СПОСОБ ОЦЕНКИ СОКРАТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ МИОКАРДА ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА
METHOD FOR ASSESSING THE CONTRACTILITY OF THE LEFT VENTRICULAR MYOCARDIUM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к кардиологии, а именно к функциональной диагностике, и может быть использовано для более точного количественного определения объемных показателей различных участков полости левого желудочка (ЛЖ).
Актуальность вопроса обусловлена несколькими причинами.
В первую очередь, это доминирующее положение ССЗ в инвалидизации и смертности населения, и соответственно необходимость их диагностики на более ранних этапах развития заболевания.
Вторая причина - отсутствие четких критериев в выборе исследователем математической модели для преобразования двухмерных изображений в трехмерные в реальном масштабе, с последующим расчетом необходимых структурных и гемодинамических показателей.
И третья причина, несомненно, необходимость в простоте, доступности и пригодности получаемой информации для анализа.
Уровень техники
Понимание геометрической структурности полости ЛЖ заложено в математическом анализе трехмерной системы координат, как составной модели любого объемного изображения. Известно множество способов для описания полости ЛЖ, за основу которых принимаются различные геометрические формы: удлиненного эллипса, пули, полусфера и другие. Основной проблемой последующего измерения в любой модели изображения является референтная точка отсчета всех осей координат, учитывая факт того, что сердце во время сердечного цикла постоянно смещается.
Известен метод расчета дисками по формуле Симпсона (Simpson) [В.А. Толыжников, Е.Н. Семенова. Основные принципы расчета объемных показателей сердца. Кардиология. 1987. т.27. 6, С. 119-123], в котором нет необходимости использования определенной геометрической модели, и результат объемных показателей ЛЖ определяется как интеграл функции кривых фигур, где каждый отрезок функции аппроксимируется параболой.
Технически метод включает в себя визуализацию ЛЖ по короткой оси из парастернальной позиции, с определением площади фигуры в данном срезе (n1); далее, смещаясь вдоль длинной оси к верхушке, фиксируют изображение очередного среза (n2) и определяют его площадь; обязательным условием является четное количество срезов (2, 4, 6, 8 и т.д.); показатель общего объема полости получают, суммируя результат каждого отдельного среза.
Однако основными ограничениями метода в использовании являются: ограниченная визуализация по короткой оси (костная структура ребер, конституционные особенности); факт того, что не всегда удается получить истинную короткую ось (достоверно перпендикулярную МЖП); прямая зависимость между достоверностью рассчитанных объемных показателей и количеством полученных срезов полости; трудоемкость методики.
1
2
Существует способ количественного расчета объемных данных полости ЛЖ по «продольным сечениям» (М.А. Рогава. Эхокардиографическая диагностика постинфарктных аневризм левого желудочка сердца. Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. М. 1985. Прототип), для применения которого определяют три томографических сечения полости ЛЖ УЗИ датчиком из проекции параллельной длинной оси (А-главное сечение, В и С - дополнительные, полученные при отклонении датчика от главного сечения на L и L градусов (10-30°), соответственно, в зависимости от «окна» визуализации). Полученные картины полости желудочка делят на 5 сегментов по методу радиального укорочения Hood et all. (1977 г.), где длинная ось ЛЖ представляет собой линию, проведенную от середины аортального клапана до верхушки ЛЖ.
Последующий расчет пластиночно-суммационным методом с использованием правила Симпсона («метод дисков») по формуле:
0
1
n-1
где, V - объем исследуемого участка; Н - высота дополнительного бокового сечения «С» ЛЖ; n - количество определяемых поперечных срезов; (А, A…A) - площади поперечных срезов ЛЖ; L - длинная ось ЛЖ.
Очевидно, самой важной особенностью методики является прямая зависимость результатов от необходимости получения трех взаимо расположенных проекций, что является ограниченной возможностью для пациентов раннего послеоперационного периода, когда в принципе визуализация стандартных позиций не всегда доступна. Также, трудоемкость и длительность исследования препятствуют легкости реализации методики расчета.
Решаемой в настоящем изобретении проблемой явилась разработка метода, устраняющего все вышеуказанные недостатки.
Раскрытие сущности изобретения
Технический результат предлагаемого способа заключается в обеспечении количественной оценки общей и регионарной сократительной способности миокарда ЛЖ за счет оценки (в мл) доли вклада различных участков сердечной мышцы в образование общего ударного выброса сердца. А также, возможность количественно (в мл) обозначить дефицит и степень компенсации соседних участков миокарда в работе сердца, что в свою очередь при знании ЧСС позволяет определить объем резерва каждого сегмента в минуту, и с прогностической точки зрения является абсолютным функциональным показателем.
В отличие от прототипа, в котором обязательным является получение трех срезов полости ЛЖ для наибольшего приближения фактору формы, в предлагаемом нами методе данная надобность теряет свою необходимость посредством использования теоремы для определения объема тела вращения (т.Гульдина), где точкой отсчета является центр тяжести исследуемой фигуры.
Также предлагаемый способ позволяет сократить время исследования и значительно упростить математические расчеты, при этом возможно применение методики на любом аппарате УЗД без необходимости приобретения отдельных приборов, датчиков или дополнительных программных обеспечений.
Основным критерием предпочтения деления по методу Hood et all. (1977 г.) является «приближение» ожидаемых объемных результатов к наиболее истинным «собственной» сократимости миокарда, посредством вычета легко определяемой доли остаточного объема из общего показателя полости ЛЖ, которая по протоколу обычного исследовании ЭхоКГ учитывается всегда.
В основу изобретения положена способность определения методом дисков (модифицированный метод Симпсона) объемных показателей различных участков (сегментов) полости ЛЖ в виде внесистемной единицы (мл), минуя технический расчет интегральных математических данных с определением центра тяжести.
Исходя из вышеперечисленного, стало возможным определить резервные возможности участков миокарда в образовании сегментарного и общего выброса и количественно обозначить их через прирост сегментарного выброса, как прогностической перспективы в случае возможной реваскуляризации. При исследовании патологи миокарда измерения осуществляют с проведением нитроглицериновой пробы.
Технический результат обеспечивается за счет использования способа оценки сократительной способности миокарда левого желудочка (ЛЖ), включающий проведение эхокардиографического исследования сердца (ЭхоКГ) в В-режиме и синхронизацией с ЭКГ, фиксируют четырехкамерное апикальное изображение сердца в систолу и диастолу,
измеряют конечный диастолический (КДО), конечный систолический (КСО) и ударные (УО) объемы ЛЖ, от середины митрального клапана к верхушке ЛЖ проводят линию (L) - длинную ось ЛЖ, которая делит ЛЖ на две половины, в систолу и диастолу к каждой половине достраивают ее зеркальное отражение с последующим делением полученных фигур в соответствии с фиг. 2:
на середине линии (L) отмечают точку (С),
от пересечения латеральных краев митрального клапана со стенкой ЛЖ к точке (С) проводят 2 линии - образованный таким образом участок характеризует остаточный объем,
оставшуюся за пределами остаточного объема зону делят на 5 равнозначных по углу сегментов;
на полученных четырех изображениях - двух зеркально отображенных фигурах диастолы и двух зеркально отображенных фигурах систолы, используя метод дисков, определяют объем целой фигуры и, разделив ее пополам, получают количественный показатель объема половины фигуры систолы или диастолы, далее определяют:
а) регионарную сократительную способность миокарда ЛЖ:
- объем 3-го сегмента = объем одной половины 3 сегмента в систолу или в диастолу + объем зеркального отражения другой половины 3 сегмента в систолу или в диастолу,
- остаточный объем = объем одной половины остаточного объема в систолу или в диастолу + объем зеркального отражения другой половины остаточного объема в систолу или в диастолу,
- объем 1 сегмента=(объем 1 сегмента одной половины в систолу или в диастолу + объем зеркального отражения 1 сегмента другой половины в систолу или в диастолу) - остаточный объем соответствующей половины в систолу или в диастолу / 2,
- объем 5 сегмента=(объем 5 сегмента одной половины в систолу или в диастолу + объем зеркального отражения 5 сегмента другой половины в систолу или в диастолу) - остаточный объем соответствующей половины в систолу или в диастолу / 2,
- объем 2 сегмента=(общий объем - (объем 2 сегмента одной половины в систолу или в диастолу + объем зеркального отражения 2 сегмента другой половины в систолу или в диастолу) - остаточный объем соответствующей половины в систолу или в диастолу)) / 2,
- объем 4 сегмента=(общий объем - (объем 4 сегмента одной половины в систолу или в диастолу + объем зеркального отражения 4 сегмента другой половины в систолу или в диастолу - остаточный объем соответствующей половины в систолу или в диастолу)) / 2;
б) общую сократительную способность миокарда ЛЖ:
- общий объем = сумма объемов с 1 по 5 сегментов и остаточного объема в систолу или в диастолу;
в) вклад каждого сегмента в формирование общей сократительной способности миокарда = УО сегмента / КДО общий.
Осуществление изобретения
Проводят эхокардиографическое исследование кардиальным датчиком с частотой 3,5 МГц из апикальной позиции на глубине 13 см, в В - режиме с синхронизацией с ЭКГ.
Для удобства была определена позиция четырехкамерного сердца (перегородочной области и боковой стенки). В отличие от классического метода Hood et all. 1977 г. (5-камерной позиции), проведение длинной оси производили через середину митрального клапана к верхушке из 4-камерной позиции (фиг. 2).
1. По обведенным внутренним контурам диастолы и систолы ЛЖ, сопоставляется рисунок систолы и диастолы по длинным осям в точке отсчета (С), являющейся центром длинной оси сердца (L).
2. Проводятся линии от двух точек (пересечения латеральных краев митрального клапана со стенкой ЛЖ) к центру вращения (точке С). Данная зона есть остаточный объем, существенно не влияющий на исследуемые нами объемные показатели полости сердца.
Оставшаяся зона за пределами остаточного объема делится на равносильные по углам 5 долей (сегментов).
Объем сегмента определялся по второй теореме Гульдина как объем, образованный путем вращения площади соответствующего сегмента вокруг длинной оси сердца на 180° с центром вращения С (точка отсчета), расположенным на середине оси L (фиг. 3). Формула математического расчета:
3
где, V - объем исследуемого участка полости ЛЖ; К - коэффициент регрессии, учитывающий фактор формы и объем, занимаемый внутрижелудочковыми папиллярными и трабекулярным аппаратом в контуре измеряемого сегмента; Sabc - площадь исследуемого сегмента, Dc - расстояние от центра тяжести сегмента до центра вращения; CF - кубический фактор увеличения.
Определение центра тяжести исследуемой фигуры является весьма трудоемким процессом и неоправданным с практической точки зрения. Нами разработана техника определения объемных показателей, посредством которой можно нивелировать вышесказанную проблему:
1. По длинной оси сердца полость ЛЖ визуально «разрезается» в систолу и диастолу и каждой половине «достраивается» зеркальное ее отражение с последующим делением на 5 равнозначных по углу сегментов, как это продемонстрировано на фигурах 1-3.
2. В результате: 2 зеркально отображенных фигуры диастолы (фиг. 4а, б) и 2 зеркально отображенных систолы (фиг. 4 с, д). Методом Simpson, определив объем целой фигуры и разделив ее пополам, получим реальный количественный показатель объема половины фигуры систолы или диастолы с последующим расчетом уже отдельных сегментов каждой половины фигуры.
3. Измерение остаточного объема и 3 сегмента (1/2 результата - есть удельный количественный вклад данного участка в общий ударный объем ЛЖ) (Фиг. 5).
4. Измерение фигуры, образованной 1 или 5 сегментом (в зависимости от выбранной половины для расчета) и остаточным объемом (Фиг. 6).
5. Из полученного показателя (пункт 2) вычитается количество остаточного объема. 1/2 полученного результата - есть удельный вклад данного сегмента (1 или 5 в зависимости от выбранной половины).
6. Логичным представляется измерение 2 или 4 сегментов - общий объем фигуры - (общий объем фигуры 1 (или 5) сегмента и остаточного объема + объем 3 сегмента)/2.
7. Объемные показатели 1 и 5 сегментов очевидны, 3 сегмента -формируются суммированием двух разным объемов (полученных при зеркальном отражении одной половины в систолу и диастолу, и другой половины в систолу и диастолу), объемы 2 и 4 сегментов есть разность между общим объемом и объемом 5 или 1 сегментов и ½ 3 сегмента.
Таким образом, методом дисков полученные данные следующие: КДО общий, КСО общий, УО общий, ФВ общая, КДО сегмента, КСО сегмента, УО сегмента, ФВ сегмента.
Суммировав сегментарные данные получали количественные общие показатели с минимальным процентом расхождений (до 4,2 мл, что составляет 4,79% от общего объема), что является убедительным аргументом достоверности полученных результатов. Становится очевидным возможность количественного определения доли вклада каждого сегмента в образование общей функции сердца по формуле (УО сегмента)/КДО общий.
Следует отметить, что все исследования проводятся исходно с вычетом остаточного объема из КДО и КСО, соответственно показатели нагнетательной способности миокарда будут несколько выше указанных в анамнезах.
Пример 1.
Пациент А., 55 л., диагноз: «Атеросклероз БЦА. Состояние п/о ТЛБАП ВСА справа», после проведения диагностической АГ, где не было выявлено гемодинамически значимых сужений и извитостей КА, проведено диагностическое исследование определения регионарной и общей функции ЛЖ предложенным авторами способом.
Первоначально измеряли объемные показатели пациента по Симпсону согласно общепринятому протоколу ЭхоКГ, где получили следующие результаты: КДО исх.=122 мл, КСО исх.=42 мл, УО исх.=80 мл. ФВ исх.=65,6%.
Деление полости ЛЖ проводили из 4-камерной позиции, по предложенному авторами методу на 5 сегментов в систолу и диастолу, с последующим выполнением техники расчета количественных показателей методом дисков.
Получены следующие результаты:
а) КДО 1,2,3,4,5 сегментов соответственно = 18,1 мл, 7,7 мл, 14,6 мл, 28,4 мл, 45,5 мл;
КСО 1,2,3,4,5 сегментов соответственно = 6,6 мл, 2 мл, 5,7 мл, 7,4 мл, 16 мл;
УО 1,2,3,4,5 соответственно = 11,56 мл, 5,7 мл, 9 мл, 21 мл, 29,3 мл;
ФВ 1,2,3,4,5 соответственно = 61,8%, 71,2%, 61,25%, 75%, 64,1%;
остаточный объем в диастолу/систолу=7,53/3,95 мл;
б) общая сократительная способность миокарда ЛЖ без остаточного объема, полученная путем суммирования объемных показателей 1,2,3,4,5 сегментов составила КДО общ.=114,3 мл, КСО общ.=37,7 мл, УО общ.=76,56 мл. ФВ общ. - 66,98%. Полученная ФВ несколько выше исходной благодаря тому, что объемные данные остаточного объема не используются в расчетах с целью получения результатов, относящихся исключительно к миокарду. Однако, суммируя с показателями остаточного объема конечные результаты свидетельствуют о точности методики, сравнивая их с исходными показателями: КДО=121,83 мл, КСО исх.=41,65 мл, УО исх.=80,18 мл. ФВ исх.=65,8%.
в) а также определяли долю вклада УО отдельных сегментов (1,2,3,4,5 соотв-но) в формирование общей работы сердца отношением УО сег./КДО исх.=10,14%, 5%, 8%, 18,42%, 25,7%.
Полученные данные свидетельствуют о том, что, несмотря на разные КДО отдельных участков (сегментов) миокарда ЛЖ, ФВ сегментов примерно одинакова, но доля вклада УО каждого сегмента в формирование общей функции ЛЖ при этом разная.
Пример 2.
Пациент Б., 61 г., диагноз: «ИБС. Стенокардия напряжения 3 ФК. 4KB со стентированием (2006 г.). Артериальная гипертензия 3 ст., 3 ст., риск ССО 4. ХСН 1 ст.ФК II по NYHA», проведено диагностическое исследование определения регионарной и общей функции ЛЖ вышеуказанным способом.
Исходно на ЭхоКГ выявлены зоны асинергии в области заднебоковой стенки ЛЖ, без четких подтверждений ишемии на ЭКГ. Объемные данные полости ЛЖ по Симпсона следующие: КДО исх.=139 мл, КСО исх.=60 мл, УО исх.=79 мл, ФВ исх.=56,8%.
По вышеизложенному методу деления и расчета были получены следующие результаты:
а) КДО 1,2,3,4,5 сегментов соответственно=25,85 мл, 12,95 мл, 13,55 мл, 26,7 мл, 51,1 мл;
КСО 1,2,3,4,5 сегментов соответственно=7,15 мл, 5,22 мл, 8,275 мл, 11,055 мл, 22,58 мл;
УО 1,2,3,4,5 соответственно=18,7 мл, 7,73 мл, 5,275 мл, 15,645 мл, 28,52 мл;
ФВ 1,2,3,4,5 соответственно=72%, 60%, 39%, 59%, 56%; УО сег./КДО исх. (1,2,3,4,5 соотв-но)=14,4%, 6%, 4%, 12%, 22%.
Остаточный объем в диастолу/систолу=9,2/5,36 мл;
б) общая сократительная способность миокарда ЛЖ равная сумме объемных показателей каждого отдельно сегмента без остаточного объема КДО общ.=130,15 мл, КСО общ.=54,28 мл, УО общ.=75,87 мл. ФВ общ.=58,3%). Суммируя с остаточным объемом результирующие данные убеждают в достоверности используемой методики расчета: КДО=139,35 мл, КСО=59,64 мл, УО=79,71 мл. ФВ=57,2%.
в) доля вклада УО отдельных сегментов (1,2,3,4,5 соотв-но) в формирование общей работы сердца отношением УО сег./КДО исх.=14,37%, 5,94%, 4,05%, 12,02%, 21,91%.
Учитывая анатомию сегментарного кровоснабжения миокарда из позиции 4-камерного сердца, становится очевидным, что доминирующими в кровоснабжении I и II сегментов являются ПМЖВ и ДВ (частично ЗНА в проксимальной части), III сегмента - ПМЖВ и ДВ, IV и V сегментов - OA и ВТК (частично ПкА или ПМЖВ в зависимости от исследуемой стенки). Сопоставив с данными КГ, где выявлено рестенозирование стента проксимальной трети (п/3) ПМЖВ (более 70%), окклюзия от с/3 ОВ с переходом стеноза (свыше 90%) на устье мощно развитой ВТК, окклюзия ПкА, очевидны сниженные показатели по всем пяти сегментам. Однако между функциональным состоянием миокарда и анатомией КА нельзя поставить равенство.
Правомочно предположить, что, применение нагрузочной пробы позволит определить в динамике все сегментарные показатели и определить скрытый резервный потенциал в абсолютных показателях (мл) для перспективы планируемого оперативного вмешательства. В качестве нагрузочной пробы авторам предпочтительна медикаментозная проба с нитроглицерином.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Схема деления вентрикулограмм по Hood et all. (1977).
а - проведение длинной оси сердца (L), центр вращения (С);
б - деление полости левого желудочка на 5 равнозначных по углу сегментов и остаточный объем.
Фиг. 2. Схема деления полости ЛЖ на равнозначные по углам сегменты из позиции четырехкамерного сердца.
Фиг. 3. Расчет сегментарного объема путем вращения (пояснение в тексте).
Фиг. 4. Фигуры зеркального отображения каждой половины сердца (2 диастолы (а, б) и 2 систолы (с, д)).
Фиг. 5. Измерение фигуры, образованной зеркально отображенной половиной остаточного объема и III сегмента диастолы, пластиночно-суммационным способом.
Фиг. 6. Измерение фигуры, образованной зеркально отображенной половиной остаточного объема и V сегментом диастолы, пластиночно-суммационным методом.