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Technique

LVEF can be calculated using various modalities, either subjectively by using visual estimation or objectively by quantitative methods. The preference is to employ quantitative measures to assess LVEF to minimize variability and favor more precision and accuracy in the measurement.

Non-invasive assessment modalities include:

  • Echocardiography
  • Magnetic resonance imaging (MRI)
  • Computed tomography (CT)
  • Gated equilibrium radionuclide angiography (multiple-gated acquisition scan)
  • Gated myocardial perfusion imaging with either single-photon emission computed tomography (SPECT) or positron emission tomography (PET)

Invasive assessment modalities include:

  • Left ventricular contrast ventriculography during invasive catheterization

Echocardiography: Derzeit können verschiedene Methoden zur Messung der LVEF mittels Echokardiographie eingesetzt werden. Die verwendeten Methoden unterscheiden sich je nach Art des verwendeten echokardiografischen Bildes (M-Mode, zweidimensional oder dreidimensional) und den Gleichungen, die zur Bestimmung des linksventrikulären Volumens (LV) verwendet werden. Bei den erhaltenen Messungen kann es sich um lineare (eindimensionale), flächenhafte (zweidimensionale) oder volumenhafte (dreidimensionale) Messungen handeln. Das Fehlen ionisierender Strahlung spricht für die Echokardiographie. Die biplane Scheibenmethode (modifizierte Simpson-Regel) ist die derzeit empfohlene zweidimensionale Methode zur Beurteilung der LVEF. Andere unten aufgeführte Methoden, die sich stark auf geometrische Annahmen stützen (z. B. modifizierte Chinone, Ellipsoid-Modell, Halbkugel-Zylinder-Modell), werden in der klinischen Praxis nicht mehr für die Schätzung der LVEF empfohlen.

M-Mode- und zweidimensionale Echokardiographie:

  • Die modifizierte Simpson-Methode (biplane Scheibenmethode) ist eine Modalität, die flächenhafte Aufzeichnungen der LV-Höhle erfordert. Die American Society of Echocardiography empfiehlt diese Methode zur Messung der LVEF. Bei dieser Methode wird die LVEF gemessen, indem der endokardiale Rand sowohl in der apikalen Vierkammer- als auch in der Zweikammeransicht in der Endsystole und der Enddiastole abgetastet wird. Diese Tracings unterteilen den LV-Hohlraum schließlich in eine vorher festgelegte Anzahl von Scheiben (normalerweise 20). Die Scheibenvolumina basieren auf den in der Studie gewonnenen Tracings. Im Vergleich zur modifizierten Quinones-Methode sind weniger geometrische Annahmen über die LV-Form erforderlich. Mit dieser Methode wird der Beitrag der Längskontraktion direkt gemessen. Da die LV-Hohlraumgrenze nicht vollständig aufgezeichnet wird, müssen einige geometrische Annahmen getroffen werden.
  • Die modifizierte Quinones-Methode verwendet lineare Messungen. Diese Methode beruht auf Einzelmessungen des LV-Hohlraums in der Mitte des Ventrikels sowohl in der Enddiastole als auch in der Endsystole und kann sowohl mit M-Mode- als auch mit zweidimensionaler Bildgebung durchgeführt werden. Aus linearen Messungen abgeleitete Volumenberechnungen können ungenau sein, da sie auf der Annahme einer festen geometrischen LV-Form wie einem prolaten Ellipsoid beruhen, was bei einer Vielzahl von Herzpathologien nicht zutrifft. Quinones Methode zur Berechnung von LV-Volumina aus linearen LV-Dimensionen wird für den klinischen Gebrauch nicht mehr empfohlen.

Algorithmen, mit denen die Gesamt-LVEF, die EDV und die ESV berechnet werden können, sind:

  1. Modifizierte Simpson-Regel: Der linke Ventrikel wird als Summe eines Zylinders (von der Herzbasis bis zur Mitralklappe), eines Kegelstumpfes (von der Höhe der Mitralklappe bis zur Höhe der Papillarmuskeln) und eines weiteren Kegels, der der Herzspitze zugeordnet ist, betrachtet. Es wurde angenommen, dass diese drei Abschnitte gleich hoch sind.
  2. Ein Ellipsoidmodell unter Verwendung von biplanen Daten: Zwei senkrechte Echoebenen (die Mitralklappe und die apikale Ansicht) wurden durch zwei angiographische Projektionen ersetzt. Die kleine (septal-posterolaterale) Achse der apikalen Ebene wird aus der Bildfläche und ihrer längsten Länge abgeleitet. Für dieses Modell wird angenommen, dass die Mitralebene in der Mitte zwischen der Basis und dem Apex liegt. Die Nebenachse der Mitralebene wird aus der Fläche und der septal-posterolateralen Dimension des Mitralblattbildes abgeleitet.
  3. Ein Ellipsoidmodell unter Verwendung von Daten aus einer einzigen Ebene: Fläche und Länge aus dem apikalen echokardiographischen Bild wurden in die standardmäßige Flächen-Längen-Gleichung in einer Ebene eingesetzt.
  4. Ein Hemisphären-Zylinder-Modell unter Verwendung von biplanen Daten: Die Querschnittsfläche auf Höhe der Mitralklappe und die Längsachse aus der apikalen Ansicht wurden verwendet, um das Volumen eines Zylinders zu bestimmen, der an einem Ende von einer Halbkugel mit einer Grundfläche und einer Höhe gleich der des Zylinders bedeckt ist.
  5. Ein modifiziertes Ellipsoidmodell unter Verwendung eindimensionaler Daten: Die Dimension der Septum-Hinterwand wurde in eine von Teichholz beschriebene Formel eingesetzt, die auf einem Ellipsoidmodell basiert, bei dem die Hauptachse eine variable Funktion ist, die von der gemessenen Nebenachse D abgeleitet wird. 2(7,0/2,4+D)D. Mit dieser Formel soll die Abweichung vom Ellipsoidmodell kompensiert werden, die sowohl bei ungewöhnlich großen als auch bei kleinen Ventrikeln auftritt. Die Teichholz-Methode zur Berechnung der LV-Volumina aus den linearen LV-Dimensionen wird für die klinische Anwendung nicht mehr empfohlen.

Dreidimensionale Echokardiographie: Da die dreidimensionale Echokardiographie keine geometrischen Annahmen erfordert, wird sie als optimale Methode zur Messung der LVEF mittels Echokardiographie angesehen. Die aus dieser Modalität abgeleitete LVEF würde in den meisten Fällen erfordern, dass die Daten über mehrere Herzschläge mit speziellen dreidimensionalen Bildgebungssonden gewonnen werden. Im Gegensatz zu anderen M-Mode- und zweidimensionalen echokardiographischen Verfahren geben dreidimensionale Methoden nur minimale Aufschlüsse über die Form der LV-Höhle. Im Vergleich zu anderen echokardiographischen Methoden ist die dreidimensionale Modalität bekanntermaßen genauer und weit weniger variabel, da die gesamte LV-Höhle erfasst wird.

MRI: Die LVEF kann mit der MRT durch manuelle, halbautomatische oder automatisierte Methoden ermittelt werden. Die Simpson-Scheibensummationsmethode verwendet die kurzachsigen Cine-Steady-State-Free-Precession-Bilder des LV zur Ermittlung der LVEF. Während der Endsystole und der Enddiastole werden kurzachsige Bilder aufgenommen. Die LV-Endokardgrenzen werden auf jedem Kurzachsenbild manuell nachgezeichnet, um die Fläche der Ventrikelhöhle für jede Schicht zu erhalten. Die Multiplikation der Fläche des Tracings für jede Bildschicht mit dem Schichtintervall (Bildabstand + Schichtdicke) ergibt das Volumen der Schicht. Das LV-Volumen wird dann durch die Addition der Volumina der Schichten ermittelt. Die LV-Form muss bei dieser Technik bestimmt werden, da die gesamte LV-Höhle erfasst wird. Ein gut definierter endokardialer Rand kann durch die Verwendung von Hochkontrastmitteln erreicht werden. Die Berechnung der LVEF mit MRT erfordert nicht notwendigerweise den Einsatz von ionisierender Strahlung oder Kontrastmittel.

CT: Mangelnder Kontrast führt zu einer schlechten Differenzierung auf nicht kontrastreichen CT-Bildern. Daher wird ein jodhaltiges Kontrastmittel verwendet, das bei der Unterscheidung von Blut- und Endokardrändern hilft. Es werden automatisierte Verfahren eingesetzt, die auf Messungen der Hounsfield-Einheiten beruhen. Diese Messungen und der Kontrast spielen eine wichtige Rolle bei der Unterscheidung von LV-Höhle und Endokard. Die LVEF kann mit der Simpson-Methode berechnet werden. Dazu werden rekonstruierte kurzachsige Cine-Bilder des Herzens erstellt und verfolgt. Die Bestimmung der LV-Form ist von wesentlicher Bedeutung, da bei dieser Technik die gesamte LV-Höhle mit der Simpson-Methode nachgezeichnet werden muss. Die Definition des endokardialen Randes steht in direktem Zusammenhang mit dem Zeitpunkt des Kontrastbolus. Im Gegensatz zur MRT werden CT-Bilder mit einer einzigen Atemzugspause aufgenommen. Bei der Verwendung des Kontrastmittels müssen jedoch die schlechte Nierenfunktion des Patienten und Kontrastmittelallergien berücksichtigt werden, die den Einsatz dieser Modalität einschränken können.

Nuclear Cardiac Imaging: Es gibt verschiedene Techniken zur Berechnung der LVEF. Die beiden am häufigsten verwendeten nuklearen Herzbildgebungsmethoden zur Berechnung der LVEF sind die Gated Equilibrium Radionuklid-Angiographie (Multiple-Gated-Acquisition-Scan) und die Gated Myocardial Perfusion Imaging entweder mit Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) oder Positron Emission Tomography (PET) Radionuklid-Angiographie.

Radionuklid-Angiographie: Hierbei handelt es sich um eine Technik, bei der die roten Blutkörperchen des Patienten mit Technetium-99m-Pertechnetat markiert werden. Es werden flächige Bilder des linken Ventrikels gewonnen. Es können jedoch auch SPECT-Bilder erstellt werden. Die planare Bildgebung zur Berechnung des LVEF erfordert die Unterscheidung zwischen linkem und rechtem Ventrikel in der linken anterioren Schrägprojektion. Die LV-Region von Interesse wird bestimmt, woraufhin die Radioaktivitätswerte innerhalb dieser Region analysiert werden. Die Analyse der Radioaktivitätswerte innerhalb der ermittelten Region ist wichtig, da mit dieser Technik die Veränderungen der Radioaktivität im linken Ventrikel zwischen der end-systolischen und der end-diastolischen Phase untersucht werden, anstatt das Volumen des linken Ventrikels zu messen. Die Bildaufnahme über mehrere Herzzyklen wird durch ein EKG gesteuert. Jeder Herzzyklus wird später in eine vorher festgelegte Anzahl von Intervallen (16 oder 32) unterteilt, die sich auf die Anzahl der Bilder (Frames) pro Herzzyklus beziehen. Das Bild mit der höchsten Zählung steht für die Enddiastole und das Bild mit der niedrigsten Zählung für die Endsystole.

Der LVEF kann anhand der folgenden Gleichung berechnet werden: Nettozählungen im enddiastolischen Rahmen – Nettozählungen im endsystolischen Rahmen/Netzzählungen in der Enddiastole. Die Nettozählungen werden durch Subtraktion der Zählungen aus einer interessierenden Hintergrundregion (neben dem linken Ventrikel) von den gemessenen LV-Zählungen bestimmt. Diese Technik kann insbesondere bei Patienten angewandt werden, deren Körperhabitus die Anwendung anderer Modalitäten einschränkt. Sie kann im Verlauf einer kardiotoxischen Chemotherapie und/oder nach einer Bestrahlung des vorderen oder linken Brustkorbs eingesetzt werden, wenn eine Echokardiographie nicht hilfreich war. Die Radionuklidangiographie wird auch empfohlen, wenn sich die Echokardiographie als unzureichend erwiesen hat (z. B. COPD, Adipositas) oder wenn signifikante Anomalien der Wandbewegung in Ruhe oder eine verzerrte Geometrie vorliegen. Es gibt keine Kontraindikationen für diese Methode.

Myokardperfusions-Single-Photonen-Emissions-Computertomographie und Positronen-Emissions-Tomographie mit Gates: Ein radioaktiv markiertes Myokardperfusionsmittel wie Technetium 99m-radioaktiv markiertes Sestamibi oder Tetrofosmin wird dem Patienten zunächst injiziert. Ammoniak, Rubidium oder Fluordesoxyglukose können als Kontrastmittel verwendet werden. Die LVEF kann zusammen mit einer Myokardperfusionsstudie berechnet werden. Auf diese Weise können Funktion und Perfusion mit einem einzigen Test analysiert werden. Die Bildgebungsmittel dringen in das Myokard ein, sobald sie dem Patienten injiziert werden. Es werden EKG-gesteuerte Bilder erstellt. Das EKG-Gating hilft bei der Unterteilung des Herzzyklus in eine vorher berechnete Anzahl von Bildern pro Zyklus (8 oder 16). Eine wichtige Rolle bei der Analyse der rekonstruierten dreidimensionalen Daten zur Bestimmung des LVEF spielt eine automatische Software zur Kantenerkennung. Für diese Technik wird ein dreidimensionaler Datensatz benötigt, anhand dessen die Annahmen über die LV-Höhle bestimmt werden müssen. Die Grenze zwischen dem hohen LV-Myokard und der zählungsarmen LV-Höhle kann durch die in der Technik verwendete Software unterschieden werden. EDV und ESV sind die beiden wichtigen Variablen, die durch die Berechnung des LV-Hohlraumvolumens während jedes Herzzyklus-Frames ermittelt werden können.

Linksventrikuläre Kontrastventrikulographie während einer invasiven Katheterisierung: Bei dieser Technik wird ein Pigtail-Katheter verwendet, um ein Kontrastmittel in die Ventrikelhöhle zu injizieren. Diese Position trübt den Hohlraum vom basalen Teil bis zum Apex, behindert den subvalvulären Mitralapparat nicht und verursacht wenig ventrikuläre ektopische Aktivität. Dreißig Grad rechts schräg und 60 Grad links anterior schräg sind die am häufigsten verwendeten Ansichten. Die rechte anteriore Schrägansicht ist billiger und verbraucht weniger Strahlung, weshalb sie häufiger verwendet wird. Es wurden verschiedene geometrische Methoden entwickelt, die bei der Bestimmung der LVEF helfen. Diese Methoden beruhen auf der Bestimmung des Ventrikelvolumens anhand mathematischer Modelle, die von einer symmetrischen Ventrikelhöhle ausgehen. Zunächst werden ESV und EDV berechnet, die später bei der Bestimmung der LVEF helfen. Die Scheibenmethode (Simpsonsche Regel) und die Flächen-Längen-Methode nach Dodge-Sandler sind die am häufigsten verwendeten mathematischen Methoden. Die Dodge-Sandler-Flächenlängenmethode ist die am häufigsten verwendete Methode, da der LV in der 30° rechts anterioren Schrägansicht und 60° links anterioren Schrägansicht einer Ellipse ähnelt. Dadurch fällt die Längsachse der Ventrikelhöhle mit der Längsachse dieser Form zusammen. Das Ventrikelvolumen wird durch Berechnung des Volumens des Ellipsoids ermittelt.