åpningen (regurgitasjonsorificiet).
Radiusen til PISA måles fra overflaten av hemisfæren (der fargen skifter, som indikerer aliasing-hastigheten) til sentrum av åpningen (vena contracta), som er det smaleste segmentet av dopplerstrålen (figur 2).
Fargedoppler er verktøyet som brukes for å visualisere PISA-skallet. Som nevnt i seksjonen om dopplerfysikk, oppstår aliasing når hastigheten overstiger Nyquist-grensen. Aliasing innebærer at systemet ikke lenger klarer å bestemme strømningsretning eller korrekt hastighet, noe som resulterer i et fargeomslag (f.eks. fra blått til rødt eller gult).
Dette fenomenet utnyttes aktivt i PISA-metoden. Ved grensen mellom den laminære strømmen og aliasing-området, vet vi nøyaktig hva hastigheten er – den er lik Nyquist-grensen (aliasing-hastigheten) som vises på skjermen. For å få en optimal og målbar PISA-hemisfære, justerer man ofte «baseline» på fargeskalaen. Dette senker Nyquist-grensen i retning av strømmen, noe som gjør PISA-skallet større og enklere å måle nøyaktig. Ved mitralinsuffisiens justeres baseline vanligvis nedover (mot strømningsretningen) til en aliasing-hastighet på ca. 30–40 cm/s.
Praktisk fremgangsmåte og formelverk
En korrekt PISA-måling krever optimalisering av bildet. Zoom inn på klaffeområdet (f.eks. mitralklaffen i apikalt 4-kammer snitt) for å øke den spatiale oppløsningen. Juster farge-gain slik at «speckle»-støy i vevet akkurat forsvinner. Deretter forskyves baseline for å optimalisere PISA-formen.
Radius (r) måles fra sentrum av åpningen til det første fargeomslaget (aliasing-grensen). Arealet av denne halvkulen beregnes som:
ArealPISA = 2 · π · r2
Strømningshastigheten (Flow, Q) gjennom dette arealet kan nå beregnes, ettersom hastigheten ved overflaten av halvkulen er kjent (den tilsvarer aliasing-hastigheten, valiasing):
QPISA = ArealPISA · valiasing
valiasing = avlest Nyquist-grense på fargeskalaen
I henhold til kontinuitetsprinsippet er strømningsraten (volum per tidsenhet) gjennom PISA-skallet identisk med strømningsraten gjennom selve lekkasjeåpningen (EROA). Ved mitralinsuffisiens (MR) kan vi derfor beregne EROA ved å dividere strømmen (Q) på den maksimale hastigheten i lekkasjen (Vmax), målt med kontinuerlig doppler (CW):
EROA = (2 · π · rPISA2 · valiasing) / VmaxMR
VmaxMR = maksimal hastighet for mitralregurgitasjon (målt med CW doppler)
EROA (Effective Regurgitant Orifice Area) tilsvarer arealet av vena contracta (figur 3), som er det smaleste tverrsnittet av regurgitasjonsstrålen like etter passasje gjennom klaffen. EROA gir et direkte mål på lesjonens størrelse og er mindre avhengig av hemodynamiske forhold enn f.eks. jet-areal i venstre atrium.
Beregning av regurgitasjonsvolum
Når EROA er beregnet, kan det totale regurgitasjonsvolumet (RVol) per hjerteslag bestemmes ved å multiplisere arealet med hastighets-tids-integralet (VTI) av regurgitasjonsstrålen:
RVol = EROA · VTIMR
RVol = regurgitasjonsvolum; VTI = hastighets-tidsintegral av MR-signalet (CW-doppler).
Klinisk gradering av alvorlighetsgrad
Kvantifisering med PISA er sentralt i vurderingen av om en pasient trenger klaffekirurgi. For primær mitralinsuffisiens gjelder følgende grenseverdier ifølge gjeldende retningslinjer (ESC/AHA):
- Mild MR: EROA < 20 mm² (0,2 cm²), RVol < 30 ml
- Moderat MR: EROA 20–39 mm² (0,2–0,39 cm²), RVol 30–59 ml
- Alvorlig MR: EROA ≥ 40 mm² (0,4 cm²), RVol ≥ 60 ml
Merk at for sekundær (funksjonell) mitralinsuffisiens er terskelen for alvorlig grad ofte lavere (EROA ≥ 20 mm² og RVol ≥ 30 ml) på grunn av den elliptiske formen på regurgitasjonsorificiet, som kan føre til undervurdering med PISA-metoden.
Begrensninger og vinkelkorreksjon
PISA-formelen antar at strømningen konvergerer mot en sirkulær åpning på en flat overflate (180 grader). Dette er en forenkling. I virkeligheten kan klaffene ha traktform (f.eks. ved aneurysmal lukning) eller orificiet kan være ikke-sirkulært. En lukket aortaklaff har for eksempel form som en kjegle/trakt. Hvis åpningsvinkelen er betydelig mindre enn 180 grader, vil standardformelen overestimere EROA.
Dette kan korrigeres for ved å inkludere vinkelen mellom klaffebladene (α) i beregningen:
ArealPISA, korrigert = 2 · π · r2 · (α / 180°)
α = vinkel mellom klaffebladene (funnel angle).
Figur 4 viser vinkelen som skal måles for å utføre denne korreksjonen, noe som kan være aktuelt ved enkelte former for aortainsuffisiens eller mitralprolaps.
Viktige feilkilder ved PISA
Selv om PISA er en «gullstandard» i mange retningslinjer, må man være oppmerksom på begrensninger:
- Eksentriske jeter: PISA-radius kan være vanskelig å definere korrekt hvis jetstrålen treffer veggen umiddelbart eller er svært skjev.
- Ikke-sirkulære åpninger: Ved funksjonell MR er åpningen ofte oval («c-formet»). PISA antar en sirkulær halvkule, noe som kan føre til at man undervurderer alvorlighetsgraden (opptil 30-40 %).
- Tidsvariasjon: MR er dynamisk og varierer gjennom systolen (ofte bifasisk med to topper). PISA-målingen er et øyeblikksbilde (oftest målt ved maksimal radius), og kan dermed overestimere volumet hvis man antar at denne radiusen er konstant gjennom hele systolen.
Bredden på vena contracta (se figur 3) kan også brukes som en selvstendig semikvantitativ metode. En vena contracta-bredde > 7 mm ved mitralinsuffisiens (eller > 6 mm ved aortainsuffisiens) indikerer vanligvis alvorlig lekkasje. Dette målet er mindre avhengig av tekniske innstillinger enn PISA, men krever svært god bildeoppløsning.