Украинская баннерная сеть

Расчет объемов правого желудочка и его фракции выброса методом двухмерной эхокардиографии c использованием эллиптической математической модели
 
Е.О. Крахмалова
 
Институт общей и неотложной хирургии АМН Украины, г. Харьков

Ключевые слова: правый желудочек, эхокардиография, математическая модель, объемные показатели

Сложная геометрия правого желудочка (ПЖ) затрудняет изучение его количественных параметров. Рутинным методом для изучения строения и функции данной камеры сердца является двухмерная эхокардиография [3, 4].

В норме переднезадний размер ПЖ в парастернальной позиции по длинной и короткой осям левого желудочка (ЛЖ) не должен превышать 2,5–2,6 см, а отношение медиально-латеральных размеров ПЖ/ЛЖ из верхушечного доступа – 0,6 см [8]. Индекс эксцентричности (ИЭ) представляет собой отношение двух взаимноперпендикулярных осей ЛЖ, измеренных в парастернальной позиции по короткой оси на уровне кольца митрального клапана и папиллярных мышц. В норме ИЭ равен 1: степень его увеличения прямо пропорциональна степени дилатации ПЖ [10].

Для изучения формы данной камеры в последние годы стали успешно применять методы магнитоядерного резонанса, спиральной компьютерной томографии, сцинтиграфии, трехмерной реконструкции ультразвуковых изображений, что, однако, доступно далеко не всем медицинским учреждениям [3, 7, 9, 11].

Цель работы – изучение возможностей метода двухмерной эхокардиографии для вычисления объемов и фракции выброса правого желудочка у здоровых лиц.

Материал и методы

Двухмерная эхокардиография была выполнена у 21 здорового лица в возрасте от 13 до 54 лет (в среднем (24,1±9,4) года). Мужчин было 10, женщин – 11. Обследование проводили на аппарате “Ultramarc-9” (“ATL”, США). Рассчитывали конечно-диастолический (КДО), конечно-систолический (КСО), ударный (УО) объемы и фракцию выброса (ФВ) ЛЖ по методу Симпсона. Для вычисления аналогичных параметров ПЖ в систолу и диастолу в течение трех последовательных кардиоциклов измеряли d1 (b-a) – переднезадний размер ПЖ из парастернального доступа по короткой оси на уровне кольца митрального клапана (рис. 1а), d2 (c) – сумму диаметров приточного (на уровне кольца трехстворчатого клапана) и выходного (на уровне клапанного кольца легочной артерии) отделов ПЖ, измеренных в парастернальной позиции по короткой оси на уровне корня аорты (рис. 1б); d3 (h) – длинную ось ПЖ в четырехкамерной верхушечной позиции (рис. 1в).


Рис. 1. Схематическое изображение основных эхокардиографических доступов и основных параметров для расчета объемов правого желудочка.

В качестве математической модели ПЖ была взята эллиптическая модель, в которой объему ПЖ соответствовал объем 1/8 части пространства, ограниченного двумя эллипсоидами с разными горизонтальными и одинаковыми вертикальными диаметрами (рис. 2).


Рис. 2. Эллиптическая модель правого желудочка.

Для вычисления объема ПЖ использовали следующую формулу:

V = 1/6p(b-a)ch,

где в качестве исходных переменных (b-a, c, h) подставляли перечисленные выше ультразвуковые параметры.

Статистическую обработку данных проводили с помощью пакета программ Statistica 6.0.

Результаты и их обсуждение

Правомерность использования эллиптической математической модели для вычисления объема ПЖ была подтверждена нами в эксперименте и описана в одной из предыдущих статей. Двухмерная эхокардиография позволяет получить ультразвуковые сечения сердца, на которых могут быть измерены необходимые морфологические размеры ПЖ, используемые в формуле в качестве исходных переменных.

Средние значения вышеуказанных параметров ПЖ в систолу и диастолу, полученные у 21 здорового лица методом эхокардиографии, приведены в табл. 1.

Таблица 1 Средние величины эхокардиографических параметров правого желудочка, использованные в качестве переменных для вычисления его объемов

 
В табл. 2 представлена сравнительная оценка объемов и ФВ ЛЖ, рассчитанных по методу Симпсона, с аналогичными показателями ПЖ, вычисленными с использованием эллиптической модели.

Таблица 2 Сравнительная оценка объемов и сократительной функции левого и правого желудочков у здоровых лиц

Примечание. * – различия показателей достоверны по сравнению с таковыми для левого желудочка (P<0,05–0,01).

УО ЛЖ и УО ПЖ достоверно не различались, что соответствует нормальной физиологии сердца: минутный объем большого круга кровообращения у здорового человека равен объему малого круга [5]. В нашем исследовании КДО ПЖ превышал КДО ЛЖ на 13,2 % (P<0,05), также существенно различались КСО ЛЖ и КСО ПЖ (P<0,01) и показатели ФВ ЛЖ и ПЖ (P<0,01). Полученные результаты вполне объяснимы: ввиду большей мышечной массы ЛЖ обладает большей сократительной способностью по сравнению с ПЖ и, следовательно, объем крови в данной камере сердца в конце систолы будет достоверно меньшим.

Известно, что метод расчета объема как ЛЖ, так и ПЖ принципиально важен для точности получаемых результатов. Так, широко применяемая в рутинной эхокардиографии формула Teicholz [12] для расчетов объемов и ФВ ЛЖ с использованием М-модальных измерений ЛЖ считается не совсем точной, поскольку конечно-диастолический (систолический) размеры ЛЖ, вычисленные из парастернального доступа, возводятся в третью степень, что существенно увеличивает погрешность расчетов. Было установлено также, что даже небольшие ошибки измерений КДО и КСО ЛЖ приводят к существенным погрешностям в оценке ФВ (ошибка на 1 мм в измерении указанных параметров приводит к ошибке 4,24 % при вычислении ФВ).

Предлагаемая нами формула для вычисления объемов ПЖ не требует возведения какого-либо из параметров в степень, и, следовательно, точность получаемых при помощи нее измерений зависит только от квалификации оператора. В нашем случае при применении метода математической обработки [6] было установлено, что погрешность данной формулы для измерения КДО ПЖ составляет 4,18 мл, а для КСО ПЖ – 3,36 мл.

Данные литературы, касающиеся результатов количественной оценки объемов ПЖ, немногочисленны и неоднозначны. Отмечено, что в норме ФВ ПЖ несколько ниже ФВ ЛЖ и составляет в среднем 48,8 %, что отражает долевой вклад его в функционирование сердца как единого насоса [2]. Считают также, что КДО ПЖ в норме примерно в 1,5 раза больше КДО ЛЖ [1]. T. Takahiro и соавторы [11] изучали объемы ПЖ в эксперименте на собаках и у 14 здоровых добровольцев с использованием метода компьютерной трехмерной реконструкции двухмерных ультразвуковых изображений. В указанной работе приведены значения КДО, КСО и УО ПЖ, которые составили соответственно (77,1±9,1), (46,9±7,8) и (30,3±5,1) мл. Авторы указывают величины аналогичных параметров для ЛЖ: КДО ЛЖ – (75,2±12,2) мл; КСО ЛЖ – (41,0±6,4) мл; УО ЛЖ – (34,1±7,6) мл. По результатам данного исследования нетрудно рассчитать показатели ФВ для обоих желудочков: ФВ ПЖ » 39,3 %; ФВ ЛЖ » 45,4 %. Последний параметр, однако, существенно ниже общепринятых норм.

Как видно, результаты изучения количественных параметров ПЖ, описанные в литературе, довольно неоднозначны. Это, по-видимому, можно объяснить различиями используемых диагностических методов и отличиями в группах обследуемых. Вместе с тем дискутабельность данной проблемы еще раз подтверждает ее актуальность и необходимость поиска новых путей решения.

Выводы

  1. Метод двухмерной эхокардиографии позволяет количественно определять объемные показатели и фракцию выброса правого желудочка.
  2. В качестве исходных переменных для расчета объемных показателей правого желудочка с применением эллиптической математической модели могут быть использованы следующие эхокардиографические параметры: b-a – переднезадний размер ПЖ в парастернальной позиции по короткой оси на уровне митрального клапана, c – сумма диаметров приточного и выходного отделов ПЖ из парастернального доступа по короткой оси на уровне корня аорты, h – длинная ось ПЖ в верхушечной четырехкамерной позиции.
  3. Погрешность вычисления объемов правого желудочка с использованием предложенного метода составляет 4,18 мл в диастолу и 3,36 мл в систолу, что указывает на его высокую диагностическую значимость.
  4. Простота выполнения и высокая надежность метода позволяют рекомендовать его применение в широкой клинической практике для мониторинга состояния правого желудочка в норме и при сердечно-сосудистой патологии.
Литература
  1. Бобров В.А., Яблучанский Н.И. Руководство по клинической эхокардиографии. – Х., 1995. – 235 с.
  2. Гаврисюк В.К., Ячник А.И. Хроническое легочное сердце. – К., 1997. – 96 с.
  3. Жаринов О.И., Саллам С., Коморовский Р.Р. Состояние правого желудочка и межжелудочковое взаимодействие у больных с хронической сердечной недостаточностью // Кардиология. – 2000. – № 11. – С. 45-49.
  4. Коваленко В.Н. Методические подходы к созданию прикладных морфо-функциональных моделей желудочков сердца // Укр. кардiол. журн. – 2001. – № 5. – C. 73-78.
  5. Морман Д., Хеллер Л. Физиология сердечно-сосудистой системы. – СПб., 2000. – 250 с.
  6. Чинков В.М. Основи метрології та вимірювальної техніки: Підручник. – Х.: МОУ, ХВУ, 2001. – 423 с.
  7. Handschumacher M.D., Lethor J.P., Siu S.C. et al. A new integrated system for three dimensional echocardiographic reconstruction: development and validation for ventricular volume with application in human subjects // J. Amer. Coll. Cardiology. – 1993. – Vol. 2. – P. 743-753.
  8. Levine R., Gibson t., Aretz T. et al. Echocardiographic measurement of right ventricular volume // Circulation. – 1984. – Vol. 69. – P. 497.
  9. Markiewicz W., Sechtem U., Higgins Ch.B. Evaluation of the right ventricle by magnetic resonance imaging // Amer. Heart J. – 1987. – Vol. 113, № 1. – P. 8-15.
  10. Ryan T. et al. An echocardiographic index for separation of right ventricular volume and pressure overload // JACC. – 1985. – Vol. 5, № 4. – P. 918-924.
  11. Takahiro O. et al. Real-time, three-dimensional echocardiography: Feasibility of dynamic right ventricular volume measurement with saline contrast // Amer. Heart J. – 1999. – Vol. 137. – P. 958-967.
  12. Teichholz L.E., Kreulen T., Herman M.V., Gorlin R. Problems in echocardiographic volume determinations: echocardiographic-angiographic correlations in presence or absence of asynergy // Amer. J. Cardiology. – 1976. – Vol. 3. – P. 7.
Поступила 07.11.2003 г.
Calculation of right ventricular volume and ejection fraction by B-mode echocardiography with use of elliptical mathematical model

E.O. Krakhmalova

We studied the possibility of usage of B-mode echocardiography for the calculation of quantitative parameters and ejection fraction of right ventricle (RV). Twenty one healthy subjects have been observed. Volumes and ejection fraction of RV have been calculated by means of elliptical mathematical model in which volume of RV corresponds to 1/8 part of space limited by two ellipsoids with various horizontal and identical vertical diameters. The formule for calculation of the obtained figure includes following parameters: anteroposterior size of RV from parasternal approach along the short axis on mitral valve level, sum of the diameters of the inlet and outlet parts of RV measured from parasternal view along short axis on the level of aorta root, long axis of RV in four-chamber view.