Doppler Myocardial Imaging

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Product Information:
ISBN-13: 9789081059213
ISBN-10: 9081059211
Publisher: BSWK bvba
Format: Hardcover, 360 pages
Pub Date: 11/2006
Edition Number: 1

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Description

This book describes the principles and clinical application of Tissue Doppler Imaging and Deformation Imaging (Strain and Strain-rate Imaging).

Besides practical tips on how to acquire and analyse the data, a lot of pathophysiological principle and basic myocardial physiology, related to cardiac function and deformation, is discussed in depth.

Doppler Myocardial Imaging (also called Tissue Doppler Imaging or Myocardial Velocity Imaging) is a new quantitative approach to the assessment of regional myocardial function. Based on local velocity estimation, the technique allows the measurement of regional strain and strain rate parameters. This book reviews the development of Doppler Myocardial Imaging over the last 10 years and attempts to define its current and future roles within clinical echocardiography.

The physical principles involved and the correlative experimental data, which underpin its clinical use, will be reviewed.

Some of the topcis discussed include:

Normal Values for myocardial velocities, strain and strain-rates; Reproducibility/Problems/Pitfalls; Ischemia, Infarction and Viability and related Post-systolic Thickening; Diastolic Function; Cardiomyopathies and Transplantation; Arrhythmias; Cardiac Resynchronisation Therapy (CRT); Quantitative Stress Echo; The Right Ventricle and its role in Congenital Heart Disease.

Additional Authors:
Piet Claus Jan D�hooge and Bart Bijnens.

Some Sample Pages

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Additional Description

Preface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii

1 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Myocardial Motion/Deformation - Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Definitions related to motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
The use of coordinate systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
General introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Heart coordinate systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Ultrasound coordinate systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Motion and velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Acceleration and its relationship to force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Velocity and Displacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Definitions related to deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Strain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Principal strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Physiologic meaning of the strain components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Strain rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
The relationship between strain and stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Non-echocardiographic measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Invasive approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Inactive devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Active devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Non-invasive approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Magnetic Resonance Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
MR tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Velocity encoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Calculations and applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Nuclear techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Ultrafast or electron beam computed tomography (EBCT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3 The Principles of Ultrasound Based Motion and Deformation Estimation . . . . . . . . . . . . . 23
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Ultrasonic Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
The Physics of wave propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
What are ultrasonic waves? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
The generation and detection of ultrasonic waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
The propagation, reflection and scattering of ultrasonic waves . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Wave propagation and motion: the Doppler effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Ultrasonic Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Data acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Image reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Ultrasound based motion estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Continuous Wave (CW) Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Pulsed Wave (PW) Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Colour Flow Mapping (CFM) / Doppler Myocardial Imaging (DMI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Ultrasound based deformation estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Auto-correlation methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Cross-correlation methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
The relation between radial strain and M-mode measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
The current status and limitations of the techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Velocity Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Pitfalls and problems with current methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Two dimensional velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Deformation Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Pitfalls and problems with the current methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Practical difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
The angle dependency of strain measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Only a limited number of strain components can be measured . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
New techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Data Analysis and Parameter Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Standardisation of Data Acquisition / Post-processing Methods . . . . . . . . . . . . . . . 42
Some Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Data Acquisition-The Front End . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
The Development of Personal Computer-Based Ultrasound Scanners . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Developments in Transducer Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Data Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4 Normal Data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
The normal examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Pulsed Doppler Myocardial Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Data Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Global versus Regional Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Normal myocardial velocity profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Colour Doppler Myocardial Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
M-mode Colour Doppler Data acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2-D Colour Doppler data - advantages and limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Pulsed versus 2-D Colour Doppler data - peak versus peak mean velocity data . . . . . . . . . . . 60
2-D Colour Doppler data acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Pulsed Wave from 2-D Myocardial Colour Doppler Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Processing 2-D myocardial colour Doppler velocity data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
The reproducibility of pulsed or 2-D velocity data acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Timing of Regional Myocardial Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
The timing of regional versus global mechanical events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
The timing problems inherent in the display of ultrasound data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
The importance of timing of events within a myocardial Doppler data set . . . . . . . . . . . . . 62
Tissue tracking of regional myocardial displacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Normal Regional Strain Rate / Strain Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Strain Rate - Data acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Strain rate - Data display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
A comparison of velocity versus strain rate data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Advantages and limitations of each data acquisition method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Normal values for deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Overview of published values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
MRI Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
MRI Wall Thickening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Ultrasound M-mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Two Dimensional Ultrasound Wall Thickening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Ultrasound Myocardial Velocity Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Ultrasound Speckle Tracking (�2D strain�) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Normal individuals � Values for deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
M-mode Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Doppler Myocardial Imaging based Deformation (Strain(-rate) Imaging) . . . . . . . . . . 80
Normal Individuals � Differences in Deformation Between Myocardial segments . . . . . . . . . 82
Differences between Walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Differences between Myocardial Segment (levels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Normal Individuals � Factors Influencing Deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Body Mass Index (BMI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Age . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Gender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Inter-observer variability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Shear strain rate/strain estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
The definition of CR strain and its measurement by CDMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Results and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Future developments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Assessing Atrial Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Atrial motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Normal Left Atrial radial motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Normal Right atrial radial motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Abnormal atrial radial motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Radial atrial motion in conduction abnormalities and atrial arrhythmias . . . . . . . . . . . . . . 96
Atrial longitudinal strain and strain rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

5 Isovolumic versus ejection phase indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Isovolumic indices of contractile function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Validation of IVA as an index of contractile function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
The force-frequency relation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Measurement of IVA and current limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Clinical validation of IVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
General validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Clinical studies of IVA in congenital heart disease and cardiomyopathy . . . . . . . . . . . . . . . 107
Experimental and clinical data on IVA in ischaemic heart disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Clinical application of non-invasive force-frequency-relationship measurements . . . . . . . . . 108

6 DMI and Cardiac Function in the Experimental Setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Regional Myocardial Function in Non-Ischaemic Myocardium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Velocities and Deformation in Ischaemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Acute ischaemia: total and gradual coronary occlusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Timing of events during the cardiac cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Invasive assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Non-invasive assessment � M-mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Non-invasive assessment � Velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Non-invasive assessment � Myocardial Deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Non-invasive assessment � The response to a dobutamine challenge . . . . . . . . . . . . 126
Acute infarction and reperfusion injury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Chronic ischaemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Post-systolic Thickening. What is it ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Factors influencing regional deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
The origin of post-systolic deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Mathematical modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Model geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
The influence of the active contraction profile and the elasticity . . . . . . . . . . . . . . . 139
Comparison of the model with experimental data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Active or passive ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Overview of deformation in the different substrates in coronary artery disease . . . . . . . . . . . . . 142
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

7 Clinical Ischaemic Substrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Velocity Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Velocity versus deformation imaging in defining regional ischaemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Myocardial viability and infarction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Deformation Imaging Studies to detect Myocardial Viability in Chronic Ischaemic Segments . . . . . 164
Velocity and Deformation Imaging in Right Ventricular Ischemia/Infarction . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

8 Quantitating Stress Echocardiography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Limitations of conventional stress echocardiography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
What do we need to diagnose? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Experimental studies of myocardial ischaemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Do we have tests of graded abnormalities and functional reserve? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Stress echocardiographic methods based on colour DMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Acquisition of segmental motion data - Pulsed or Colour Doppler ? . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Acquisition for Off-line analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Reproducibility of Doppler myocardial imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
The normal myocardial velocity responses to an incremental dobutamine infusion. . . . . . . . 174
The diagnosis of regional ischaemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Velocity responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Diagnostic models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Comparison of exercise protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Diastolic function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Clinical applications of velocity imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
The Application of Strain (-Rate) Imaging to Stress Echocardiography . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Applying Deformation Imaging to Dobutamine Stress Echocardiography . . . . . . . . . . . . . . 179
Radial deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Longitudinal deformation - narrow sector angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Longitudinal deformation - wide sector angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Rapid heart rate - influence on data quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Regional quality of the data sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Radial deformation (LAX vs. SAX) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Longitudinal deformation (narrow sector angle vs. wide sector angle) . . . . . . . . . . . . . . . 182
Data acquisition approach for stress - deformation analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Strain rate imaging during dobutamine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Methods and Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Exercise vs dobutamine ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
The Regional Response to Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Hemodynamic data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Peak systolic velocities / strain rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Peak systolic strain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Upright versus supine bicycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Segmental pVel/pSR/p_ distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Vasodilator versus Dobutamine Stress Echocardiography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Clinical examples of deformation imaging in stress echocardiography . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Normal profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Critical LAD stenosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Critical Cx stenosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Different ischaemic substrates in one patient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Standard Echo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Angiography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Positron Emission Tomography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
Stress echo and deformation imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
Data quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
Regional SR and strain changes during DSE � what do they measure ? . . . . . . . . . . . . . . . 198
Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

9 Diastolic Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Global diastolic function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Longitudinal motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Abnormal relaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Influence of volume flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Estimation of filling pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Lateral vs septal velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Radial versus longitudinal velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Ventricular hypertrophy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Myocardial/pericardial disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Regional diastolic function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Ischaemic heart disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Strain rate and Strain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Velocity gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Atrial function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

10 Left ventricular hypertrophy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Definition and causes of left ventricular hypertrophy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Diagnosis of subendocardial function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Measurement of long-axis function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Myocardial velocity gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
Ageing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Subendocardial dysfunction in left ventricular hypertrophy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Systemic hypertension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Hypertrophic cardiomyopathy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Clinical diagnostic applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Differentiation between physiological and pathological hypertrophy . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Differentiation between hypertrophic cardiomyopathy and hypertensive LVH . . . . . . . . . . . 235
Myocardial strain rate and strain in hypertrophic cardiomyopathy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Diastolic dysfunction in pathological left ventricular hypertrophy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Monitoring treatment of hypertrophic cardiomyopathy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Other diseases associated with LVH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Fabry Cardiomyopathy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Friedreich�s ataxia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Amyloid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Acromegaly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Regression and prognosis of left ventricular hypertrophy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Ventricular hypertrophy in heart valve disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Pressure loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Volume loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Assessment of exercise physiology in athletes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

11 Cardiac Function in Dilated Hearts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Assessing cardiac function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Ventricular dilatation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
Doppler Myocardial Imaging in Dilated Cardiomyopathies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
Myocardial mechanics in dyssynchronous hearts with LBBB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
LBBB and the rationale behind CRT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Cardiac Mechanics in LBBB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
Rocking hearts in dilated cardiomyopathies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
True ventricular dyssynchrony . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Haemodynamics in dilated cardiomyopathy with activation abnormalities . . . . . . . . . 263
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Volume Overloaded Hearts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
The relation between ventricular size and stroke volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
Deformation in volume overloaded hearts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Case examples of the use of Doppler myocardial imaging in dilated cardiomyopathies . . . . . . . . . 271
Idiopathic dilated cardiomyopathies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Ischaemic dilated cardiomyopathies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Future perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

12 Cardiac Resynchronization Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Optimization of atrio-ventricular synchrony . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Normal ventricular activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
DMI Results in Dilated Cardiomyopathies and CRT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

13 Heart Transplantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
The pre transplant period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
The early post transplantation period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
The late post transplantation period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
Strain and strain-rate imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Normal strain and strain rate values for the transplanted heart. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Acute Rejection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Chronic Rejection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

14 Arrhythmias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Tissue Doppler echocardiography in intra-ventricular conduction defects . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Abnormal ventricular depolarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Wolff-Parkinson-White . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Atrial and atrio-ventricular mechanical function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Atrial Fibrillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Prediction of Sinus Rhythm Maintenance after DC Cardioversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
Fetal Cardiac Arrhythmias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
Pace-makers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

15 The Right Ventricle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
RV Regional Velocities of Radial and Longitudinal Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Ultrasound Strain/Strain Rate Imaging of the Right Ventricle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
RV Function in Various Pathologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
RV Ischaemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Arrhythmogenic Right Ventricular Dysplasia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
Primary pulmonary hypertension - the effect of bilateral lung transplantation . . . . . . . . . . . . . . 321
Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

16 Pediatric and Congenital Heart Disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Velocity Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Applications of Tissue Doppler Echocardiography - Pediatric Studies . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Tissue Doppler Studies in Normal Children . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Tissue Doppler Studies in Congenital and Pediatric Heart Disease . . . . . . . . . . . . . . 326
Limitations of Tissue Doppler Echocardiography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
Deformation imaging in pediatric and congenital heart disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Ultrasonic strain rate/strain imaging: the principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Clinical applications in children � Normal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Clinical applications of strain and strain rate/strain imaging in pediatric patients . . . . . . . . . 331
Regional right ventricular deformation in congenital heart disease . . . . . . . . . . . . . 331
Regional left ventricular function in pediatric heart disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
Clinical examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
Left ventricular function in cardiomyopathies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
Left ventricular function in aortic stenosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
Assessment of ventricular function in univentricular hearts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
Right ventricular function in volume loaded ventricles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
Right ventricular function in high-pressure sub-pulmonary ventricles . . . . . . . . . . . . . . . . 337
POMPE disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
Current shortcomings of deformation imaging and future perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

17 Transoesophageal Echocardiography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
Feasibility of transoesophageal data acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
TTE versus TOE acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
Transoesophageal evaluation during off-pump CABG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

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