Эхокардиография

Эхокардиография (греч. ēchō отголосок, эхо + kardia сердце + graphō писать, изображать: синоним ультразвуковая кардиография) — метод исследования и диагностики нарушений морфологии и механической деятельности сердца, основанный на регистрации отраженных от движущихся структур сердца ультразвуковых сигналов.

Для Э. применяют специальные приборы — эхокардиографы, обязательными элементами конструкции которых являются генератор ультразвука (частотой от 1 до 10 МГц), направляемого в виде луча через грудную стенку на различные отделы сердца (рис. 1); датчик, воспринимающий отраженные ультразвуковые сигналы; преобразователь воспринимаемых ультразвуковых волн в электромагнитные и их усилитель, а также регистрирующее устройство, позволяющее получать изображение изучаемых структур сердца — эхокардиограмму (на экране осциллоскопа, специальной фотобумаге) и фиксировать его на магнитном носителе информации Современные эхокардиографы оснащены также электрокардиографическим каналом для синхронной регистрации с эхокардиограммой ЭКГ и компьютером, использование которых значительно повышает качество обработки и анализа данных исследования.

Принцип метода основан на свойстве ультразвука  отражаться на границе двух сред с  неодинаковой акустической плотностью, или ультразвуковым сопротивлением (см. Ультразвуковая диагностика) Чем больше разность ультразвукового сопротивления на границе сред, тем сильнее степень отражения, которая зависит также от угла падения луча на поверхность раздела сред. Чем выше частота ультразвука, т.е., чем короче длина волны, тем выше разрешающая способность используемого аппарата; при частоте 2,25 МГц разрешающая способность соответствует примерно 1 мм.

Предложено  несколько режимов (способов) воспроизведения  эхосигнала, обозначаемых по начальным  буквам слов amplitude (амплитуда), motion (движение) и brightness (яркость) как А-, М- и В-режимы одномерного изображения, а также двухмерная Э. с изображением среза движущихся структур сердца в реальном масштабе времени. Кроме того, в Э. используют ультразвуковой метод определения скорости и направления (по отношению к датчику) потока крови, основанный на эффекте Допплера — допплер-эхокардиографию. В А-режиме (рис. 2, А) эхо-сигналы регистрируются в виде пиков, амплитуда которых пропорциональна интенсивности сигнала, а расстояние между пиками соответствует расстоянию между отражающими объектами и датчиком в масштабе прибора. В М-режиме (рис. 2, М) изображаются движущиеся структуры, находящиеся на одной линии ультразвукового луча (рис. 3), при этом движение точек разворачивается во времени (по горизонтали) и сопоставимо с временными интервалами синхронно регистрируемой ЭКГ, а по вертикали регистрируется истинный переднезадний размер структур сердца, который легко определить благодаря изображению на эхокардиограмме масштаба линейных измерений в виде пунктирных делений по вертикали (как бы образующих вертикальные линейки) с известным расстоянием между делениями в мм. В В-режиме, в т.ч. в варианте В-сканирования (изображение сечения сердца в зоне линейного перемещения ультразвукового луча), интенсивность эхосигналов отражается яркостью свечения точек на экране осциллоскопа. В-режим в практической Э. почти не применяется. Двухмерная Э. дает сканограмму движущегося сердца в реальном масштабе времени, при этом изображение срезов на разных уровнях сердца идентично анатомическим срезам (рис. 4). Эффект Допплера, лежащий в основе допплер-эхокардиографии, состоит в том, что частота ультразвукового сигнала при отражении его от лоцируемого объекта изменяется пропорционально скорости движения объекта (эритроцитов) вдоль оси распространения сигнала. При приближении объекта в сторону датчика частота отраженного сигнала увеличивается, при удалении объекта от датчика — уменьшается. Скорость движения объекта (V) при известных генерируемой частоте ультразвука (f_o) и сдвиге частоты в отраженном сигнале (f_d) может быть определена из уравнения Допплера, связывающего эти величины:

где С — скорость распространения ультразвука в среде (в мягких тканях человека она в среднем равна 1550 м/с), Q — угол между ультразвуковым лучом и направлением движения объекта. Допплер-эхокардиография позволяет оценить направление и скорость потока крови в полостях сердца и главных артериях, а по изменениям этих параметров по времени определить физическую характеристику потока (ламинарный или турбулентный). Существует два режима допплер-эхокардиографии — непрерывный и так называемый импульсный, предполагающий фокусирование ультразвукового луча, что позволяет исследовать поток крови в ограниченной области, например вблизи митрального клапана Допплер-эхокардиограммы регистрируются в форме спектрограммы — изменения спектра частот эхосигналов от исследуемого потока и течение сердечного цикла (рис. 5) либо в цветном изображении направления потока на двухмерной эхокардиограмме благодаря цветовому кодированию сигнала (рис. 6).

Техника исследования проста, но его проводит только специально подготовленный врач, хорошо знающий топографию структур сердца в норме, характер их возможных патологических изменений при различных заболеваниях и отображение нормальных и измененных структур на эхокардиограмме в разные периоды сердечного цикла. Э. осуществляют в синхронной записи с ЭКГ в одном из стандартных или однополосных отведений, которые выбираются по хорошей выраженности зубцов желудочкового комплекса.

Во время  исследования пациент лежит на спине  или на левом боку. Датчик располагают  над сердцем в различных позициях, обеспечивающих доступ к исследованию разных отделов сердца по его длинной  и короткой осям. Основные доступы  показаны на рис. 1 и достигаются, главным образом, с помощью 4-х позиций размещения датчика, в 3 или 4 межреберных промежутках (парастернальный доступ); в яремной ямке (супрастернальный доступ), у нижнего края реберной дуги в области мечевидного отростка грудины (субкостальный доступ); в области верхушечного толчка (верхушечный доступ). Из всех этих позиций проводится секторальное сканирование сердца в плоскости, которая максимально позволяет визуализировать зоны интереса. В основном это три плоскости: плоскость длинной оси (сагиттальная плоскость): плоскость короткой оси (горизонтальная); плоскость, проходящая через 4 камеры сердца (параллельная дорсальной и проходящая на уровне длинника сердца). Разработан также чреспищеводный доступ, при котором Э. приобретает большую разрешающую способность благодаря непосредственной близости ультразвукового датчика к сердцу.

При проведении Э. в М-режиме общепринято использование 4 основных стандартных позиций датчика, дающих последовательное изображение отделов сердца, как это показано на рис. 3: 1 позиция — правый желудочек, аорта, аортальный клапан, левое предсердие; 2 позиция — правый желудочек, межжелудочковая перегородка, митральный клапан, задняя стенка левого желудочка (или предсердия); 3 позиция — правый желудочек, межжелудочковая перегородка, левый желудочек и его задняя стенка в средней трети (позиция используется для измерений, необходимых для расчета основных показателей гемодинамической функции сердца); 4 позиция — оценка регионарной сократимости верхушечных отделов левого желудочка и межжелудочковой перегородки.

В процессе исследования врач контролирует позицию  датчика по изображению структур сердца на экране осциллоскопа и выбирает направление луча, ориентируясь на различия в ображении структур. Так, например, при двухмерной визуализации сердца из верхушечного доступа левый желудочек отличается от правого менее выраженным трабекулярным слоем поверхности эндокарда, большей толщиной стенок, формой просвета полости (в правом желудочке она представляется треугольной) и т.д. Обеспечив положение датчика с наилучшим отображением исследуемых структур и их функции, регистрируют эхокардиограмму (ЭхоКГ).

Нормальная  эхокардиограмма. Наиболее распространены в диагностической практике Э. в М-режиме, двухмерная и допплер-эхокардиография.

Одномерная  эхокардиограмма  в М-режиме. (М-ЭхоКГ) характеризуется рядом признаков нормы, из которых основными являются правильная последовательность изображаемых структур сердца, нормальные их размеры и соответствие движений стенок сердечных камер и створок клапанов физиологии сердечного сокращения.

Правильная  последовательность чередования на М-ЭхоКГ изображения эхопозитивных структур (стенки сердечных камер, створки клапанов) и эхонегативных полостей при разных позициях датчика представлена на схеме рис. 3. Обычно эхопозитивные структуры отображаются светлыми, а эхонегативные — темными участками (как на рис. 2, М), но иногда используется обратное изображение (как на рис. 9). В норме на М-ЭхоКГ всегда изображены (в последовательности сверху вниз) передняя стенка правого желудочка (первый эхопозитивный волнистый слой), его полость (эхонегативное поле), межжелудочковая перегородка (второй эхопозитивный волнистый слой) и полость левого желудочка (второе эхонегативное поле). Изображение других структур зависит от позиции датчика: ближе к верхушке сердца за полостью левого желудочка изображается его задняя стенка (широкий третий волнистый эхопозитивный слой), а при смещении ультразвукового луча ближе к основанию сердца со стороны полости левого желудочка в ее просвете отображаются структура створок митрального клапана, а еще ближе к основанию сердца — аорта и створки аортального клапана, ниже которых располагаются полость и задняя стенка левого предсердия. Нарушение указанной последовательности изображения структур на М-ЭхоКГ возможно главным образом при врожденных аномалиях развития сердца.

Движение  стенок сердечных камер и створок  клапанов сердца анализируется в  сопоставлении момента анализируемого движения с периодом систолы или  диастолы, которые определяют по положению  желудочковых комплексов синхронно  регистрируемой ЭКГ и волнам движения стенок камер. В норме в период систолы межжелудочковая перегородка  и задняя стенка левого желудочка  движутся навстречу друг другу, толщина  задней стенки увеличивается, и это  ее утолщение вместе с систолическим  движением в сторону полости  левого желудочка (вперед) образует систолическую  волну. По амплитуде волн судят о  сократимости исследуемой стенки. Эхосигналы от створок митрального клапана  в систолу видны над систолической  волной задней стенки левого желудочка, как бы сливаясь с ней; в диастолу створки расходятся и изображение передней створки выступает в эхонегативное поле полости левого желудочка как флажок (рис. 2, М). Форма изображения передней створки в норме М-образная, задней — w-образная (см. схему на рис. 12, а). Заслонки аортального клапана в период диастолы сомкнуты (по М-ЭхоКГ регистрируется прямая линия), а в систолу они расходятся и отображаются на М-ЭхоКГ фигурой параллелограмма (см. схему на рис. 18, а).

Размеры стенок и полостей сердечных камер  определяют с помощью изображенной на ЭхоКГ масштабной линейки, как это показано на рис. 7, и рассчитывают ряд показателей, связанных с изменением линейных размеров за сердечный цикл и характеризующих сократительную функцию сердца. Нормальные размеры основных структур, отображаемых на М-ЭхоКГ, для субъектов 13—54 лет с поверхностью тела 1,45—2,22 м² представлены в таблице. Указанные в ней пределы колебаний измеряемых величин служат ориентиром для диагностики гипертрофии миокарда (утолщение стенок), дилатации полостей сердечных камер (увеличение их размеров), характеристики движения стенок по амплитуде волн как нормо-, пило- или акинезии, а при выявлении движения с обратным естественному направлением — как дискинезии. Из расчетных показателей, характеризующих сократительную функцию левого желудочка сердца, основными являются систолическое уменьшение короткой оси левого желудочка (определяется как процентное отношение разницы диастолического и систолического размеров желудочка к диастолическому размеру), которое в норме колеблется от 34 до 44%, и скорость циркулярного укорочения волокон миокарда. Последняя определяется как отношение разницы диастолического и систолического размеров левого желудочка к произведению диастолического размера и времени изгнания крови из желудочка.

Таблица

Нормальные  величины размеров отдельных структур на М-эхокардиограмме

Двухмерная  эхокардиограмма характеризуется теми же признаками нормы, что и одномерная, но совокупность этих признаков действительна для изображения структур сердца в двух измерениях. На двухмерной ЭхоКГ в норме хорошо определяются взаиморасположение сердечных камер, особенности анатомии клапанов сердца, площадь клапанных отверстий. В проекции длинной оси сердца отображаются практически все его структуры от основания до верхушки, а также устье аорты и аортальный клапан (рис. 4). При верхушечном доступе получают изображение поперечного среза всех четырех камер сердца и атриовентрикулярных клапанов (рис. 8). Измерение полостей и толщины стенок сердечных камер на двухмерной ЭхоКГ производят так же, как на М-ЭхоКГ.