Physiological basis in the assessment of myocardial mechanics using speckle-tracking echocardiography 2D. Part I

• Authors: Wojciech Mądry , Maciej Aleksander Karolczak

Title variants

PL

Fizjologiczne podstawy oceny mechaniki mięśnia serca przy użyciu techniki śledzenia markerów akustycznych 2D. Część I

• Languages of publication: EN PL

Abstracts

EN

In this paper, the authors attempt to concisely present the anatomical and pathophysiological bases as well as the principles for echocardiographic evaluation of mechanical aspects of cardiac function based on speckle tracking method. This technique uses a phenomenon involving the formation of characteristic image units, referred to as speckles or acoustic markers, which are stable during cardiac cycle, on a two-dimensional echocardiographic picture. Changes in the position of these speckles throughout the cardiac cycle, which are monitored and analyzed semi-automatically by a computer system, reflect deformation of both, cardiac ventricle as a whole as well as its individual anatomical segments. The values of strain and the strain rate, as well as the range and velocity of the movement of these markers, which are in close relationship with multiple hemodynamic parameters, can be visualized as various types of charts – linear, two- and three-dimensional – as well as numerical values, enabling deeper insight into the mechanical and hemodynamic aspects of cardiac function in health and disease. The use of information obtained based on speckle tracking echocardiography allows to understand previously unclear mechanisms of physiological and pathophysiological processes. The first part of the study discusses the formation of a two-dimensional ultrasound image and the speckles, as well as the technical aspects of tracking their movement. The second part presents in more detail the methodology of speckle-tracking echocardiography, the characteristic abnormalities of cardiac mechanics presenting in different clinical entities, and the limitations related to given clinical and technical issues.

PL

W niniejszej pracy autorzy podejmują próbę zwięzłego przedstawienia anatomicznych i patofizjologicznych podstaw oraz zasad echokardiograficznej oceny mechanicznych aspektów pracy serca w oparciu o metodę śledzenia markerów akustycznych. Metoda ta wykorzystuje zjawisko powstawania w dwuwymiarowym obrazie echokardiograficznym charakterystycznych, niezmieniających się w czasie jednostek obrazowych, określanych mianem plamek lub markerów akustycznych. Zmiany położenia plamek, obserwowane i analizowane półautomatycznie w trakcie całego cyklu serca przez system komputerowy, odzwierciedlają odkształcenie zarówno całej komory, jak i jej poszczególnych segmentów anatomicznych. Wartości odkształcenia, tempa odkształcenia oraz zakresu i prędkości ruchu markerów, pozostające w ścisłym związku z różnorodnymi parametrami hemodynamicznymi, mogą być prezentowane graficznie jako różnego rodzaju wykresy (liniowe, dwu- i trójwymiarowe) oraz wartości liczbowe, co umożliwia pogłębiony wgląd w mechaniczne i hemodynamiczne aspekty funkcji serca w stanach zdrowia i choroby. Wykorzystanie informacji płynących ze śledzenia markerów akustycznych umożliwia zrozumienie dotychczas niejasnych procesów fizjologicznych i patofizjologicznych. W pierwszej części pracy omówiono powstawanie ultrasonograficznego obrazu dwuwymiarowego i markerów akustycznych oraz techniczne aspekty analizy ich ruchu. W drugiej części przedstawiono bardziej szczegółowo metodykę badania za pomocą techniki śledzenia markerów akustycznych, omówiono charakterystyczne zaburzenia mechaniki mięśnia serca w różnych stanach klinicznych, a także wskazano ograniczenia metody spowodowane kwestiami technicznymi oraz problemami występującymi specyficznie w niektórych chorobach

Keywords

EN

echokardiograficznametoda śledzeniamarkerówakustycznych; funkcja komór serca; myocardialstrain rate; myocardial strain; odkształceniemięśnia serca; speckle trackingechocardiography; tempo odkształceniamięśnia serca; ventricular function

Discipline

• MEDICINE: MEDICINE

• Publisher: Medical Communications
• Journal: Journal of Ultrasonography
• Year: 2016
• Volume: 16
• Issue: 65
• Pages: 135-144

Contributors

author

Wojciech Mądry

• Department of Cardiac and General Pediatric Surgery, Warsaw Medical University Independent Public Paediatric Clinical Hospital in Warsaw, Poland

author

Maciej Aleksander Karolczak

• Maciej Aleksander

References

• 1. Fogel MA: Ventricular Function – the Basics of the Discipline. In: Ventricular Function and Blood Flow in Congenital Heart Disease. Blackwell Publishing Ltd. 2005.
• 2. Beręsewicz A, Mączewski M: Biofizyka serca. In: Beręsewicz A (ed.): Patofizjologia niewydolności serca. CMKP, Warszawa 2010.
• 3. Buckberg GD, Hoffman JI, Coghlan HC, Nanda NC: Ventricular structure – function relations in health and disease. Part I: The normal heart. Eur J Cardiothorac Surg 2015; 47: 587–601.
• 4. Lunkenheimer PP, Redmann K, Kling N, Jiang X, Rothaus K, Cryer CW et al.: Three-dimensional architecture of the left ventricular myocardium. Anat Rec A Discov Mol Cell Evol Biol 2006; 288: 565–578.
• 5. Sengupta PP, Korinek J, Belohlavek M, Narula J, Vannan MA, Jahangir A et al.: Left ventricular structure and function: basic science for cardiac imaging. J Am Coll Cardiol 2006; 48: 1988–2001.
• 6. Leitman M, Lysyansky P, Sidenko S, Shir V, Peleg E, Binenbaum M et al.: Two-dimensional strain – a novel software for real-time quantitative echocardiographic assessment of myocardial function. J Am Soc Echocardiogr 2004; 17: 1021–1029.
• 7. Mor-Avi V, Lang RM, Badano LP, Belohlavek M, Cardim NM, Derumeaux G et al.: Current and evolving echocardiographic techniques for the quantitative evaluation of cardiac mechanics: ASE/EAE consensus statement on methodology and indications endorsed by the Japanese Society of Echocardiography. J Am Soc Echocardiogr 2011; 24: 277–313.
• 8. Voigt JU, Pedrizzetti G, Lysyansky P, Marwick TH, Houle H, Baumann R et al.: Definitions for a common standard for 2D speckle tracking echocardiography: consensus document of the EACVI/ASE/Industry Task Force to standardize deformation imaging. J Am Soc Echocardiogr 2015; 28: 183–193.
• 9. Amundsen BH, Helle-Valle T, Edvardsen T, Torp H, Crosby J, Lyseggen E: Noninvasive myocardial strain measurement by speckle tracking echocardiography: validation against sonomicrometry and tagged magnetic resonance imaging. J Am Coll Cardiol 2006; 47: 789–793.
• 10. Korinek J, Wang J, Sengupta PP, Miyazaki C, Kjaergaard J, McMahon E et al.: Two-dimensional strain – a Doppler-independent ultrasound method for quantitation of regional deformation: validation in vitro and in vivo. J Am Soc Echocardiogr 2005; 18: 1247–1253.
• 11. Ashikaga H, van der Spoel TI, Coppola BA, Omens JH: Transmural myocardial mechanics during isovolumic contraction. JACC Cardiovasc Imaging 2009; 2: 202–211.
• 12. Covell JW: Tissue structure and ventricular wall mechanics. Circulation 2008; 118: 699–701.
• 13. Smiseth OA, Remme EW: Regional left ventricular electric and mechanical activation and relaxation. J Am Coll Cardiol 2006; 47: 173–174.
• 14. Crosby J, Hergum T, Remme EW, Torp H: The effect of including myocardial anisotropy in simulated ultrasound images of the heart. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 2009; 56: 326–333.
• 15. Wickline SA, Verdonk ED, Miller JG: Three-dimensional characterization of human ventricular myofiber architecture by ultrasonic backscatter. J Clin Invest 1991; 88: 438–446.
• 16. Remme EW, Lyseggen E, Helle-Valle T, Opdahl A, Pettersen E, Vartdal T et al.: Mechanisms of preejection and postejection velocity spikes in left ventricular myocardium: interaction between wall deformation and valve events. Circulation 2008; 118: 373–380.
• 17. Sengupta PP, Khandheria BK, Korinek J, Wang J, Jahangir A, Seward JB et al.: Apex-to-base dispersion in regional timing of left ventricular shortening and lengthening. J Am Coll Cardiol 2006; 47: 163–172.
• 18. Sengupta PP, Tajik AJ, Chandrasekaran K, Khandheria BK: Twist mechanics of the left ventricle: principles and application. JACC Cardiovasc Imaging 2008; 1: 366–376.
• 19. Notomi Y, Lysyansky P, Setser RM, Shiota T, Popović ZB, Martin-Miklovic MG et al.: Measurement of ventricular torsion by two-dimensional ultrasound speckle tracking imaging. J Am Coll Cardiol 2005; 45: 2034–2041.
• 20. Pirat B, Khoury DS, Hartley CJ, Tiller L, Rao L, Schulz DG et al.: A novel feature-tracking echocardiographic method for the quantitation of regional myocardial function: validation in an animal model of ischemiareperfusion. J Am Coll Cardiol 2008; 51: 651–659.

• Document Type: review