Анализ функции левого желудочка при помощи трехмерной эхокардиографии
а) Трехмерные методы распознавания контуров:
1. Матричные датчики. Представленные ниже методики анализа региональной функции основаны на принципах трехмерной ЭхоКГ, Ранее получаемые трехмерные ультразвуковые данные всегда состояли из отдельных сечений, записанных во время нескольких сердечных циклов. Затраты на последующую обработку были довольно значительными, а сама запись часто содержала артефакты. С введением матричных датчиков с интегрированными в датчик миниатюрными устройствами, формирующими ультразвуковой луч, в начале 2000-х годов стала возможной регистрация трехмерной эхокардиограммы в реальном времени. Для достижения сектора обзора в 60х60° требуется, как правило, объединить данные от 4 сердечных циклов.
В таком случае частота регистрации составит около 20-30 объемов/с.
2. Распознавание контуров. Дальнейшее развитие «интеллектуального» программного обеспечения привело к новому прорыву в трехмерной ЭхоКГ и введению новых параметров региональной функции. Как правило, они опираются на распознавание контуров эндокарда. На этом процессе основана «пульсирующая» объемная модель желудочка, которую затем можно поделить на отдельные сегменты. Современные полуавтоматические методики распознавания контуров с небольшими коррекциями вручную уже достаточно точны - хотя им еще очень далеко до способностей человеческого глаза - для подобного простого и приближенного анализа региональной функции.
Объемная модель ЛЖ и ПЖ после трехмерной реконструкции левожелудочковой и правожелудочковой поверхностей эндокарда. Цветная маркировка миокардиальных сегментов.
б) Оценка региональной функции при помощи распознавания контуров:
1. Точки отсчета. В трехмерных данных движение эндокарда сначала также всегда отсчитывается от датчика. Поэтому артефакты движения и глобальные движения сердца накладываются на анализ региональной функции. Различные производители идут разными путями для компенсации таких глобальных движений. Чаще всего рассчитывается виртуальная желудочковая срединная линия или срединная точка, чья позиция меняется в течение сердечного цикла.
2. Два параметра. Теперь можно задавать движение эндокарда относительно такой подвижной «срединной точки». Эндокард делится на общепринятые миокардиальные сегменты, и высчитывается движение частей поверхности эндокарда по направлению к этой центральной точке в виде усредненных по каждому сегменту значений.
Таким же образом, исходя из деления контура эндокарда, можно рассчитать и представить частичный объем по направлению к виртуальной срединной точке. Пока не ясно, какой из параметров имеет большую клиническую ценность.
Движение поверхности эндокарда или изменение частичного объема можно представить в виде кривой, отображающей изменение радиальной миокардиальной функции во времени. Поскольку сумма всех частичных объемов соответствует объему желудочка, «побочными продуктами» этого алгоритма будут значения ударного объема и фракции выброса.
В завершение кривые движения и объемов анализируются по их общей амплитуде или по времени появления определенных критических точек.
3. Правый желудочек. Как применение описанных методик, так и оценка соответствующих данных для правого желудочка гораздо сложнее. Во-первых, свободное от артефактов исследование правого желудочка возможно не у каждого пациента. Далее, правый желудочек имеет такую неправильную форму, что для полуавтоматического конту-рирования нужны специальные и сложные модели. И наконец, выбор системы отсчета для вычисления движений и частичных объемов является еще открытым вопросом. Поэтому сегодня в продаже есть только одно наименование программного обеспечения (в первой версии) для анализа данных правого желудочка.
Объемная модель ЛЖ у пациента с блокадой левой ножки (слева вверху). Для отдельных сегментов миокарда можно рассчитать частичные объемы (слева внизу).
В случае блокады левой ножки отчетливо видна временная вариабельность минимумов на кривых объема (справа вверху).
Синхронизация при помощи бивентрикулярной стимуляции (справа внизу).
в) Характеристика методов распознавания контуров:
1. Преимущества. Трехмерные методики подкупают своей наглядностью. Одним кликом мыши можно получить любое пространственное или двумерное изображение. Манипулирование моделью кажется в меру сложным и довольно надежным. Результаты можно получить за несколько секунд.
2. Недостатки. Методики распознавания контуров визуализируют лишь движения, направленные под прямым углом к эндокарду. Поэтому эти данные отражают преимущественно радиальную функцию миокарда. Региональная продольная функция не анализируется. Оценка деформации невозможна ни в радиальном, ни в продольном направлении.
Вычисление срединной линии или срединной точки желудочка как системы отсчета для всего дальнейшего анализа региональной функции может приводить к ошибкам, особенно в случае неправильной формы желудочка или связанной с блокадой ножки асинхронией. Эти ошибки не видны на кривых движения или объема, а демаскируются только при непосредственном сравнении с параметрами региональной деформации (при допплеровском исследовании или в режиме отслеживания пятна).
То же справедливо для ошибок в распознавании контуров. Добросовестный визуальный контроль и (при необходимости) коррекция алгоритмов распознавания вручную имеют решающее значение для избежания ошибок.
Трехмерные объемные данные имеют невысокое временное разрешение (30-50 мс на один объем). Из-за невысокой частоты кадров получаемые значения скоростей лишь ограниченно валидны. Тем самым, применение этой техники для анализа синхронности также проблематично.
Многоплановая визуализация. Три одновременно зарегистрированных сечения являются компромиссным вариантом, позволяющим оценить трехмерные данные и одновременно достичь достаточной частоты кадров для отображения параметров миокарда.
г) Многоплановая трансторакальная визуализация при помощи трехмерных датчиков:
1. Принцип. Поскольку в трехмерной ЭхоКГ полные объемные данные можно получать лишь с невысокой частотой повторения кадров, то тканевая допплер-ЭхоКГ или методики распознавания паттернов для этих данных неприменимы. Однако в многоплановой визуализации с использованием трехмерных датчиков регистрируется не полный объем, а одновременно несколько двумерных сечений (обычно четырех-, трех- и двукамерная позиции). Поэтому частота кадров получается значительно выше, чем при полнообъемных данных, и достаточна для тканевого допплеровского анализа. Кроме этого, мы одновременно и синхронно получаем данные по всем сегментам ЛЖ.
2. Регистрация и оценка данных. Для регистрации данных справедливо все сказанное о нормальном (двумерном) допплеровском исследовании. Отдельные сечения можно дальше обрабатывать как обычные ультразвуковые записи. Дополнительные возможности представления данных получаются благодаря пространственной информации. Так, например, путем интерполяции можно получить грубую модель ЛЖ, на поверхности которого в цветовой кодировке можно отразить параметры функции миокарда.
д) Сильные и слабые стороны различных методик оценки региональной функции миокарда:
1. Двумерный и М-режим. Непосредственные измерения в двумерном и М-режимах можно всегда применять в тех случаях, когда на изображении имеются отчетливо ограниченные контуры перпендикулярно к направлению движения, временное разрешение играет меньшую роль (например, оценка утолщения миокарда перегородки и задней стенки в парастернальном М-режиме на протяжении всей систолы) и рассматривается в первую очередь деформация. Измерения между двумя моментами в случае оценки скорости миокарда или скорости деформации всегда дают усредненное значение, которое в отдельных случаях может значительно отличаться от истинного. Напротив, измерения движения и деформации выполняются корректно.
2. Измерения, основанные на оценке скорости. Они не зависят от контуров и благодаря своему высокому временному разрешению позволяют лучше оценить изменения деформации миокарда во времени. Они прежде всего хорошо подходят для измерений в апикально-базальном (продольном) направлении и временного анализа (например, измерение постсистолического укорочения в ранней диастоле, анализ синхронности), а также для измерения скорости деформации.
3. Методики распознавания паттернов. Эти методики подкупают простотой их использования. Нет необходимости задавать области измерений, а кривые всех параметров в продольном, радиальном (и в зависимости от программного обеспечения - в любом другом) направлении можно получить нажатием одной кнопки. Однако временное разрешение сигнала значительно хуже, чем при тканевом допплеровском сканировании, так что, например, проводить анализ скорости деформации не имеет особого смысла. Данные по радиальной функции имеют более низкое качество, чем по продольной.
4. Методики трехмерного исследования. Трехмерные наборы данных дают возможность хорошего обзора пространственного распределения нарушений функции. Их использование стало уже довольно простым. Одновременно вычисляются и параметры глобальной функции ЛЖ. Недостатками являются невысокое временное разрешение трехмерной ЭхоКГ и способность анализировать только радиальную функцию. Качество данных в значительной мере зависит от качества распознавания контура эндокарда и, тем самым, от качества изображения и мануальной коррекции пользователя.
