Akustická denzitometrie a hibernovaný myokard

Overview

Článek je zaměřen na akustickou denzitometrii a její využití v diagnostice hibernovaného myokardu. Shrnuje dosud dostupná fakta o této metodě a o viabilitě myokardu a zmiňuje i zkušeností autorů. V článku jsou v uvedeny výhody a nevýhody denzitometrie ve srovnání s běžnými metodami vyšetřování viability myokardu.

Klíčová slova:
Ischemická choroba srdeční - Akustická denzitometrie – Viabilní myokard

Akustická denzitometrie

Konvenční echokardiografie je jednou z nejpřínosnějších neinvazivních metod v diagnostice kardiálních onemocnění. Je založena na odrazu ultrazvukového vlnění od rozhraní tkání s rozdílnou akustickou impedancí. Lze ji využít k hodnocení srdeční anatomie i funkce – pomocí dvourozměrné echokardiografie se zobrazí endokard, epikard a chlopenní struktury. Z těchto zobrazení lze získat informace o velikosti srdečních oddílů, tloušťce a ztlušťování stěn komor a dalších strukturách. Dopplerovské vyšetření navíc přináší možnost měření tlaků, tlakových gradientů a velikosti chlopenních ústí.

Nicméně, konvenční echokardiografické vyšetření neumožňuje získat informace o vnitřní struktuře myokardu. K tomuto účelu se jsou vyvíjeny echokardiografické metody a techniky, které se zakládají na principu takzvaného zpětného rozptylu (backscatter) [1]. Ultrazvukový rozptyl vznikne, pokud rozhraní (částice uvnitř srdečního svalu - například myocyt, krevní elementy apod.), je menší než vlnová délka ultrazvukového vlnění, které na něj dopadá. Energie tohoto vlnění je v myokardu rozptýlena všemi směry v závislosti na počtu, velikosti, prostorové orientaci a charakteru částic. Jako „zpětný rozptyl“ (nebo také energie zpětného rozptylu/backscattered energy) se označuje ta část rozptylu, která se vrací pod úhlem 180° zpět k sondě. Při konvenčním vyšetření je zpětný rozptyl odfiltrován a jsou zobrazeny pouze zrcadlové odrazy (specular echo) od velkých rozhraní. Ultrazvuková charakteristika tkání naopak využívá právě měření intenzity zpětného rozptylu [2].

Ultrazvuková tkáňová charakteristika je relativně nová metoda. První výzkumné práce se objevily přibližně v polovině 80. let 20. století. Je založena na hypotéze, že patologické procesy v srdečním svalu vedou ke změně fyzikálních vlastností tkáně, včetně akustických parametrů. Tato metoda je schopna podat informaci nejenom o strukturálním, ale i funkčním stavu srdečního svalu, například o kontraktilitě myokardu stěn levé komory nezávisle na jejich kinetice.

Nejčastěji využívaným parametrem akustické denzitometrie je takzvaný integrovaný zpětný rozptyl (integrated backscatter – IBS) [3]. Je to průměrná energie v celém frekvenčním rozsahu zpětně rozptýleného ultrazvukového vlnění. Hodnota IBS se udává v decibelech (dB) a lze ji získat z libovolného myokardiálního segmentu, stačí vyznačit oblast zájmu (region of interest – ROI). Dalším důležitým parametrem je cyklické kolísání zpětného rozptylu (cyclic variation of integrated backscatter – CVIB) a jeho maximální amplituda [4]. Fyziologická kontrakce a relaxace myokardu je provázena pravidelným kolísáním IBS – v parasternální dlouhé ose s maximem na konci diastoly a minimem na konci systoly [5], z apikálních projekcí naopak s maximem na konci systoly (obr. 1) [6-8].

Normální hodnoty IBS prakticky nelze stanovit, protože do značné míry závisejí na nastavení přístroje (system gain, time-gain compensation, lateral gain compensation, compression, pre-processing, post-processing, persistence, focus, frame rate apod), individuálním habitu a intratorakálních poměrech [9]. Lze jej proto využít jen k případnému dlouhodobému sledování téhož pacienta, za předpokladu, že se zachová zcela identické nastavení ultrazvukového přístroje. Toto omezení se pravděpodobně netýká měření amplitudy CVIB, u kterého absolutní hodnoty nejsou důležité a hodnotí se rozdíl mezi maximální a minimální hodnotou IBS během cyklu, jenž je na výše uvedených skutečnostech nezávislý [10].

Akustická denzitometrie dokáže rozlišit normální a patologický myokard. Typickou reakcí na většinu patologií myokardu je zvýšení IBS a snížení CVIB ve srovnání se zdravým myokardem. Z předchozích prací vyplývá, že hlavní determinantou IBS je obsah kolagenu v srdečním svalu [11,12]. Sledování změn IBS a CVIB lze využít v diagnostice u řady patologických stavů. Amplituda CVIB odráží akustické vlastnosti myokardu. Je snížená například v jizvě po infarktu myokardu, při akutní ischemii [13], akutním infarktu myokardu [14], při fibróze myokardu z nejrůznějších důvodů, u kardiomyopatií – dilatační [15], hypertrofické [16], diabetické [17], po chemoterapii doxorubicinem [18], u hemodialyzovaných nemocných [19], při amyloidóze [20], progresivní systémové skleróze [21] a při myokarditidě. Sledování amplitudy CVIB lze využít k diagnostice a hodnocení rejekce alograftu po transplantaci srdce [22] a úspěšnosti antirejekční terapie [23]. Rovněž lze předpovědět reverzibilitu remodelace levé komory nemocných s chlopenní vadou [24]. Další práce zkoumají využití ultrazvukové charakteristiky tkání v diagnostice intrakardiálních tumorů a trombů [25], spontánního echokontrastu [26], respektive k popisu aterosklerotického plátu [27].

Hibernovaný myokard

Rozsah postižení věnčitých tepen koronární aterosklerózou a funkce levé komory jsou základní faktory, které ovlivňují prognózu u pacientů s ischemickou chorobou srdeční (ICHS). Při nálezu významně zhoršené funkce levé komory je pro posouzení prognózy i pro rozhodnutí o případné revaskularizaci myokardu velmi důležité správné posouzení funkčního stavu myokardu. Abnormální kontrakce myokardiálních segmentů (hypokineze, akineze nebo dyskineze) může být projevem ireverzibilní dysfunkce v důsledku fibrózy myokardu např. u poinfarktové jizvy. Významná část těchto segmentů má ale zachovalou metabolickou aktivitu myokardu a po případné revaskularizaci myokardu se jejich systolická i diastolická funkce upraví. Jedná se o hibernovaný myokard, kde jeho dysfunkce vzniká v důsledku opakovaných atak ischemií nebo downregulací kontraktilní funkce při chronické ischemii způsobené hypoperfuze postižené oblasti myokardu. Rozsah viabilního (dysfunkčního, ale živého) myokardu příznivě ovlivňuje perioperační i dlouhodobou prognózu, výskyt kardiálních symptomů, pracovní toleranci a kvalitu života po revaskularizaci. U pacientů bez revaskularizace představuje naopak nezávislý rizikový faktor vyšší mortality.

K odlišení viabilního myokardu od oblastí ireverzibilních změn lze použít řadu metod. Některé z nich hodnotí kontraktilní rezervu po artificiální stimulaci kontrakce, jiné popisují úroveň perfuze, metabolický stav myokardu, respektive integritu membrán myocytů těchto segmentů. Zátěžová echokardiografie s malými dávkami dobutaminu nebo s dipyridamolem prokazuje s vysokou spolehlivostí kontraktilní rezervu. Lze využít i nukleární metody – thaliovou scintigrafii a techneciovou fotonovou emisní tomografii nebo pozitronovou emisní tomografii, která prokazuje zachovalý metabolizmus myokardiálních buněk v oblastech se sníženou perfuzí.

Všechny výše uvedené metody dosahují poměrně slušné senzitivity k průkazu viabilního myokardu [28,29]. Vykazují však horší specificitu a mají i další nevýhody. Za zlatý standard v detekci viabilního myokardu je dnes považována pozitronová emisní tomografie (senzitivita kolem 80-96 %, specificita 54-75 %), která je však velmi drahá a pro běžnou kardiologickou praxi málo dostupná. Thaliová scintigrafie a dobutaminová echokardiografie mají podobnou senzitivitu (61-97 %), ale specificita echokardiografie je lepší (73-95 % versus 36-70 %). Výhodou dobutaminové echokardiografie je navíc nižší cena, menší časová náročnost a větší dostupnost. Nevýhodou je subjektivní a pouze semikvantitativní hodnocení a falešně negativní výsledky při těžké poruše perfuze dysfunkčního myokardu, neboť i malá dávka dobutaminu může v takové tkáni vyvolat ischemii bez zlepšení stažlivosti, přestože je myokard viabilní. V takových případech jsou naopak výhodnější radioizotopové metody. Limitací echokardiografických metod je dále horší zobrazitelnost všech myokardiálních segmentů u 15-20 % pacientů. K nevýhodám popsaných metod je nutno kromě falešně pozitivních a negativních výsledků počítat i radiační zátěž (i když relativně malou) radioizotopových metod a potenciální proarytmogenní účinek infuze dobutaminu.

Vzhledem k limitacím výše uvedených metod a enormní důležitosti znalosti viability myokardu jsou zkoumány i nové metody, např. různé techniky magnetické rezonance [30], tkáňové Dopplerovské zobrazení [31], kontrastní echokardiografie [32] a ultrazvuková charakteristika tkání.

Akustická denzitometrie v diagnostice hibernovaného myokardu

Využití akustické denzitometrie v diagnostice viability myokardu vychází z faktu, že vztah mezi ztlušťováním myokardu a CVIB není lineární. Kolísání IBS závisí více na intramurální kontraktilitě [12] než na vlastním viditelném ztlušťování myokardu. Omráčený myokard tedy vykazuje normální kolísání CVIB i při nálezu těžké poruchy kinetiky [33,34].

První práce zkoumající využití ultrazvukové charakteristiky tkání k rozlišení zdravého a ischemického myokardu od jizevnaté tkáně se objevovaly od roku 1989. Postupně bylo ověřeno, že se cyklické kolísání IBS po reperfuzi upravuje dříve než ztlušťování myokardu [35] a nemocní s časně zprůchodněnou infarktovou tepnou mají v jejím povodí vyšší hodnoty CVIB než pacienti s tepnou uzavřenou, a to nezávisle na kontraktilitě daného segmentu [36].

Na základě těchto pozorování bylo navrženo využití akustické denzitometrie v diagnostice viability myokardu a následně byly provedeny úspěšné experimenty na zvířecích modelech, při kterých se dařilo pomocí hodnot IBS a CVIB rozlišit viabilní a neviabilní myokard [37,38]. Od roku 1996 se již výzkum zaměřil na pacienty s dysfunkcí levé komory. Výsledky byly nadějné, avšak většina prací se potýkala s různými problémy. Jednalo se o studie s malým počtem nemocných, studie měly rozdílné metodiky akustické denzitometrie a často byly omezeny jen na parasternální projekce [34,39-41].

Následující větší práce byly proto zaměřeny na hledání ideální metodiky a určení hraniční hodnoty CVIB pro diagnostiku viability. Lin et al vyšetřili 30 pacientů týden po akutním infarktu myokardu pomocí dobutaminové echokardiografie a akustické denzitometrie [42]. U hraniční hodnoty CVIB k průkazu viability 5,8 dB měli senzitivitu 75 % a specificitu 100 %. Měření prováděli pouze z parasternální krátké osy, amplitudu CVIB přepočítávali dle fáze srdečního cyklu (PWV – phase-weighted variation). Nedostatkem bylo, že vyšetření s dobutaminem bylo považováno za referenční metodu a že chybělo následné sledování vývoje kontraktility.

Stejní autoři provedli u 103 pacientů měření CVIB pouze z parasternální projekce v krátké ose [43]. Při měření maximální amplitudy CVIB brali do úvahy takzvaný časový posun (time-delay). Tímto parametrem se popisuje stupeň asynchronie mezi kolísáním zpětného backscatteru a elektromechanickou kontrakcí. Time-delay je počítán z časového intervalu mezi R kmitem na EKG a nejhlubším místem křivky IBS. Tento časový údaj se následně dělí délkou QT intervalu. V případě velkého časového posunu (více než 1,2) se hodnota amplitudy CVIB hodnotí jako záporná, což významně změní výslednou průměrnou hodnotu CVIB od více pacientů. Za použití této metodiky spočítali s využitím ROC křivek hraniční hodnotu pro diagnostiku viability 1,4 dB.

Honma et al u 30 pacientů vyšetřili 37 dysfunkčních myokardiálních segmentů [44]. Všichni pacienti měli následně provedenu PTCA na tepně zásobující dysfunkční myokard a za 10 měsíců poté kontrolní echokardiografické vyšetření regionální kontraktility. Pomocí ROC křivky spočítali hraniční hodnotu CVIB pro diagnostiku viability myokardu 3,1 dB. Měření prováděli pouze z parasternálních projekcí, hraniční hodnotu nepočítali pro jednotlivé segmenty zvlášť a měřili fázově korigovanou amplitudu CVIB.

V roce 2002 prokázali Yuda et al, že pomocí amplitudy CVIB lze předpovědět koronární rezervu a rozlišit mezi viabilním dysfunkčním a neviabilním myokardem u 27 pacientů s chronickou dysfunkcí levé komory ischemické geneze [8]. Vyšetřovali celkem 194 segmentů z apikálních projekcí. Při použití hranice CVIB 5,3 dB měli 85% úspěšnost předpovědi zlepšení kontraktility. Hodnotu CVIB určovali z rozdílu mezi maximální a minimální hodnotou IBS nezávisle na fázi srdečního cyklu.

V zatím největší práci jsme na souboru 54 nemocných (celkem 576 dysfunkčních segmentů) prokázali, že se hodnoty amplitudy CVIB získané z dysfunkčních myokardiálních segmentů nemocných s chronickou ischemickou chorobou srdeční statisticky významně liší podle toho, zda se jedná o segmenty s viabilním nebo ireverzibilně postiženým myokardem (obr. 2, 3) [45]. CVIB jsme měřili ze všech myokardiálních segmentů. Měřili jsme je také jako rozdíly mezi maximálními a minimálními hodnotami IBS nezávisle na fázi srdečního cyklu. Optimální hraniční hodnoty CVIB dle ROC křivek byly z parasternální projekce v dlouhé ose pro anteroseptální segmenty a zadní stěnu 4,1 a 4,3 dB. Z apikálních projekcí pro interventrikulární septum, laterální stěnu, dolní stěnu, přední stěnu a apikální segmenty byly optimální hraniční hodnoty 4,4; 4,2; 4,5; 4,0 a 4,2 dB. Při užití těchto hraničních hodnot bylo dosaženo senzitivity a specificity měření CVIB pro průkaz viability myokardu 90,8 % a 81,3 %.

Srovnání akustické denzitometrie a dobutaminové echokardiografie v diagnostice viability myokardu

Bylo provedeno několik studií srovnávajících hodnocení viability akustickou denzitometrií s jinými běžnými metodami diagnostiky viability, nejčastěji se zátěžovou dobutaminovou echokardiografií. I v těchto studiích platí stejná omezení jako ve výše uvedených: většinou malý počet nemocných, rozdílné metodiky akustické denzitometrie a omezení jen na parasternální projekce.

Pasquet se spolupracovníky v roce 1998 zkoumali využití CVIB v diagnostice inotropní rezervy u 15 pacientů s ischemickou dysfunkcí LK [46]. Hodnoty CVIB z přední a diafragmatické stěny levé komory získané pomocí transezofageální echokardiografie srovnávali s reakcí dysfunkčních segmentů na malé dávky dobutaminu při transthorakálním vyšetření a našli významnou korelaci mezi oběma metodami. Podobných výsledků dosáhli i Muro et al, kteří porovnávali měření CVIB s dobutaminovou echokardiografií u dysfunkčních segmentů z parasternální projekce v dlouhé ose u 23 pacientů s ICHS [47]. CVIB hodnotili jako rozdíl mezi maximální a minimální hodnotou IBS během cyklu a při určené hraniční hodnotě CVIB 3,0 dB měli senzitivitu 81 % a specificitu 60 %. Hlavním nedostatkem těchto prací je absence kontroly kontraktility po revaskularizaci; zátěžová echokardiografie byla brána jako referenční metoda.

V jiné práci Castaldo et al opakovaně měřili CVIB u 12 pacientů těsně po akutním infarktu myokardu a po revaskularizaci [48]. Na začátku všem provedli i vyšetření viability dobutaminovou echokardiografií. Segmenty, které se po revaskularizaci ukázaly být viabilní, měly před zákrokem průměrnou hodnotu amplitudy CVIB 6,5 dB, zatímco neviabilní segmenty jen 3,2 dB. Pozitivní předpovědní hodnota CVIB a zátěžové echokardiografie pro diagnostiku viability byla 83 % a 72 %. Shoda mezi oběma metodami byla v 77 % původně dysfunkčních segmentů.

Již citovaní Lin et al vyšetřili 144 dysfunkčních segmentů na průkaz viability zároveň dobutaminovou echokardiografií, scintigrafií a akustickou denzitometrií [43]. Při použití hraniční hodnoty CVIB 1,4dB dosáhli ve srovnání s dobutaminovou echokardiografií a nukleárním vyšetřením senzitivitu CVIB v rozmezí 75-84 % a specificitu 73-76 %. Časově korigované CVIB měřili pouze z parasternální projekce v krátké ose. Velkým nedostatkem citované práce je absence kontroly kontraktility po případné revaskularizaci.

Honma et al porovnávali diagnostiku viability pomocí dobutaminové echokardiografie, měření CVIB v klidu a měření CVIB při dobutaminu [44]. Amplituda CVIB měřená v klidu měla ve srovnání s dobutaminovou echokardiografií vyšší senzitivitu (92 % versus 79 %) a přibližně stejnou specificitu (83 % versus 84 %) v predikci zlepšení regionální kontraktility po PTCA. V podskupině pacientů s EF LK pod 40 % byla senzitivita CVIB dokonce 100 %. Naopak pomocí měření CVIB při dobutaminu bylo dosaženo výrazně horších výsledků. Výsledků bylo dosaženo při hraniční hodnotě fázově korigované amplitudy CVIB 3,1 dB pouze pro parasternální projekce. Se stejnými limitacemi vyšetřili Lin et al 30 pacientů týden po akutním infarktu myokardu pomocí dobutaminové echokardiografie a akustické denzitometrie [42]. U hraniční hodnoty CVIB k průkazu viability 5,8 dB měli senzitivitu 75 % a specificitu 100 %.

Vzhledem k limitacím výše uvedených studií jsme porovnali akustickou denzitometrii a dobutaminovou echokardiografii [49]. Vyšetřili jsme 354 dysfunkčních segmentů u 34 nemocných před revaskularizační operací. Vyšetření akustickou denzitometrií bylo provedeno ze všech projekcí, a to podle výše uvedených hraničních hodnot. Akustická denzitometrie měla ve srovnání se zátěžovou echokardiografií nevýznamně lepší senzitivitu (90 % versus 83 %; p = NS) a horší specificitu (77 % versus 81 %; p = NS) v diagnostice viabilního myokardu (graf 1).

Výhody a nevýhody akustické denzitometrie

Nespornou výhodou akustické denzitometrie je její neinvazivnost. Na rozdíl od dobutaminové echokardiografie nejsou pacienti vystaveni riziku arytmií. Oproti nukleárním metodám je její předností nulová radiační zátěž a výrazná časová úspora. Díky tomu je použitelná i pro nestabilní pacienty, kde nelze uvažovat o jiné metodě [2].

K výhodám je třeba počítat i fakt, že na rozdíl od subjektivního hodnocení kontraktility myokardiálních segmentů při dobutaminové echokardiografii je měření CVB objektivní metoda a pravděpodobně umožňuje i částečnou kvantifikaci myokardiálního postižení.

Většina dosud provedených prací zkoumajících využití měření CVIB v diagnostice různých patologií myokardu dosáhla velmi nadějných a dobrých výsledků. Přesto má tato metoda několik nevyřešených problémů.

Již z výše uvedených rozvah vyplývá, že je to absence standardů v získávání a zpracování dat. Prakticky každý autor využívá svoji metodiku, a tudíž dochází k výsledkům, které potom nelze s ostatními srovnávat. Snad nejvíce se to týká vlastní definice a měření amplitudy CVIB, kde se dají vytušit zastánci 2 těžko slučitelných názorů. Příznivci striktního měření systolicko-diastolického rozdílu CVIB (respektive korigování amplitudy CVIB podle time-delay) dosahují výsledků prakticky jen v segmentech, kde lze zajistit kolmý dopad UZ paprsku na svalová vlákna myokardu, tedy v parasternálních projekcích. Argumentují tím, že ischemie nebo jiná patologie mění akustické vlastnosti tkáně a působí časový posun kontrakce a že opomenutí tohoto posunu může způsobit zkreslení výsledků. Naproti tomu měření prostého rozdílu mezi maximální a minimální hodnotou IBS nezávisle na fázi srdečního cyklu umožňuje změřit CVIB ze všech segmentů a projekcí [50,51]. Velkou výhodou tohoto postupu je omezení časové náročnosti analýzy a lepší použitelnost techniky pro běžnou praxi [52]. Software na našem přístroji neumožňoval zcela přesné měření časového posunu. Na našem pracovišti hodnotíme CVIB jako prostý rozdíl mezi maximální a minimální hodnotou IBS i z toho důvodu, že by další ztížení již poměrně časově náročného měření znemožnilo praktické využití této metody.

Problémy jsou i s přesností dat, většina prací vykazuje poměrně velkou variabilitu mezi hodnotami získanými různými vyšetřujícími a hodnotami získanými v rámci opakovaných vyšetření pacienta stejným vyšetřujícím [9,53]. Je jisté, že je nutná určitá zběhlost vyšetřujícího, že je zapotřebí se techniku metody naučit [8]. Jde zejména o manuální posun ROI, kde může velmi snadno dojít k chybě – například jakýkoliv, i sebemenší, kontakt s epikardem nebo endokardem způsobí výrazné falešné zvýšení amplitudy CVIB. Poměrně hodně diskuzí a úvah se týká anizotropie. Ta je definována jako závislost měření IBS na úhlu, který svírá UZ paprsek a svalové vlákno [54,55]. Pro mnoho studií byla anizotropie jedním z důvodů, proč byly hodnoceny jen některé segmenty. A je to jedno z vysvětlení skutečnosti, že stejný myokardiální segment má různé hodnoty IBS při vyšetření z různých projekcí [7] a anizotropie je zřejmě i příčinou poměrně velkých standardních odchylek některých prací [56,57].

Jako u každé echokardiografické metody je i u akustické denzitometrie kvalita získaných informací dána kvalitou zobrazení. V našich pracích byla dobrá vyšetřitelnost vstupním kritériem. I jiné práce poukazují na využití této metody pouze u dobře vyšetřitelných osob, počty nemocných, které nelze vyšetřit pomocí akustické denzitometrie se pohybují mezi 5-18 % [6,23]. Hledají se však cesty, jak do budoucna tento problém zmírnit – zkouší se měření CVIB z transezofageálního vyšetření [46,58], s použitím echokontrastu [59], testuje se využití automatické detekce hranic (automatic endocardial border detection). Velkou pomocí by byl i systém automatického posunu ROI během cyklu (automatic tracking systém), pokud by dobře fungoval [8].

Závěr

Akustická denzitometrie je poměrně nová metoda využitelná v diagnostice viability myokardu. Dosahuje dobrých hodnot senzitivity a specificity. Je schopna doplnit a v některých případech snad i nahradit stávající běžné metody. Její předností jsou absolutní neinvazivita a objektivnost hodnocení. Výraznějšímu rozšíření metody dosud brání její pracnost a především absence standardů pro získávání a hodnocení dat.

Práce byla podpořena Výzkumným záměrem MSM 0021622402.

Doručeno do redakce 13. 11. 2006

Přijato k otištění po recenzi 15. 1. 2007

MUDr. Roman Panovský, Ph. D.

MUDr. Vladimír Kincl

prof. MUDr. Jaroslav Meluzín, CSc.

I. interní kardioangiologická klinika LF MU a FN U sv. Anny, Brno.

roman.panovsky@fnusa.cz