New Techniques in Echo Strain & Strain Rate ... - CardioEgypt.com

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3 Mar 2010 ... What is Strain& Strain Rate. ▫ Strain and strain rate echocardiography is an emerging technique for assessing myocardial systolic and diastolic.
3/3/2010

New Techniques in Echo  Strain & Strain Rate Imaging

Dr Salwa Roshdy Professor of Cardiology Assiut University Feb 2010

What is Strain& Strain Rate  „

Strain    and   strain   rate   echocardiography is    an    emerging      technique    for  assessing      myocardial      systolic      and       diastolic      function    both   globally   and  regionally

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Major  Current  Methods   of  Assessment  of   Myocardial  Function I. Ejection  Fraction  for  global   assessment  and  is  limited   by  being  load  dependent II. Regional   wall  motion  abnormality  assessment  which is   limited  by   being   subjective   and   needs   high    experience III. Tissue   Doppler  Imaging  (TDI)   which     assesses   myocardial    velocity  in  different   segments  but   limited   by the   effect  of  tethering   and   the  translation  effect   of chest   wall  motion

IV.Strain (S) and Strain Rate (SR) Imaging ƒ They    are   derived   from    the Th d i d f h parent  TDI TDI and   have  d h the   following   advantages: I.  Load    Independent II. Can   assess    both  global   and    regional  myocardial   function. III Can   assess  both   systolic   and  diastolic  myocardial  function IV. have    high     both    temporal  &  spatial    resolution   which    is    position   independent  V. They   can   give    quantitative    numerical     data

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Motion and deformation ƒ In    the    heart,    the   myocardial     fibres  have  three  In the heart, the myocardial fibres have three „

„

directions      longitudinal,    circumferential    and    transmural .  In    systole,   myocardial   muscle     shortens   in     the       longitudinal,  and     circumferential     dimensions     and     thickens    in   transmural    direction .  Because   different  myocardial   fibers   have   different velocities  and  directions  so   the   myocardium   will   change   its   shape   during   contraction    which  is  known as   deformity   and   measured   by   Strain  and  Strain   Rate

Motion and deformation „

„

„ „

On   the   other  hand   motion  is  present   when    the   different   parts   of   an  object   have  the  same  velocity   and  the   same  direction  Apex   is   relatively   stationary   and   represents    the   thinnest    myocardium   and   it  pulls   the  basal  part Th The   velocity   increases   from   apex   to  base l it i f t b The   posterior  and   lateral  walls   contract  later  than  the  septum  and  inferior  LV  walls  

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Strain & Strain Rate  Definition „

The  strain ( Th t i (ε) is  the   rate  by  which  the   deformation  i th t b hi h th d f ti occurs   and   derived   from     Lagrangian   formula: 

ε =  L – Lo Lo where  Lo= baseline length   and   L  is   the instantaneous  length  at the time of measurement It is ratio so unitless at   the  time  of  measurement. It  is  ratio  so unitless „

Where  Strain Rate ( έ) is calculated  as  change  in   velocity   between  2 points   divided  by  the  distance  L

έ = V1 ‐

V2

L

Strain in three dimensions. The cylinder  shows Longitudinal strain Shortening 

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Strain & Strain Rate Display I.  Color coded strain rate In  color  coded  SR,   yellow‐red   indicates   compression,  and   blue‐white    indicates   expansion, green   indicates  no motion. „ strain rate imaging in the atria A th As  the  apex   of   the   heart  is  relatively   constant,   as  f th h t i l ti l t t well  as   the  atria  the   atrioventricular  plane  has  to  be  the   piston   of   a   reciprocating    pump,  expanding   the  atria   while   the ventricle   shortens   and   shortening the  atria   while   the   ventricle   expands.

Deformation in the atria is reciprocally  related to the deformation of the ventricles

Vent Sys

Atria

Vent Dias

Atria

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Strain & Strain Rate Display II. Strain & Strain Rate Expressed Graphically II. Strain & Strain Rate Expressed Graphically ‐ This  is  derived  from  the   parent   tissue   Doppler ‐ A  gradient  of  peak  velocity  at  different  locations  along    the  LV  wall   ‐ The  gradient  is   used   to  generate a  SR  curve ‐ Integration   of  this   curve   provides  data   on d f deformation   that   represent   strain ti th t t t i ‐ For   timing    of   different   intervals   Aortic    valve   closure  is  pointed  over  the curve  

Gradients  of  peak  velocities  at  different  locations  along   the  LV  wall Systole

Diastole

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A regression calculation generates  the strain rate curve Diast

Systol

Integrated  Data to  calculate strain Strain Curve

IVC= Isovolumic Cotrac AVC=Aortic V Closure

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Measurement  of Strain& Strain Rate Myocardial   strain   may  be  measured  using  a    variety   Myocardial strain may be measured using a variety of   echocardiographic   techniques : I. M‐mode  technique ; It  measures  strain  along  one dimension II. Current era  of  myocardial  strain  measurement  depends on  measurement  of   SR  from  comparison  of  adjacent tissue  velocities  by  Heimedal  etal. (1997) III. Subsequently  strain  has  been  measured  using  speckle tracking  technique „

Strain Rate by Speckle Tracking in Grey  Scale Images (2‐D Dependent) „ „

„

„

„

It  is  Doppler‐independent  and  2‐D  echo  dependent These  speckles   are   ultrasound   reflectors   behave  like magnetic resonance  tags Shortening   may   be   calculated   by   comparison   of these  speckles  from  frame  to  frame Because   the  baseline  length  is  incorporated  it  can  measure   Strain   directly It  offers  radial  measurement and  new  approach  to   assess  torsional  motion  derived   from  circumferential  strain

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2D Strain imaging  (Speckle tracking Strain Imaging) „

The speckles follow the motion of the myocardium so when the  myocardium moves from one frame to the next, the position of this myocardium moves from one frame to the next, the position of this  fingerprint will shift slightly, remaining fairly constant 

2D Strain imaging  (Speckle tracking Strain Imaging)

Longitudinal

Radial

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2D Strain imaging   (Speckle tracking Strain Imaging) Radial Strain

Circumferential Strain

Optimal Parameters I Timing Parameters: I. Timing Parameters: a) Timing  to  peak systolic  or Post‐systolic  thickening if  present   b) Time  to  onset  of  systole    c) time  to relaxation

II. Magnitude Parameters: a)) Normal   resting  longitudinal  SR  is  1‐ N l ti l it di l SR i 1 1.4  (±0.5‐0.6)/s 1 4 (±0 5 0 6)/ b) Normal longitudinal  systolic  strain  is  15 – 25% c) Normal   radial   strain is   50 – 70%  ( ± 5 ‐7%) 

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Clinical Applications of S & SR I. Coronary Heart Disease a) Reduced strain rates   (Voigt, JASE 2000) b) Reduced strain            (Jamal et al, JASE 2002) c) Heterogeneity of mechanical activity   (Pislaru, JACC 2001) d) Superior to tissue Doppler      (Abraham, Circulation 2002)

Assessment of Myocardial Ischemia „

„

Human  studies  obtained  during  angioplasty proposed a) Longitudinal  SR  of   0.8/s     (sensitivity 75%, & specificity 63%) b) Peak Systolic Strain  of ‐10%  (sensitivity 86%,&  specificity 83%) c) A post systolic shortening of > 35% ( sensitivity 82% c) A post‐systolic  shortening of >  35% ( sensitivity 82% specificity 85% )  These measurements  are  considered  suitable  cutoff  for detection  of  ischemia 

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Strain and Strain Rate Profiles in Ischemic    Basal Inferior Wall

Strain and Strain Rate Profiles in Ischemic Septum

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Strain and post systolic strain Aortic Valve Closure Baseline Post-systolic Thickening

5 seconds after Occlusion

90 seconds afte after occl occlusion sion

During Angioplasty After Reperfusion

Jamal et al, JASE 1999; 1999;12 12::994 994--6

Longitudinal strain rate (SR) maps in normal anterior  (A) and ischemic posterior (B) left ventricular (LV)  wall

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II. Stress Echocardiography with Strain  Stress Echocardiography with Strain  and Strain Rate Imaging a) Quantitative  assessment of regional myocardial function (Weidemann, JASE 2002 (Weidemann, JASE 2002)) (Cain et al, AJC 2001 (Cain et al, AJC 2001)  ) 

b) Earlier detection of ischemia (Armstrong, JASE 2000 (Armstrong, JASE  2000))

c) Dobutamine SRI assessment of viability was in agreement with PET In  83% 83% of segments. 83 % of segments. % of segments. (Hoffmann et al,  Hoffmann et al, 2002 2002))

d) Delayed local relaxation (Abraham, JACC 2002 (Abraham, JACC  2002))

Strain rate imaging of the septal wall at rest (upper)  and during dobutamine stimulation (lower). The  color changes from green to yellow indicate viability

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Dobutamine Stress – time to onset of relaxation Normal

Ischemia

Base eline

1

Apex

2 3

Mid

4 5

Base

6 0

200 400 600 800 1000

0

200 400 600 800 1000

0

100

0

100

Peak Stresss

1 2 3 4 5 6 200

300

400

200

300

400 CP1026906- 26

III. Cardiac Resynchronization Cardiac Resynchronization a) Mechanical   asynchrony   versus  electrical   asynchrony (LeClerq, Circulation 2002)

b) Predict clinical responders (Yu, Circulation 2002) c) Identify delayed segments              (Sogaard, Circulation 2002) d) Locate optimal pacing site               (Ansalone, JACC 2002)

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IV. Other Clinical Applications of S & SR „

„

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Myocardial Disease: SR   is  very   effective   in    the   Myocardial  Disease: SR is very effective in the evaluation   of   subclinical   myocardial  disease   as  in  amyloidosis,  diabetic  heart  disease and  Friedrich ataxia Valvular  Heart Disease: Subclinical  myocardial   dysfunction  may  be  identified  as  a  potential  guide  to   the  timing   of  surgical  intervention  in  regurgitant  valve l i lesion Diastolic Dysfunction: A  direct  myocardial  parameter for  identifying   abnormal  relaxation  and  its  response  to  therapy  could  be  of  significant  value 

IV. Other Clinical Applications of S & SR

„

Right Ventricular Function: Measurement  of  RV  Strain  & SR is applied  to RV  free wall and  is used in  assessing  RV  function in ‐ Senning  procedure in TGA ‐ After  Falot After Falot‐Tetralogy Tetralogy  correction surgery correction surgery ‐ Ventricular  non‐compaction  ‐ Arrhythmogenic RV  dysplasia

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Limitations of Strain imaging by TD „

The  need  for a  long  Learning curve

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Noisy  signals  (could  be  Improved  by ↑ sample distance  & curve  smoothing but  on expense  of  others)

„

Doppler Angle dependant Doppler Angle dependant

„

↑ Sector width on expense of  ↓ frame rate which   decreases  resolution. 

Limitations of Strain imaging by TD „

↑ Sector width on expense of ↓ frame rate which ↑ Sector width on expense of  ↓ frame rate which   decreases  resolution. 

„

On the other hand ↓ Sector width will ↓   lateral    resolution

„

It can not measure radial strain and strain rate which is It  can not  measure  radial  strain  and  strain  rate  which is now   measured  by   the   2 dimensional   echocardiogrpahy speckle tracking

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Conclusions „

SRI   has   provided   a  physiologic    tool      for    under‐ standing    the    myocardial   mechanics

„

The    most  current   clinical   applications   is   related   to   myocardial   viability  &  identification    of   LV  subclinical    dysfunction y

„

The   application  of  Stress   Echo  and   Quantification of   resting   function are  emerging

Conclusions „

Barriers   to  its   every   day   use     include ‐ complex  methodology ‐ technical    challenges    of  acquisition    and  analysis ‐ lack   of  complete  consensus  regarding  the   superiority  of  any  one  parameter   among   others i it f t th for  different  applications

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