Trekhmernaya ekhokardiografiya: vchera, segodnya, zavtra

Abstract

В настоящее время 3D-ЭхоКГ становится все более популярной и доступной методикой. Совершенствование компьютерных и ультразвуковых технологий в направлении уменьшения размеров матричных датчиков, улучшения качества визуализации, сокращения времени обработки и количественного анализа изображений будут способствовать дальнейшему развитию метода. Однако использование 3D-ЭхоКГ в клинической практике будет определяться не только решением конкретных диагностических задач у отдельных пациентов, но и на основании результатов больших многоцентровых клинических исследований с определением риска стратификации, прогноза и качества жизни больных. Одними из перспективных направлений ЭхоКГ являются: трехмерный тканевый допплер, трехмерное картирование распространения волны возбуждения и сокращения в желудочках сердца, трехмерная визуализация коронарных артерий и т.д. Несмотря на то что на сегодняшний день ограничением 3D-ЭхоКГ является плохое "ультразвуковое окно" (так же, как и для 2D-ЭхоКГ), эта технология имеет большой потенциал и перспективу развития.

Full Text

Первые сообщения о возможности получений ультразвуковых трехмерных изображений сердца появились с начала 80-х годов прошлого столетия [1, 2]. Это были статичные трехмерные эхограммы, основанные на получении серии двухмерных эхокардиографических "срезов" в фиксированные фазы сердечного цикла (в систолу или диастолу), которые затем с помощью программ реконструкции и компьютерной графики преобразовывались в трехмерную картину на экране компьютера. Для получения ультразвуковых срезов использовался режим "freehand scanning" – контролируемого изменения положения датчика с помощью руки либо механических приспособлений в пределах одного и того же или разных акустических окон. Чаще всего исследование выполнялось в продольном сечении. Серьезным ограничением данного метода было крайне низкое качество изображения, связанное в первую очередь с широким шагом сканирования [3]. В дальнейшем с развитием технического прогресса с середины 90-х годов стали появляться датчики с другими вариантами формирования сканирующих плоскостей: с помощью веерообразного вращения, пошагового и непрерывного вращения вокруг оси датчика и сканирования изображения в режиме реального времени в пирамидальном объеме ультразвукового пространства (рис. 1). Трехмерная картина сердца формировалась двумя способами. Первый, более ранний, предполагал выделение границ (автоматическое или с участием эксперта) и трехмерную реконструкцию оболочек, соответствующих внешним и/или внутренним поверхностям камер. Второй основывался на полной трехмерной реконструкции структур различной эхогенной плотности и требовал значительно большего объема вычислений. Существенный прогресс в скорости компьютерной графики позволил перейти к восстановлению трехмерных картин не только в ключевые фазы сердечного цикла (в систолу или диастолу), но и в промежуточные моменты – от 5 до 16 изображений за цикл. При этом на экране дисплеев компьютеров воспроизводилось сокращающееся в реальном ритме изображение сердца. За этой технологией закрепился термин “четырехмерная реконструкция”, где под четвертым измерением понималось время. В западной литературе 90-х годов она еще имела название трехмерной эхокардиографии в реальном времени. Однако перед тем как увидеть подобную картину на экране, требовалось сформировать необходимый набор сечений сердца, что занимало не менее 10 с, а затем запустить компьютерную обработку полученных данных перед выводом на экран, на что уходило несколько минут. Причем последний этап резко затягивался при плохом качестве визуализации или наличии нарушений ритма сердца. Таким образом, данное трехмерное изображение получалось не непосредственно в настоящий момент времени, а в режиме "off-line". Для повышения качества изображений и исключения артефактов, связанных с дыханием, во время съема информации требовалась длительная задержка дыхания, что не всегда хорошо переносилось больными. Практика показала, что качественную трехмерную реконструкцию сердца в то время можно было получить преимущественно из чреспищеводного доступа [4–6]. Отмеченные трудности остро поставили вопрос о более быстром (в течение одного сердечного цикла или в режиме реального времени "on-line") сборе информации для трехмерной реконструкции. С этой целью группой специалистов из Университета Дьюка (США) [7] был разработан новый тип датчика – матричного, позволяющего формировать ультразвуковые лучи и селективно принимать сигналы по всем направлениям лоцируемого объема (пирамида с углами 60° ´ 60°, см. рис. 1). Первый прототип такого датчика был массивным, имел всего 256 активных элементов, что создавало "разреженное" расположение излучающих и принимающих сигналов и ограничивало хорошее качество изображений. В последующем количество активных элементов возросло до 512, с возможностью формирования 17 объемных изображений в секунду при глубине локации до 16 см. Вторая генерация трехмерного фазированного матричного датчика имела существенно меньшие размеры, состояла из 3000 активных ультразвуковых элементов и 150 микропроцессоров и включала больший объем лоцирования (пирамида с углами 80° или 90°). В 2002 г. вышел первый серийный вариант прибора, оснащенный подобным датчиком, а также системой высокоскоростной обработки получаемой информации (20–25 объемов в секунду и временем резолюции 40–50 мс), что позволило отображать трехмерное изображение сердца на дисплей монитора без видимой оператору задержки (Sonos 7500 Philips). Таким образом, в отличие от предшествующих технологий, позволяющих в лучшем случае получать, но не отображать на экране трехмерную информацию в реальном времени, данная технология обеспечивала режим эхокардиографии, когда "в реальном времени "on-line" выполняется весь цикл – "съем + обработка + представление информации", в результате которого оператор видит на экране прибора "живую" трехмерную картину лоцируемого в данный момент времени сердца. Именно поэтому для подчеркивания этой уникальной особенности новой технологии разработчики предложили термин "живое" трехмерное изображение ("Live-3D Echo"). В настоящее время существует три варианта получения трехмерных изображений сердца при работе на ультразвуковых системах: "живая" трехмерная эхокардиография (Live 3D) – в объеме усеченного конуса с углом сектора 30°, трехмерная эхокардиография в полном объеме (Full-volume) – с более широким углом лоцирования (пирамида 80° ´80°) и трехмерное цветовое картирование (3D Color). Возможность визуализации трехмерного движущегося пространства сердца в режиме реального времени – Live 3D хотя и лимитирована размером сектора 30°, но осуществляется в течение одного сердечного цикла и предлагает новое понимание сердечной морфологии даже у пациентов с выраженными нарушениями ритма (рис. 2). Анализ трехмерного изображения в полном объеме лоцирования требует записи нескольких последовательных сердечных циклов (4 цикла), проводится, как правило, с задержкой дыхания и предлагает наибольшую информацию о структурно-функциональном состоянии сердца. В дальнейшем эти изображения обрабатываются (нарезаются в разных плоскостях и сечениях) для получения максимальной информации об интересующем исследователя объекте (рис. 3). Трехмерное цветовое допплеровское картирование (3D ЦДК) – одна из поздних разработок в области трехмерного сканирования сердца. Запись производится на протяжении 7 последовательных сердечных циклов и в комбинации с трехмерным изображением сердца дает дополнительную информацию о функционировании клапанов, наличии патологических потоков в полостях сердца и другой патологии (рис. 4). Показания к проведению трехмерной эхокардиографии (3D-ЭхоКГ) включают: • клапанную патологию; • врожденные пороки сердца; • оценку сократительной функции и массы миокарда желудочков; • оценку степени регургитаций; • внутрисердечный тромбоз, опухоли сердца и другие внутри- и внесердечные образования; • оценку диссинхронии левого желудочка; • другие. Оценка структурно- функционального состояния левого желудочка Еще в ранних работах, посвященных возможностям трехмерных реконструкций в режиме "off-line", было показано преимущество этого метода перед одно- и двухмерной ЭхоКГ (2D-ЭхоКГ) в определении объемов и фракции выброса левого желудочка (ФВЛЖ) [8, 9]. В последующем целый ряд исследований доказал высокую точность оценки сократительной функции левого желудочка при проведении "живой" 3D-ЭхоКГ по сравнению с результатами магнитно-резонансной томографии (МРТ), радионуклидной вентрикулографии (РВ) и рентгеноконтрастной вентрикулографии (КВГ) [10, 11]. По данным этих авторов, расхождение методов составляет не более 1–3%. Возможность точной и высоковоспроизводимой неинвазивной оценки сократимости миокарда левого желудочка имеет особое значение у больных с застойной сердечной недостаточностью, так как ФВЛЖ для этих больных является предиктором продолжительности жизни [12]. Основным преимуществом 3D-ЭхоКГ перед 2D-ЭхоКГ является оценка не только размеров, но и формы левого желудочка во множестве сечений (до 12). Известно, что у больных с развитием постинфарктных аневризм сердца часто недооценивается выраженность поражения миокарда традиционными эхокардиографическими методами, так как расчетные формулы, используемые в М- и В-режимах, зависят от геометрии левого желудочка. 3D-ЭхоКГ позволяет точно определить площадь аневризмы и распространение ее на различные отделы сердца, что необходимо учитывать для выбора объема оперативного вмешательства (рис. 5). Количественная обработка трехмерных изображений проводится с помощью специальных компьютерных программ QLAB 4,0 или 4D Cardio-View 1.2 "TomTec". Рис. 1. Датчики с различными вариантами формирования сканирующих плоскостей. а – параллельные плоскости; б – веерообразные плоскости; в – вращающиеся относительно датчика плоскости; г – сканирование изображения в режиме реального времени со всего лоцируемого пирамидального объема. Рис. 3. Режим трехмерного сканирования в полном объеме (Full-volume). Показан процесс формирования различных срезов сердца у больной с врожденным пороком сердца – дефектом межжелудочковой перегородки (ДМЖП). Стрелками обозначен перимембранозный подаортальный ДМЖП. а – сравнение с 2D-ЭхоКГ; б – апикальная позиция, вид спереди; в – срез со стороны левого желудочка; г – разворот изображения на 90° и вид на межжелудочковую перегородку со стороны левого желудочка. Рис. 2. Режим реального времени (Live 3D) с углом сканирования 30°. Стрелка указывает на вторичный дефект межпредсердной перегородки. Рис. 4. Трехмерное цветовое допплеровское картирование (3D Color) митральной регургитации. Рис. 5. Количественная обработка трехмерного изображения с помощью компьютерной программы 4D Cardio-View 1.2 "TomTec". Стрелкой показана область плоскостной аневризмы левого желудочка. Рис. 6. 3D-ЭхоКГ больного с множественными тромбами в полостях сердца. Стрелками указаны тромбы в верхушке левого желудочка и в ушке левого предсердия. При плохой ультразвуковой визуализации границ эндокарда в трехмерном режиме качество изображения может быть улучшено во время болюсной инфузии контрастного вещества (SonoVue, Optison, Definity) [13]. Также очень важна оценка выраженности гипертрофии миокарда левого желудочка, особенно у пациентов с артериальной гипертензией (АГ), так как она свидетельствует о поражении органа-мишени и позволяет выявить больных группы высокого риска [14]. Важными параметрами степени гипертрофии левого желудочка является индекс массы миокарда. Нами проведена сравнительная оценка различных способов расчета массы миокарда левого желудочка (ММЛЖ) с использованием одно-, двух- и трехмерной ЭхоКГ, а также сопоставление полученных данных с результатами МРТ [15]. Было показано, что средние значения ММЛЖ, по данным 3D-ЭхоКГ, достоверно не отличались от результатов МРТ и тесно коррелировали с ними. Традиционные эхокардиографические методы расчета ММЛЖ в одномерном режиме дают завышенные значения. Наиболее близкими к результатам 3D-ЭхоКГ являются данные двухмерной ЭхоКГ (по формуле "площадь-длина"). Эти выводы согласуются с результатами других исследований, которые показали высокую точность расчетов ММЛЖ, по данным 3D-ЭхоКГ, схожую с расчетами такого "золотого стандарта", как МРТ [16–18]. Таким образом, 3D-ЭхоКГ может быть рекомендована как оптимальный метод оценки ФВЛЖ и ММЛЖ при проведении рутинных обследований больных со сниженной сократительной функцией левого желудочка и у пациентов с АГ. В отличие от других визуализирующих методов диагностики, таких как МРТ, РВ, КВГ, 3D-ЭхоКГ не обладает вредностью и высокой стоимостью исследования. Трехмерная стресс-эхокардиография (3D-стресс-ЭхоКГ) – еще один из методов диагностики нарушений региональной сократимости и ишемии миокарда. Он позволяет улавливать даже небольшие зоны патологического движения стенок сердца, обусловленные преходящей ишемией миокарда, так как запись исследования с последующим анализом сократимости всех сегментов производится в течение всего 6–8 с из одной проекции сердца, без необходимости частой смены различных позиций и сечений, предусмотренных в традиционных стресс-пакетах. Преимуществом данного метода перед стандартной стресс-ЭхоКГ является экономия времени до исчезновения ишемической реакции, что особенно важно при выполнении нагрузки с использованием тредмила или вертикальной велоэргометрии [19]. К недостаткам можно отнести ухудшение качества визуализации на максимальной нагрузке, проведение записи при задержке дыхания. Внутрисердечный тромбоз и объемные образования сердца Очень ценную информацию 3D-ЭхоКГ представляет в диагностике внутрисердечных тромбов и других объемных образований как внутри, так и внесердечного происхождения. Размеры, глубина расположения, форма, а также структурная характеристика тромбов могут быть совсем иными при исследовании в трехмерном пространстве по сравнению с двухмерной ЭхоКГ. Визуализация различных отделов сердца в нестандартных сечениях и ракурсах позволяет трансторакально выявлять некоторые тромбы в ушках предсердий и в полостях сердца, не прибегая к проведению чреспищеводной ЭхоКГ (рис. 6). Изучение истинного пространственного анатомического расположения различных структур сердца с помощью 3D-ЭхоКГ помогает безошибочно определять локализацию и вовлечение этих структур в опухолевый процесс или, например, контролировать позицию внутриполостных электродов. Клапанная патология Диагностика клапанных поражений сердца подразумевает исследование как морфологии, так и функции клапанов. Безусловно, чреспищеводная ЭхоКГ, обладая лучшей резолюцией по сравнению с трансторакальной 2D-ЭхоКГ, расширяет возможности изучения клапанной патологии. Однако пространственная анатомия и восприятие глубины отсутствуют в этих изображениях. Сложная анатомия митрального клапана в виде формы-седла не позволяет при чреспищеводном доступе полностью визуализировать все структуры клапана. Использование разноплановых позиций при 3D-ЭхоКГ дает возможность оценки всей совокупности клапанных образований, включая папиллярные мышцы, хорды, кольцо и сами створки, расположенные под различными углами по отношению друг к другу. Таким образом, диагностика поражений митрального клапана точнее представляется в режиме 3D-ЭхоКГ [20, 21]. Напротив, область аортального клапана может быть хорошо исследована при трансэзофагеальном доступе у 88% пациентов, даже при наличии артефактов от протезов или кальцинированных створок [22]. 3D-ЦДК дает дополнительную, более объективную информацию о степени выраженности регургитирующих и других патологических потоков. Для этого используют не только качественные, но и количественные критерии оценки, включая такие параметры, как объем фракции регургитации, vena contracta и др. [23, 24]. Врожденные пороки сердца Трехмерный режим сканирования является оптимальным методом для обследования больных с септальными дефектами, а также понимания анатомии при врожденных пороках сердца у детей [25, 26]. Возможность проведения сечений сердца на разных уровнях, а также ротация изображения в любом направлении позволяют получить неожиданный ракурс визуализации. Если, например, сделать сечение со стороны одного из желудочков сердца, а затем развернуть изображение на 90°, то можно перед собой увидеть межжелудочковую и межпредсердную перегородки на всем их протяжении и оценить полный размер и форму септальных дефектов (см. рис. 3). Выявление "открытого овального окна" и других врожденных пороков сердца, применение метода транслюминальной окклюзии дефектов межпредсердной перегородки повышает диагностическую значимость 3D-ЭхоКГ [27]. Исследование правого желудочка Анализ морфологии и функции правого желудочка до сих пор остается одной из наиболее трудных задач в эхокардиографии. Это в первую очередь связано с его неправильной геометрической формой, а также невозможностью при проведении 2D-ЭхоКГ получить разные проекции правого желудочка. С помощью 3D-ЭхоКГ можно оценить полный объем правого желудочка, исследовать все его стенки. В ряде работ было показано, что анализ морфологии и функции правого желудочка, по данным 3D-ЭхоКГ, высоко коррелирует с результатами МРТ [28]. Кроме того, 3D-ЭхоКГ расширяет возможности диагностики таких редких патологий, как аритмогенная дисплазия [29], кардиомиопатия правого желудочка, что в недавнем прошлом было исключительной прерогативой томографических технологий. Уникальную возможность 3D-ЭхоКГ представляет также в визуализации трикуспидального и легочного клапанов с позиций анатомического или хирургического взгляда со стороны правого предсердия, правого желудочка, легочной артерии. Это позволяет изменить наработанные стереотипы о сердечной морфологии специалистам ультразвуковой диагностики и нагляднее демонстрировать материал хирургам. Диссинхрония левого желудочка и бивентрикулярная кардиостимуляция Сердечная ресинхронизирующая терапия (СРТ) с использованием бивентрикулярной стимуляции – в настоящее время один из эффективных методов лечения больных с застойной сердечной недостаточностью, низкой ФВЛЖ и БЛНПГ. Отбор пациентов на СРТ является ответственной и сложной задачей. Несмотря на наличие ряда электрокардиографических и эхокардиографических параметров оценки диссинхронии левого и правого желудочков сердца, часть пациентов остаются неответчиками на имплантацию бивентрикулярного кардиостимулятора. В недавних многоцентровых исследованиях было показано, что электрическая задержка является более слабым предиктором успешной СРТ по сравнению с механической диссинхронией. Выявлена связь между выраженностью механической диссинхронии и потенциальным улучшением левожелудочковой функции после СРТ [30]. С внедрением новых ультразвуковых технологий, таких как тканевый миокардиальный допплер и трехмерная эхокардиография, отбор пациентов стал более тщательным, а эффективность СРТ возросла. 3D-ЭхоКГ наиболее точно оценивает динамику ФВЛЖ и объемов полостей у больных с хронической сердечной недостаточностью, кроме того, фазовый анализ сегментарной сократимости наглядно демонстрирует нарушение сократимости различных участков левого и правого желудочков не только со стороны противоположных стенок из двух сечений, но и во множестве сечений [31]. Быстрота записи и обработки трехмерных изображений для оценки диссинхронии миокарда может быть использована для выявления возможных кандидатов на СРТ. Будущие перспективы В настоящее время 3D-ЭхоКГ становится все более популярной и доступной методикой. Совершенствование компьютерных и ультразвуковых технологий в направлении уменьшения размеров матричных датчиков, улучшения качества визуализации, сокращения времени обработки и количественного анализа изображений будут способствовать дальнейшему развитию метода. Однако использование 3D-ЭхоКГ в клинической практике будет определяться не только решением конкретных диагностических задач у отдельных пациентов, но и на основании результатов больших многоцентровых клинических исследований с определением риска стратификации, прогноза и качества жизни больных. Одними из перспективных направлений ЭхоКГ являются: трехмерный тканевый допплер, трехмерное картирование распространения волны возбуждения и сокращения в желудочках сердца, трехмерная визуализация коронарных артерий и т.д. Несмотря на то что на сегодняшний день ограничением 3D-ЭхоКГ является плохое "ультразвуковое окно" (так же, как и для 2D-ЭхоКГ), эта технология имеет большой потенциал и перспективу развития.