а) Качественный анализ. С тех пор, как ультразвук применяется в кардиологических диагностических целях, эхокардиографически получаемую морфологическую и функциональную информацию стали использовать и в качестве суррогатных маркеров для характеристики тканей. Так, например, по данным о толщине, систолическом утолщении и показателям диастолической функции левого желудочка делается вывод об изменениях свойств сердечной мышцы (например, гипертрофия миокарда или «рубец»). Хотя в контексте клинических синдромов этот подход и является целесообразным, следует помнить о неспецифическом и исключительно качественном характере этого подхода.

б) Анализ миокардиальных эхо-сигналов:

1. Принцип. Отражающие поверхности и структуры являются определенными областями разницы импедансов. Отражения от больших по сравнению с длиной ультразвуковой волны поверхностей происходят в одном направлении (причем угол падения равен углу отражения) и называются «зеркальными». Если же длина волны ультразвука больше, чем отражающие поверхности, как это обычно бывает в случае структурных элементов сердечной мышцы, то падающий луч подвергается рассеиванию. Это рассеянное эхо имеет множество направлений и указывает на характеристики, связанные с различными факторами, такими как различия импедансов соседних структур, величина, форма, концентрация и пространственное расположение этих «рассеивателей». На анализе рассеянных эхо-сигналов основывались первые количественные попытки эхокардиографической характеристики тканей.

При этом, с одной стороны, измерялась систолодиастолическая разность интенсивности эхо-сигнала, а с другой - определяются абсолютные значения интенсивности рассеянного сигнала в определенные моменты сердечного цикла, а затем калибруются по сравнению с близкорасположенными гипо- или гиперэхогенными зонами (полость желудочка, перикард). Полученные таким образом «относительные» показатели рассеянного эхо-сигнала описывают отражательную способность тканей и позволяют делать выводы о ее структурных свойствах. «Интегральное рассеивание» - это мера энергии, содержащейся в сигнале, рассеянном от определенного сегмента ткани, в сравнении с «совершенным» отражателем (например, стальной пластиной).

2. Возможности применения. Анализ рассеянных эхо-сигналов был успешно использован в научных исследованиях, например, для характеристики жизнеспособного, гибернирующего миокарда, гипертрофической, диабетической и дилатационной кардиомиопатии, гипертрофии миокарда при артериальной гипертензии у спортсменов, миокардиального амилоидоза и гемохроматоза, при саркоидозе, реакциях отторжения трансплантата и объемных образованиях в сердце.

3. Проблемы. Тем не менее по причине технической сложности и недостаточной стандартизируемости данных, а также из-за неблагоприятного соотношения сигнал/ шум у датчиков предыдущих поколений (см. ниже) и особенно из-за обусловленной анизотропией ограниченной сравнимости циклических амплитуд рассеивания сигнала в зависимости от угла облучения и исследуемой области эти методики не нашли применения в клинической практике.

С самого начала потенциальную методическую проблему для диагностического использования анализа рассеянных эхо-сигналов представляют влияния от других структур, таких как грудная стенка, ребра или жировая ткань, способных индивидуально различным образом изменять ультразвуковой сигнал уже по пути к сердцу. Если бы было возможно селективно анализировать лишь те сигналы, которые действительно представляют собой результат взаимодействия излучаемого ультразвука и облучаемого миокарда, то это повысило бы воспроизводимость и особенно улучшило бы сравнимость результатов измерений между пациентами с различной физической конституцией. По меньшей мере частично этой цели можно достичь при построении гармонического изображения (Tissue Harmonic Imaging, ТН1).

в) Режим второй гармоники (THI). Чем глубже ультразвук пронизывает ткань, тем больше на расположенных в ней структурах появляется нелинейных компонентов сигнала со значительной акустической энергией и с частотами, соответствующими гармоническим частотам по отношению к исходной волне. Режим второй гармоники основан на том принципе, что рассеянное и направленное отражение от поверхностно расположенных структур (грудная стенка, жировая ткань, ребра) почти не содержит такие гармонические частоты. При помощи специальных фильтров или при помощи техники «гармонического изображения с модуляцией энергии» можно селективно удалить эти имеющие преимущественно первоначальную частоту отраженные сигналы, поэтому в режиме THI можно изучать рассеянное эхо от более глубоко расположенных структур, в первую очередь от миокарда.

Beaver и соавт. показали, что на клинически значимых глубинах исследования, при сравнимых настройках приборов и соответствующем расположении волокон в режиме второй гармоники (ТН1) можно добиться гораздо более высокой интенсивности сигнала от облучаемого миокарда, чем в режиме построения изображения на основной частоте. Конечно, анизотропия ткани в режиме THI влияет на амплитуду «интегрального эха» так же, как и в режиме основной частоты.

г) Отслеживание пятна. Современные технологические разработки при количественном анализе тканей используют характеристики отдельных участков миокардиального эха («пятен») и методики распознавания текстуры, чтобы от кадра к кадру сохранять положение определенных контрольных областей; тем самым их позиция меняется соответственно поступательному движению структур сердца. Это технологическое нововведение имеет особое практическое клиническое значение, поскольку оно, независимо от выбранных аналитических процессов, впервые позволяет автоматически удерживать контрольный объем в одной и той же зоне миокарда на протяжении всего сердечного цикла. Тем самым становится ненужной обязательная прежде ручная корректировка положения контрольного объема от кадра к кадру. Таким образом, техника «отслеживания пятна» означает не только существенную экономию во времени, но и улучшенную воспроизводимость и объективность оценки тканей благодаря исключению субъективного компонента при ручном позиционировании контрольного объема.

Сегодня это обусловливает реальную возможность появления валидированных оценок в меньших контрольных объемах, не охватывающих всю толщину стенки (например, патофизиологически релевантные исследования перфузии, значений СVIВ или скорости деформации в субэндокардиальных отделах стенки).

P.S. CVIB - циклические изменения обратного рассеивания.

д) Допплеровские методики. Сегодня различные методики тканевой (TDI) допплер-ЭхоКГ (включая импульсное допплеровское исследование миокарда и цветовую миокардиальную допплер-ЭхоКГ) позволяют проводить количественную оценку региональных скоростей движения миокарда и характеристик деформации. Деформация (strain) и скорость деформации (strain rate) менее зависимы от совокупного движения сердечных структур и от их пассивных движений (как, например, наблюдается в краевых зонах ишемизированного миокарда), чем скорость движения миокарда.

Как и анализ рассеянных эхо-сигналов, режим TDI позволяет с высокой чувствительностью получать информацию о функциональном состоянии даже очень небольших областей миокарда и с относительно небольшими трудозатратами вносит свой вклад в их характеристику. Некоторые эксперименты на животных показывают, что циклическая изменчивость рассеянных эхо-сигналов и измеренные в режиме TDI показатели скорости движения миокарда хорошо коррелируют и обладают схожей информативностью: например, оба коррелируют также и с выраженностью миокардиального фиброза. Сегодня техника TDI, выполняемая на коммерческих сканерах с довольно умеренными затратами по времени, получает все большее значение в эхокардиографической характеристике тканей, особенно в комбинации с режимами «отслеживания пятна» и второй гармоники (ТН1).

е) Трехмерная характеристика тканей. Наконец, в будущем и трехмерная ЭхоКГ в реальном времени могла бы внести свой вклад в развитие ЭхоКГ характеристики тканей. Многие из новых технологий построения изображения принципиально не ограничены двумерной эхокардиографией, а могут быть применены и к вокселям определенного тканевого объема. Тем самым можно еще более эффективно преодолеть технические ограничения, связанные с поступательными движениями сердечных структур на двумерной ЭхоКГ, и в перспективе достичь еще более надежной характеристики миокарда.

ж) Дальнейшие технические разработки. Диагностическая пригодность, стойкость к искажениям и воспроизводимость всех методов характеристики тканей критическим образом зависят (как и качество традиционных ультразвуковых методик) от качества сигнала и, тем самым, в первую очередь от свойств отраженных или рассеянных эхо-сигналов. Поэтому как раз в последние годы производители основные усилия прилагали для технического развития аппаратного обеспечения, которое позволило бы добиться лишенного артефактов высокого качества сигнала и более чувствительной регистрации акустической информации.

1. Технология датчиков. Интенсивность сигнала и двумерное пространственное расположение рассеянных эхо-сигналов (текстура) на ультразвуковом изображении миокарда определяются различными факторами, такими как соотношение сигнал/ шум и ширина диапазона сигнала, что, в свою очередь, критическим образом влияет на различимость отдельных величин интенсивности сигнала и, соответственно, на шкальную разрешающую способность оттенков серого или цветовой гаммы на ультразвуковом изображении. Все эти факторы, в принципе, зависят от эффективности электромеханического сопряжения в датчике, т.е. от качественного уровня, на котором пьезоэлектрические кристаллы (элементы) датчика способны трансформировать звуковые волны в электрические импульсы и обратно. При использовании традиционных пьезоэлектрических кристаллов (PZT - композит на основе цирконата-гитаната свинца) следует считаться со значительными потерями энергии вследствие несовершенных поляризационных свойств гетерогенного материала кристаллов.

Новейшие технические разработки используют инновационный процесс создания элементов, при котором получаются гомогенные монокристаллы с почти совершенными поляризационными свойствами и максимальной энергоэффективностью. Результатом такого фундаментального улучшения физических свойств датчиков является не только великолепное качество обычных эхокардиограмм, но и значительно улучшенное отображение тканевого эха и, тем самым, лучшая распознаваемость тканевых структур.

Благодаря монокристальной технологии расширяется амплитудная ширина диапазона датчика, оптимизируется энергоэффективность и повышается качество сигнала, что позволяет еще раз значительно выиграть в качестве THI-изображений сердечной мышцы и всех остальных методик, применяемых при эхокардиографической характеристике тканей.

2. Дальнейшие улучшения. Дальнейшие существенные для эхокардиографической характеристики тканей аппаратные усовершенствования касаются технических аспектов преобразования сигнала и оптимизации формирования ультразвуковой волны, благодаря чему станет возможной обработка сигнала с большей шириной динамического диапазона и более высокой частотой кадрирования.

з) Детерминанты акустических свойств миокарда. Независимо от выбранного методического подхода исследователь при анализе миокарда стремится распознать и количественно оценить морфологические и/или функциональные аномалии миокардиальных структурных элементов. В следующих разделах обсуждаются важные характеристики миокарда, для которых доказано их влияние на акустические свойства.

1. Содержание коллагена. Исследования in vitro и in vivo доказывают, что коллаген является важным детерминирующим фактором интенсивности рассеянного эхо-сигнала от биологической ткани. Экспериментально была показана количественная связь между содержанием коллагена и рассеянным миокардиальным эхо-сигналом после инфаркта миокарда. В условиях in vitro в инфарктных рубцах сердца человека была обнаружена линейная зависимость между интегральным рассеиванием и содержанием гидроксипролина - биохимического маркера коллагена. Picano и соавт. и собственные исследования показали in vivo значимую корреляцию между интенсивностью миокардиального рассеянного эхо-сигнала и гистологически определенным содержанием соединительной ткани во множественных биопсиях миокарда, а также в сегментах эксплантированного сердца, соответствующих эхокардиографически исследованным регионам. Все эти экспериментальные и клинические исследования доказывают, что увеличение количества соединительной ткани повышает интенсивность миокардиального эхо-сигнала и, тем самым, показатель интегрального рассеивания.

2. Тканевая архитектура. Кроме того, на расположение и интенсивность миокардиальных рассеянных сигналов влияют геометрия и пространственное размещение рассеивающих элементов по отношению к углу падения ультразвукового луча. Несколько авторов продемонстрировали выраженную анизотропию миокарда, определяемую как различие в интегральном рассеивании при направлении луча параллельно и перпендикулярно направлению волокон и крупных сосудов человека. При этом обычно самое интенсивное отражение наблюдается при перпендикулярном облучении мышечных волокон.

3. Содержание жидкости и микроваскулярный гематокрит. Наконец, экспериментальные исследования указывают на то, что как содержание жидкости в тканях, так и микроваскулярный гематокрит влияют на акустические свойства. Так, было показано, что увеличение содержания жидкости в миокарде, измеренного по отношению к нативной и сухой массе ткани, приводит к нарастанию интенсивности отраженного рассеивания параллельно с нарастанием отека. Острая реакция отторжения после трансплантации сердца, сопровождающаяся клеточной инфильтрацией и миокардиальным отеком, также связана с увеличением интенсивности отраженного рассеивания.

Кроме того, в принципе следует принять, что наполненные газом микросферы, находящиеся в коронарном микроциркулятор-ном русле при выполнении контрастной эхокардиографии, также значительно изменяют акустические свойства миокарда.

- Также рекомендуем "Эхокардиографическая характеристика тканей при ишемической болезни сердца"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 25.12.2019