Fachthema

Strain-Analyse mit Speckle-Tracking-Echokardiografie

Jatros, 21.12.2017

Autor:
Dr. Jürgen Kammler
Autor:
OA Dr. Hermann Blessberger
Klinik für Kardiologie und Internistische Intensivmedizin
Med Campus III, Kepler Universitätsklinikum Linz
E-Mail: hermann.blessberger@kepleruniklinikum.at

Kardiologie & Gefäßmedizin

Die Strain-Analyse mit Speckle-Tracking-Echokardiografie hat in den letzten Jahren Einzug in den klinischen Alltag des Echolabors gehalten. Die Technik eignet sich gut zur objektiven Erfassung der globalen sowie regionalen Linksventrikelfunktion. Besonders Änderungen im zeitlichen Verlauf können damit gut beobachtet und dokumentiert werden.

Keypoints

  • Die Speckle-Tracking-Strain-Analyse ist ein Post-Processing- Verfahren, das eine objektive Darstellung der regionalen sowie globalen Funktion des linken Ventrikels erlaubt.
  • Das Speckle-Tracking-Verfahren ist im Vergleich zur Ermittlung der Deformationsparameter mittels Tissue-Doppler-Imaging vom Einschallwinkel unabhängig.
  • Klinische Anwendungsgebiete sind derzeit vor allem die Darstellung regionaler Wandbewegungsstörungen bei koronarer Herzkrankheit sowie die Verlaufsbeurteilung der globalen und regionalen linksventrikulären Funktion bei Kardiomyopathien. Der globale longitudinale systolische Spitzenstrain ist dabei am besten validiert.

Was sind Strain-Analyse und das Speckle-Tracking-Verfahren?

Die Kontraktion des linken Ventrikels des Herzens während der Systole ist komplex und mit der Bewegung beim Auswringen eines Handtuches vergleichbar. Hierbei können mehrere Komponenten der Kontraktion unterschieden werden: eine longitudinale Verkürzung, eine zirkumferenzielle Verkürzung (der Radius des Ventrikels im Querschnitt verkleinert sich) sowie eine radiale Verdickung.1 Der Lagrange’sche Strain beschreibt die Verkürzung eines myokardialen Segmentes bezogen auf seine Ausgangslänge und ist eine dimensionslose Größe (Strain = [Länge Systole – Länge Enddiastole]/Länge Enddiastole). Definitionsgemäß werden die Strain-Werte in Prozent angegeben, wobei der longitudinale und der zirkumferenzielle Strain ein negatives Vorzeichen erhalten (Verkürzung) und der radiale Strain ein positives (Verdickung). Die Veränderung des Strain-Wertes pro Zeiteinheit wird als Strain-Rate bezeichnet. Ursprünglich wurde der Gewebedoppler (Tissue-Doppler- Imaging, TDI) zur Bestimmung dieser myokardialen Deformationsparameter genutzt. Hierbei kann über die Messung der Myokardgeschwindigkeit auf die Verkürzung (Strain) zurückgerechnet werden. Neuerdings steht aber mit dem Speckle- Tracking-Verfahren ein vom Einschallwinkel unabhängiges Verfahren zur Bestimmung der Deformationsparameter zur Verfügung. Als „Speckles“ wird die Musterung des Myokards im Ultraschall bezeichnet, die durch Streuung der Ultraschallstrahlen an kleinen myokardialen Strukturen zustande kommt. Das Speckle- Muster eines myokardialen Segmentes („kernel“) wird als natürlicher akustischer Marker hierbei wie ein „Fingerabdruck“ von einer Software erfasst und gespeichert, und dessen Verlagerung wird während des Herzzyklus mitverfolgt („getrackt“). Somit kann die genaue Verkürzung bzw. Verdickung für alle 17 Segmente des linken Ventrikels ermittelt werden. Im Vergleich zur Messung der Gewebegeschwindigkeit mittels TDI ist das Speckle- Tracking-Verfahren vom Einschallwinkel unabhängig und misst nur die „aktive“ Kontraktion, während „passive“ Gewebeverlagerungen – z.B. durch passiven Zug angrenzender Myokardsegmente an einem Narbenareal – nicht als Kontraktion gewertet werden. Ein gemeinsamer Standard für „strain imaging“ wurde von der Europäischen und Amerikanischen Gesellschaft für Echokardiografie bereits gemeinsam mit Vertretern der Industrie definiert, um die Vergleichbarkeit von Strain-Werten zwischen verschiedenen Softwareanbietern in Zukunft sicherzustellen. 2 Bei den longitudinalen Strain- Werten zeigte sich in einer multizentrischen Studie, dass diese bei verschiedenen Anbietern vergleichbar waren, während bei zirkumferenziellen und radialen Strain-Werten noch Unterschiede bestanden. Des Weiteren erwiesen sich die erhobenen Strain-Messwerte als robust im Sinne einer niedrigen Inter- und Intra- Observer-Variabilität.3

Wie funktioniert eine Speckle- Tracking-Strain- Analyse in der Praxis?

Die Strain-Analyse ist ein Post-Processing-Verfahren, für das man mit der Software der aktuellen Anbieter ca. drei bis fünf Minuten benötigt. Die Analyse selbst kann dabei direkt auf der Ultraschallmaschine oder im Nachhinein an der Workstation durchgeführt werden. In der klinischen Routine hat sich der globale (= über die Segmente gemittelte) longitudinale systolische Spitzenstrain („global longitudinal peak systolic strain“, GLPSS) als robustester Parameter erwiesen. Um ihn zu ermitteln, müssen ein apikaler 4-Kammer-, 2-Kammer- und 3-Kammer-Blick mit EKG-Spur gespeichert werden. Das EKG ermöglicht der Software die zeitliche Zuordnung zur Systole bzw. Diastole des Herzens (bei neueren Softwarevarianten ist dies unter Umständen nicht mehr notwendig). Bei der Aufzeichnung der Schnitte zur Analyse sollen diese in Bezug auf die Bildqualität optimiert werden. Die Eindringtiefe soll so adaptiert werden, dass der linke Ventrikel den Schallsektor gut ausfüllt (Vorhöfe können abgeschnitten werden). Dies ermöglicht eine höhere Pulsrepetitionsfrequenz (PRF) und somit eine bessere zeitliche Auflösung. Des Weiteren muss so weit wie möglich auf eine gute Darstellung der Endokardgrenze geachtet werden. Die Software schlägt automatisch eine „region of interest“ (ROI) mit Unterteilung in sechs gleich große myokardiale Segmente vor. Der Anwender muss nun noch die Breite des Myokards bzw. die Lage der Segmente entsprechend modifizieren und verifizieren. Bei Definition der ROI ist zu beachten, dass das echogene Perikard nicht in selbiger zu liegen kommt, da es sonst zu falsch hohen Strain-Werten kommen kann. Lungenüberlagerung sowie eine Bewegung des Myokards aus der Schnittebene sollten vermieden werden, da die Segmente in diesem Fall nicht mehr „verfolgt“ werden können und für die Analyse verloren gehen.
Die Software berechnet nun für die jeweiligen Segmente die systolischen Strain- Werte und stellt diese nummerisch sowie mit Kurven, die den zeitlichen Verlauf widerspiegeln, dar (Abb. 1). Hat man alle 3 Schnitte des linken Ventrikels auf diese Weise bearbeitet, kann man sich die Strain-Werte aller 17 Segmente im Bull’s Eye View anzeigen lassen. Dabei werden die Strain-Werte auch farbcodiert. Dunkelrote Segmente entsprechen dabei starker Kontraktilität, während hellrote Segmente weniger stark kontrahieren und blaue Segmente sich in der Systole dehnen. Des Weiteren wird der über alle 17 Segmente gemittelte GLPSS angegeben. Der Normbereich liegt bei unter –17%. Typischerweise ist zu beobachten, dass die basalen Segmente des linken Ventrikels eine weniger intensive longitudinale Kontraktion als die apikalen Segmente aufweisen. Diesem Faktum wurde auch durch segmentspezifische Referenzwerte Rechnung getragen.3 Mit gleichem Prinzip können auch zirkumferenzielle und radiale Strain-Werte sowie Strain-Werte der rechtsventrikulären freien Wand sowie des linken Vorhofes ermittelt werden, die aber derzeit klinisch noch keine breite Anwendung gefunden haben. Geschlechtsspezifische (etwas niedrigere Werte für Männer als für Frauen) sowie altersabhängige Unterschiede der Strain-Werte (Abnahme der longitudinalen Kontraktion mit dem Alter) sind beschrieben, aber im Ausmaß gering.3

Wann soll eine Strain-Analyse im Echolabor durchgeführt werden?

Die Strain-Analyse liefert zusätzliche Informationen z.B. über eingeschränkte regionale Kontraktilität im Rahmen einer Hypertrophie oder Fibrose, die über die Aussagekraft der linksventrikulären Ejektionsfraktion (EF) hinausgehen. So konnte gezeigt werden, dass gerade bei Patienten mit struktureller Herzerkrankung der GLPSS-Wert schlechter mit der EF korreliert ist als bei strukturell Herzgesunden.4 Der Einsatz der Strain-Analyse im Echolabor bleibt speziellen Fragstellungen vorbehalten: Derzeit bestehen die klinischen Anwendungsgebiete vor allem in einer objektivierbaren Darstellung regionaler Wandbewegungsstörungen bei koronarer Herzkrankheit sowie der globalen und regionalen Linksventrikelfunktion im zeitlichen Verlauf. So können die Veränderungen der systolischen Funktion im Rahmen einer inflammatorischen Kardiomyopathie, eines Tako-Tsubo-Syndroms oder einer peripartalen Kardiomyopathie unter Therapie monitiert werden (Abb. 2). Eine weitere Stärke der Strain-Analyse ist das Aufzeigen einer „subklinischen“ systolischen Dysfunktion des linken Ventrikels bei einer Ejektionsfraktion im Normbereich. Diese kann typischerweise im Rahmen eines „heart failure with preserved ejection fraction“ (HFpEF) beobachtet werden.5 Daneben können auch Veränderungen im Rahmen einer kardiotoxischen Chemotherapie sehr genau detektiert werden. 6 Ein verminderter GLPSS wurde bei Patienten mit Klappenvitien – v.a. einer Aortenklappenstenose – und noch normaler linksventrikulärer Ejektionsfraktion mit einer schlechteren Prognose in Zusammenhang gebracht (Abb. 2).7, 8 Diese Erkenntnisse könnten in Zukunft bei der Entscheidung über den optimalen Zeitpunkt einer operativen oder interventionellen Klappensanierung eine Rolle spielen. Es gibt auch Erkrankungen, die ein charakteristisches Strain-Muster verursachen. Hierzu zählt die kardiale Amyloidose. Hierbei kommt es im Verlauf der Erkrankung durch Amyloidablagerungen im Myokard zu einer massiven Myokardhypertrophie mit deutlicher Einschränkung der Kontraktilität im Bereich der basalen linksventrikulären Segmente bei erhaltener Kontraktilität der apikalen Segmente (sogenanntes „apical sparing“). Dieses Muster zeigt sich im Bull’s Eye View als ein charakteristisches Bild mit zentralem rotem Fleck apikal mit guter Kontraktilität, der von einem hellroten/blauen Ring mit geringerer Kontraktilität bzw. Dehnung in der Systole umgeben ist („Cherry on top“- Phänomen).

Literatur: