Echocardiography/Doppler for the evaluation of coronary artery function, left ventricular function and the relationship between early diastolic and systolic function

Abstract

Two specific areas of development in echocardiography are assessment of left ventricular (LV) diastolic function and myocardial ischemia. This thesis describes echocardiographic methodology in these two areas. In the first study, two new echocardiographic methods, the early diastolic flow propagation velocity (Vp) and the early diastolic atrioventricular plane downward slope (EDS), were tested as diastolic parameters. Both Vp and EDS were found to have limited value as single parameters for the assessment of diastolic LV function, due to a poor capacity to discriminate between normal diastolic function and various degrees of diastolic dysfunction. In studies II and III, we examined the relationship between the early diastolic parameters, Vp and EDS, and LV systolic function. This relationship was found to be stronger than the relationship between these early diastolic parameters and overall LV diastolic function, assessed using traditional Doppler evaluation. The findings in these two studies are supportive of an alternative definition of systole and diastole, where systole also includes the early diastolic relaxation and rapid LV filling phase. The fourth and fifth studies investigated the accuracy and clinical feasibility of two contrast echocardiography methods in patients admitted due to acute coronary syndrome. Study IV explored a non-invasive method of measuring the coronary flow reserve in the left anterior descending coronary artery (LAD), using high-resolution colour Doppler and contrast echocardiography before and during adenosine infusion. The method was highly accurate and feasible in this clinical setting, having a negative predictive value of 100 %. It could, therefore, be an alternative to coronary angiography in specific clinical situations where a stenosis in the LAD region is important to rule out. The final study of this thesis tested the feasibility of the new real-time myocardial contrast echocardiographic perfusion technique (RTP) in the clinical bedside setting. The RTP investigation was performed prior to coronary angiography and demonstrated good accuracy for the assessment of significant stenosis in the three main coronary vessels. In summary, this thesis suggests that Vp and EDS are of limited value for the assessment of overall LV diastolic function, perhaps due to heterogeneity of diastole and a close relationship between LV early diastolic filling and systolic function. Echocardiographic evaluation of myocardial ischemia using RTP and high-resolution colour Doppler is feasible and accurate in the coronary care unit.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Ultraljudundersökning av hjärtat (ekokardiografi) har under det senaste decenniet fått en alltmer framträdande roll i diagnostiken av hjärtsjukdomar och används ofta för att vägleda medicinska beslut inom hjärtsjukvården. Ekokardiografi är av central betydelse framförallt vid undersökning av vänsterkammarens pumpförmåga (systoliska funktion) och hjärtklaffarnas funktion. Två specifika områden där den ekokardiografiska undersökningstekniken snabbt ökar i betydelse är bedömning av vänsterkammarens fyllnadsförmåga (diastolisk vänsterkammarfunktion) och diagnostik av syrebrist (ischemi) i vänsterkammarens muskulatur.



Denna avhandling syftar till att utveckla ekokardiografisk metodologi inom dessa två områden.



I de olika delstudierna i avhandlingen undersöks specifikt det kliniska värdet av nya metoder för bedömning av vänsterkammarens diastoliska funktion, sambandet mellan tidigdiastolisk och systolisk vänsterkammarfunktion samt det kliniska värdet av metoder med nya, speciellt utvecklade ekokontrastmedel för bedömning av reservkapaciteten i hjärtats kranskärl, s.k. koronar flödesreserv och blodflödesmätningar i hjärtmuskeln i vila och under belastning för att diagnosticera ischemi.



I det första delarbetet undersöks värdet av två nya metoder för bedömning av diastolisk vänsterkammarfunktion. I studien används två olika tekniker för att mäta fyllnadshastigheten respektive klaffplanets rörelsehastighet i vänsterkammarens tidiga fyllnadsfas (tidigdiastole). Dessa metoder benämnes ”early diastolic flow propagation velocity” (Vp), och “early diastolic atrioventricular plane downward slope” (EDS). Vp och EDS har uppvisat lovande resultat i tidigare studier, men har inte vunnit bred acceptans som metoder för att bedöma diastolisk vänsterkammarfunktion i den kliniska vardagen. I vår studie är både Vp och EDS statistiskt signifikant relaterade till övergripande diastolisk vänsterkammarfunktion, bedömd med traditionell ekokardiografisk metodologi. Både Vp och EDS har dock en svag diskrimerande förmåga mellan normal och kraftigt försämrad diastolisk funktion och har en stor spridning i de fyra grupperna av diastolisk funktion. Vp och EDS bedöms inte tillföra en traditionell bedömning av vänsterkammarens diastoliska funktion något ytterligare och kan därför inte ersätta den mer tidsödande Dopplerbaserade ekokardiografiska bedömningen av diastolisk vänsterkammarfunktion.



Det finns såväl teoretisk och visst experimentellt underlag för att anta att den tidiga fyllnadsfasen (tidigdiastole) är beroende av vänsterkammarens systoliska funktion, bl.a. via elastisk återfjädring (elastic recoil). Återfjädringen är förenklat uttryckt ett resultat av energiomvandling av vänsterkammarens kontraktila energi, som lagrats i vänsterkammarens elastiska strukturer under systole och som sedan återfjädrar under vänsterkammarens tidiga fyllnadsfas. Återfjädringen kommer framförallt att bero av kraften som hjärtmuskulaturen utvecklar under systole och därför var hypoteserna i delstudie II och III att Vp och EDS är avhängiga av parametrar som beskriver vänsterkammarens systoliska funktion. I delarbete II och III undersöks sambanden mellan de tidigdiastoliska parametrarna Vp och EDS och vänsterkammarens systoliska funktion som mäts med två väletablerade ekokardiografiska metoder, vänsterkammarens ejectionsfraktion (EF) och klaffplanets maximala rörelseutslag under systole (atrioventrikular planets rörelse - atrioventricular plane displacement - AVPD). Både Vp och EDS är statistiskt signifikant och relativt starkt beroende av både EF och AVPD, medan korrelationen till övergripande diastolisk vänsterkammarfunktion mätt med traditionell Dopplerteknik enligt ovan är betydligt svagare och EDS är inte signifikant beroende av övergripande diastolisk funktion. Fynden i delarbete I, II och III talar för att det finns ett tidigdiastoliskt beroende av vänsterkammarens systoliska funktion. Fynden talar också för att diastolisk vänsterkammarfunktion inte är en homogen enhet och resultaten stödjer den alternativa definition av systole och diastole som framförts av bl.a. Brutsaert och medarbetare, där vänsterkammarens tidigdiastoliska snabba fyllnadsfas betraktas som en integrerad del av vänsterkammaren kontraktionsfas.



Nya metoder med speciella kontrastmedel avsedda för ultraljudsundersökning har möjliggjort mätning av blodflödet i hjärtmuskulaturen och hjärtats kranskärl. I delarbete IV och V undersöks värdet av två nya kontrastekokardiografiska metoder hos inneliggande patienter med instabil kranskärlssjukdom. I delarbete IV undersöks det kliniska värdet av mätning av flödesreserven i det främre nedåtstigande kranskärlet (LAD) med kontrastekokardiografi och speciell högfrekvensgivare, i jämförelse med kranskärlsröntgen. Flödet i LAD mäts i vila och under infusion kärlvidgande substansen adenosin. Metoden visade sig vara både mycket säker på att utesluta signifikant förträngning i LAD (100% negativt prediktivt värde) och pålitlig - endast en patient (av 42) protokollfördes med icke konklusiv mätning av koronar flödesreserv i LAD.



I delarbete V undersöktes värdet av blodflödesmätning i hjärtmuskulaturen (myokardperfusion) i vila och under adenosinprovokation för att mäta utbredning av ischemi i hjärtmuskulaturen och pålitligheten i att förutse vilka kärlområden som har signifikanta förträngningar vid kranskärlsöntgen. Metoden mäter blodflöde i realtid, dvs. i rörliga bilder, vilket skiljer denna metodik från t.ex. isoptopbaserade hjärtscintigrafiska metoder. Metoden är pga. att den är ultraljudsbaserad tillämplig ”bedside”, dvs. möjlig att utföra i avdelningsmiljö. Denna studie genomfördes på hjärtintensiven. Metoden benämns ”real-time perfusion” (RTP) och bygger på kontrastspecifik ultraljudteknik, genom vilken kontrastmedel kan detekteras i hjärtmuskulaturen. RTP undersökning utfördes i vila och under adenosin infusion i likhet med delarbete IV. Områden i hjärtmuskel som försörjs av kranskärl med förträngningar kan inte öka blodflödet. Det aktuella området drabbas då av relativ blodbrist som kommer att kunna detekteras med RTP tekniken. Metodens känslighet (sensitivititet) för att korrekt prediktera signifikanta förträngningar i de tre olika kärlområdena var i studien mycket god - 81 - 87% i tre huvudsakliga kärlområden.



Sammanfattningsvis kan konstateras att det fortfarande saknas en enkel och allmänt accepterad metod för bedömning av vänsterkammarens diastoliska funktion. Svårigheten att finna en sådan metod kan delvis bero på den heterogena karaktären av vänsterkammarens avslappningsfas (diastole), där den tidiga delen av diastole förefaller vara kopplad till vänsterkammarens systoliska funktion. Fler studier behövs för att närmare kartlägga dessa samband. Bedömning av koronar flödesreserv, mätt med kontrastekokardiografi och högfrekvensgivare är både tillämplig och pålitlig som metod för att utesluta betydande förträngningar i det främre nedåtstigande kranskärlet. Perfusionsmätning med kontrastbaserad ekokardiografi är en känslig metod för att diagnosticera kranskärlsförträngningar och prediktera vilket kärlområde som är drabbat.

• author: Winter, Reidar
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Becher, Harald
• organization: Department of Clinical Sciences, Malmö
• publishing date: 2003
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cardiac and Cardiovascular Systems
• keywords: coronary flow reserve, contrast echocardiography, early diastolic downward velocity, flow propagation velocity, colour M-mode, diastolic function, Echocardiography, Doppler, Kardiovaskulära systemet, Cardiovascular system
• in: Echocardiography in myocardial ischemia and ventricular function
• pages: 116 pages
• defense location: Medicinaulan, ing 35, Universitetssjukhuset MAS
• defense date: 2003-10-17 10:15:00
• ISBN: 91-89625-26-9
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I. Left ventricular early diastolic inflow elocity and atrio ventricular plane downward velocity: Useful parameters to test diastolic function in clinical practice? Diastolic parameters tested in a clinical setting.Reidar Winter, Petri Gudmundsson, Gerd Ericsson and Ronnie Willenheimer. Eur J Echocardiogr 200; 2: 126– 31. Article: II. Relationship between the left ventricular early diastolic colour M-mode inflow propagation velocity and parameters of left ventricular systolic function.Reidar Winter, Petri Gudmundsson, Gerd Ericsson and Ronnie Willenheimer. Submitted. Article: III. Correlation of the M-mode atrioventricular plane early diastolic downward slope and systolic parameters.Reidar Winter, Petri Gudmundsson, Gerd Ericsson and Ronnie Willenheimer. Submitted. Article: IV. Feasibility of noninvasive transthoracic echocardiography/Doppler measurement of coronary flow reserve in left antrior descending coronary artery in patients with acute coronary syndrome: A new technique tested in clinical practice.Reidar Winter, Petri Gudmundsson and Ronnie Willenheimer. J Am Soc Echocardiogr 2003; 16: 464–8. Article: V. Real-time perfusion adenosine stress echocardiography in the coronary care unit: A feasible and accurate bedside tool for predicting coronary artery stenosis in patients with acute coronary syndrome.Reidar Winter, Petri Gudmundsson and Ronnie Willenheimer. Submitted. The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Cardiology (013230026), Emergency medicine/Medicine/Surgery (013240200)
• id: 30171053-eb0b-47b1-b88b-86c9d04141e7 (old id 466156)
• date added to LUP: 2016-04-04 14:10:41
• date last changed: 2019-05-21 13:50:02