Jämförelse av slagvolymer över mitralis- och
aortaklaffarna med 3D-färgdoppler,
tredimensionell transthorakal ekokardiografi
och 2D doppler hos friska frivilliga.
Comparison of mitral and aortic stroke
volumes using 3D color Doppler, three
dimensional echocardiography and 2D
Doppler in healthy volunteers.
Författare: Johan Wedenfelt
VT 2020
Avancerad nivå, 15 hp
MC2006, Institutionen för Hälsovetenskaper, Örebro Universitet
Handledare: Johnny Nijm, Överläkare, Klinisk Fysiologi, Länssjukhuset Ryhov, Region Jönköpings Län
SAMMANFATTNING
Bakgrund: Slagvolym och cardiac output är viktiga parametrar vid bedömning av
hjärtfunktion, shuntvitier och klaffsjukdom. Detta görs rutinmässigt med
tvådimensionell transthorakal ekokardiografi, som dock bygger på ett antal geometriska antaganden som ofta inte stämmer. Tredimensionell ekokardiografi med färgdoppler (3DCFD) är en relativt ny teknik som är fri från geometriska antaganden och därmed ger tillförlitligare mätvärden och bättre reproducerbarhet.
Syfte: Att undersöka samstämmigheten mellan beräknat flöde över mitralis- och
aortaklaffen med 3DCFD samt jämföra slagvolym beräknat med 3DCFD, 2D SV och 3D SV i frånvaro av vänstersidig klaffsjukdom.
Metod: Frivilliga rekryterades och undersöktes under februari till maj 2020 med
3DCFD där flödet över mitralis- (MV) och aortaklaff (AV) registrerades. Beräknad slagvolym över klaffarna jämfördes mot varandra samt mot slagvolymer beräknade med doppler (2D SV) och tredimensionell ekokardiografi (3D SV). Spearmans
korrelationskoefficient beräknades och Bland-Altmananalys användes för jämförelse av slagvolymer samt för att undersöka samstämmighet.
Resultat: 30 undersökningar med en genomsnittlig bildfrekvens på ≥21 volymer per
sekund inkluderades och analyserades. Med 3DCFD för mitralisklaff (MV) och aortaklaff (AV) sågs måttlig korrelation (r = 0,67) och Bland-Altmananalys visade en skillnad mellan slagvolym med 3DCFD för MV och AV på -4,6 ± 13,6 ml (p=0,28). Korrelation och skillnad för 3DCFD och 3D SV var god (r = 0,75) resp. 2,8 ± 12,3 ml (p=0,53) och för 3DCFD och 2D SV också god (r = 0,71) resp. 0,0 ± 12,5 ml (p=1,0).
Slutsats:3DCFD kan i en selekterad population användas för bestämning av slagvolym
över både aorta- och mitralisklaff, där uppmätta slagvolymer inte skiljer sig signifikant från varandra. Någon signifikant skillnad i slagvolym över aortaklaffen sågs inte heller mellan 3DCFD, 2D SV och 3D SV.
Abstract
Background: Stroke volume and cardiac output are important parameters used to
establish cardiac function and for the assessment of shunts and valve disease. In clinical routine this is done using two-dimensional echocardiography, which is based on
geometrical assumptions that often doesn’t hold true. Three-dimensional color flow doppler echocardiography (3DCFD) is a novel technique free from geometrical assumptions and therefore permit more reliable and reproducible measurements.
Aim: To examine agreement between calculated stroke volumes across the aortic and
mitral valves using 3DCFD in the absence of left heart valve disease, and to compare stroke volumes across the aortic valve using 3DCFD, 2D SV and 3D SV.
Method: Volunteers were recruited between February and May 2020 and examined
using 3DCFD, measuring flow across the aortic (AV) and mitral (MV) valves. Calculated stroke volumes were compared against each other and against volumes calculated using doppler (2D SV) and three-dimensional echocardiography (3D SV). Spearman’s correlation coefficient was calculated, and Bland-Altman analysis used to find agreement between stroke volumes.
Result: 30 exams with a mean rate of ≥21 volumes per second were included and
analyzed. Calculated stroke volume using 3DCFD for the mitral (MV) and aortic (AV) valves displayed moderate correlation (r=0,67) and Bland-Altman analysis showed a mean difference between the MV and AV of -4,6 ± 13,6 ml (p=0,28). Correlation and difference for 3DCFD vs 3D SV was good (r=0,75) and 2,8 ± 12,3 ml (p=0,53) respectively; and good for 3DCFD vs 2D SV (r=0,71) and 0,0 ± 12,5 ml (p=1,0).
Conclusions: 3DCFD can in a selected population be used to determine stroke volume
across both the aortic and mitral valves, with no significant difference between the calculated stroke volumes. No significant difference in stroke volume across the aortic valve could be detected between 3DCFD, 2D SV and 3D SV.
1
INTRODUKTION
Slagvolym (SV) och hjärtfrekvens tillsammans bestämmer cardiac output (CO) och styr därmed blodförsörjningen till kroppens organ och vävnader och är därför viktiga
parametrar vid bedömning av hjärtfunktion, shuntvitier och klaffsjukdom.
Med tvådimensionell (2D) transthorakal ekokardiografi och pulsad doppler kan SV 2D och CO beräknas över vänster kammares utflödesdel (LVOT) genom att
LVOT-diametern (D) mäts och dess tvärsnittsarea (π*(D/2)2) beräknas. Den erhållna tvärsnittsarean multipliceras med hur långt blodkropparna rör sig i varje hjärtslag (slaglängd), vilket erhålls genom att integrera blodkropparnas hastighet med tiden för rörelsen (VTI). Denna metod kan liknas vid att beräkna volymen för en cylinder med tvärsnittsarean π*(D/2)2 och höjden VTI (1). Metoden är snabb och enkel men behäftad med ett antal felkällor. Små skillnader i uppmätt LVOT-dimension ger stora skillnader i beräknad tvärsnittsarea eftersom tvärsnittsradien kvadreras och därmed även mätfelet. Dessutom baseras metoden på att utflödesdelen är en cirkulär struktur, vilket ofta inte stämmer (2-6). Blodflödesprofilen i vänster kammares utflödesdel kan dessutom variera beroende på hur nära klaffen flödet mäts, men också beroende på om flödet uppmäts centralt i utflödesdelen eller nära dess kanter vilket i sin tur påverkar
slagvolymsberäkningen (7).
Under förutsättning att inga signifikanta (8)läckage finns i mitralis- eller aortaklaffen så kan slagvolym också beräknas genom att mäta vänster kammares slutdiastoliska volym och från den subtrahera den uppmätta slutsystoliska volymen, där skillnaden då utgör slagvolymen. Den vanligaste metoden för att beräkna kammarvolymer är att använda tvådimensionell ekokardiografi (2DTTE) och Simpsons disksummeringsmetod, men 3D-teknik (3DTTE) kan också användas. Ett problem är att slagvolymerna skiljer sig åt beroende på om 2D eller 3D används (9).
Magnetresonanstomografi (MRT) av hjärtat anses vara den rådande referensmetoden för att tillförlitligt beräkna slagvolym vid olika typer av hjärtsjukdomar (10,11). Men
metoden har också betydande nackdelar jämfört med ekokardiografi i det att den är dyrare, oftast inte transportabel, har lägre tillgänglighet och att en del av patienterna upplever undersökningen som klaustrofobisk (12).
2 En tilltalande metod för att komma runt de geometriska antagandena och felkällorna är att med hjälp av tredimensionell ekokardiografi direkt kvantifiera flöde över
hjärtklaffarna. Automatisk tredimensionell volymsfärgdoppler-ekokardiografi (eng
ungefär: three-dimensional color flow doppler echocardiography – 3DCFD) är en
relativt ny, icke-invasiv metod som kringgår begränsningarna i ovan beskrivna metoder genom att direkt kvantifiera flöde (13,14). Metoden kan, till skillnad från tidigare 3D-tekniker som byggde på sammansättning av subvolymer, användas utan EKG-triggning och vid arytmier, som exempelvis förmaksflimmer (15). Blodflöde över klaffarna registreras genom att en hemisfärisk skiva placeras över det område där flödet ska mätas
(Figur 1A och 1B), exempelvis LVOT, och där skivan i en tredimensionell volym täcker
hela färgdopplerflödet. Flödet genom den hemisfäriska skivan analyseras utifrån i färgdopplervolymen sparad information om flödeshastigheter och medger bestämning av den totala volym som passerar genom skivan under varje hjärtslag. Tekniken identifierar flödet, omkringliggande anatomiska strukturer och följer dessa genom hela hjärtcykeln genom en kombination av olika tekniker. Metoden har i ett antal studier verifierats mot andra metoder med resultat som visar att den är tillförlitlig och i vissa fall överlägsen(13,14,16,17).
Figur 1 - Hemisfärisk skiva plancerad över inflöde (rött) till och utflöde (blått) från vänster
kammare samt flödesanalys över A) mitralisklaff, och B) aortaklaff.
3 Figur 2 - Granskningssteg för utflöde från vänster kammare med avseende på eventuell aliasing
eller avvikande form på flödeskurvorna.
Men då metoden är relativt ny finns det fortfarande begränsad mängd data och studier på teknikens användbarhet och tillförlitlighet, liksom jämförelse med mer etablerade metoder, varför fler studier är motiverade.
Med den grundläggande utgångspunkten i att om det blod som kommer in i vänster kammare också lämnar den så kan en jämförelse av flöde över mitralis- och aortaklaffen användas som ett sätt att kontrollera metodens tillförlitlighet, eftersom i frånvaro av läckage i de vänstersidiga klaffarna är flödet över klaffarna detsamma. Om en tillräckligt god samstämmighet mellan flöde över mitralis- respektive aortaklaffen uppvisas, skulle metoden dessutom teoretiskt kunna användas för att kvantifiera graden av läckage i hjärtklaffar. Skillnaden i uppmätt flöde över exempelvis mitralis- och aortaklaffen skulle då utgöra läckagevolymen, vilken ingår som en parameter i aktuella europeiska riktlinjer för gradering av klaffläckage (8). Faktiskt är det så att ett fåtal tidigare studier har visat lovande resultat just för kvantifiering av mitralisklaffläckage med 3DCFD (16,18).
4 Slutligen är det också intressant att jämföra variationen i erhållna slagvolymer mellan olika ekokardiografiska tekniker som ett sätt att värdera deras samstämmighet, och därför har slagvolymberäkningar med SV 2D, 2DTTE och 3DTTE också utförts. Det primära syftet med studien är att med 3DCFD undersöka samstämmigheten mellan beräknade slagvolymer över aorta- och mitralisklaffarna. Studiens sekundära syfte är att jämföra slagvolym över aortaklaffen beräknat med 3DCFD med slagvolymer beräknade med SV 2D, 2DTTE och 3DTTE.
MATERIAL OCH METOD
PopulationDatainsamling genomfördes på Avdelningen för Klinisk Fysiologi på Länssjukhuset Ryhov, Region Jönköpings Län.
Populationen (n = 30, 20 män och 10 kvinnor) bestod av friska frivilliga som rekryterades och undersöktes under perioden februari-maj 2020 och utgjordes av vänner, kollegor och bekanta. Inklusionskriterier var normal hjärtrytm och frånvaro av intraventrikulära shuntar och vänstersidiga klaffel (aorta- och/eller mitralisstenos, och/eller mer än fysiologiska läckage).
Ekokardiografisk undersökning
Transthorakal 2-dimensionell ekokardiografi
Transthorakal ekokardiografi utfördes i samtliga fall av en och samma undersökare med mer än 10 års erfarenhet av ekokardiografi, men högst begränsad erfarenhet av 3DCFD. Utrustning som användes var ultraljudsmaskin Siemens Acuson SC2000 (Siemens Medical Solutions USA, Inc, Mountain View, CA) med transducer 4V1c. En komplett transthorakal undersökning genomfördes i enlighet med publicerade rekommendationer (19,20) med insamling av rörliga bilder och färgdoppler för att utesluta intrakardiella shuntar och mer än fysiologiska vänstersidiga klaffläckage. Insamling av bildmaterial för bestämning av slagvolym över LVOT, ejektionsfraktion och vänsterkammarvolym gjordes i andhållning och över tre hjärtslag för att minimera påverkan av
5
Transthorakal 3-dimensionell ekokardiografi
EKG-triggad insamling av 3D-data utfördes med ultraljudsmaskin Siemens Acuson SC2000 med volymstransducer 4Z1c som kan samla in fullvolymer i realtid med en maximal sektorbredd på 90 x 90 grader och bildfrekvens om maximalt 40 volymer per sekund. Volymer för beräkning av vänsterkammarvolym (3D LVEDV) och
ejektionfraktion (3D EF) gjordes från apikal fyrkammarvy med optimerad sektorbredd och djup för att maximera antal volymer per sekund (VPS). Tre hjärtcykler i
andhållning registrerades för varje undersökningsobjekt. Färgdopplervolymer samlades in separat för mitralis- och aortaklaff från apikal trekammarvy, med optimerade
färgdoppler- och B-mode inställningar för att maximera VPS och i största möjliga mån undvika aliasing och färgöverspillning till omkringliggande strukturer. Stor vikt lades vid att säkerställa att hela intresseområdet inkluderades i färgdopplervolymen. Både för kammarvolymer och färgdoppler användes fundamental bildåtergivning för att
maximera antalet VPS.
Analys av vänsterkammarstorlek, funktion och färgdopplervolymer
Samtliga beräkningar gjordes på ultraljudsmaskin Siemens Acuson SC2000.
Slagvolymsberäkningar med doppler (SV 2D) utfördes genom manuell mätning och utlinjering av LVOT-diametern respektive spektraldopplerregistreringen med pulsad doppler i LVOT som ett medel över tre hjärtslag. För bestämning av vänster kammares slutdiastoliska (2D LVEDV) respektive slutsystoliska (2D LVESV) volym samt ejektionsfraktion (2D EF) och slagvolym (SV 2DTTE) användes på maskinen
medföljande automatiska analysprogram eSie Left Heart (Siemens Medical Solutions USA, Inc, Mountain View, CA) som automatiskt utlinjerar gränsen mellan blod och myokard, där manuell korrigering av utlinjeringen gjordes i enlighet med publicerade rekommendationer (20).
För bestämning av vänster kammares storlek och slagvolym utifrån 3D-bilder (SV 3DTTE) användes på maskinen medföljande automatiska analysprogram Left Ventricular Analysis (LVA) (Siemens Medical Solutions USA, Inc, Mountain View, CA), utan någon manuell korrigering, med beräknade volymer och flöden som ett medel över tre hjärtslag. Flöde över mitralis- (MV) och aortaklaffen (AV) utifrån
färgdopplervolymer analyserades på ultraljudsmaskinen separat och som ett medel över tre hjärtslag för varje klaff med medföljande halvautomatiska programvara eSie Flow
6 (Siemens Medical Solutions USA, Inc, Mountain View, CA). Den hemisfäriska skivan för inflöde placerades ca 5 mm millimeter under mitralisklaffens infästning, för att fånga både E- och A-vågsflödet, och noga kontroll gjordes att hela färgdopplervolymen omfattades av skivan. Utflödesskivan placerades i LVOT och på en sådan nivå att aliasing i största möjliga mån exkluderades från flödesanalysen. Erhållna flödeskurvor inspekterades för eventuella avvikelser eller ojämnheter (Figur 2), och i förekommande fall användes programvarans automatiska de-aliasingfunktion för att korrigera för turbulent flöde framför allt septumnära i vänster kammares utflödesdel.
För intravariabilitetstest för slagvolymer över aorta- respektive mitralisklaffen
beräknade med eSie Flow och med doppler i LVOT, reanalyserades sparade bilder med cirka en veckas mellanrum (Figur 5:A-F).
Totalt undersöktes 36 personer, varav en exkluderades pga mitralisklaffsjukdom av Barlow-typ med mer än fysiologisk insufficiens, två exkluderades pga sinustakykardi > 100 slag/min och tre exkluderades pga. bristande bildkvalitet. Återstående 30 som inkluderades hade inga eller endast fysiologiska vänstersidiga klaffläckage. Etiska överväganden
Frivilliga personer (vänner, kollegor, bekanta) tillfrågades initialt muntligen om de kunde tänka sig att delta i arbetet genom att ställa upp som frivilliga
undersökningsobjekt, där en första kortfattad beskrivning av vad syftet var och vad deltagande innebar förmedlades. Om intresse visades fick de skriftlig information (Bilaga 1) om vad arbetet syftade till, hur undersökningen gick till, vilka risker som eventuellt fanns med deltagande, vad som hände om något avvikande skulle upptäckas vid undersökning och huruvida det fanns några fördelar eller nackdelar att delta i arbetet. Det framgick också av den skriftliga informationen att deltagande var helt frivilligt och att avstående från deltagande inte påverkade personens framtida relation med hälso- och sjukvården.
Samtyckesdokumentet undertecknades av deltagaren, och sparades av studieansvarig. Studien genomfördes i och med Klinisk Fysiologis, Länssjukhuset Ryhov lokaler respektive utrustning och hade godkännande av verksamhetschefen.
7 Statistisk analys
För att avgöra om uppmätta skillnader i materialet var normalfördelat användes Shapiro-Wilks test (n<50). För jämförelse mellan uppmätta värden användes dubbelsidig t-test och variationsanalys (ANOVA). Pearsons r beräknades för korrelationer och Bland-Altmananalys genomfördes för att beräkna samstämmighet mellan jämförda och upprepade mätningar, och presenteras i diagramform (Figur 3:A-B,
Figur 4:A-F och Figur 5:A-F). Vald signifikansnivå var p <0,05 och konfidensintervall 95% med t-distribution (n<60) (21). Samtliga statistiska beräkningar och diagram gjordes i Microsoft Excel (Microsoft Corporation, Redmond, VA, USA).
8
RESULTAT
30 undersökningar analyserades med avseende på in- och utflöde med eSie Flow, SV 3DTTE, SV 2DTTE samt SV 2D. Volymer per sekund för 3D-volymer för
vänsterkammaranalys var 32 ± 3,7; för färgdopplervolymer över MV och AV 21,5 ± 2,2 resp. 23,2 ± 3,0. Demografiska data sammanfattas i Tabell 1 och ekokardiografiska mätningar i Tabell 2.
Måttlig korrelation (r=0,67; p < 0,001) beräknades mellan in- och utflöde med eSie Flow; god korrelation mellan SV 3DTTE och AV eSie Flow (r=0,75; p<0,001), mellan SV 2DTTE och AV eSie Flow (r=0,72; p<0,001) samt mellan SV 2D och AV eSie Flow (r=0,71; p<0,001). Bland-Altmananalys (Figur 3:A-B och Figur 4:A-F) visade skillnad mellan in- och utflöde med eSie Flow -4,6 ± 13,6 ml (p = 0,28); skillnad mellan AV eSie Flow och SV 3DTTE var 2,8 ± 12,3 ml (p = 0,53); skillnad mellan AV eSie Flow och SV 2DTTE 7,3 ±12 ml (p = 0,08) samt skillnad AV eSie Flow och 2D SV var 0,0 ± 12,5 ml (p = 1,0). Stark korrelation och god samstämmighet beräknades för
intravariabilitetsmätningar, som presenteras i Figur 5:A-F.
ANOVA visade ingen statistiskt signifikant skillnad mellan AV eSie Flow, SV 2DTTE, SV 3DTTE och SV 2D (F=1,23; p=0,30).
Tabell 1- demografiska data för populationen uttryckta som medelvärde ±SD.
Variabel Värde Ålder (år) 38,3 ± 8,0 n (män/kvinnor) 20/10 Längd (cm) 177,1 ± 10,6 Vikt (kg) 77,3 ± 14,2 BSA (m2) 1,9 ± 0,2 BMI (kg/m2) 24,5 ± 2,7
9 Tabell 2 – Värden för ekokardiografiska mätningar och beräkningar uttryckta som medelvärde
±SD. Variabel Värde EF (%) 3D EF 54,9 ± 5,3 2D EF 60,3 ± 2,8 LV volym (ml) 3D LVEDV 147,8 ± 32,8 3D LVESV 66,8 ± 17,8 2D LVEDV 126,7 ± 27,1 2D LVESV 50,2 ± 11,4 Slagvolym MV (ml) eSieFlow 79,2 ± 17,8 Slagvolym AV (ml) eSieFlow 83,8 ± 15,0 SV 2D 83,8 ± 17,3 Slagvolym LV (ml) SV 3DTTE 81,0 ± 18,5 SV 2DTTE 76,5 ± 16,6 A B
Figur 3 – A) Regressionsdiagram för flöde över mitralisklaff (MV) respektive aortaklaff (AV)
med eSie Flow, och B) Bland-Altmandiagram för skillnad mellan flöde över MV och AV med eSie
Flow. 95% Limits of Agreement. 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 AV e Sie F lo w (m l) MV eSie Flow (ml) r = 0,67 p < 0,001 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 30 50 70 90 110 130 SK illn ad M V o ch A V m ed e Sie F lo w (m l)
Medelvärde MV och AV med eSie Flow (ml)
Bias: -4,6 Bias SD: 13,6
Limits of agreement (95%): -31,3 till 22,1
3D EF: ejektionsfraktion beräknad från 3D-volymer, 2D EF: ejektionsfraktion beräknad med biplan Simpson, LVEDV: slutdiastolisk vänsterkammarvolym, LVESV: slutsystolisk
10
A B
C D
E F
Figur 4 – A) Regressionsdiagram för flöde över aortaklaff (AV) med eSie Flow och slagvolym
med 3DTTE (SV 3D), B) Bland-Altmandiagram för skillnad mellan flöde över AV med eSie Flow
och SV 3D, C) regressionsdiagram för AV eSie Flow och flöde över aortaklaff med doppler (SV
2D), samt D) Bland-Altmandiagram för skillnad mellan AV eSie Flow och SV 2D. E)
Regressionsdiagram för AV eSie Flow och slagvolym med 2DTTE, samt F) Bland-Altmandiagram
för skillnad mellan AV eSie Flow och SV 2DTTE. 95% Limits of agreement. 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 SV 3 D (m l) AV eSie Flow (ml) -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 30 50 70 90 110 130 Sk illn ad A V e Sie F lo w o ch S V 3 D ( m l)
Medelvärde av AV eSie Flow och SV 3D (ml)
Bias: 2,8 Bias SD: 12,3
Limits of agreement (95%): -21,3 till 26,9
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 SV 2 D (m l) AV eSie Flow (ml) -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 30 50 70 90 110 130 Sk illn ad A V e Sie F lo w o ch S V 2 D ( m l)
Medelvärde av AV eSie Flow och SV 2D (ml)
Bias: 0,0 Bias SD: 12,5
Limits of agreement (95%): -24,6 till 24,6
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 SV 2 DTTE AV eSie Flow (ml) r = 0,72 p < 0,001 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 30 50 70 90 110 130 SK illn ad A V e Sie Flo w o ch S V 2 DT TE (m l)
Medelvärde AV eSie Flow och SV 2DTTE (ml)
Bias: 7,3 Bias SD: 12,0
Limits of agreement (95%): -16,3 till 30,8 r = 0,75
p < 0,001
r = 0,71 p < 0,001
11
A B C
D E F
Figur 5 - Regressionsdiagram för variabilitetsmätning för A) inflöde till vänster kammare (MV)
med eSie Flow och B) utflöde från vänster kammare (AV) med eSie Flow och C) slagvolym med
doppler (SV 2D). Bland-Altmandiagram för D) variabilitetsmätning för eSie Flow MV, E) för eSie
Flow AV samt F) för SV 2D. 95% Limits of agreement.
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 M ät ni ng 2 -eS ie F lo w M V ( m l)
Mätning 1 - eSie Flow MV (ml)
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 M ät ni ng 2 -eS ie F lo w A V ( m l)
Mätning 1 - eSie Flow AV (ml)
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 M ät ni ng 2 -SV 2 D ( m l) Mätning 1 - SV 2D (ml) r = 0,94 p < 0,001 -30 -20 -10 0 10 20 30 30 80 130 Sk illn ad flö de M V m ät nin g 1 o ch 2 (m l)
Medel flöde MV mätning 1 och 2 (ml) -30 -20 -10 0 10 20 30 30 80 130 Sk illn ad flö de A V m ät nin g 1 o ch 2 (m l)
Medel flöde AV mätning 1 och 2(ml)
Bias: -2,4 Bias SD: 7,7
Limits of agreement (95%): -17,4 till 12,7
-30 -20 -10 0 10 20 30 30 80 130 Sk illna d flö de S V 2 D m ät ni ng 1 o ch 2 (m l)
Medel flöde SV 2D mätning 1 och 2 (ml)
Bias: 1,9 Bias SD: 6,7
Limits of agreement (95%): -11,3 till 15,1
r = 0,94
p < 0,001 r = 0,85 p < 0,001
Bias: -0,4 Bias SD: 6,0
12
DISKUSSION
Utgångspunkten för arbetet var att jämföra skillnader i uppmätta flöden över aorta- och mitralisklaffen med eSie Flow som ett sätt att avgöra tillförlitligheten för eSie Flow som metod. Därutöver skulle en jämförelse av eSie Flow för slagvolymbestämning göras mot andra metoder (2D doppler, 2DTTE och 3DTTE). Resultatet visade att det inte fanns någon statistiskt säkerställd skillnad för beräknade slagvolymer över aorta- och mitralisklaffarna med eSie Flow, och också att metoden inte skilde sig signifikant från övriga ovan nämnda metoder för slagvolymsberäkningar.
Standardavvikelsen för de olika metoderna för slagvolymsbestämning var väsentligen desamma men slagvolym över aortaklaffen med eSie Flow uppvisade lägre värde
(Tabell 2). Reproducerbarheten för flödesberäkningar var god, och minst skillnad vid
upprepad mätning sågs för flöde över mitralisklaffen följt av slagvolym beräknad med doppler.
Att någon signifikant skillnad inte kunde ses mellan slagvolym över aortaklaffen med eSie Flow och doppler motsäger resonemanget i bakgrunden, där det utifrån tidigare studier visats att utflödesgeometrin ofta inte är cirkulär (2-6) vilket påverkar beräknade flöden. Därtill angavs att små skillnader i uppmätt LVOT-diameter ger stora skillnader i beräknad slagvolym, vilket inte kunde påvisas i den här studien (Figur 5:F). En möjlig förklaring är att utföraren i den här studien har lång erfarenhet av ekokardiografi som metod, och att reproducerbarheten därför var bättre än den hade varit om en mindre erfaren, eller flera olika, utförare hade gjort mätningarna.
Det genomsnittliga flödet över mitralisklaffen uppmättes något lägre än flödet över aortaklaffen, men skillnaden var inte statistiskt säkerställd. Korrelationen mellan in- och utflöde med eSie Flow var måttlig (r=0,67), vilket dock är mindre intressant, eftersom ett större urval, mot bakgrund av inklusionskriterierna, teoretiskt bör producera ett högre r-värde.
Vad som är mer intressant, framför allt ur ett kliniskt perspektiv, och mot den implicit ställda frågan i bakgrunden: kan metoden användas för att beräkna läckagevolym? är att samstämmigheten mellan in- och utflödesmätningar uppvisade en skillnad på ± 26,7 ml (Figur 3:B). Skillnaden ligger nära gränsdragningen mellan lindrig och måttlig
13 mitralisinsufficiens som enligt European Association of Cardiovascular Imaging
(EACVI) senaste rekommendationer anger en läckagevolym för lindrig insufficiens på upp till 30 ml (8). Detta betyder att en uttalad mitralisinsufficiens (≥60 ml) skulle kunna klassificeras som lindrig till måttlig (30-44 ml) enligt EACVIs riktlinjer, eller också att en lindrig insufficiens bedöms som måttlig till uttalad (45-59 ml). Figur 3 visar att risken för att underskatta en mitralisinsufficiens är något större än risken för att överskatta den.
Resultaten visar en skillnad mellan in- och utflöde som är större än vad som beräknats i andra studier som använt MRT som metod (22). Tre tidigare MRT-studier visade på en samstämmighet mellan vänster kammares slagvolym och flöde över aortaklaffen på ±8,6 ml, ±15,4 ml resp. ±18 ml (23-25).
En tidigare studie, av Kato et al (17) som utfördes på barn, uppvisade utmärkt korrelation och mycket god samstämmighet (±7 ml) mellan flöde över aorta- och
mitralisklaff beräknat med 3DCFD. Studien gjordes dock på barn med en medelålder på 8 år, vilket till del sannolikt kan förklara den mindre variationen i absoluta tal på grund av mindre volymer allmänt. Studien (17) visar dock att även efter indexering mot BSA är samstämmigheten bättre än i aktuell studie.
Utöver ovanstående studie har jämförelse mellan in- och utflöde på människor inte undersökts på ett sätt som gör de direkt jämförbara med resultaten i den här studien. Flera tidigare studier har dock uppvisat mycket god samstämmighet mellan flöden över både aorta- och mitralisklaff beräknade med 3DCFD jämfört mot MRT (13,16,26). Intravariabilitetsmätningarna i aktuell studie (Figur 5:A-F) uppvisade för 3DCFD lika bra samstämmighet som tidigare jämförbara studier visat (13,17). Det stärker
tillförlitligheten till metoden för slagvolymsberäkningar över mitralis- respektive aortaklaffarna och innebär att metoden kan övervägas som ett alternativ till slagvolymberäkning med doppler.
Felkällor och begränsningar
En delförklaring till att samstämmigheten uppvisar ett relativt brett intervall jämfört med andra studier kan vara den bristande erfarenheten med metoden. Placeringen av de hemisfäriska skivorna måste göras med stor omsorg, och noggrant undvika artefakter i
14 form av färgöverspillning till omkringliggande strukturer. Beräknade volymer påverkas av optimering av bildfrekvens, gain för B-mode och färgdoppler och är faktorer som kan antas förbättras med ökande vana av metoden.
Ytterligare en förklaring till det relativt låga r-värdet och stora intervallet för samstämmighet jämfört med tidigare studier på området kan delvis bero på att det i materialet finns fem värden som sticker ut i betydelsen att storleken på skillnaden mellan in- och utflöde med eSie Flow är på gränsen till att vara outliers. Dessa har inkluderats i statistiken, men representerar nödvändigtvis inte en sann skillnad.
Orsaken till skillnaden i dessa fem fall är inte uppenbar. I två av fallen är uppmätt flöde över mitralisklaffen klart lägre än övriga slagvolymer. En hypotetisk förklaring skulle kunna vara att i hjärtan med god kompliance sker merparten av fyllnaden tidigt i
diastole (27). Det i kombination med den begränsade temporala upplösningen i metoden gör att delar av flödet ”missas” på grund av för få samplingspunkter under hjärtcykeln (28). I ytterligare två av fallen är utflöde med eSie Flow klart större än övriga värden. Även detta är svårt att förklara, men aliasing kan bidra till osäkerhet i
flödesberäkningen, liksom för mycket färgdopplergain som ger upphov till en felaktigt stor färgdopplervolym. I det femte fallet är det inflödet som klart avviker och är större, och en möjlig förklaring är turbulens runt mitralisklaffen precis i början av fyllnaden till vänster kammare. Turbulens runt klaffbladen ger upphov till färgdopplerspridning utanför den egentliga blodströmmen över klaffen, men är svår att exkludera från
mätningen. Därtill sker en rörelse av blodkroppar i vänster kammare i samband med den isovolymiska relaxationen. Båda dessa faktorer är svårt för analysprogrammet att
tillförlitligt filtrera bort (personlig kommunikation med Helene Houle, Siemens Healthineers).
Bildkvalitet vid ekokardiografiska undersökningar spelar också en viktig roll i fråga om tillförlitlighet för uppmätta värden (29-30), och även om kvaliteten bedömdes adekvat i den här studien fanns det variationer och skiftande kvalitet som kan ha varit en
bidragande orsak till diskrepans mellan mätvärden. Bedömningen att adekvat bildkvalitet förelåg var dessutom godtycklig, eftersom ingen statistisk analys av hur bildkvalitet påverkar flödesberäkningar med eSie Flow utfördes.
15 Studien har brister där den mest uppenbara är att det saknas en referensmetod som utgör ”gold standard.” Skillnader i uppmätta flöden kan visserligen göras utan en
referensmetod, men om de uppmätta volymerna tillförlitligt ska kunna relateras till publicerade guidelines för bedömning av klaffläckage måste resultaten jämföras mot en gällande standard.
Urvalet i studien är litet, och detta påverkar statistiken, där avvikande värden risker att få ett proportionellt större genomslag.
Studien inkluderade endast friska frivilliga med undersökningar med generellt god bildkvalitet. I en klinisk vardag ser populationen ofta annorlunda ut, vilket gör att resultaten från den här studien inte säkert kan generaliseras och användas på en mer varierad patientpopulation.
Slutsatser
Slagvolymer beräknade med eSie Flow uppvisade inga statistiskt säkerställda skillnader sinsemellan eller jämfört med övriga undersökta ekokardiografiska metoder, vilket antyder att metoden kan användas för att beräkna slagvolym över både mitralis- och aortaklaffarna.
Studien kunde dock inte påvisa någon fördel med att använda eSie Flow istället för doppler för bestämning av slagvolym över aortaklaffen.
Samstämmigheten mellan slagvolymer med eSie Flow är i den här studien inte
tillräckligt god för att som enskild metod tillförlitligt kunna användas för att kvantifiera vänstersidiga klaffläckage.
Tidigare studier har visat mycket lovande resultat vad gäller att använda ekokardiografi med tredimensionell färgdoppler som ett alternativ till MRT vid bestämning av
slagvolymer och klaffläckage. Och även om dessa resultat inte fullt ut har kunnat reproduceras i den här studien är bilden densamma, nämligen att metoden har potential att utgöra ett alternativ till MRT. Tekniken är under utveckling, och fler studier behövs för att fastställa metodens användbarhet – både i fråga om diagnostisk tillförlitlighet liksom i fråga om effektivisering i form av tidsvinster och kostnadsreduceringar.
16
REFERENSER
1. Otto CM. Textbook of Clinical Echocardiography. 5th ed. Philadelphia: Elsevier Saunders; 2013.
2. Caballero L, Saura D, Olivia-Sandoval MJ, González-Carrillo J, Espinosa MD, García-Navarro M, et al. Three-Dimensional Morphology of the Left Ventricular Outflow Tract: Impact on Grading Aortic Stenosis Severity. Journal of the American Society of Echocardiography. 2017;30:28-35.
3. Gaspar T, Adawi S, Sachner R, Asmer I, Ganaeem M, Rubinshtein R, et al. Three-Dimensional Imaging of the Left Ventricular Outflow Tract: Impact on Aortic Valve Area Estimation by the Continuity Equation. Journal of the American Society of Echocardiography. 2012;25:749-57.
4. Doddamani S, Grushko MJ, Makaryus AN, Jain VR, Bello R, Friedman A, et al. Demonstration of Left Ventricular Outflow Tract Eccentricity by 64-slice multi-detector CT. International Journal of Cardiovascular Imaging. 2009;25:175-181. 5. Saitoh T, Shiota M, Izumo M, Gurudevan SV, Tolstrup K, Siegel RJ, et al.
Comparison of Left Ventricular Outflow Geometry and Aortic Valve in Patients with Aortic Stenosis by 2-dimensional versus 3-dimensional Echocardiography. American Journal of Cardiology. 2012;109:1626-1631.
6. Mehrotra P, Flynn AW, Jansen K, Tan TC, Mak G, Julien HM, et al. Differential Left Ventricular Outflow Tract Remodelling and Dynamics in Aortic Stenosis. Journal of the American Society of Echocardiography. 2015;28:1259-1266. 7. Quiñones MA, Otto CM, Stoddard M, Waggoner A, Zoghbi WA.
Recommendations for Quantification of Doppler Echocardiography: A Report From the Doppler Quantification Task Force of the Nomenclatureand Standards Committee of the American Society of Echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 2002;15:167-84.
8. Lancellotti P, Tribouilloy C, Hagendorff A, Popescue B, Edvardsen T, Pierard LA, et al. Recommendations for the Echocardiographic Assessment of Native Valvular Regurgitation: An Executive Summary from the European Association of
Cardiovascular Imaging. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 2013;14:611-644.
9. Jenkins C, Moir S, Chan J, Rakhit D, Haluska B, Marwick TH. Left Ventricular Volume measurements with Echocardiography: A Comparison of Left Ventricular Opacification, Three-dimensional Echocardiography, or both with Magnetic Resonance Imaging. European Heart Journal. 2009;30:98-106.
10. Bellenger NG, Burgess I, Ray G, Lahiri A, Coats AJS, Cleland JGF, et al.
17 Echocardiography, Radionuclide Ventriculography and Cardiovascular Magnetic Resonance - Are They Interchangeable? European Heart Journal. 2000;21:1387-1396.
11. Miller CA, Pearce K, Jordan P, Argyle R, Clark D, Stout M, et al. Comparison of Real-Time Three-Dimensional Echocardiography with Cardiovascular Magnetic Resonance for Left Ventricular Volumetric Assessment in Unselected Patients. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 2012;13:187-195.
12. Dewey M, Schink T, Dewey C F. Claustrophobia During Magnetic Resonance Imaging: Cohort Study in Over 55 000 Patients. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2007;26:1322-1327.
13. Thavendiranathan P, Liu S, Datta S, Walls M, Nitinunu A, Van Houten T, et al. Automated Quantification of Mitral Inflow and Aortic Outflow Stroke Volumes by Three-Dimensional Real-Time Volume Color-Flow Doppler Transthoracic
Echocardiography: Comparison with Pulsed-Wave Doppler and Cardiac Magnetic Resonance Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 2012;25:56-65.
14. Shimada E, Zhu M, Kimura S, Streiff C, Houle H, Datta S, et al. Quantitative Assessment of Mitral Inflow and Aortic Outflow Stroke Volumes by 3-Dimensional Real-Time Full-Volume Color Flow Doppler Transthoracic Echocardiography: An In Vivo Study. Journal of Ultrasound in Medicine. 2015;34:95-103.
15. Pemberton J, Ge S, Thiele K, Jerosch-Herold M, Sahn DJ. Real-Time Three-Dimensional Color Doppler Echocardiography Overcomes the Inaccuracies of Spectral Doppler for Stroke Volume Calculation. Journal of the American Society of Echocardiography. 2006;19:1403-1410.
16. Heo R, Son JW, Hartaigh Bó, Chang HJ, Kim YJ, Datta S, et al. Clinical
Implications of Three-Dimensional Real-Time Color Doppler Echocardiography in Quantifying Mitral Regurgitation: A Comparison with Conventional
Two-Dimensional Methods. Journal of the American Society of Echocardiography. 2017;30:393-403.
17. Kato A, Sandoval JP, Mroczek D, Chaturvedi R, Houle H, Georgescu B, et al. Automated 3-Dimensional Single-Beat Real-Time Volume Colour Flow Doppler Echocardiography in Children: A Validation Study of Right and Left Heart Flows. Canadian Journal of Cardiology. 2018;34:726-735.
18. Son JW, Chang HJ, Lee JK, Chung HJ, Song RY, Kim YJ, et al. Automated Quantification of Mitral Regurgitation by Three Dimensional Real Time Full Volume Color Doppler Transthoracic Echocardiography: A Validation with
18 Cardiac Magnetic Resonance Imaging and Comparison with Two Dimensional Quantitative Methods. Journal of Cardiovascular Ultrasound. 2013;21:81-89. 19. Mitchell C, Rahko PS, Blauwet LA, Canaday B, Finstuen JA, Foster MC, et al.
Guidelines for Performing a Comprehensive Transthoracic Echocardiograpic Examination in Adults: Recommendations from the American Society of Echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 2019;32:1-64.
20. Lang RM, Badano LP, Mor-Avi V, Afilalo J, Armstrong A, Ernande L, et al. Recommendations for Cardiac Chamber Quantification by Echocardiography in Adults: An Update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 2015;28:1-39.
21. Kirkwood BR, Sterne JAC. Essential Medical Statistics. andra upplagan ed. Malden, MA, USA: BlackWell Science Ltd; 2003.
22. Uretsky S, Argulian E, Narula J, Wolff D. Use of Cardiac Magnetic Resonance Imaging in Assessing Mitral Regurgitation - Current Evidence. Journal of the American College of Cardiology. 2018;71:547-563.
23. Jeltsch M, Ranft S, Klass O, Aschoff AJ, Hoffmann MHK. Evaluation of Accordance of Magnetic Resonance Volumetric and Flow Measurements in Determining Ventricular Stroke Volume in Cardiac Patients. Acta Radiologica. 2008;49:530-539.
24. Bertelsen L, Svendsen JH, Køber L, Haugan K, Højberg S, Thomsen C, et al. Flow Measurements at the Aortic Root - Impact of Lcation of Through-Plane Phase Contrast Velocity Mapping. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 2016;18.
25. Muzzarelli S, Monney P, O'Brien K, Faletra F, Moccetti T, Vogt P, et al.
Quantification of Aortic Flow by Phase-Contrast Magnetic Resonance in Patients with Bicuspid Aortic Valve. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 2014;15:77-84.
26. Ge S, Bu L, Zhang H, Schelbert E, Disterhoft M, Li X, et al. A Real-Time 3-dimensional Digital Doppler Method for Measurement of Flow Rate and Volume Through Mitral Valve in Children: A Validation Study Compared with Magnetic Resonance Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 2005;18:1-7.
27. Pasipoularides A. Right and Left Ventricular Diastolic Pressure-Volume Relations: A Comprehensive Review. Journal of Cardiovascular Translational Research. 2013;6:239-252.
19 28. Datta S, Houle H, Vannan M. eSie Flow: Making Echo More Quantitative.
Siemens Healthineers Whitepaper. Siemens Healthcare GmbH, Erlangen, Germany, 2018.
29. Nagata Y, Kado Y, Onoue T, Otani K, Nakazono A, Otsuji Y, et al. Impact of Image Quality on Reliability of the Measurements of Left Ventricular Systolic Function and Global Longitudinal Strain in 2D Echocardiography. Echo Practice and Research. 2018;5:27-39.
30. Cole GD, Dhutia NM, Shun-Shin MJ, Willson K, Harrison J, Raphael CE, et al. Defining the Real-World Reproducibility of Visual Grading of Left Ventricular Function and Visual Estimation of Left Ventricular Ejection Fraction: Impact of Image Quality, Experience and Accrediation. International Journal of
Cardiovascular Imaging. 2015;31:1303-1314.
31. Senior R, Becher H, Monaghan M, Agati L, Zamorano J, Vanoverschelde JL, et al. Clinical Practice of Contrast Echocardiography: Recommendation by the European Association of Cardiovascular Imaging (EACVI) 2017. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 2017;18:1205-1205af.
20
BILAGA 1
Deltagande som frivilligt studieobjekt för datainsamling till
examensuppsats vid Örebro Universitet
Uppsatsens titel:
3D echocardiography for transmitral and aortic flow determination using 3D color Doppler in healthy volunteers.
Bakgrund och syfte
Ultraljud av hjärtat är en vedertagen metod inom svensk hälso- och sjukvård som används för att påvisa eller utesluta bakomliggande hjärtsjukdom. Området utvecklas hela tiden i takt med tillkomst av ny kunskap och teknisk utveckling. Tredimensionell teknik är ett relativt nytt sätt att värdera hjärtfunktionen, och jag vill undersöka om metoden tillförlitligt kan användas för att mäta blodflöde över hjärtats klaffar.
Förfrågan om deltagande
Du har fått förfrågan om att delta i studien genom direkt förfrågan från ansvarig för arbetet eller via bekant (kollega, vän, partner, etc.).
Hur går studien till?
Studiedeltagande innebär för dig ett besök på Klinisk Fysiologi på Länssjukhuset Ryhov i Jönköping. Om det inte framkommer några hinder (ex. känd vänstersidig klaffsjukdom) för deltagande, kommer du att få ditt hjärta undersökt med ultraljud.
Undersökningen innebär att du inne på ett undersökningsrum får ta av dig på överkroppen och ligga ner på en undersökningsbrits, där ditt hjärta undersöks genom att en ultraljudsgivare placeras på olika positioner på bröstkorgen. Undersökningen beräknas ta 20-30 minuter.
Vilka är riskerna?
Ekokardiografi utifrån har inga kända risker eller långsiktiga negativa hälsokonsekvenser. Om något avvikande skulle upptäckas vid undersökningen, erbjuds du möjligheten att vid ett senare tillfälle diskutera det med inom området kompetent läkare.
Finns det några fördelar?
Deltagande i studien innebär inga fördelar för dig personligen.
Hantering av data och sekretess
Undersökningen bokas i ett för sjukhuset internt och lösenordskyddat bokningssystem med den frivilliges personnummer. Digitalt bildmaterial lagras automatiskt i sjukhusets interna bildlagringssystem under ovanstående personnummer, som är skyddat med personliga och spårbara användarkonton. Något skriftligt utlåtande av undersökningsfynd görs inte. För användande i arbetet avidentifieras och kodas (ex. P01, P02, ….) undersökningsmaterialet i samband med avslutad undersökning och lagras på externt lagringsmedium. I samband med undersökning nedtecknas också den frivilliges ålder, kön, längd och vikt och kopplas till
21 ovanstående undersökningskod. Detta betyder att inget material eller persondata som
används i studien kan spåras tillbaka till en enskild individ.
Hur meddelas resultatet av studien?
Du kommer inte automatiskt att få del av studiens resultat när den är avslutad, men du är välkommen att höra av dig till studieansvarig för en kopia.
Försäkring och ersättning
Ingen särskild försäkring eller ersättning.
Frivillighet
Deltagande är frivilligt och kan när som helst avbrytas. Lagrat avidentifierat bildmaterial kan inte på begäran tas bort, då det inte kan knytas till någon specifik individ. Avbrytande påverkar inte framtida behandlingar eller relation med hälso- och sjukvården.
Ansvarig för arbetet:
Ansvarig för arbetet är biomedicinsk analytiker Johan Wedenfelt. Telefon: 070 310 31 90 e-post:
johan.wedenfelt@rjl.se
Jag ger härmed mitt samtycke till att ställa upp som frivilligt undersökningsobjekt, och har tagit del av ovanstående information.
Namnteckning: Datum:
