för deformationsanalys med speckle tracking (global longitudinal strain)
1 (8) 2014-01-27 för deformationsanalys med speckle tracking (global longitudinal strain) en är framtagen av Equalis expertgrupp för Ekokardiografi: Eva Maret (ordförande), Bodil Andersson, Sinsia Gao, Per Lindqvist, Eva Nylander, Jan Remmets, Anders Roijer, Reidar Winter Huvudförfattare: Eva Maret Sammanfattning Varför För bedömning av hjärtfunktion som tillägg till visuell bedömning och mätningar av ejektionsfraktion. Ger även information om regionala avvikelser (deformation) När Hur Någon metod för bedömning av longitudinell funktion (se även AVPD) och objektiv metod för regional deformation bör ingå i en standardundersökning. Analysen utförs på befintlig gråskalebild med hjälp av separat programvara där reflekterande ekomönster (kernels) kan följas över tid. Försiktighet vid Bedömning Artefaktrik ekobild med mycket ekoskuggor eller bortfall av segment. Vid alltför låg frame rate samt vid hög hjärtfrekvens. Förmaksflimmer/arytmier. Mått på segmentell deformation och global funktion. Normalvärde GLS för kvinnor -17.4+4.6% och för män -15.6+4.6%, det finns en åldersvariation. Bakgrund Idag finns två olika ekokardiografiska tekniker för att kvantitativt utvärdera regional deformation och global funktion: Dopplerbaserad - VävnadsDoppler (TVI alt DTI): där analysen utförs på rådata från cykler med färgvävnadsdoppler Trackingbaserad speckle tracking (STE): där analysen utförs på ordinarie gråskalebilder där reflekterande små ekomönster i myokardiet (kernels) kan följas över tid. Bägge teknikerna ger information om i vilken riktning hjärtmuskelsegmentet rör sig, med vilken hastighet, hur långt (displacement), grad av deformation (strain) resp hastigheten på deformationen (strainrate). Analys kan ske både med avseende på regional resp global funktion. Studier har visat att DTI/STE är mer känsliga för bedömning av vänsterkammarfunktion än ejektionsfraktion. Strain och strain rate ger information om regional och global funktion 1-5 men kan inte skilja från aktiv resp passiv deformation. Strain kan analyseras i vänsterkammares längsaxel (longitudinal strain), kortaxel (radial) resp circumferentiellt. Med speckletracking kan även hjärtats torsion och rotation 6 analyseras (se nedan). Försök har gjorts att selektivt analysera hjärtmuskelns olika lager (epi- mid- och endokardiellt) 7. Longitudinell deformationsanalys har visats ha bättre reproducibilitet än radiell strain 8,9.
2 (8) Bägge analysmetoderna baseras på efterbearbetning (postprocessing) av insamlad bilddokumentation med hjälp av semiautomatisk programvara som är tillverkarspecifik. Arbete mellan tillverkarna, EACVI och ASE pågår för att försöka överbrygga denna skillnad i analysresultat. Vi kommer här endast beröra trackingbaserad analys. Deformationsanalys med speckletracking är en vinkeloberoende teknik där avancerad postprocessing är möjlig. Separata segment kan analyseras samtidigt, vilket medför att både regional och global analys är möjlig. Man kan därför påvisa regionala avvikelser i väggrörlighet sekundära till tex ischemi/infarkt 10 eller annan hjärtmuskelskada men även rörelsestörningar sekundära till retledningsrubbningar (ex LBBB). Studier har gjorts på patienter med HFpEF 11 och diastolisk dysfunktion 11. Metoden har visat sig ha prognostisk betydelse vid tex hjärtsvikt 13, hypertrofisk kardiomyopati 14, för att särskilja hypertrofisk kardiomyopati från annan genes till vägghypertrofi 15, vid behandling av kardiotoxiska läkemedel 16, vid preoperativa klaffbedömningar 17-19, men fortsatt utvärdering pågår. Analys av AV-plansrörlighet,med speckle tracking, som mått på den globala systoliska vänsterkammarfunktionen, är en vinkeloberoende metod som visat sig ha god reproducerbarhet 20, jämförbar med M-mode mätningar. Analysförfarandet är ej tidskrävande och har visats vara robust med påvisad hög reproducibilitet 21. Deformationsanalys kan även utföras av höger kammare 22 och vänster förmak 23 - de två senare är dock svårare pga tunnare vägg med lägre speckleinnehåll. Vid 3D-insamling av vänsterkammaren under optimala förhållanden kan analys av samtliga segment utföras under ett hjärtslag 24,25. I litteraturen kan man hitta tre olika definitioner av peak strain: a) systolisk peak strain, b) slutsystolisk peak strain, c) peak strain oberoende av tidsavgränsning. Metodens svaghet är att analysen är tillverkarspecifik (se ovan). Den är beroende av en optimal gråskalebild då den är känslig för ekoskuggor och artefakter. Vid oregelbunden hjärtrytm med stor variation i R-R-intevallen (tex förmaksfladder/flimmer eller frekventa extraslag) kan ej analys utföras. Underliggande algoritmer kan även bidra till underskattning av regionala skillnader (smoothing). Definitioner Displacement (d): hur långt en viss punkt tex en speckle har rört sig mellan två tidpunkter. Uttrycks i cm. Hastighet (velocity, v): hur fort specklet förflyttar sig ett definierat avstånd. Uttrycks i cm/s. Deformation (strain, e): förändring i längd av ett segment i förhållande till ursprungslängden på segmentet. Förlängning ger positiv longitudinell strain och förkortning negativ longitudinell strain. Uttrycket är enhetslöst, uttrycks i % (L-L 0 /L 0 ). Deformation rate el strain rate (SR): hur fort längdförändringen i ett segment i förhållande till ursprungslängden (strain) sker. Uttrycks i 1/s. Rotation: segmentets rotation i förhållande till hjärtats längdaxel. Uttrycks i grader. Twist: Normalt roterar den basala och den apexnära delen av vänsterkammaren i motgående riktningar. Skillnaden mellan dessa rotationer utgör twist. Uttrycks i grader.
3 (8) Torsion: skillnaden mellan den apikala och basala rotationen i förhållande till vänsterkammarens längd (apical LV-rotation basal LV-rotation/longitudinal diastolic LV dimension) uttrycks i grad/cm. Fig 1. Väggrörligheten är svår att beskriva men ett sätt är i longitudinell, radiell och cirkumferentiell riktning. Det som händer regionalt i den lilla muskelbiten kan beskrivas med tänjning, förkortning o skjuvning. Bild från Bijnes et al European Journal of Echocardiography (2009) 10, 216 226 Utförande, teknik och felkällor Erhåll optimal gråskalebild av vänsterkammaren där endokardiet är väl visualiserat och sektorn anpassad i bredd och djup för att hela vänster kammares myokard skall kunna följas. Justera sektorn för optimal frame rate. Undvik reverberationsartefakter som kan likna speckle, ekoskuggor eller segmentella bortfall. Var observant på ev apikal foreshortening. För att undvika andningsartefakter, be patienten kort hålla andan. Om möjligt kan simultan tre-plansinsamling med fördel användas. Framerate bör för optimal utvärdering av den systoliska fasen uppgå till 40-70/s (högre vid tachykardi), för utvärdering av den diastoliska fasen 120-140/s. Spara 3 RR-intervall, analysera ett RR-intervall av dessa. Analysen är tillverkarspecifik men med några gemensamma beröringspunkter. Definiera infästningen i AV-planet noga liksom apex. Utlinjera endokardiet alt kontrollera att den automatiska utlinjeringen följer endokardiet under hela hjärtcykeln, justera vid behov. Justera bredden på analysområdet utefter vidden på myokardiet. Definiera aortaklaffens stängning för att erhålla den slutsystoliska avgränsningen.
4 (8) Fig 2. Ett exempel på deformationsanalys av en vänsterkammare med normal systolisk funktion utan regionala avvikelser (GE). Till vänster i bilden ses det avgränsade analysområdet i A4CH-vy, där man i nedre kanten kan se att programvaran har accepterat speckleinnehållet för analys. Till höger ses de segmentella deformationsanalyserna i respektive snitt (A4CH, A2CH resp A3CH) uttryckt både som linjer och som bulls-eye. Genom att föra pekaren över respektive segment i bulls-eye attenueras respektive segments linje och kan närmare studeras. Den homogena röda färgen i bulls-eye ger en omedelbar information om homogeniciteten i väggrörligheten. Felkällor: Suboptimalt speckleinnehåll som föranleder att otillräckligt många segment kan analyseras för beräkning av global longitudinal strain alternativt artefakter (tex reverberation) som medför att programvaran falskt analyserar artefakt som hjärtmuskel. Låg frame rate underskattar maximal systolisk strain, men oftast larmar analysverktyget för detta. Oregelbunden hjärtrytm eller alltför hög hjärtfrekvens. Analysen utförs av en black box dvs vi har inte kontroll över hur analysen utförs. Detta medför att även speckle utanför bilden kan generera data. Olika tillverkare har olika underliggande algoritmer vilket medför att data ej är jämförbara. Referensvärden och bedömning Dalen et al 26 anger i sin studie normalvärde GLS för kvinnor -17.4+4.6% och för män -15.6+4.6% och de har påvisat en åldersvariation, se tabell nedan.
5 (8) Exempel Fig 3. Utlinjerat myokard i A3CH-vy. Aortaklaffen är väl synlig för definiering av AVC. Djupet i bilden är möjligen väl tilltaget på bekostnad av frame rate. I slutdiastole (vänstra bilden) ses homogen relaxation men i slutsystole (högra bilden) kan man redan utefter färgkodningen se att deformationen är ojämn och ett lågt strainvärde erhålls, -4.6%.
6 (8) Fig 4. Utlinjerat myokard i A3CH-vy. Aortaklaffen är synlig för definiering av AVC. Djupet i bilden är mer optimalt jämfört med figur 3. I slutdiastole (vänstra bilden) ses homogen relaxation men i slutsystole (bilden i mitten) kan man utefter färgkodningen se att deformationen är annorlunda inom de apikala segmenten och ett lågt strainvärde erhålls, -6.3%. På den globala segmentella kartan (BullsEye till höger) framkommer att den globala longitudinella deformationen är låg, -5%. Det finns en närmast invers rörlighet inom de mellersta/apikala segmenten cirkumferentiellt som vid aneurysm och även i övrigt en låg longitudinell rörlighet. Bilden inger misstanke om Takotsubo kardiomyopati. Fig 5 Fyra exempel på deformationsanalys med speckle tracking. A) Normal vänsterkammarfunktion utan regional/global patologisk väggrörlighet. B) Patient med hjärtinfarkt inom LAD försörjningsområde (vita pilar) C) Patient med hjärtinfarkt med påvisad circumflexastenos med rörelsestörning inferiort/inferolateralt (vita pilar). D) Patient med ickeischemisk kardiomyopati med omfattande rörelsestörningar och bevarad väggrörlighet endast basalt (gula pilar) Abraham T P et al. Circulation. 2007;116:2597-2609
7 (8) Referenser 1. Mor-Avi et al. Current and Evolving Echocardiographic Techniques for the Quantitative Evaluation of Cardiac Mechanics: ASE/EAE Consensus Statement on methology and Indications Endoresed by the Japanese Society of Echocardiography. Eur J of Echocardiography.(2011)12:167-205 2. Marwick et al. Myocardial Strain Measurement With 2-Dimensional Speckle-Tracking Echocardiography, Definition of Normal Range JACC: Cardiovasc Imaging (2009) 2, 80-4 3. Yingchoncharoen et al. Normal Ranges of Left Ventricular Strain: A Meta-Analysis. J Am Soc Echocardiogr (2013) 26:185-9 4. Gorcsan et al. Echocardiographic Assessment of Myocardial Strain (state-of-the art) JACC (2011) 58, 14 5. Geyer et al. Assessment of Myocardial Mechanics Using Speckle Tracking Echocardiography: Fundamentals and Clinical Applications JASE (2010) 23 (4) 6. Helle-Valle et al. New Noninvasive Method for Assessment of Left Ventricular Rotation: Speckle Tracking. Circulation (2005) 112:3149-3156 7. Kansal et al. Relationship of contrast-enhanced magnetic resonance imaging-derived intramural scar distribution and speckle tracking echocardiography-derived left ventricular two-dimensional strains. Eur Heart J; CardVasc Imaging (2012) 13, 2 8. Cho et al. Comparison of Two-Dimensional Speckle and Tissue Velocity Based Strain and Validation With Harmonic Phase Magnetic Resonance Imaging. Am J Cardiol (2006) 97:1661 1666 9. Manovel et al. Assessment of Left ventricular Function by Different Speckle-tracking Software. Eur J Echocardiogr (2010) 11:417-21 10. Gjesdal et al. Global longitudinal strain measured by two-dimensional speckle tracking echocardiography is closely related to myocardial infarct size in chronic ischaemic heart disease. Clin Sci (Lond) (2007) 113:287-96. 11. Edvardsen et al. Systolic dysfunction in heart failure with normal ejection fraction: speckletracking echocardiography Prog Cardiovasc Dis, (2006) 49 (3), 207-14 12. Perry et al. Assessment of early diastolic left ventricular function by two-dimensional echocardiographic speckle tracking. Eur J Echocardiogr (2008) 9:791-5. 13. Cho et al. Global 2-Dimensional Strain as a New Prognosticator in Patients With Heart Failure JACC (2009) 54:618-24 14. Serri et al. Global and regional myocardial function quantification by two-dimensional strain: application in hypertrophic cardiomyopathy. J Am Coll Cardiol (2006) 47:1175-81. 15. Paraskevaidis et al. Evaluation of left atrial longitudinal function in patients with hypertrophic cardiomyopathy: a tissue Doppler imaging and two-dimensional strain study. Heart (2009) 95:483-9 16. Florescu et al. Early Detection of Epirubicin-Induced Cardiotoxicity in Patients with Breast Cancer. JASE (2007) 1:83-92 17. Lafitte et al. Impact of impaired myocardial deformations on exercise tolerance and prognosis in patients with asymptomatic aortic stenosis. Eur J Echocardiogr (2009) 10:414-19. 18. Lancellotti P, Cosyns B, Zacharakis D, et al. Importance of left ventricular longitudinal function and functional reserve in patients with degenerative mitral regurgitation: assessment by twodimensional speckle tracking. J Am Soc Echocardiogr (2008) 21:1331-6. 19. Kim et al. Evaluation of left ventricular short and long-axis function in severe mitral regurgitation using 2-dimensional strain echocardiography. Am Heart J (2009)157:345-51.
8 (8) 20. van Dalen et al. Assessment of mitral annular velocities by speckle tracking echocardiography versus tissue Doppler imaging: validation, feasibility, and reproducibility. J Am Soc Echocardiogr (2009) 22:1302-8. 21. Thorstensen et al. Reproducibility in echocardiographic assessment of the left ventricular global and regional function, the HUNT study. European Journal of Echocardiography (2010) 11:149 156 22. Pirat et al. Evaluation of global and regional right ventricular systolic function in patients with pulmonary hypertension using a novel speckle tracking method. Am J Cardiol (2006) 98:699-704. 23. Cameli et al. Feasibility and reference values of left atrial longitudinal strain imaging by twodimensional speckle tracking. Cardiovasc Ultrasound (2009)7:6. 24. De Isla et al. Three-Dimensional-Wall Motion Tracking: A New and Faster Tool for Myocardial Strain Assessment: Comparison With Two-Dimensional-Wall Motion Tracking. J Am Soc Echocardiogr (2009) 22:325-330 25. Klein et al. Reliability of left ventricular volumes and function measurements using threedimensional speckle tracking echocardiography. Eur Heart J; CardVasc Imaging (2012) 13, 2 26. Dalen et al. Segmental and global longitudinal strain and strain rate based on echocardiography of 1266 healthy individuals: the HUNT study in Norway. European Journal of Echocardiography (2010) 11:176 183 27. Dandel et al. Strain and Strain Rate Imaging by Echocardiography Basic Concepts and Clinical Applicability. Current Cardiology Reviews (2009) 5, 133-148