Tekniske aspekter af Doppler-velocimetri af aortis isthmus hos humane fostre

Aortis isthmus er det segment af aorta, der ligger mellem udspringet af den venstre arteria subclavia og forbindelsen mellem ductus arteriosus og den nedadgående aorta. I den postnatale periode efter lukningen af ductus arteriosus tjener den kun som en vaskulær kanal, der transporterer blod fra aortakorsbuen ned til den nedadgående aorta. Under det prænatale liv spiller den imidlertid en vigtig rolle med hensyn til at opretholde en passende balance mellem den brachiocephale cirkulation, der forsyner overkroppen (herunder hjernen), og den subdiaphragmatiske cirkulation, der forsyner underkroppen og placenta1. Det parallelle arrangement af fostercirkulationen giver mulighed for ulige højre og venstre ventrikeloutput, da de placentale, pulmonale og underkroppens vaskulære modstande hovedsageligt virker på den højre ventrikel, mens overkroppens modstand hovedsageligt virker på den venstre ventrikel2. Under fysiologiske forhold og i fravær af strukturelle kardiovaskulære misdannelser, såsom hypoplastisk venstre hjertesyndrom, kritisk aortastenose og afbrudt aortabue, er strømmen i aortaisk isthmus fremadrettet i hele hjertecyklusen. Volumen og retning af blodstrømmen i aortaisk isthmus bestemmes af de enkelte ventrikleres systoliske ydeevne og de perifere vaskulære modstande. Under systolen fremmer venstre ventrikels ejektion fremadrettet strømning, mens højre ventrikels ejektion har den modsatte virkning. I diastolen, når ventriklerne ikke udstøder blod, og begge semilunære klapper er lukkede, afhænger blodstrømningsretningen i aortaisk isthmus hovedsagelig af den relative forskel mellem de vaskulære modstande i overkroppen (herunder hjernen) og underkroppen (herunder placenta)1. Derfor kan forhold, der fører til en øget højre ventrikulær efterlast (f.eks. intrauterin fostervækstbegrænsning på grund af placentainsufficiens) eller en reduceret venstre ventrikulær efterlast (f.eks. hypoxæmi, cerebrovaskulære aneurismer, vaskulære tumorer i halsen), forårsage en omvendt blodgennemstrømning i aortaisk isthmus under diastolen. Adskillige eksperimentelle undersøgelser af fårfostre3-6 har etableret det patofysiologiske grundlag for anvendelse af Doppler-velocimetri af aortis isthmus til evaluering af føtal kardiovaskulær dynamik. Endvidere har kliniske undersøgelser vist, at det er muligt at registrere bølgeformen af blodgennemstrømningshastigheden i aortaisk isthmus hos det humane foster7-10, og det er blevet påvist, at unormale blodgennemstrømningsmønstre er forbundet med omfordeling eller kompromittering af det føtale kredsløb11-15. For nylig er det blevet vist, at Doppler-velocimetri af aortis isthmus kan forudsige perinatale16 og langsigtede neuroudviklingsmæssige17 resultater ved placentainfekt, og rutinemæssig anvendelse af Doppler-velocimetri af aortis isthmus er blevet foreslået i forbindelse med evaluering af fostre med intrauterin væksthæmning18. Det er klart, at nogle centre med ekspertise gør brug af aortis isthmus Doppler-velocimetri i tillæg til andre arterielle og venøse Dopplerparametre i undersøgelsen af føtal hæmodynamik, men de opfattede tekniske vanskeligheder har ført til en vis skepsis med hensyn til dens potentiale for bredere klinisk anvendelse. En multicenterundersøgelse af gennemførligheden og pålideligheden af Doppler-velocimetri af aortis isthmus, der er offentliggjort i dette nummer af Ultrasound in Obstetrics and Gynecology19 , viste, at på trods af tilstrækkelig visualisering og nøjagtig identifikation af dette vaskulære segment, er det stadig en udfordring at placere en passende cursor til pulsedwave Doppler-interrogation af aortis isthmus’ blodgennemstrømningshastighedsbølgeformer. Formålet med denne artikel er at give klinikere nogle praktiske råd om, hvordan man udfører Doppler-dopplerblodstrømsvelocimetri af aortaisk isthmus hos det menneskelige foster.

I dag, med forbedret ultralydsafbildningsteknologi, opnår behørigt uddannede obstetrikere og føtale/perinatale kardiologer standardvisninger af fosterets hjerte og store kar uden større vanskeligheder. Aortaisthmus kan let identificeres i både de langsgående (Figur 1a-c) og tværsnitsvisninger (Figur 1d), som rutinemæssigt anvendes under føtal ekkokardiografi. Når dette vaskulære segment er identificeret, kan der udføres Doppler-velocimetri i et hvilket som helst af de i figur 1 viste visninger ved at placere Doppler-porten (cursor) på det relevante sted og holde insonationsvinklen så lav som muligt. Selv om Doppler-flowshastighedsbølgeformer kan opnås ved hjælp af B-mode-billeddannelse og pulserende bølge-doppler (figur 1c), anbefales farvestyret pulserende bølge-dopplerinterrogation, da det hjælper med at identificere karrene og viser blodstrømmens retning, hvilket giver mulighed for optimal placering af cursoren. Størrelsen af pulsbølgeporten (prøvevolumen) bør justeres i overensstemmelse med størrelsen af aortaisk isthmus, som afhænger af fosterets gestationsalder, for at undgå at registrere signaler fra de tilstødende kar. Bølgeformerne for blodgennemstrømningshastighed registreres under fosterets hviletid.

Den aortiske isthmus’ flowhastighedsbølgeformer, der opnås fra begge sonografiske planer (longitudinalt aortakorsbuevisualisering eller visning af tre kar og trachea), er ret ens (Figur 2) og reproducerbare9, 20. Nøjagtig cursorplacering kan være enklere i den langsgående visning, da udspringet af venstre arteria subclavia er relativt lettere at visualisere i dette plan, og der er mindre mulighed for at opnå bølgeformer for blodets strømningshastighed fra den tværgående aortakorsbue i stedet for isthmus. På den anden side kan det være enklere, lettere og mindre tidskrævende at få vist de tre kar og trachea frem for det langsgående aortakorsbuebillede.

Den aortiske isthmus-flowhastighedsbølgeform har en typisk form og er let genkendelig i de fleste tilfælde. Den har en hurtig systolisk opadgående bevægelse (kort accelerationstid) med gennemsnitlige systoliske tophastigheder, der varierer mellem ca. 30 og 100 cm/s fra 11 uger til termin10, 21. Dette efterfølges af en mere gradvis deceleration af hastigheden og en smal incisura (i de fleste tilfælde) ved slutningen af systolen. Der ses normalt en lille omvendt strømning i et meget kort tidsrum ved slutningen af systolen (figur 3a) i tredje trimester af graviditeten7, 8. Denne korte end-systoliske flowomvending er imidlertid fraværende før 20 uger7, 21 og registreres mindre hyppigt, når aortaisthmusens flowhastighedsbølgeformer optages i tværsnitsplanet (tre kar og trachea view)10. Omvendelse af blodstrømmen under diastole eller nettoblodstrømsomvendelse (dvs. samlet retrograd strømning > samlet antegrad strømning i løbet af hjertecyklussen) i aortaisk isthmus (figur 3b) er altid unormal.

Da ductus arteriosus ligger tæt på aortis isthmus (figur 1a og d), kan selv meget små bevægelser føre til, at bølgeformerne fås fra det ene eller det andet kar under pulsed-wave Doppler-interrogation (figur 4). Det kan være nødvendigt hyppigt at opdatere B-mode- eller farveflowbillederne for at sikre, at pulsbølgeporten forbliver i den korrekte position under optagelsen af Dopplerflowhastighedsbølgeformer. Generelt adskiller Dopplerbølgeformerne for ductus arteriosus sig en smule fra dem for aortis isthmus (Figur 5). Gestationsalderspecifikke gennemsnitlige systoliske tophastigheder i ductus arteriosus er meget højere end i aortis isthmus, idet de ligger mellem 40 og 120 cm/s fra 11 uger til termin22-24. Faktisk har ductus arteriosus de højeste blodgennemstrømningshastigheder i den føtale cirkulation25. I modsætning til aortis isthmus ses den korte omvending af flowet i slutningen af systolen normalt ikke i ductus arteriosus, og der er næsten altid positive diastoliske hastigheder under fysiologiske forhold. Den fremadrettede strømning under systolen starter og topper tidligere i aortaisk isthmus end i ductus arteriosus (figur 3 og 6). Eksperimentelle undersøgelser på fårfostre har vist, at præ-ejektionsperioden i højre ventrikel er længere end i venstre ventrikel (57 vs. 48 ms)26 , og at ductusstrømmen begynder ca. 48 ms senere end isthmisk strømning og har en længere accelerationstid (52 vs. 18 ms)27. Lejlighedsvis, især når der anvendes et større prøvevolumen, kan man samtidig få overlejrede bølgeformer af blodgennemstrømningshastigheden i aortisk isthmus og ductus arteriosus (Figur 6), hvilket gør det muligt at foretage en direkte sammenligning i løbet af hjertecyklusen hos humane fostre.

Det er muligt at estimere blodgennemstrømningen i aortaisk isthmusvolumen (Qai) ikke-invasivt21 ved at måle dens diameter og blodgennemstrømningshastigheder: Qai (i mL/min) = tidsmiddelværdi af maksimal hastighed (TAMXV, i cm/s) × π(diameter/2, i cm)2 × 60. På grund af begrænsningerne og kompleksiteten af volumenstrømsmålinger er der imidlertid blevet foreslået flere andre indeks til klinisk brug. Grundlæggende adskiller disse indeks sig fra hinanden på grund af ét princip: nogle anvender absolutte hastigheder i deres beregning, mens andre anvender hastigheds-tidsintegralet (VTI). Fouron et al.7 foreslog oprindeligt et såkaldt balanceindeks, dvs. (peak systolisk hastighed – enddiastolisk hastighed/(antegrad VTI – retrograd VTI), som svarer til pulsatilitetsindeks (PI), når der anvendes absolutte hastigheder, da summen af systolisk og diastolisk VTI ganget med fosterets hjertefrekvens giver TAMXV, og PI = (peak systolisk hastighed – enddiastolisk hastighed)/TAMXV. Et isthmisk flowindeks (IFI), dvs. (systolisk VTI + diastolisk VTI)/systolisk VTI, blev senere foreslået8 , men har ikke vundet stor popularitet blandt klinikere. Argumentet for at anvende VTI-relaterede indeks frem for hastighedsrelaterede indeks har været den antagelse, at de giver bedre oplysninger om blodstrømmens volumen og retning. Denne antagelse er imidlertid ikke helt sand. For eksempel afspejler TAMXV sandsynligvis volumenblodstrømmen, som den gør det i andre kar28, 29, og en positiv TAMXV (eller PI) betyder, at nettoblodstrømmen i løbet af hjertecyklussen er antegrad, mens en negativ værdi betyder, at nettoblodstrømmen er retrograd på samme måde som et VTI for antegrad strømning/VTI for retrograd strømning-forhold på >1 eller <1. På samme måde afspejler PI sandsynligvis også størrelsen af den tilstedeværende komponent af omvendt flow, når den er til stede, da TAMXV (som svarer til VTI over en hjertecyklus × hjertefrekvens) er nævneren i den formel, der anvendes til beregning heraf.

IFI for blodgennemstrømning i aortaisk isthmus kan opdeles i fem forskellige typer8 som følger: Type I: IFI > 1, når strømmen er antegrad i hele hjertecyklussen; Type II: IFI = 1, når den diastoliske strømning er fraværende; Type III: IFI = 0-1, når den diastoliske strømning er omvendt, men nettostrømmen stadig er antegrad; Type IV: IFI = 0, når den antegrade og retrograde strømning er lige stor; og Type V: IFI < 0, når nettostrømningen er retrograd. Det vigtigste er imidlertid, om den diastoliske blodgennemstrømning er omvendt, og om nettoblodgennemstrømningen er retrograd, da dette er tegn på kompromitteret hæmodynamik hos fosteret. I denne sammenhæng kan normale og unormale bølgeformer identificeres ved simpel kvalitativ (visuel) vurdering som henholdsvis dem, der viser antegrad diastolisk flow (IFI-værdier ≥ 1), og dem, der viser retrograd diastolisk flow (IFI < 1). Yderligere klassificering af bølgeformmønstre ved hjælp af IFI i flere typer synes ikke at forbedre den prædiktive værdi for et ugunstigt perinatal udfald8.

Aortis isthmus retrograd diastolisk blodgennemstrømning betyder omfordeling af fostrets cirkulation, hvilket indikerer lavere modstand i overkroppen (cerebral) sammenlignet med modstand i underkroppen (placenta), mens omvendt nettoblodgennemstrømning indikerer, at fosteret har problemer med at opretholde cerebral iltning3. Semikvantitative indeks som PI og resistensindekset (RI) er kendt for at afspejle nedstrømsimpedans og er lette at beregne ved hjælp af softwarepakker, der fås sammen med de fleste ultralydsmaskiner. PI i aortaisk isthmus er øget, og de absolutte hastigheder (især TAMXV) er reduceret hos intrauterint væksthæmmede fostre, uanset IFI-type16. Desuden er de absolutte hastigheder kvantitative variabler, der anvendes til beregning af PI og RI samt af blodvolumenstrømmen. Derfor kan det være enklere og mere hensigtsmæssigt i klinisk praksis at anvende absolutte blodhastigheder og PI i stedet for IFI. Det er dog vigtigt at være opmærksom på, at den korte omvending af flowet under slut-systolen, som er et normalt fund i tredje trimester, kan give falskt høje PI-værdier, hvis man beregner PI som (maksimal hastighed – minimal hastighed)/TAMXV i stedet for som (peak systolisk hastighed – endediastolisk hastighed)/TAMXV.

Ændringer i bølgeformen af blodgennemstrømningshastigheden i aortis isthmus er tydelige tidligere end i den nedadgående aorta11, navlearterien12 og ductus venosus15, 30. En stigning i placenta-modstanden, der forårsager en 50 % reduktion i navleblodgennemstrømningen, er blevet vist at være forbundet med omvendt diastolisk blodgennemstrømning i aortaisk isthmus hos fårfostre, selv om den diastoliske blodgennemstrømning i navlearterien forblev fremadrettet4. Fødende med manglende/omvendt endediastolisk flow i arteria umbilicalis12, 16, 17 eller i ductus venosus15, 16 synes konsekvent at have retrograd diastolisk flow i aortaisthmus. Velocimetri af blodgennemstrømningen i aortaisthmus giver vigtige oplysninger om føtal kardiovaskulær funktion, dvs. ventriklernes individuelle ydeevne, relative ændringer i øvre (herunder hjerne) og nedre (herunder placenta) kropsmodstande og føtal iltning, og det har potentiale til at blive et værdifuldt klinisk værktøj. Da dette segment af den føtale aorta er relativt kort og har flere andre blodkar i umiddelbar nærhed, kan det imidlertid være en teknisk udfordring at opnå bølgeformer for blodgennemstrømningshastigheden. For at opnå nøjagtig måling og fortolkning af blodgennemstrømningen i aortaisthmus ved hjælp af Doppler-ultralyd er det vigtigt, at operatørerne får tilstrækkelig træning i at opnå standardvisning af den langsgående aortabue og visning af tre kar og trachea, visualisering og genkendelse af aortaisthmus i B-mode og af blodgennemstrømningsretningen i farveflowmode, passende cursorplacering, genkendelse af bølgeformmønstre i aortaisthmus samt andre tilstødende kar, og at de har en forståelse af faktorer, der kan påvirke blodgennemstrømningen i dette segment af fosterkredsløbet.