Введение
Эхокардиография, также известная как ультразвуковое исследование сердца, – это метод исследования сердца с помощью ультразвука. Это вид медицинской визуализации, использующий стандартный ультразвук или допплеровский ультразвук. Визуальное изображение, сформированное с помощью этой техники, называется эхокардиограммой, кардиальным эхо или просто эхо. Эхокардиография регулярно используется в диагностике, ведении и наблюдении за пациентами с любыми подозреваемыми или известными заболеваниями сердца. Это один из наиболее широко используемых методов диагностической визуализации в кардиологии. Она может предоставить множество полезной информации, включая размер и форму сердца (количественная оценка размеров внутренних камер), сократительную способность, локализацию и степень повреждения тканей, а также оценку состояния клапанов. Эхокардиограмма также позволяет врачам получить другие оценки функции сердца, такие как расчет сердечного выброса, фракции выброса и диастолической функции (способность сердца к расслаблению). Эхокардиография является важным инструментом для оценки аномалий движения стенки у пациентов с подозрением на заболевание сердца. Она помогает в ранней диагностике инфаркта миокарда, выявляя региональные аномалии движения стенки. Кроме того, она важна в лечении и последующем наблюдении пациентов с сердечной недостаточностью, посредством оценки фракции выброса. Эхокардиография может помочь обнаружить кардиомиопатии, такие как гипертрофическая и дилатационная кардиомиопатии. Использование стресс-эхокардиографии также может помочь определить, связаны ли боли в груди или сопутствующие симптомы с заболеванием сердца. Наиболее важными преимуществами эхокардиографии являются ее неинвазивность (отсутствие необходимости в разрезах кожи или проникновении в полости тела) и отсутствие известных рисков или побочных эффектов. Эхокардиограмма не только создает ультразвуковые изображения структур сердца, но и обеспечивает точную оценку кровотока через сердце с помощью допплеровской эхокардиографии, используя импульсный или непрерывный допплеровский ультразвук. Это позволяет оценить как нормальный, так и аномальный кровоток через сердце. Цветной допплер, а также спектральный допплер используются для визуализации любых аномальных сообщений между левой и правой сторонами сердца, любой регургитации (обратного тока) крови через клапаны и оценки степени открытия клапанов (или их неспособности открываться при стенозе). Допплеровская техника также может использоваться для измерения движения и скорости тканей посредством тканевой допплеровской эхокардиографии. Эхокардиография стала первой ультразвуковой субспециальностью, использующей внутривенный контраст. Эхокардиографию выполняют кардиоэхографы, кардиофизиологи (в Великобритании) или врачи, прошедшие обучение эхокардиографии. Шведский врач Инге Эдлер (1911–2001), выпускник Лундского университета, признанный "отцом эхокардиографии", первым в своей профессии применил ультразвуковое импульсное эхо-изображение для диагностики сердечных заболеваний, разработанное акустическим физиком Флойдом Файерстоуном для обнаружения дефектов в металлических отливках. Фактически, в 1953 году Эдлер создал первые эхокардиограммы, используя промышленный ультразвуковой рефлектоскоп Firestone Sperry. При разработке эхокардиографии Эдлер работал с физиком Карлом Гельмутом Герцем, сыном нобелевского лауреата Густава Герца и внучатым племянником Генриха Рудольфа Герца.
Echocardiography, also known as cardiac ultrasound, is the use of ultrasound to examine the heart. It is a type of medical imaging, using standard ultrasound or Doppler ultrasound. The visual image formed using this technique is called an echocardiogram, a cardiac echo, or simply an echo. Echocardiography is routinely used in the diagnosis, management, and follow up of patients with any suspected or known heart diseases. It is one of the most widely used diagnostic imaging modalities in cardiology. It can provide a wealth of helpful information, including the size and shape of the heart (internal chamber size quantification), pumping capacity, location and extent of any tissue damage, and assessment of valves. An echocardiogram can also give physicians other estimates of heart function, such as a calculation of the cardiac output, ejection fraction, and diastolic function (how well the heart relaxes). Echocardiography is an important tool in assessing wall motion abnormality in patients with suspected cardiac disease. It is a tool which helps in reaching an early diagnosis of myocardial infarction, showing regional wall motion abnormality. Also, it is important in treatment and follow up in patients with heart failure, by assessing ejection fraction. Echocardiography can help detect cardiomyopathies, such as hypertrophic cardiomyopathy, and dilated cardiomyopathy. The use of stress echocardiography may also help determine whether any chest pain or associated symptoms are related to heart disease. The most important advantages of echocardiography are that it is not invasive (does not involve breaking the skin or entering body cavities) and has no known risks or side effects. Not only can an echocardiogram create ultrasound images of heart structures, but it can also produce accurate assessment of the blood flowing through the heart by Doppler echocardiography, using pulsed or continuous wave Doppler ultrasound. This allows assessment of both normal and abnormal blood flow through the heart. Color Doppler, as well as spectral Doppler, is used to visualize any abnormal communications between the left and right sides of the heart, any leaking of blood through the valves (valvular regurgitation), and estimate how well the valves open (or do not open in the case of valvular stenosis). The Doppler technique can also be used for tissue motion and velocity measurement, by tissue Doppler echocardiography. Echocardiography was also the first ultrasound subspecialty to use intravenous contrast. Echocardiography is performed by cardiac sonographers, cardiac physiologists (UK), or physicians trained in echocardiography. Recognized as the "Father of Echocardiography", the Swedish physician Inge Edler (1911–2001), a graduate of Lund University, was the first of his profession to apply ultrasonic pulse echo imaging in diagnosing cardiac disease, which the acoustical physicist Floyd Firestone had developed to detect defects in metal castings. In fact, Edler in 1953 produced the first echocardiographs using an industrial Firestone Sperry Ultrasonic Reflectoscope. In developing echocardiography, Edler worked with the physicist Carl Hellmuth Hertz, the son of the Nobel laureate Gustav Hertz and grandnephew of Heinrich Rudolph Hertz.
Медицинское применение
Медицинские организации рекомендуют использовать эхокардиографию для первоначальной диагностики при изменении клинического состояния пациента и когда новые данные эхокардиограммы могут привести к изменению тактики лечения врачом. Диагностические критерии для множества сердечных заболеваний основаны на результатах эхокардиографических исследований. Например, дифференциация легкой, умеренной и тяжелой степени порока клапана основывается на измеримых критериях. Другой пример – оценка функции сердца по фракции выброса левого желудочка (LVEF) имеет широкое применение, включая классификацию сердечной недостаточности и определение пороговых значений для имплантации имплантируемых кардиовертеров-дефибрилляторов. Медицинские организации не рекомендуют проводить рутинные исследования, если клиническое состояние пациента не изменилось или если результаты исследования вряд ли повлияют на изменение тактики лечения. В таких случаях пациенты часто бессимптомны в течение многих лет до начала ухудшения, и результаты эхокардиографии не приведут к изменению лечения без других изменений в клиническом состоянии. В этом случае эхокардиографический датчик (или зонд) прикладывается к передней грудной стенке (или грудной клетке) пациента, и изображения получаются через грудную стенку. Это неинвазивный, высокоточный и быстрый метод оценки общей функции сердца. TTE использует несколько "окон" для визуализации сердца с разных проекций. Каждое окно имеет свои преимущества и недостатки при визуализации определенных структур сердца, и, как правило, в рамках одного исследования используется несколько окон для полной оценки сердца. Парастернальные окна длинной и короткой оси берутся рядом с грудиной, апикальные двух-, трех- и четырехкамерные окна – с верхушки сердца (нижняя левая сторона), а субкостальное окно – из-под края последнего ребра. TTE использует одномерную ("M-режим"), двухмерную и трехмерную ультразвуковую визуализацию (время не учитывается) из разных окон. Эти методы могут быть объединены с импульсно-волновым или непрерывным допплеровским исследованием для визуализации скорости кровотока и движения структур сердца. Изображения могут быть улучшены с помощью "контраста", который обычно представляет собой суспензию микропузырьков, отражающих ультразвуковые волны.
Трансезофагеальная эхокардиограмма
Трансезофагеальная эхокардиография является альтернативным методом проведения эхокардиографии. Специализированный зонд с ультразвуковым датчиком на конце вводится в пищевод пациента через рот, что позволяет проводить визуализацию и допплеровское исследование с позиции непосредственно позади сердца. Чаще всего применяется, когда трансторакальные изображения не дают достаточной информации и требуется более четкое и точное изображение для оценки. Данное исследование выполняется в присутствии кардиолога, анестезиолога, зарегистрированной медсестры и специалиста по ультразвуковой диагностике. Для комфорта пациента во время процедуры может применяться сознательная седация и/или местное обезболивание. В отличие от трансторакальной эхокардиографии (ТТЭ), трансезофагеальная эхокардиография (ТЭЭ) не имеет фиксированных "окон" для визуализации сердца. Может использоваться вся длина пищевода и желудка, а зонд перемещается вдоль них для изменения угла обзора сердца. Большинство зондов оснащены функцией отклонения кончика в одном или двух измерениях для более точной настройки угла обзора. Кроме того, ультразвуковой кристалл часто является двухмерным, а плоскость сканирования может вращаться электронно, обеспечивая дополнительное измерение для оптимизации визуализации структур сердца. Часто требуется движение во всех этих плоскостях. ТЭЭ может использоваться как самостоятельная процедура или быть интегрирована в катетерные или хирургические вмешательства. Например, во время операции по замене клапана сердца ТЭЭ может применяться для оценки функции клапана непосредственно перед его ремонтом/заменой и сразу после. Это позволяет скорректировать операцию в процессе, при необходимости, для улучшения результатов.
Эхокардиография при стрессе
Эхокардиограмма стресса, также известная как стресс-эхокардиография, использует ультразвуковое исследование сердца для оценки сократимости стенки миокарда в ответ на физическую нагрузку. Сначала выполняются изображения сердца "в покое" для получения исходных данных о сократимости стенки пациента при частоте сердечных сокращений в состоянии покоя. Затем пациент ходит на беговой дорожке или использует другой вид физической активности для увеличения частоты сердечных сокращений до целевой или 85% от предполагаемой максимальной частоты сердечных сокращений для данного возраста (220 минус возраст пациента). В заключение выполняются изображения сердца "при нагрузке" для оценки сократимости стенки миокарда при достижении пиковой частоты сердечных сокращений. Стресс-эхокардиография оценивает сократимость стенки сердца, однако не позволяет напрямую визуализировать коронарные артерии. Ишемия одной или нескольких коронарных артерий может вызывать нарушение сократимости стенки, что может свидетельствовать о наличии ишемической болезни сердца. "Золотым стандартом" для непосредственной визуализации коронарных артерий и оценки стеноза или окклюзии является катетеризация сердца. Стресс-эхокардиография – неинвазивный метод, который выполняется в присутствии лицензированного медицинского специалиста, такого как кардиолог и специалист по ультразвуковой диагностике сердца.
Интракардиоэхокардиография
Внутрисердечная эхокардиография (ICE) – это специализированная форма эхокардиографии, использующая катетеры для введения ультразвукового датчика внутрь сердца для визуализации структур изнутри. ICE часто применяется в ходе кардиологических процедур, таких как пересечение межпредсердной перегородки с помощью трансептальной пункции для обеспечения доступа катетера из правого предсердия в левое предсердие; альтернативным доступом к левому сердцу является ретроградный путь через аорту и через аортальный клапан в левый желудочек. ICE обладает преимуществом перед трансторакальной эхокардиографией в том, что оператор, выполняющий стерильную процедуру, может одновременно управлять катетером ICE, и не сталкивается с проблемами видимости, которые могут возникнуть при трансторакальном или трансезофагеальном исследовании. Однако существуют ограничения в качестве изображения, обусловленные компактными размерами датчика, помещенного в катетер. ICE обычно вводится через бедренную вену в правое предсердие. Из правого предсердия можно легко визуализировать межпредсердную перегородку, все четыре камеры сердца, все четыре клапана и перикардиальное пространство (при наличии выпота). Также возможно продвижение датчика через межпредсердную перегородку в левое предсердие для визуализации ушка левого предсердия во время имплантации устройства для окклюзии ушка левого предсердия. Изображения, полученные с помощью ICE, могут быть интегрированы в трехмерные модели, создаваемые с использованием электроанатомических систем картирования.
Ультразвуковой анализ внутрисосудистой системы
Внутрисосудистый ультразвук (IVUS) – это специализированная форма эхокардиографии, использующая катетер для введения ультразвукового датчика внутрь кровеносных сосудов. Обычно применяется для измерения размеров кровеносных сосудов и определения их внутреннего диаметра. Например, его можно использовать при коронарной ангиографии для оценки степени сужения коронарной артерии. При контролируемом отведении катетера создается внутренняя карта, позволяющая визуализировать контур сосуда и его ветвей.
Режимы
Различные режимы описывают, каким образом используются ультразвуковые кристаллы для получения информации. Эти режимы общи для всех видов эхокардиографии.
А-режим
Сканирование или одномерная ультразвуковая диагностика составляет более половины стандартного ЭХО-исследования. Например, именно так оценивается площадь аортального стеноза (или любого другого препятствия кровотоку). Также с ее помощью рассчитываются давления в сердце, такие как систолическое давление в правом желудочке (RVSP). Обычно это делается в виде допплеровских измерений. Существуют два типа: импульсный и непрерывный. Импульсный допплер позволяет рассчитывать скорости в конкретной точке, но имеет ограниченный диапазон измеряемых скоростей. Непрерывный допплер позволяет измерять скорость от нуля до максимальной скорости кровотока, которую может генерировать пораженное сердце. Однако он не позволяет определить, где именно на скане А возникает высокая скорость. Непрерывный допплер используется для расчета степени аортального стеноза, поскольку известно, что высокая скорость возникает в области стеноза. Импульсный допплер используется для поиска дефекта межжелудочковой перегородки, где скорость кровотока через перегородку не должна быть, и он указывает на местоположение дефекта.
B-режим / 2D
Режим яркости часто является синонимом "2D" и широко используется в эхокардиографии.
M-режим
Режим движения используется нечасто в современной эхокардиографии. Он имеет определенные области применения и обладает преимуществом в виде очень высокой временной разрешающей способности (например, для измерения размера ЛЖ в конце диастолы).
Отображение скорости деформации (эхокардиография деформации)
Изображение скорости деформации – это ультразвуковой метод визуализации региональных различий в сокращении (диссинергии), например, при ишемической болезни сердца или диссинхронии, вызванной блокадой ножек пучка Гиса. Изображение скорости деформации измеряет либо региональную систолическую деформацию (напряжение), либо скорость региональной деформации (скорость напряжения). В качестве методов используются тканевая допплерография или эхокардиография с отслеживанием спекл-узора.
Трехмерная эхокардиография
Трехмерная эхокардиография (также известная как четырехмерная эхокардиография при движущемся изображении) возможна с использованием ультразвукового датчика с матричным элементом и соответствующей системы обработки. Она обеспечивает детальную анатомическую оценку патологии сердца, в частности пороков клапанов и кардиомиопатий. Уникальность метода заключается в возможности послойного изучения виртуального сердца в бесконечном количестве плоскостей анатомически корректным образом и реконструкции трехмерных изображений анатомических структур, что особенно важно для понимания врожденных пороков сердца. Эхокардиография в режиме реального времени позволяет контролировать локализацию биоптатов при биопсии эндомиокарда правого желудочка, установку клапанных протезов, доставляемых катетером, и проводить множество других интраоперационных оценок. Технология трехмерной эхокардиографии может включать в себя функции анатомического интеллекта или использование технологии моделирования органов для автоматической идентификации анатомических структур на основе типовых моделей. Все типовые модели представляют собой набор данных анатомической информации, который уникальным образом адаптируется к индивидуальным анатомическим особенностям пациента для выполнения конкретных задач. Основываясь на алгоритмах распознавания и сегментации, эта технология позволяет создавать трехмерные модели сердца и других анатомических структур, включая мозг, легкие, печень, почки, грудную клетку и позвоночник, адаптированные к конкретному пациенту.
Контрастная эхокардиография
Контрастная эхокардиография или ультразвуковое исследование с контрастным усилением – это добавление ультразвукового контрастного вещества или визуализирующего агента к традиционной ультразвуковой диагностике. Ультразвуковой контраст состоит из крошечных микропузырьков, заполненных газовым ядром и заключенных в белковую оболочку. Это позволяет микропузырькам циркулировать в сердечно-сосудистой системе и отражать ультразвуковые волны, создавая изображение с высокой отражающей способностью. Существует множество областей применения ультразвукового исследования с контрастным усилением. Наиболее часто оно используется для улучшения визуализации эндокардиальных границ левого желудочка с целью оценки глобальной и региональной систолической функции. Контраст также может применяться для улучшения визуализации утолщения стенки миокарда во время стресс-эхокардиографии, для оценки тромбов в левом желудочке или других образований в сердце. Контрастная эхокардиография также может использоваться для оценки кровотока в миокарде при ишемической болезни сердца.
Аккредитация
Эхокардиография во многих случаях может быть субъективной, то есть интерпретация результатов может зависеть от личного мнения специалиста, проводящего исследование, что приводит к так называемой "вариабельности между исследователями", когда разные эхокардиографисты могут выдавать различные заключения при анализе одних и тех же изображений. Это обусловило необходимость разработки программ аккредитации по всему миру. Целью этих программ является стандартизация практики эхокардиографии и обеспечение надлежащей подготовки специалистов перед началом работы, что в конечном итоге позволит снизить вариабельность между исследователями.
Европа
На европейском уровне индивидуальная и лабораторная аккредитация предоставляется Европейской ассоциацией эхокардиографии (EAE). Существует три подспециальности для индивидуальной аккредитации: трансторакальная эхокардиография у взрослых (ТТЭ), трансезофагеальная эхокардиография у взрослых (ТЭЭ) и эхокардиография при врожденных пороках сердца (ВПС).
Великобритания
В Великобритании аккредитация регулируется Британским обществом эхокардиографии. Аккредитованным рентгенологам, специалистам по ультразвуковой диагностике или другим специалистам необходимо сдать обязательный экзамен.
Соединенные Штаты
"Межобщественная аккредитационная комиссия по эхокардиографии" (IAC) устанавливает стандарты для лабораторий эхокардиографии по всей территории США. Кардиологи и специалисты по ультразвуковой диагностике, желающие получить аккредитацию IAC для своей лаборатории, должны соответствовать этим стандартам. Цель аккредитации – поддержание качества и единообразия в лабораториях эхокардиографии в Соединенных Штатах. Аккредитация предлагается для взрослых и детских трансторакальной и трансезофагеальной эхокардиографии, а также для стресс-эхокардиографии у взрослых и эхокардиографии плода. Аккредитация – это двухэтапный процесс. Каждое учреждение проводит подробную самооценку, уделяя особое внимание стандартам и рекомендациям IAC. Затем учреждение заполняет заявление и представляет реальные клинические случаи совету директоров для рассмотрения. После выполнения всех требований лаборатория получает сертификацию. Сертификация IAC – это непрерывный процесс, который учреждение должно поддерживать, включая возможные аудиты или инспекции со стороны IAC. В ряде штатов Medicare и/или частные страховые компании требуют аккредитации (подтверждения квалификации) лаборатории и/или специалиста по ультразвуковой диагностике для возмещения стоимости эхокардиографии. В Соединенных Штатах существуют два органа по подтверждению квалификации специалистов по ультразвуковой диагностике: Cardiovascular Credentialing International (CCI), основанный в 1968 году, и American Registry for Diagnostic Medical Sonography (ARDMS), основанный в 1975 году. И CCI, и ARDMS получили престижную аккредитацию ANSI ISO 17024 для органов по сертификации от Международной организации по стандартизации (ISO). Аккредитация предоставляется через Американский национальный институт стандартов (ANSI). Признание программ ARDMS в области подтверждения квалификации также принесло ARDMS аккредитацию Национальной комиссии по сертификации агентств (NCCA). NCCA является аккредитационным подразделением Национальной организации по обеспечению компетентности (NOCA). В рамках обоих органов по подтверждению квалификации специалисты по ультразвуковой диагностике должны сначала документально подтвердить выполнение предварительных требований, включающих теоретическую подготовку и практический опыт в области ультразвуковой диагностики. Затем кандидаты должны сдать комплексный экзамен, демонстрирующий знания в области физики ультразвука и клинической компетентности в своей специальности. Специалисты по ультразвуковой диагностике с подтвержденной квалификацией затем обязаны поддерживать свою компетентность, получая определенное количество кредитов за непрерывное медицинское образование (CME). В 2009 году Нью-Мексико и Орегон стали первыми двумя штатами, в которых потребовали лицензирования специалистов по ультразвуковой диагностике. Американское общество эхокардиографии (ASE) – это профессиональная организация, объединяющая врачей, специалистов по ультразвуковой диагностике, медсестер и ученых, работающих в области эхокардиографии. Одной из важнейших ролей ASE является предоставление рекомендаций посредством Руководств и стандартов ASE, а также предоставление ресурсов и образовательных возможностей для специалистов по ультразвуковой диагностике и врачей в этой области. Существуют различные институты, работающие над применением искусственного интеллекта в эхокардиографии, но они находятся на очень ранней стадии и все еще нуждаются в дальнейшем развитии.