Режим второй гармоники с контрастом в эхокардиографии: энергетическая допплер-эхокардиография, энергетическая пульс-инвертированная методика, режим модуляции энергии
Полностью избежать разрушения микропузырьков в ультразвуковом поле невозможно, что лимитирует двумерную контрастную ЭхоКГ с использованием второй гармоники. Новые методики используют информацию, получающуюся при изменении/ разрушении микропузырьков. В принципе, это возможно с любыми допплеровскими методиками, однако клиническое значение в данный момент имеют режим гармонической энергетической допплер-ЭхоКГ (Harmonic Power Doppler), энергетическая пульс-инвертированная методика (Power Pulsinversion) и режим модуляции энергии (Power Modulation).
а) Что такое «энергетический»? При знакомстве с вышеназванными методиками сразу бросается в глаза то, что в их названии встречается термин «энергетический» (англ, power). Для дальнейшего понимания этих методик следует указать на различное значение этого понятия. С одной стороны, в контексте исходной мощности датчика говорят о «high power» (высокоэнергетический) и «low power» (низкоэнергетический), чтобы обозначить различный уровень энергии, которую излучает датчик. На значение энергии (мощности исходного излучения) для разрушения микропузырьков уже было указано выше. В описываемых же методиках речь идет не об энергии (мощности) датчика, а об энергии (интенсивности) допплеровского спектра.
Все допплеровские сигналы наряду с информацией о распределении скоростей/частот содержат и дополнительную информацию - амплитуду воспринимаемых частот (квадрат амплитуды соответствует энергии (power)). Энергия определенной допплеровской частоты соответствует количеству рассеивающих тел, двигающихся с данной скоростью. В распространенных допплеровских аппаратах допплеровская энергия отображается лишь в небольшой степени, как интенсивность градаций серого в допплеровском спектре. В режиме энергетического допплера отображается исключительно мощность допплеровского сигнала, а информация о скорости потока исключается.
Принцип обычного допплеровского исследования (а) и гармонической энергетической допплерографии (б):
эмиссия последовательных импульсов (ensemble) на каждую линию изображения и анализ отраженных от крови и ткани сигналов при помощи аутокорреляционной методики.
А - стационарное рассеивающее тело: нет изменения амплитуды и нет смещения фаз (равное расстояние испущенных и воспринятых импульсов),
В - подвижные кровяные тельца: смещение фаз, но нет изменения амплитуды, С - микропузырьки: при разрушении изменяются амплитуды последовательных импульсов.
Эти изменения отображаются в режиме энергетической допплерографии. Наиболее сильные сигналы получаются в том случае, если между двумя последовательными импульсами происходит разрушение микропузырьков.
Допплеровские спектры движения стенки сердца и разрушающегося в ультразвуковом поле микропузырька;
при помощи фильтра типа «high-pass» (пропускающего только высокие частоты) можно в значительной степени подавить сигналы от движений миокарда.
б) Возникновение допплеровских сигналов при изменении/разрушении микропузырьков. Как и при любом другом допплеровском исследовании, в описываемых методиках последовательно испускаются ультразвуковые импульсы и сравниваются друг с другом отраженные ультразвуковые импульсы. В то время как при обычной допплер-эхокардиографии улавливаются временные смещения амплитуд отраженных импульсов и из смещения фаз рассчитывается скорость рассеивающих тел, в энергетическом допплере сравниваются амплитуды/энергия последовательных импульсов. Как было показано выше, газовые микропузырьки контрастного средства колеблются или резонируют. В результате возникают изменения амплитуды/энергии между последовательными импульсами, которые сильнее всего в том случае, если микропузырьки разрушаются в промежуток времени между двумя импульсами. Сильный допплеровский сигнал можно получить даже в том случае, если кровь, в которой находятся микропузырьки, не движется! Это справедливо до тех пор, пока микропузырьки между двумя последовательными импульсами меняют свой размер или разрушаются (изменение/потеря центра рассеивания - loss of correlation).
в) Селективная визуализация и определение количества контрастного средства в ткани. В принципе и при помощи традиционных допплеровских методик можно зарегистрировать разрушение или изменение микропузырьков. При импульсном допплеровском исследовании разрушение пузырьков приводит к так называемым пикам (spike) - интенсивным сигналам с широким частотным спектром, а при цветовой допплер-ЭхоКГ -к интенсивным сигналам с большой дисперсией. Эти артефакты являются известными явлениями, сопровождающими использование контрастных средств («bubble noise»). В сравнении с допплеровским спектром крови и миокарда допплеровский спектр микропузырьков отчетливо расширен в сторону высоких частот. Благодаря этому открывается возможность более селективной визуализации контрастных сигналов: при энергетическом допплере подавление более низких скоростных компонентов (прежде всего, миокарда) удается, с одной стороны, благодаря гармоническому режиму, в котором регистрируются лишь относительно высокие частоты (в два раза выше основной частоты). Повышение частоты повторения импульсов (PRF) также улучшает отделение контрастных сигналов от движений миокарда. Повышение PRF приводит к укорочению временного интервала между двумя импульсами.
В противоположность быстрому разрушению микропузырьков миокард движется отчетливо медленнее, так что изменения между двумя последовательными импульсами очень малы. Таким образом достигается подавление сигналов от миокарда в некоторые фазы сердечного цикла, в которые, в таком случае, и производится оценка перфузии содержащей контрастное средство кровью. Несмотря на гармонический режим и повышение PRF, в режиме энергетического допплера все еще отмечаются сигналы от полостей и сосудов, но это уже не имеет существенного влияния на диагностическую оценку.
PPI и PMI. Энергетическая пульс-инвертированная методика (Power-Pulsinversion, PPI) — гибридная техника на основе гармонической энергетической допплерографии и пульс-инвертированной методики. Благодаря этому используются как высокое пространственное разрешение пульс-инвертированной методики, так и превосходная чувствительность методики энергетической допплерографии. В противоположность PPI в режиме модуляции энергии (Power Modulation Imaging, PMI) импульсы в каждой паре испускаются с различной амплитудой. Поскольку при использовании этих методик относительно низкой мощности испускаемого ультразвука (Ml <0,2!) достаточно для выявления контрастного средства в ткани, то можно в значительной степени избежать сигналов от самой ткани.
Нормальный результат при контрастной ЭхоКГ миокарда (четырехкамерная позиция) в режиме гармонической энергетической допплерографии; до введения контрастного средства сигнал от миокарда отсутствует (слева), во время инфузии контрастного средства - полное прокрашивание всех сегментов миокарда.
Следует обратить внимание на более низкую интенсивность сигнала в базальных и боковых сегментах миокарда.
Четырехкамерная позиция, внутривенное болюсное введение 5 мл Левовиста: мощность сигнала от миокарда находится всегда значительно выше значений сигнала от полости левого желудочка.
Визуальное различие сигналов от полости и от миокарда можно улучшить при использовании разных цветов для сигналов высокой мощности (синий цвет) и низкой мощности (желтый и коричневый цвет).
в) Показания и техника исследования:
1. Контрастная эхокардиография миокарда. На основании вышеописанных свойств все три методики особенно подходят для контрастной ЭхоКГ миокарда. В режиме гармонической энергетической допплер-ЭхоКГ используется высокая мощность датчика, что, как было описано выше, приводит к повышенному разрушению микропузырьков. Поэтому, как и в гармоническом В-режиме, облучение тканей должно быть прерывистым. Энергетическая пульс-инвертированная методика и режим модуляции энергии, напротив, обходятся ультразвуком очень низкой мощности, поэтому возможны непрерывное облучение и одновременная оценка движения стенок левого желудочка и перфузии миокарда. Наполненные воздухом микропузырьки (например, Левовист) до сих пор удовлетворительно удавалось визуализировать только в режиме гармонической энергетической допплер-ЭхоКГ, тогда как контрастные средства с перфторуглеродом (например, Оптисон) могут применяться во всех трех методиках.
Для ЭхоКГ в режиме гармонического энергетического допплера существует большое число параметров, модифицирующих изображение миокардиальных и внутриполостных сигналов от контрастного средства. Большинство этих параметров поставляется от производителя в виде предустановленных значений, так что впоследствии на аппарате необходимо произвести лишь небольшую настройку, для того чтобы оптимизировать исследование для конкретного пациента:
- Плоскости сканирования в сущности соответствуют обычным сечениям. Модифицированные апикальные сечения, в которых либо боковая стенка, либо передняя стенка больше смещается к центру сектора, часто необходимы, чтобы избежать приглушения ультразвука легочной тканью и ребрами.
- При гармонической энергетической допплер-ЭхоКГ следует устанавливать исходную мощность излучения на максимально возможный уровень, при PPI и PMI исходную мощность (но не усиление полученного сигнала!) можно повышать до тех пор, пока не начнут возникать сигналы от тканей.
- Настройка триггерной точки для прерывистого облучения в режиме гармонической энергетической допплерографии первично производится на вершину зубца Т (при появлении артефактов движения стенки триггерная точка смещается, пока артефакты движения стенки не исчезнут). В режимах PPI и PMI при помощи триггерной точки задается момент, когда датчик испускает ультразвук наибольшей мощности. В результате микропузырьки в миокарде разрушаются и в режиме реального времени регистрируется повторное заполнение исследуемого объема микропузырьками.
2. Функция левого желудочка. При контрастировании интенсивность сигнала в полости всегда возрастает в несколько раз сильнее, чем в миокарде, поскольку контрастное средство находится лишь внутри сосудов/ полостей. Благодаря этому возможна превосходная визуализация границ эндокарда или полостных пространств. Отличие сигналов от полости и от миокарда можно, например, еще улучшить при использовании различных цветов для высокой и низкой интенсивности сигнала. Это можно использовать для точного определения фракции выброса или для автоматической отрисовки контура эндокарда. Для этого в триггерном режиме регистрируются изображения в конце диастолы и в конце систолы. Оценка движения стенок в режиме реального времени возможна лишь с помощью энергетической пульс-инвертированной методики или режима модуляции энергии, причем на данный момент частота кадров еще ограничена на уровне 26/мин.
В таблице ниже представлено обобщающее сравнение различных методик с использованием второй гармоники и контрастных средств.
г) Ограничения. В режиме гармонической энергетической допплерографии несмотря на вышеприведенные техники могут появляться артефакты движения стенок сердца. В результате, особенно при быстрых движениях стенок -например, на высокой ступени нагрузки при стресс-ЭхоКГ, - это может оказывать влияние на результаты исследования. Прерывистый режим облучения также накладывает ограничения на применение гармонической энергетической допплерографии в контрастной ЭхоКГ миокарда: для исследователя трудно постоянно удерживать одну и ту же плоскость и компенсировать дыхательные движения. Кроме того, при использовании высокоэнергетических импульсов в сочетании с контрастным средством следует предполагать локальные возмущения в тканях, которые, например, могли бы способствовать возникновению экстрасистол. Так, при размещении триггерной точки в конце систолы (но не в конце диастолы) в рамках клинического тестирования контрастного средства, на данный момент еще не допущенного к применению, было отмечено появление большого количества желудочковых экстрасистол. До сих пор для обоих разрешенных контрастных средств подобных эффектов описано еще не было, но в целом следует стремиться к ограничению энергии излучения.
Названные ограничения не действуют для энергетической пульс-инвертирован-ной методики и режима модуляции энергии, с которыми можно проводить исследование в реальном времени. Эти преимущества основываются на низкой по сравнению с энергетической допплерографией исходной мощности излучения датчика, из-за чего, однако, снижается и проникновение ультразвука в ткани. Это может привести к тому, что при апикальном исследовании контрастирование базальных сегментов окажется недостаточным.
