Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Judith Meyer

 

Vergleichende Untersuchung funktioneller Herzparameter des linken Ventrikels beim gesunden Hund mittels ein-, zwei- und drei-dimensionaler Echokardiographie und Magnetresonanztomographie

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103321

title (engl.)

Assessment of left ventricular volumes by use of one, two-, and three-dimensional echocardiography versus magnetic resonance imaging in healthy dogs

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/meyerj_ss13.pdf

abstract (deutsch)

Der herzkranke Hund ist ein häufiger Patient in der tierärztlichen Praxis. Kongestive Linksherzerkrankungen können aufgrund einer Volumenüberladung die Bildung eines Lungenödems oder sogar einen plötzlichen Herztod des Hundes zur Folge haben. Bei frühzeitiger Diagnose kann das Voranschreiten einer kongestiven Linksherzerkrankung mittels geeigneter Therapie verzögert werden. Ein wichtiges diagnostisches Verfahren für die Früherkennung kardialer Funktionsstörungen stellt unter anderem die echokardiographische Messung linksventrikulärer Volumenparameter dar, welche dadurch eine bedeutende Rolle in der kardiologischen Routineuntersuchung spielt.

In der Humanmedizin konnte für die dreidimensionale Echokardiographie (3DE) bei Quantifizierung des linksventrikulären Volumens eine gute Übereinstimmung mit der kardialen Magnetresonanztomographie (kMRT) gezeigt werden. Ähnliche Studien sind aus der Veterinärmedizin bisher nicht bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendbarkeit und Präzision verschiedener 3DE-Techniken zu überprüfen und mit den bisher genutzten ein- und zweidimensionalen echokardiographischen Methoden und der kMRT als Referenzmethode zu vergleichen. Zehn herzgesunde Beagle wurden dafür anästhesiert und echokardiographisch untersucht. Als zu vergleichende Messparameter wurden das enddiastolische Volumen (EDV), das endsystolische Volumen (ESV) und die Ejektionsfraktion (EF) gewählt.

Anhand standardisierter M-Mode-Bilder wurde die Teichholz-Messung durchgeführt. Außerdem wurde das Volumen des linken Ventrikels (LV) aus zweidimensionalen Bildern mittels der monoplanen Simpson-Scheibchensummationsmethode (SMOD) ermittelt. Zusätzlich wurde mit Hilfe einer speziellen 3D-Sonde die dreidimensionale Echokardiographie in Form der triplanaren Echokardiographie (RT3PE) und der dreidimensionalen Echtzeit-Echokardiographie (RT3DE) durchgeführt. Im Anschluss daran wurde bei jedem Tier eine Magnetresonanztomographie des Herzens vollzogen und ein Kurzachsenstapel des linken Ventrikels angefertigt, wodurch das LV-Ventrikelvolumen mittels der SMOD berechnet werden konnte. Alle echokardiographisch ermittelten Volumenwerte wurden mit denen der kMRT verglichen und statistisch ausgewertet.

RT3PE und kMRT zeigten keine signifikanten Unterschiede für EDV, ESV und EF (p: 0,16, 0,06, und 0,28) mit zugleich exzellenten Korrelationen (r: 0,97, 0,98 und 0,95 für EDV, ESV und EF). Die moderne Technik der RT3DE unterschätzte sowohl EDV (p < 0,01) und ESV (p < 0,01) als auch die EF (p < 0,01) signifikant und korrelierte weniger gut mit der Referenzmethode kMRT (r: 0,89, 0,87 und 0,51 für EDV, ESV und EF). Während die Teichholz-Messung sowohl EDV als auch ESV signifikant überschätzte (p < 0,01 für EDV und ESV), unterschätzte die monoplane SMOD beide Volumina signifikant (p < 0,01 für EDV, ESV und EF).

Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Studien zeigten sehr interessante Ergebnisse. Die triplanare Echokardiographie zeigte eine hervorragende Übereinstimmung mit der Referenzmethode kMRT für die Volumenquantifizierung des linken Ventrikels beim herzgesunden Hund. Da für die RT3PE-Technik, im Gegensatz zur RT3DE-Technik, keine Aufnahmen des Herzens über mehrere Zyklen notwendig sind, ist die triplanare Echokardiographie schnell und sogar bei Hunden mit respiratorischer Sinusarrhythmie durchführbar und nach den Ergebnissen dieser Studie sehr gut für die Routine-Volumetrie von Hundeherzen in der täglichen Praxis geeignet.

Die in der täglichen Praxis häufig angewandte Teichholzmethode überschätzte in dieser Arbeit sowohl das endsystolische als auch das enddiastolische Volumen im Vergleich mit der Referenzmethode kMRT. Ein möglicher Grund für die Überschätzung des Volumens ist die Tatsache, dass ein dreidimensionaler Körper aus einer einzigen Anschallebene berechnet wird. Zudem setzt die Teichholzformel einen elliptischen Ventrikelkörper voraus, welcher aufgrund von rassebedingten geometrischen Besonderheiten oder pathologischen Umformungen des Ventrikels häufig nicht gegeben ist. Das falsche Platzieren der Cursorlinie im M-Mode resultiert in einer Schrägmessung, was zusätzlich ein Grund für eine versehentliche Volumenüberschätzung darstellt. Trotz der schnellen und einfachen Durchführung, ist von der Anwendung der Teichholzmethode in der kardiologischen Routineuntersuchung auf Grund dieser Tatsachen abzuraten, da keine verlässlichen Aussagen über den aktuellen Schweregrad der Linksherzerkrankung des Hundes getroffen werden können.

Als ein weiteres Ergebnis dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die zweidimensionale Echokardiographie (2DE) das Volumen im Vergleich mit der kMRT unterschätzte. Die in dieser Studie für die 2DE-Volumenanalyse angewandte monoplane SMOD errechnet eine dreidimensionale Figur aus einer einzigen Anschallebene. Die Formel der Scheibchensummationsmethode setzt zudem eine bestimmte symmetrische Form des Ventrikels voraus, welche bereits unter physiologischen Bedingungen häufig nicht gegeben ist. Ein weiterer Grund für die Volumenunterschätzung mittels der SMOD könnte aus einer verkürzten Darstellung des Ventrikels im 2DE-Bild resultieren. Dem Untersucher sollte stets bewusst sein, dass das Volumen mittels 2DE unter Anwendung der monoplanen SMOD möglicherweise unterschätzt wird und eine beginnende Dekompensation des Herzens somit übersehen werden kann.

Die RT3DE unterschätzte in dieser Studie das Volumen des linken Ventrikels im Vergleich mit der Referenzmethode kMRT. Durch die relativ große 3D-Sonde verfügt der Untersucher bisher nur über einen eingeschränkten Bewegungsspielraum, wodurch das Schallfenster reduziert wird. Für die Bildoptimierung steht dem Untersucher zudem nur ein sehr enges Frequenzspektrum zur Verfügung. Aufgrund der daraus resultierenden niedrigen räumlichen Auflösung, war die Qualität der RT3DE-Bilder in dieser Arbeit teilweise reduziert, was die Volumenanalyse in der Folge deutlich erschwerte. Es ist aber zu erwarten, dass der stetige technische Fortschritt die RT3DE-Technik bereits in naher Zukunft verbessern und eine akkurate linksventrikuläre Volumenmessung ermöglichen wird.

Die triplanare Echokardiographie zeigte im Vergleich mit anderen echokardiographischen Messmethoden des linken Ventrikelvolumens in dieser Arbeit die beste Übereinstimmung mit der Goldstandardmethode kMRT. Ihre einfache und schnelle Anwendbarkeit macht sie zu einem attraktiven diagnostischem Verfahren, dass zuverlässige Aussagen über Art und aktuellen Schweregrad einer Linksherzerkrankung am Hund ermöglicht.

 

abstract (englisch)

Dogs, suffering from heart-disease, are very common patients in the daily veterinary practice. Congestive left heart failure may lead to volume overload with possible effects such as pulmonary edema or sudden death. Early diagnosis might help delaying this progress by applying proper therapy. Therefore, volume quantification of the left ventricle by echocardiography is one important diagnostic procedure. Consequently, the non-invasive evaluation of hemodynamic parameters like left ventricular (LV) end-diastolic volume (EDV), end-systolic volume (ESV) and ejection fraction (EF) is an essential part in routine veterinary cardiologic examination.

In human medicine, three-dimensional echocardiography (3DE) is already well studied regarding LV volume estimation. Study results showed good agreement between 3DE and cardiac magnetic resonance imaging (CMRI). There are no comparable studies available in veterinary medicine. This study aimed to quantify left ventricular volumes and function in healthy dogs using one-, two- and three-dimensional echocardiography in comparison with the reference method magnetic resonance imaging. Moreover, feasibility and precision of various 3DE techniques were examined and compared to the previously used methods of one- and two-dimensional echocardiography.

Ten healthy clinic owned beagle dogs were examined in this study. During anesthesia, each dog underwent an echocardiographic examination: the Teichholz method was performed on the basis of standard M-Mode frames. Simpson`s method of disc (SMOD) was applied for analyzing the left ventricular volume using two-dimensional cine-loops. Furthermore, triplane echocardiography (RT3PE) and real-time three-dimensional echocardiography (RT3DE) were performed with the aid of a special 3D-probe. Afterwards CMRI was performed on each dog by generating a short-axis staple of the left ventricle for further LV volume quantification using the SMOD method. The received CMRI volume-data were compared to the echocardiographic values. The results were statistically evaluated.

There were no significant differences for EDV, ESV and EF comparing RT3PE and CMRI (p = 0.16, 0.06, and 0.28) with excellent correlations (r = 0.97, 0.98, and 0.95 for EDV, ESV, and EF). The advanced RT3DE technique significantly underestimated both, EDV (p < 0.01) and ESV (p < 0.01) showing less well correlations in comparison to the reference method CMRI (r: 0.89, 0.87 und 0.51 for EDV, ESV, and EF). While the Teichholz method significantly overestimated both, EDV (p < 0.01) and ESV (p < 0.01), SMOD significantly underestimated LV volumes (p < 0.01 for EDV, ESV, and EF).

The main finding of this study was that RT3PE has the highest accuracy in LV volume calculation in heart-healthy dogs, showing no significant differences in comparison with CMRI. Contrary to RT3DE, RT3PE does not require acquisition of a full 3D dataset over several consecutive cardiac cycles. Consequently, RT3PE is also feasible in dogs with respiratory sinus arrhythmia and therefore well suitable for routine cardiologic examination in the veterinary practice.

The frequently applied Teichholz method significantly overestimated LV volumes compared to CMRI in this study. The Teichholz method expects the left ventricle to be an elliptic body by calculating a three-dimensional figure of a one-dimensional measurement. Thus, breed dependent varieties in ventricle geometry as well as changes in ventricular shape caused by cardiac diseases will cause under- or overestimation of real ventricular volumes. Moreover, incorrect cursor-placing in M-Mode leads to oblique visualization of the ventricle and subsequently to overestimation in volume calculation. Despite its fast and easy application, it is therefore strongly recommended not to use the Teichholz method in the routine cardiologic examination, since it does not allow reliable statements about the current cardiac situation of the dog.

Furthermore, two-dimensional echocardiography significantly underestimated left ventricular EDV and ESV in comparison with CMRI. The monoplane SMOD assumes the left ventricle to be a symmetric body and calculates a three-dimensional volume by measuring areas in one two-dimensional plane. Consequently, SMOD recognizes breed dependent varieties in ventricle geometry or changes in ventricular shape, but adaption is not optimal, due to two disregarded ventricle planes. This might cause underestimation of real ventricular volumes. Furthermore, incorrect optimizing of the maximal long-axis leads to foreshortening and underestimation of left ventricular volumes in the following. Investigators should always bear in mind that a beginning cardiac decompensation might be missed by 2DE using the monoplane SMOD.

In this study, RT3DE significantly underestimated LV volumes in comparison with CMRI. The 3D-probe is quite oversized for the narrow intercostal space in smaller dogs, which produces artifacts and reduces the acoustic window. Moreover, the low frequence spectrum is not optimal for the evaluation of smaller hearts. This may lead to impaired image quality and consequently inaccurate volume estimation. However, it is to be expected, that the technical progress will improve RT3DE technique in near future, enabling accurate left ventricular volume quantification.

In conclusion, this study demonstrates that RT3PE allows the most accurate volume determination of the left ventricle compared to previously used echocardiographic methods and compared to the modern RT3DE technique. RT3PE is a feasible method and therefore well suitable for the routine veterinary cardiac examination.

 

keywords

dreidimensionale Echokardiographie, Hund, Volumen; three-dimensional echocardiography, dog

kb

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