Avansert blodstrømsavbildning: Vector flow imaging

Annichen Søyland Daae 

Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk, NTNU og Klinikk for hjertemedisin, St. Olavs hospital, Trondheim, Norge

Siden introduksjonen av farge-Doppler teknologien på 1980-tallet [1] har vi hatt muligheten til å se blodstrømmen intrakardielt i sanntid. Dopplerteknologien er et fantastisk verktøy som har gitt oss en rekke verktøy for å forstå hjertets funksjon bedre, og gitt oss muligheten til å vurdere sykdom.

De siste årene har vi sett en rask utvikling av metoder som kan fremstille blodstrømmen intrakardielt mer nøyaktig enn det som er mulig med vanlig farge-Doppler. Vector flow imaging (VFI) er en samlebetegnelse på metoder som brukes til å fremstille den komplekse blodstrømmen i hjertet og blodårer (for spesielt interesserte kan oversiktsartiklene til Jensen et al. anbefales [2] [3]). Med VFI kan vi fremstille de komplekse blodstrømsmønstrene i intrakardielt, slik at normal og unormal vortexdannelse kan studeres. En vortex er en sirkulær eller elliptisk roterende masse av væske som spinner rundt et virtuelt senter. Rollen til en vortex i normal hjertefunksjon er å hindre kollisjon av blodstrøm, bevare et moment og bevegelsesenergi (kinetisk energi) og dermed unngå overflødig energitap. Det forskes i dag på ulike parametere knyttet til vortexdannelse intrakardielt, blant annet størrelse, utbredelse, energitap, kinetisk energi og vortisitet. Hypotesen er at unormal vortexdannelse i ventriklene kan være en indikator på sykdom som viser seg tidligere enn konvensjonelle ekkokardiografiske funksjonsparametere.

Utviklingen av ultra-rask ultralyd, også kalt ultra-high frame rate (UHFR), gir oss en så god tidsoppløsning at vi kan bruke speckle tracking ([Fig. 1]), en teknologi som til nå har vært brukt til å følge myokardbevegelser, til å følge blodstrømmen intraventrikulært. På NTNU i Trondheim er metoden Blood Speckle Tracking (BST) utviklet, og denne metoden brukes i forskning både på barn [4] [5] [6] og voksne [7]. Her benyttes speckle tracking av blodet intraventrikulært, uten kontrast. De beregnede hastighetsfeltene kan brukes til å trekke ut kvantitativ informasjon om blodets hastighet og retning, som ikke er avhengig av Dopplervinkelen slik som i konvensjonelle Dopplermetoder. GE Vingmed har implementert en versjon av BST som de kaller Blood Speckle Imaging (BSI) til bruk på pediatriske prober og øsofagusproben for å fremstille blodstrømmen visuelt.

Fig. 1 Algoritmen ved speckle tracking: Et område defineres i et tidspunkt i ultralydbildet. I neste tidspunkt søker algoritmen i et søkeområde etter et område som passer med det originale området. Slik ser med forflytning mellom ulike tidspunkt. (fra: http://folk.ntnu.no/stoylen/strainrate).

Vi har nylig publisert resultater fra en normalstudie på voksne, friske frivillige med denne metoden [8]. Fra denne studien har vi fått en større innsikt i hvor avansert blodstrømmen intraventrikulært egentlig er, og hvordan veggbevegelser og blodstrøm henger sammen i et friskt hjerte, siden geometrien av venstre ventrikkel og bevegelsen av AV-planet er viktig for vortexdannelsen. ([Fig. 2]). Intrakardial blodstrøm ser ut til å starte under den isovolumetriske relaksasjonen med en propagasjon av blod fra basis til apex i ventrikkelen. Når E-bølgen starter ser vi en rask innstrømming, og vortexdannelse på begge sider av mitralklaffen basalt. Under diastasen samler blodstrømmen seg i en stor vortex, før mønsteret fra E-bølgen gjentar seg under A-bølgen. Under isovolumetrisk kontraksjon samler blodstrømmen seg igjen i en stor vortex som ser ut til å legge til rette for blodstrøm ut gjennom aortaklaffen i systolen. Vi holder nå på å gjøre opp et pasientmateriale der samme metode er benyttet, og det vil bli spennende å se om denne metoden kan gi oss ny innsikt i blodstrømmen og vortexdannelsen hos pasienter med hjertesvikt og endret geometri på venstre ventrikkel.

Fig. 2 Intraventrikulær blodstrøm og vortexdannelse med Blood Speckle Tracking: Stillbilder fra åtte tidspunkt I hjertesyklusen som viser de mest tydelige blodstrøm- og vortexmønstrene i de gitte fasene. A = isovolumetrisk relaksasjon. B = Tidlig E-bølge. C = Sen E-bølge. D = Diastase. E = A-bølgen. F = Isovolumetrisk kontraksjon. G = Tidlig systole. H = Sen systole.

• References

• 1 Omoto R, Yokote Y, Takamoto S. et al. The development of real-time two-dimensional Doppler echocardiography and its clinical significance in acquired valvular diseases. With special reference to the evaluation of valvular regurgitation. Jpn Heart J 1984; 25: 325-340
• 2 Jensen JA, Nikolov SI, Yu AC. et al. Ultrasound Vector Flow Imaging-Part I: Sequential Systems. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 2016; 63: 1704-1721
• 3 Jensen JA, Nikolov SI, Yu AC. et al. Ultrasound Vector Flow Imaging-Part II: Parallel Systems. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 2016; 63: 1722-1732
• 4 Nyrnes SA, Fadnes S, Wigen MS. et al. Blood Speckle-Tracking Based on High-Frame Rate Ultrasound Imaging in Pediatric Cardiology. J Am Soc Echocardiogr 2020; 33: 493-503.e5
• 5 Fadnes S, Wigen MS, Nyrnes SA. et al. In Vivo Intracardiac Vector Flow Imaging Using Phased Array Transducers for Pediatric Cardiology. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 2017; 64: 1318-1326
• 6 Fadnes S, Nyrnes SA, Torp H. et al. Shunt flow evaluation in congenital heart disease based on two-dimensional speckle tracking. Ultrasound in medicine & biology 2014; 40: 2379-2391
• 7 Wigen MS, Fadnes S, Rodriguez-Molares A. et al. 4D Intracardiac Ultrasound Vector Flow Imaging – Feasibility and Comparison to Phase – Contrast MRI. IEEE Trans Med Imaging 2018; DOI: 10.1109/TMI.2018.2844552.
• 8 Daae AS, Wigen MS, Fadnes S. et al. Intraventricular Vector Flow Imaging with Blood Speckle Tracking in Adults: Feasibility, Normal Physiology and Mechanisms in Healthy Volunteers. Ultrasound in medicine & biology 2021; DOI: 10.1016/j.ultrasmedbio.2021.08.021.

Publication History

Article published online:
02 December 2021