Ekkokardiografi
er undersøking av
hjartet
pa menneske eller dyr med
ultralyd
. Prosedyren kan brukast
diagnostisk
, eller for a rettleie
terapeutiske
intervensjonar
. I daglegtale pa
sjukehus
blir han ofte kalla ekko-Doppler,
ekko
for det
todimensjonale
strukturbiletet, og
Doppler
for
fartsmalingane
.
Hjartet kan visast som to-dimensjonale skiver, som eit
tredimensjonalt
volum
eller berre langs ein isolert strale. Dette kan ein visa som still-bilete eller levande film. Fartsmalingar fra
blod
eller
muskelvev
kan visast isolert som kurver eller lagde oppa strukturbileta, med fargekodar som viser fart og retningar for rørsler.
Føremoner
med metoden er at han er ufarleg, rask, gjev dynamisk informasjon om hjartet, relativt billeg og kan nyttast pa alle legekontor.
Ulemper
med metoden er at han er særs operatøravhengig og krev mykje røynsle og ekspertise av operatøren, det er vanskeleg a sja nokre delar av hjartet og dei store kara og at det for mange problemstillingar er vanskeleg eller umogeleg a gje ut svar i form av tal som kan samanliknast mellom pasientar og undersøkingar.
Bruk av
kontrastmiddel
hos pasientar med darleg innsyn, automatiserte malingar og betre utstyr gjer ulempene mindre.
Eit
apparat
for ekkokardiografi skil seg lite fra apparat for annan medisinsk ultralyd-diagnostikk. Ultralyden blir laga av
krystallar
som blir sette i vibrasjon av ei
elektrisk
spenning
. Dette skjer i korte intervall, slik at lyden blir send ut i pulsar. Lydbølgjene gar inn i kroppen, gjennom ein gele eller ei væske, og nar den reflekterte lyden (ekkoet) kjem att blir desse vibrasjonane omdanna attende til spenning. Det er oftast dei same krystallane som vekselvis sender og lyttar. Ved ekkokardiografi nyttar ein
frekvensar
fra 1,5
MHz
til 15 MHz. Dei lagaste frekvensane gjev lydbølgjer som trengjer langt inn i vevet og difor gjev gode bilete av strukturar i djupet, mens dei høge frekvensane viser finare detaljar. Val av frekvens blir derfor ei avveging av desse omsyna. Ofte bruker ein fleire ulike frekvensar i løpet av ei undersøking.
Krystallane er samla i ei rekkje med fra femti til over tusen krystallar, monterte i ein probe operatøren held i handa. Den tekniske nemninga for ei slik innretning som sett om energi fra ei form til ei anna er
transdusar
. Krystallane blir sette i svingingar kvar for seg med litt tidsforskyving, pa dette viset blir det danna ein einskild ultralydstrale. Stralen er styrbar langsmed krystallrekka og sveipar hjartet i ei vifteform. I somme nye prober kan det vera fleire rader med krystallar, for betre fokusering og opptak av tredimensjonale bilete.
Ultralydapparatet gjev operatøren mange matar til a manipulera bade dei pulsane som blir sende ut, og det signalet som kjem attende. Dette er er ein av grunnane til at kvaliteten pa ekkokardiografiske undersøkingar blir rekna som særs avhengig av operatøren.
Bileta blir viste pa ein skjerm under undersøkinga. Dei kan bli lagra for seinare vurdering og analyse. Opptaka blir gjerne lagra
digitalt
, og kan enkelt utvekslast mellom
sjukehus
. Teknologien utviklar seg raskt, og kva som er mogeleg a sja og male er i stadig endring.
Spesifikk akustisk impedans
er definert som
akustisk trykk
delt pa
partikkelhastigheita
, som og er lik tettleik gonger forplantningshastigheita til lydbølgja.
[1]
Det vil seie at dersom eit stoff har ein tettleik ρ kg/m
3
og lydbølgjer forplantar seg gjennom stoffet med ein fart pa
c
m/s, sa har stoffet ein impedans pa ρ
c
Pa s/m. Luft (og luftfylde organ som lunger) har ein spesifikk akkustisk impedans som er mykje lagare enn musklar, vatn, blod og feitt, medan bein har ein mykje høgare spesifikk akustisk impedans.
Nar lydbølgjer treffer grenseflater mellom stoff med ulik spesifikk akustisk impedans vil noko av energien bli reflektert, medan resten gar gjennom grenseflata og vidare framover. Kor mykje som blir reflektert avheng av skilnaden i spesifikk akustisk impedanse i dei to stoffa. Det er liten skilnad mellom blod, vatn og muskelvev, og lite energi gar tapt. Mellom muskelvev og bein blir mykje energi send attende, difor er det vanskeleg a sja noko særleg gjennom
brystbeinet
. Mellom muskel og luft er det tilnærma full refleksjon, og difor er det ikkje mogeleg a sja med ultralyd gjennom lungene. Difor nyttar ein ogsa gele (tidlegare ogsa vatn eller olje) mellom ultralydproben og kroppen til pasienten. Geleen syter for at det ikkje er luft til stades og at den spesifikke akustiske impedansen er mest mogeleg lik heile vegen fra transdusaren til det organet ein vil sja pa slik at energitapet blir minst mogeleg.
M-mode er den eldste forma for ekkokardiografi. Ho var lenge ogsa den einaste. I denne metoden blir ein einskild ultralydstrale send inn, utan a sveipe. Biletet pa skjermen syner korleis muskelen rører seg langs ultralydstralen. Ein kan tenkja seg stralen som ein tynn staltrad som vert stukken inn i hjartet, og biletet som ei framstilling av rørslene langsetter traden. Biletet blir oppdatert fleire hundre gonger i minuttet, og bileta har difor særs god tidsoppløysing. Metoden blir oftast nytta for a vurdera storleiken pa og arbeidet til venstre hjartekammer.
Om ultralydstralen fra M-mode-visinga endrar utgangsvinkel særs ofte, kan ein byggje opp eit todimensjonalt bilete, eit snitt gjennom hjartet. Sja illustrasjon 1, øvst pa sida. Gjer ein dette snøgt nok kan biletet oppdaterast fleire gonger kvart sekund og syne hjartet i arbeid. Kor mange bilete i sekundet ein far avheng mellom anna av kor breitt biletet er, eit typisk tal vil vera 60 til 80 bilete i sekundet.
Sida byrjinga pa 1970-talet har ein prøva a lage tredimensjonale ultralydbilete. Lenge dreidde dette seg om ulike teknikkar for a ta opp ei rekke eller vifte med todimensjonale bilete med ein liten avstand, for deretter a fa ein computar til a rekne ut dei data som lag mellom bileta. Med unntak av ein produsent som framleis gjer dette med transøsofagal ekkokardiografi, førte desse teknikkane aldri fram til noko av klinisk verdi.
[2]
Dei hadde lag rom-oppløysing og det kravdest fleire timars etterabeide for kvart bilete.
Fra rundt 2000 er det blitt mogeleg a gjera opptak av tredimensjonale volum med probar som inneheld tusenvis av krystallar og tar opp tredimensjonale volum i sanntid. Det er framleis grenser for kor store desse voluma kan vera. Lyden fra proben har ein fart pa om lag 1500 m/s i kroppen. Kvart bilete er bygd opp av lydstralar, ogsa kalla skanneliner. Desse stralane ma ligge tett dersom ein skal fa høg nok oppløysing til a sja sma detaljar. Ein ma og oppdatera biletet ofte, minst 50 gonger i sekundet for vaksne, opp mot hundre nar ein ser pa born. Lydfarten i kroppen set difor fysiske grenser for kor store volum ein kan lage bilete av pa ein gong. Ei løysing er a fa pasienten til a halde pusten i fire-fem hjarteslag, for a fa hjartet til a ikkje røre seg i brystkassa. Da kan ein ta fire-fem opptak side om side i hjartet, og sette desse saman til eit stort volum.
Fra 2007 finst det og utstyr til born
[3]
Til dømes kan ein no laga eit bilete av ein
hjarteklaff
, der ein kan snu pa biletet i alle plan og sja klaffen fra alle sider mens han rører seg. Dette kan gje kirurgen verdfull førehandsinformasjon. Metoden er ikkje i rutinemessig bruk (2008).
Ultralydsignalet som kjem attende til proben blir handsama slik at ein i staden for eit bilete av strukturar hentar ut informasjon om farten til ting som rører seg, og da berre dei med høg fart. I praksis vil dette vera dei
raude blodlekamane
. Malemetoden heiter
Doppler-maling
.
Ein kan sja fart og retning pa blodstraumar. Dette blir brukt til a oppdage tronge omrade i klaffar og blodarer, og til a rekna ut
slagvolum
. Data blir synt fram som ei kurve med fart over tid. Ein nyttar og
Bernoullis likning
i forenkla form og kalkulerer trykkskilnader mellom omrade i hjartet.
Farten til blodstraumen kan og visast grafisk. Biletet vert delt opp i sma celler, og for kvar av desse blir data for fart henta inn. Ein fargekodar gjennomsnittsverdien for fart og retning pa blodstraumen i cella (raudt mot proben, blatt fra, medan grønt er turbulens). Nar ein legg dette biletet over eit todimensjonalt bilete tatt opp samtidig kan ein visuelt søkja etter tronge parti, lekkasjar og defektar. Sja illustrasjon 3.
I blodstraumsmalingane maler ein farten til objekt som rører seg snøgt, og gjev svake ekko. Desse objekta er som regel dei
raude blodlekamene
(erytrocyttar). I vevsdopplermalingar maler ein motsett; det som rører seg sakte og gjev sterke ekko. Det er i praksis sjølve hjartemuskelen,
myokard
. Slike fartsmalingar kan analyserast pa fleire ulike matar. Mellom anna kan ein sja pa kor snøgt hjartemuskelen trekkjer seg saman og kor mykje han trekkjer seg saman. Dersom ein maler farten i to omrade som ligg i nærleiken av kvarandre og gjer det over ei tid, til dømes eit hjarteslag, kan ein rekne ut korleis og kor mykje muskelen vert deformert. En kan sja nar og kor mykje muskelen trekkjer seg saman eller strekkjer seg. Ein kan vidare sja om det er skilnader mellom omrade av hjartet.
Ein kan til dømes sja pa tidsskilnader (dys-synkronitet) i samantrekninga som kjem ved somme former for impulsblokkering i hjartet. Vevsdopplermalinga blir da brukt i diagnostikken, og for a vurdere effekten av behandlinga (
pacemaker
). Ein kan og avsløre at eit omrade trekkjer seg saman samstundes som eit anna ikkje rører seg eller tvert om strekkjer seg. Dette kan vera ein skade etter
hjarteinfarkt
.
Slik informasjon om korleis hjartemuskelen rører seg og vert deformert kan og hentast pa anna vis, mellom anna fra det todimensjonale gratonebiletet. Kvar produsent av ultralydapparat har gjerne sett sitt eige namn pa desse teknikkane, det engelske omgrepet ≪
Strain rate imaging
≫ er framleis mykje brukt som fellesnamn for heile dette feltet.
Ein kan ikkje sja hjartet fra alle avstandar og vinklar. Akustiske eigenskapar hja ulike typar vev og indre organ set grenser for det. Til dømes er
lungene
ugjennomtrengjelege for ultralydbølgjene pa grunn av lufta, mens
levra
pa grunn av
blodet
let lyden breie seg godt. Det er derfor vanskeleg a sja inn mange stader pa brystkassa, mens ein kan sja mykje fra magen og opp, dersom det ikkje er for mykje bukfeitt.
Gjennom brystveggen.
Pasienten ligg pa rygg, i sideleie eller meir eller mindre sitjande. Proben blir retta mot brystveggen, i halsgropa eller rett under ribbeina. Ein kan sja det venstre
hjartekammeret
,
framkammera
og klaffane mellom framkammera og hjartekammera. I tillegg ser ein klaffen ut av venstre hjartekammer og skiljeveggen mellom hjartekammera godt. Høgre hjartekammer, klaffen ut av det og skiljeveggen mellom framkammera ser ein sjeldan godt hos vaksne. Ein kan og vurdera væskeoppsamlingar i hjarteposen (
perikard
). Hos born kan ein og sja delar av
livpulsara
(aorta) og lungepulsara.
Gjennom matrøyret.
Pasienten er anten lett sedert (har fatt roande medisinar) eller i full
narkose
(hos born eller under operasjonar), og ein miniatyrisert probe blir lagt ned i
matrøyret
. Sjølve transdusaren vil da ligge rett bak eller under hjartet. Fordelen er at kvaliteten pa bileta blir dramatisk betre av di det er mindre vev mellom transdusaren og hjartet. Ulempa er at det er fa strukturar ein far sett godt fra desse vinklane. Det er framkammera med inn- og utløp, utløpet fra venstre hjartekammer og livpulsara. Skiljeveggene mellom dei to framkammera og dei to hjartekammera ser ein og særs godt. Metoden nyttast derfor ved
kateterbasert lukking
av hol i desse skiljeveggane. Han er ogsa ofte nytta under hjarteoperasjonar for a rettleie kirurgen.
Denne metoden er mykje brukt pa vaksne nar ein treng detaljinformasjon om
aortaklaffen
,
mitralklaffen
eller framkammerskiljeveggen.
Inne fra hjartet.
Ein svært liten probe blir ført inn i hjartet gjennom ei blodare, som regel fra
lysken
. Metoden er dyr, og er ikkje mykje brukt.
Mot hjartemuskelen.
Dette kan gjerast under hjarteoperasjonar. Nar hjartet er lukka, men brystkassa framleis er open kan ein setje ein probe rett pa hjartet for a sja resultatet av
kirurgien
.
Ekkokardiografi er eit døme pa medisinsk
diagnostisk
bruk av ultralyd, første gong i
1953
. Den første diagnostiske bruken av ultralyd var
nevrologen
Karl Dussik
sine forsøk pa hjernen i
1947
. Han hadde ein sendar pa den eine sida, og ein mottakar pa den andre. Han kom og med framlegg om a nytte
refleksjon
, men gjorde det ikkje i praksis.
Mellom føresetnadene for ekkokardiografi er
Lazzaro Spallanzani
si oppdaging pa 1700-talet av at
flaggermus
navigerte med ein sans han ikkje kunne forklare, det som ein no kjenner som ekko fra
ultralyd
. I
1880
demonstrerte brørne
Jacques
og
Pierre Curie
den
piezoelektriske
effekten, at særskilde
krystallar
far ei elektrisk spenning nar dei blir
elastisk
deformerte
. Den piezoelektriske effekten blei nytta i
sonar
og
ASDIC
som blei utvikla som eit middel i jakta pa
undervassbatar
under begge verdskrigane. I mellomkrigstida hadde russaren
S. J. Sokoloff
og amerikanaren
Floyd A. Firestone
begge utvikla apparat som nytta same teknologien for a finne feil inne i metallkonstruksjonar.
Da legen
Inge Edler
og ingeniøren
Carl Hellmuth Hertz
laga det første biletet av eit menneske
hjarte
med reflektert ultralyd, i 1953, skjedde det med eit apparat lant fra
Kockums
skipsverft i
Malmo
. Signala fra den reflekterte ultralyden (ekkoet), blei teikna ned med ein blekkskrivar pa eit endelaust papirband. Dette blei det ein no kallar ≪M-mode≫-opptak. Medisinsk diagnostisk bruk av ultralyd blei pa denne tida utvikla av fleire fagmiljø, innan nevrologi,
gynekologi
og
oftalmologi
, uavhengig av kvarandre. For denne historia, sja
medisinsk ultralyd
.
Fra starten av og lang tid framover, var transdusaren bygd opp av ein enkelt krystall. Ut over
1960-talet
kom det ulike system for
sanntids todimensjonal framstilling
(2D), bilete der ein sag skiver av hjartet i rørsle. Desse systema var utvikla bade i
Japan
og Europa, og var særs kompliserte, med svært store probar med fleire krystallar i parallell, og nokre med pasienten nedsenkt i vatn. Ettersom ultralydbølgjene skulle inn i kroppen mellom ribbeina var dei store probane lite brukande. I
1968
blei den første ≪phased array≫-transdusaren konstruert, med utgangspunkt i
bølgjefront
-teorien til
Christiaan Huygens
fra
1600-talet
. Denne transdusaren hadde fleire krystallar, men dei var ikkje aktive samstundes. Ved a la dei lage lyd med ei ørlita forseinking mellom kvar, kunne ein lage ei lydstrale ein kunne styre. Oppfinninga slo ikkje an. I
1974
kom ein transdusar med berre eitt krystall som blei vippa raskt i ulike vinklar (mekanisk sektorskanner). Med dette tok dei todimensjonale bileta over for M-mode i mange samanhengar. ≪Phased array≫-transdusaren kom likevel sterkare attende, og er no eineradande til ekkokardiografi.
I
1842
hadde
Christian Doppler
lagt fram ein
hypotese
om at
frekvensen
pa
lysbølgjer
endra seg proporsjonalt med den relative rørsla mellom kjelde og observatør. Dette fenomenet, som blir kalla
dopplereffekten
, gjeld og for lydbølgjer.
Shigeo Satomura
kom i
1957
med det første vitskapelege verket der ultralyd vart nytta som metode for maling av fart i blodstraumen, tufta pa dopplereffekten. I
1969
kom det pa same tid tre artiklar fra ulike forskargrupper som hadde utvikla metoden til a kunne male farten pa eit avgrensa punkt. Dette hadde ein lite nytte av før ein i 1974 klarte a lage ein transdusar som
bade
kunne lage bilete
og
male fart. Først da kunne ein sja kva ein malte. Dette er viktig ettersom ein ut fra farten pa blodstraumen kan rekna ut trykkskilnader mellom ulike delar av hjartet. Det matematiske grunnlaget for dette var lagt av
Daniel Bernouilli
i skriftet
Hydrodynamique
i
1738
. At den forenkla
Bernouilli-likninga
faktisk er gyldig pa dette viset, blei først vist av
Jarle Holen
i
1977
. I
1982
kom fartsmaling av blodstraumen over eit større omrade, fargekoda pa skjermen. Dette blir framleis kalla ≪fargedoppler≫, sjølv om ein ikkje nyttar dopplereffekten til malinga, men
autokorrelasjon
. Ut over
1980-talet
blei alle teknikkane over integrert i same maskin, og i same probe, slik at ein no kan gjere ein komplett analyse av oppbygging, funksjon og blodstraum pa ein gong.
- ↑
Zagzebski, James A.
Essentials of ultrasound physics
. Mosby, 1996.
ISBN 0-8151-9852-3
- ↑
1. Houck R, Cooke J, Gill E. Live 3D echocardiography: a replacement for traditional 2D echocardiography? AJR. 2006;187(4):1092-1106.
- ↑
Acar P, Abadir S, Paranon S, Latcu G, Grosjean J, Dulac Y. Live 3D echocardiography with the pediatric matrix probe. Echocardiography 2007 August;24(7):750-5.