Ippologia, Anno 12, n. 2, Giugno 2001
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IMPIEGO DELL’ECOCARDIOGRAFIA DOPPLER
A CODICE DI COLORE PER LA VALUTAZIONE
DEI FLUSSI CARDIACI NEL CAVALLO.
Parte I: Aspetti fisiologici
COLOUR-CODED DOPPLER ECHOCARDIOGRAPHY IN THE HORSE.
Part I: Physiologic findings
CARLO GUGLIELMINI*, MARCO PIETRA**, DANIELE BERNARDINI*, MARIO CIPONE**
* Istituto di Patologia e Igiene Veterinaria, Università degli Studi di Padova
* * Dipartimento Clinico Veterinario - Sezione di Medicina Interna, Università degli Studi di Bologna
Riassunto
Scopo del presente articolo è quello di riportare i principi della tecnica Doppler a codice di colore nello studio dei flussi intracardiaci del cavallo. In particolare, in questa prima parte, vengono descritti: le finestre ecocardiografiche utilizzabili, l’andamento normale del flusso ematico all’interno delle camere cardiache a livello delle valve atrio-ventricolari e semilunari e la
rappresentazione del flusso dello stesso mediante ecocardiografia color-Doppler. Vengono inoltre discussi i vantaggi derivanti dall’impiego di tale metodica d’indagine come pure le difficoltà, tecniche ed anatomiche, che si incontrano nella sua esecuzione nella specie equina.
Summary
The authors describe the main principles of colour-coded Doppler examination for the study of intra-cardiac blood flow in
the horse. In this section of a two-part article, the echocardiographic scan planes, the normal cardiac blood flow trough the
atrio-ventricular and semilunar valves and its representation by colour-flow Doppler ultrasonography are described. The advantages of this method as well as the anatomical and technical difficulties encountered during its application are discussed.
INTRODUZIONE
INTRODUCTION
I primi impieghi dell’ultrasonologia per lo studio dell’apparato cardiovascolare del cavallo si sono sviluppati a partire dalla seconda metà degli anni settanta, in particolare con
l’utilizzo dapprima della rappresentazione ecocardiografica
monodimensionale (M-mode)17,18 e quindi di quella bidimensionale tempo-reale (2D)4,8. Mediante l’uso di tali metodiche è possibile acquisire informazioni sulla morfologia
e le dimensioni delle camere e delle pareti cardiache come
pure identificare modificazioni patologiche quali, per
esempio, versamenti pericardici, processi endocarditici o
difetti settali3,4,15,20,22. Con la successiva utilizzazione della
tecnica Doppler (fine anni ottanta), si è reso disponibile un
ulteriore strumento diagnostico estremamente utile per la
valutazione del flusso ematico all’interno dei vasi sanguigni
The ultrasonographic study of the equine cardiovascular
system was first developed in the late seventies by use of
the monodimensional (M-mode)17,18 and the two-dimensional real time (2D)4,8 echocardiographic techniques. The
morphology as well as the measurement of the cardiac
walls and chambers can be obtained using these methods.
In addition, many cardiac diseases can be easily diagnosed
(i.e. pericardial effusion, valvular endocarditis and septal
defects)3,4,15,20,21. The subsequently introduced Doppler technique (late eighties) represented a useful tool for the
evaluation of the blood flow within the cardiac chambers
and the blood vessels. Doppler echocardiography allows to
ascertain and measure many blood flow such as type (la-
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Impiego dell’ecocardiografia doppler a codice di colore per la valutazione dei flussi cardiaci nel cavallo. Parte I
e delle camere cardiache. Tale metodica consente infatti sia
di riconoscere il tipo (laminare o turbolento) e la direzione
del flusso, sia di calcolarne diversi parametri quali, per
esempio, la velocità e l’accelerazione6,9,10,15,22.
L’ecografia Doppler si basa sul principio che un corpo
in movimento (nel caso specifico la parte corpuscolata del
sangue) determina una variazione della frequenza degli ultrasuoni riflessi rispetto alla frequenza degli ultrasuoni
emessi dal trasduttore3,6,9,10,12,15,20,22. Fra le diverse modalità
di rappresentazione di tale effetto fisico, la metodica Doppler a codice di colore permette di rappresentare sullo
schermo dello strumento ecografico l’andamento del flusso ematico che si sovrappone come “macchia di colore”
all’immagine ecografica, sia essa di tipo 2D che M-mode.
In particolare, secondo la convenzione più generalmente
accettata ed indipendentemente dal tipo di sangue, venoso
o arterioso, il flusso che si avvicina alla sonda ecografica
viene rappresentato con i diversi toni del rosso, virando alle tonalità più chiare coll’aumentare della velocità; il flusso
in allontanamento è invece raffigurato con i toni del blu,
più scuro per le basse velocità, tendente all’azzurro chiaro
per velocità più elevate5,6,7,9,10,12,15,20,21,22.
Un artefatto che si può verificare nel corso dell’esame e
che comunque, una volta riconosciuto, viene sfruttato a fini diagnostici è il cosiddetto fenomeno di “aliasing”.
Quando la velocità del flusso è superiore al doppio della
frequenza di ripetizione degli impulsi (PRF), limite di Nyquist, la rappresentazione del colore s’inverte rispetto a
quella convenzionale (vale a dire che, per esempio, flussi
in avvicinamento vengono rappresentati con i toni del
blu). Inoltre, quando all’elevata velocità si associ la presenza di turbolenza, i diversi punti di colore appaiono mescolati tra loro in maniera disomogenea e pertanto l’immagine
risulta composta da un insieme di colori (mosaico), con
comparsa anche della componente cromatica verde che
esprime la varianza5,6,9,10,12,15,22.
Scopo del presente lavoro, che si compone di due parti
fra di loro complementari, è quello di illustrare l’aspetto
dei flussi ematici intracardiaci nel cavallo secondo la rappresentazione Doppler a codice di colore. In questa prima
parte verranno trattati la metodica d’esame e l’andamento
dei flussi normali mentre, nella successiva, verranno illustrati alcuni quadri eco-color Doppler osservati in soggetti
affetti da diverse cardiopatie.
MATERIALI E METODI
Per la presente indagine sono stati utilizzati tre cavalli
trottatori sottoposti a visita cardiologica presso l’Istituto di
Patologia e Igiene Veterinaria dell’Università degli Studi di
Padova e la Sezione di Medicina Interna del Dipartimento
Clinico Veterinario dell’Università degli Studi di Bologna.
Tali soggetti, sulla base dell’esame fisico diretto e degli
esami collaterali strumentali (elettrocardiogramma, ecocardiografia 2D e M-mode), erano risultati privi di modificazioni patologiche a carico dell’apparato cardiovascolare.
L’esame ecocardiografico ed eco-color Doppler è stato
eseguito su soggetti non sedati utilizzando uno strumento
(Esaote AU3 Partner) dotato di una sonda settoriale meccanica da 2,5-3,5 MHz con trasduttore Doppler da 2,5
MHz. Al fine di una corretta valutazione delle diverse fasi
minar versus turbulent), direction, velocity and acceleration 6,9,10,15,22.
Doppler echocardiography is based on the frequency variation of ultrasound waves (so called Doppler shift) when
they encounter a moving target (specifically blood cells)3,6,9,10,12,15,20,22. Colour Doppler Imaging (CDI) represents
the Doppler effect by showing the blood flow as a colour
spot superimposed on the 2D or M-mode echocardiographic
image. Blood flow moving toward the transducer is usually
shown as a red spot whereas blood flow moving away from
the transducer is shown as a blue spot. Bright colours indicate increased blood flow velocity5,6,7,9,10,12,15,20,21,22.
Aliasing is an ultrasonographic artefact that commonly
occurs during CDI. When the blood flow velocity is higher than double twice of the pulse repetition frequency
(PRF), the so called Nyquist limit, the colour coding is inverted and, for example, blood flow moving toward the
transducer is shown as blue. In addition, when fast and
turbulent flow occurs the different pixels of colour are
shown in a mixed manner (so called mosaic aspect) and a
green component, indicating variance, appears5,6,9,10,12,15,22.
This is a two part article illustrating the CDI of cardiac
blood flow in the horse. In this first part, the normal
aspect of the equine cardiac blood flow and its representation using CDI is described. In the second part, the pathologic findings in horses affected by cardiovascular diseases
will be discussed.
MATERIALS AND METHODS
Three healthy Standardbred horses were examined. In
all subjects, no abnormalities of the cardiovascular system
were found on physical examination, electrocardiography
(ECG) and 2D and M-mode echocardiography.
The echocardiographic examination was conducted
using a sector scanner (Esaote Biomedica AU3 Partner)
equipped with a mechanical sector transducer (2.5 and 3.5
MHz) and a Doppler frequency of 2.5 MHz. A simultaneous ECG trace was recorded to determine the different
phases of the cardiac cycle.
Cardiac blood flow was interrogated using the scan planes described by Long et al. (1992)14. In particular, mitral
flow was examined using the left parasternal long axis apical view that shows simultaneously the left atrium, the mitral valve and the left ventricular inflow tract (Fig. 1). Tricuspid and aortic flows were examined using the right parasternal long axis tipped view, ventricular inflow and outflow (Fig. 2) and long axis aorta view (Fig. 3); using these
planes the tricuspid valve, the right atrium and ventricle,
the interventricular septum, the left ventricular outflow
tract, the aortic valve and the ascending aorta are shown.
The pulmonary flow was examined using the right parasternal short axis view at the level of the base of the heart
by which the transverse section of the aorta, the right ventricular outflow tract, the pulmonary valve and the main
pulmonary artery are depicted (Fig. 4). A M-mode image
of the tricuspid and aortic valve was obtained starting from
a right parasternal long axis aorta 2D image (Fig. 5).
The colour-coded Doppler sampling area was superimposed on the above-cited echocardiographic images centred on
Ippologia, Anno 12, n. 2, Giugno 2001
del ciclo cardiaco, è stato impiegato un sincronizzatore
con sovrimpressione sullo schermo del tracciato elettrocardiografico (ECG).
Per la visualizzazione dei flussi sono state utilizzate le
proiezioni descritte da Long et al. (1992). In particolare, per
la valutazione del flusso transmitralico è stata utilizzata la finestra parasternale sinistra asse lungo visione apicale, che
permette di visualizzare l’atrio sinistro, la valva mitralica ed il
tratto di afflusso del ventricolo sinistro (Fig. 1). L’esplorazione dei flussi transtricuspidale e transaortico è stata ottenuta
utilizzando la finestra parasternale destra asse lungo con visione inclinata, afflusso ed efflusso ventricolare (Fig. 2) ed
asse lungo aorta (Fig. 3), che permettono di rappresentare
FIGURA 1 - Ecocardiografia bidimensionale ottenuta con finestra parasternale sinistra asse lungo visione apicale. Si evidenziano l’atrio sinistro (AS), la valva mitralica, con i suoi due lembi anteriore o settale
(LSM) e posteriore o parietale (LPM), il ventricolo sinistro (VS), il ventricolo destro (VD) e l’atrio destro (AD).
FIGURE 1 - Two dimensional echocardiogram obtained using the left
parasternal long-axis view, apical view. AS = left atrium, LSM = anterior leaflet of the mitral valve, LPM = posterior leaflet of the mitral valve, VS = left ventricle, VD = right ventricle, AD = right atrium.
FIGURA 2 - Ecocardiografia bidimensionale ottenuta con finestra parasternale destra asse lungo visione inclinata. Si osservano, più in alto,
l’atrio destro (AD), la valva tricuspide ed il tratto di afflusso del ventricolo destro (VD). Più in basso si riconoscono il tratto di efflusso del ventricolo sinistro (VS), la valva aortica, l’aorta ascendente (AO) ed il sottostante atrio sinistro (AS).
FIGURE 2 - Two dimensional echocardiogram obtained using the right
parasternal long-axis view, tipped view. AD = right atrium, VD = right
ventricle, VS = left ventricle, AO = ascending aorta, AS = left atrium.
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the corresponding valve. The 2D angle image and depth,
and the pulse repetition frequency (PRF) were set in order
to obtain a Nyquist limit ranging from 0.31 and 0.46
m/sec. The frame rate ranged from 3 to 6 frame per second.
TRANSMITRAL AND TRANSTRICUSPID
BLOOD FLOW
The normal blood flow across the atrioventricular valves
occurs only during the diastolic phase. Diastole can be divided into three distinct phases2,5,15. During early diastole, the
FIGURA 3 - Ecocardiografia bidimensionale ottenuta con finestra parasternale destra asse lungo visione asse lungo aorta. Si osservano dorsalmente l’atrio destro (AD), il lembo anteriore della valva tricuspide (LAT)
ed il tratto di afflusso del ventricolo destro (VD). Ventralmente ad essi si
riconoscono il setto interventricolare (SIV), il ventricolo sinistro (VS) con
il suo tratto d’efflusso, la valva aortica e l’aorta ascendente (AO).
Figure 3 - Two dimensional echocardiogram obtained using the right
parasternal long-axis view, long-axis aorta. AD = right atrium, LAT = anterior leaflet of the tricuspid valve, VD = right ventricle, SIV = interventricular septum, VS = left ventricle, AO = ascending aorta.
FIGURA 4 - Ecocardiografia bidimensionale ottenuta con finestra parasternale destra asse corto livello valva aortica. Si evidenziano l’aorta
(AO) in sezione trasversale con il sottostante atrio sinistro (AS), il tratto
d’efflusso del ventricolo destro (VD), la valva polmonare (P) ed il tronco
polmonare principale (AP).
FIGURE 4 - Two dimensional echocardiogram obtained using the right
parasternal short-axis view, aortic valve level. VD = right ventricle, P =
pulmonary valve, AP = main pulmonary artery, AO = aortic valve, AS =
left atrium.
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Impiego dell’ecocardiografia doppler a codice di colore per la valutazione dei flussi cardiaci nel cavallo. Parte I
contemporaneamente la tricuspide, l’atrio ed il ventricolo
destro, il setto interventricolare, il tratto di efflusso del ventricolo sinistro, la valva aortica e l’aorta ascendente. Per evidenziare il flusso transpolmonare è stata impiegata la finestra
parasternale destra asse corto con il piano di sezione passante a livello della base del cuore con visualizzazione dell’aorta
in sezione trasversale, del tratto di efflusso del ventricolo destro, della valva polmonare e di una sezione obliqua della
parte prossimale del tronco polmonare principale (Fig. 4).
Al fine di una più precisa valutazione nel tempo del flusso
ematico attraverso le valve tricuspidale ed aortica è stata
inoltre utilizzata un’immagine ecocardiografica monodimensionale ottenuta partendo dalla proiezione parasternale destra asse lungo aortico che consente di visualizzare contemporaneamente le due valve sopracitate con l’apertura del cosiddetto box aortico durante la fase sistolica (Fig. 5).
L’area di campionamento Doppler a codice di colore è
stata sovrapposta alle sopradescritte immagini ecografiche,
bidimensionali e M-mode, con il centro posto a livello della
corrispettiva valva. L’angolo del settore ecografico, la
profondità dell’immagine 2D ed il PRF sono stati fissati in
modo tale da ottenere un limite di Nyquist variabile tra 0,31
e 0,46 m/sec. ed una frequenza di aggiornamento dell’immagine (FAI) compresa tra 3 e 6 fotogrammi al secondo.
FLUSSO TRANSMITRALICO
E TRANSTRICUSPIDALE
Il flusso ematico normale a livello delle valve atrioventricolari si svolge unicamente durante la fase diastolica.
Quest’ultima può essere distinta in tre momenti2,5,15: durante il primo fra questi (protodiastole) si verifica il flusso
FIGURA 5 - Ecocardiografia M-mode ottenuta con finestra parasternale
destra partendo da una immagine bidimensionale asse lungo aorta con
la linea di sezione passante attraverso le valve tricuspide ed aortica. Si
osserva il diverso movimento delle due valve con chiusura sistolica tricuspidale (freccia) associata ad apertura delle semilunari aortiche che
descrivono una figura quadrangolare, il c.d. box aortico (punte di freccia). Durante la diastole, la chiusura dei lembi valvolari aortici è evidenziata dalla presenza di una linea ecogena al centro della banda anecogena rappresentativa del contenuto ematico del vaso. AD = atrio destro.
FIGURE 5 - M-mode echocardiography obtained using a 2D right parasternal long axis aorta view with the M-mode cursor crossing the tricuspid and aortic valve. During systole the tricuspid valve is closed
(arrow) and the aortic valve opens describing the so called aortic box
(arrowheads). In diastole, the closed aortic valve is shown as an echogenic line in the middle of the echo-free zone representing the aorta.
AD = right atrium.
ventricles are filled with blood entering rapidly from the
atria. This passive filling of the ventricles, lasting during
the first part of the isolectric line following the T wave of
the ECG, accounts for the majority of the ventricular filling. During mid-diastole (diastasis), the blood flow across
the atrioventricular valves stops and a partial closure of the
valves occurs. In the third phase of the diastole (late diastole or pre-systole), atrial contraction causes a new passage of
blood across the mitral and tricuspid valves; this phase follows immediately after the P wave of the ECG and is responsible of the remaining ventricular filling.
Using CDI with the above described scan planes, the diastolic blood flow filling the ventricles is depicted as red since the blood moves toward the transducer. Figures 6 and 7
show early diastolic blood flow across the mitral and the
tricuspid valve respectively. Since blood flow velocity across
the atrioventricular valves is usually less than 1 m/sec.1,19,
the homogeneous red signal was associated with an aliased
signal in the zones where the highest velocities are attained
(usually the central region of the flow). The blood flow
across the tricuspid valve during the beginning of late diastole is shown in Figure 8. Presystolic blood flow across the
left atrioventricular valve is depicted in Figure 9: the blood
flow reduces and the mitral valve is closing.
The whole cycle of the trans-tricuspid flow is shown in
Figure 10: during early diastole the rapid ventricular filling is associated with an aliased signal since the Nyquist
limit is exceeded; no blood flow is detected during middiastole which is followed by the late phase of ventricular
filling after the atrial contraction.
TRANSAORTIC AND TRANSPULMONARY
BLOOD FLOW
Normal forward blood flow across the semilunar valves
occurs only during systole. The mechanical activity of ventricular contraction is preceded by the electrical cardiac activity, thus the blood flow passage is observed after the
QRS complex of the ECG2,5. Using the above described
scan planes, the blood flow moves away from the transducer and it is consequently coded as blue using CDI.
The blood flow across the aortic and the pulmonary
valve is shown in Figures 11 and 12 respectively. Since the
semilunar blood flow velocity is usually higher than that
observed across the atrioventricular valves1,19 an aliased signal is observed more often.
Transaortic blood flow is depicted in Figure 10. During
diastole the aortic valve is closed and no blood flow passage is recorded; during systole, the opening of the aortic
cusps produces the so called aortic box in which a blood
flow passage moving away from the transducer (coded
blue) occurs. Notice the small regurgitant jet, coded red,
during the beginning of the diastole suggesting a mild
aortic insufficiency.
DISCUSSION
Doppler ultrasonography is a non-invasive technique by
which the cardiac blood flow can be studied both in hu-
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di riempimento rapido ventricolare per caduta passiva del
sangue dai sovrastanti atri. Tale flusso, che avviene in corrispondenza della prima parte, isoelettrica, dell’ECG successiva all’onda T, contribuisce in maniera preponderante
al riempimento ematico ventricolare. Durante la mesodiastole o diastasi, il flusso ematico si riduce quasi completamente mentre si verifica una prima parziale chiusura delle
valve atrioventricolari. Nell’ultima parte della diastole (telediastole o presistole) si assiste ad una nuova apertura
della mitrale e della tricuspide con arrivo di sangue ai ventricoli in conseguenza della contrazione atriale. Tale passaggio si svolge quindi poco dopo l’onda P dell’ECG e
con esso viene apportata la restante quota ematica presente nei ventricoli alla fine della diastole.
Nella rappresentazione eco-color Doppler secondo i piani di scansione menzionati, tali flussi sono rappresentati
con i toni del rosso, trattandosi di movimenti del sangue
diretti verso la sonda esplorante. In particolare, nelle Figure 6 e 7 è possibile osservare l’ampio passaggio di sangue
protodiastolico che si verifica, rispettivamente, attraverso la
mitrale e la tricuspide. La velocità di questi flussi non è
particolarmente elevata (inferiore a 1 m/sec.1,19) e pertanto
la rappresentazione con il Doppler colore assume una tonalità rossa alquanto omogenea, con eventuale comparsa
del fenomeno “aliasing” nelle zone in cui il flusso ha una
velocità maggiore (generalmente quelle centrali). La Figura
8 mostra il flusso transtricuspidale durante l’inizio della telediastole, mentre il suo momento terminale è rappresentato, a livello di valva atrioventricolare sinistra, nella Figura
9: la quantità di flusso si riduce progressivamente mentre la
mitrale sta completando il suo movimento di chiusura.
In Figura 10 è rappresentato sinotticamente l’intero andamento del flusso ematico transtricuspidale durante le diverse
fasi del ciclo cardiaco: durante il riempimento rapido ventricolare protodiastolico il flusso presenta una zona centrale di
“aliasing”, durante la diastasi il flusso è quasi completamente
assente ed una seconda fase di flusso da riempimento ventricolare segue la contrazione atriale (telediastole).
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FIGURA 7 - Eco-color Doppler 2D del flusso ematico attraverso la valva
tricuspide durante la protodiastole. Si osserva la macchia di colore rosso alla periferia con all’interno la presenza di toni di giallo e azzurro indicativi di velocità maggiori nella porzione centrale del flusso e comparsa di aliasing.
FIGURE 7 - Two-dimensional CDI of the tricuspid flow during the rapid
phase of left ventricular filling. The blood flow is depicted as a red area
with a central aliased signal (coded yellow and blue) indicating the highest velocity in the centre of blood flow.
FIGURA 8 - Eco-color Doppler 2D del flusso ematico attraverso la valva
tricuspide conseguente alla contrazione atriale (telediastole o presistole). La macchia di colore rosso presenta al suo interno toni di giallo e
blu indicativi di velocità maggiori nella porzione centrale del flusso con
comparsa di aliasing. AD = atrio destro, VD = ventricolo destro, VS =
ventricolo sinistro.
FIGURE 8 - Two-dimensional CDI of the tricuspid flow during the late
diastole. The blood flow is depicted as a red area with a central aliased
signal (coded yellow and blue) indicating the highest velocity. AD = right atrium, VD = right ventricle, VS = left ventricle.
FIGURA 6 - Eco-color Doppler 2D del flusso ematico attraverso la valva
mitralica. Si osserva l’ampia macchia di colore rosso uniforme indicativa
del flusso di riempimento ventricolare durante la protodiastole. È presente una traccia di aliasing in prossimità del lembo parietale mitralico.
FIGURE 6 - Two-dimensional CDI of the mitral flow during the rapid
phase of left ventricular filling (early diastole). The blood flow is depicted as a wide red area. An aliased signal is present near the posterior
leaflet of the mitral valve.
man and veterinary medicine. This method has largely
supplanted contrast angiography which is more invasive
and not easily feasible in equine patients12.
Different methods of representing the Doppler effect
can be employed: spectral Doppler, pulsed wave (PW) and
continuous wave (CW), CDI and power Doppler3,6,7,9,10,12,13,15,22. Using spectral Doppler the following
information regarding blood flow can be achieved: direction (toward or away from the transducer), velocity, duration and intensity of the signal (codified using a grey scale). In addition, PW-Doppler distinguishes laminar or turbulent flow in specific locations of the cardiac cham-
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Impiego dell’ecocardiografia doppler a codice di colore per la valutazione dei flussi cardiaci nel cavallo. Parte I
FLUSSO TRANSAORTICO E TRANSPOLMONARE
Il flusso attraverso le valve semilunari si verifica, in condizioni normali, soltanto durante la fase sistolica. Dato il
lieve ritardo con cui l’evento meccanico, contrazione ventricolare, segue quello elettrico, tale flusso compare immediatamente dopo il complesso QRS dell’ECG2,5. Con l’impiego dei piani di scansione sopradescritti, il sangue si allontana rispetto al trasduttore e pertanto la sua rappresen-
FIGURA 9 - Eco-color Doppler 2D del flusso ematico attraverso la valva
mitrale durante la fine della presistole. Si osserva la quasi completa
chiusura dei lembi valvolari e la piccola macchia di colore rosso indicativa della fine del riempimento ventricolare. AS = atrio destro, VS = ventricolo sinistro.
FIGURE 9 - Two-dimensional CDI of the mitral flow during the ending
of late diastole. The mitral valve is closing and only a small red area is
present indicating the end of the ventricular filling. VS = left ventricle,
AS = left atrium.
FIGURA 10 - Eco-color Doppler M-mode del flusso ematico attraverso le valve
tricuspide ed aortica. Si nota il duplice passaggio di sangue in avvicinamento rispetto al trasduttore attraverso la tricuspide che si verifica in protodiastole (E),
con aliasing, ed in telediastole (A) mentre durante la diastasi il flusso è quasi del
tutto assente. La macchia di colore azzurro relativa al flusso aortico in allontanamento riempie completamente il box aortico durante la sistole. È presente anche
una macchia di colore rosso (punte di freccia) durante la protodiastole indicativa
di un lieve rigurgito aortico. VS = ventricolo sinistro, AO = aorta.
FIGURE 10 - M-mode CDI of the tricuspid and aortic flow. The tricuspid
diastolic blood flow is visible during early diastole with an aliased signal (E), and during late diastole (A). Little blood flow occurs during
mid-diastole. Aortic blood flow moving away from the transducer fills
the aortic box in systole and is coded blue. A small diastolic aortic regurgitant jet (arrowheads), coded red, is also appreciable. VS = left
ventricle, AO = aorta.
bers1,3,6,9,10,12,13,15,22. CW-Doppler interrogation of the blood
flow has a lower spatial specificity but high velocity flows
can be registered without artefact3,6,9,10,12,13,15,21. CDI is a
sophisticated form of PW Doppler allowing a more immediate interpretation of the signal. On the other hand, only
three blood flow characteristics can be determined using
CDI: direction, velocity and type (duration can be determined with colour-M-mode echocardiography) whereas no
information can be obtained regarding signal intensity2,3,5,6,7,9,10,12,13,15,22. Power Doppler is an evolution of
CDI in which the signal intensity is represented but there
is no information regarding blood flow velocity and direction. It is used for the detection of low velocity blood flow
independently on the angle of Doppler interrogation22.
Whereas good alignment (with an angle less than 20°)
between the ultrasonographic beam and the blood flow
direction is fundamental for the accurate evaluation of the
blood flow using spectral Doppler and CDI1,2,3,9,10,12,13,15,22.
Perfect parallelism between the cardiac blood flow and
the ultrasonographic beam is often impossible in the
horse1,11,15,19,22. Thus, the blood flow velocities obtained
with the standard scan planes used in this study are usually underestimated.
The ultrasonographic machine must process a huge
bulk of data when CDI is applied. Therefore, the Nyquist
limit of the colour-Doppler is lower than that achieved
with spectral PW-Doppler and, consequently, an aliased
signal is often recorded by CDI even when a normal cardiac blood flow is observed2,5,6,9,10,15,22 (see Figs. 6, 7, 8, 10,
11 and 12). For this reason, spectral Doppler is used to
evaluate the blood flow velocity.
The anatomical characteristics of the equine species are
responsible of the difficulties encountered during the
Doppler examination of cardiac blood flow in the horse.
The great dimensions of the equine heart, when compared to those of man and small animals, create a long distance between the ultrasonic transducer and the blood
flow. For this reason, low frequency transducer must be
employed to examine the equine cardiac flow allowing a
better evaluation of the Doppler signal but poor resolution of the 2D echocardiographic image 6,11,12,13,15,21,22.
Furthermore, a wide angle of the 2D echocardiographic
image must be employed thus reducing the frame rate,
especially when the CDI sample area is superimposed5,6,11,15,22. This reduces image resolution. In addition, a
low frame rate is associated with long a time interval
between each frame (in this study, with a frame rate of 36 frames per second, each frame lasted for a period variable from 176 and 333 millisecond). This limitation is
partially counteracted by the low equine cardiac heart rate (HR). With an hypothetical HR of 40 bpm, a whole
cardiac cycle lasts 1500 millisecond. Consequently, it can
be represented by 4 to 8 different frames, thus obtaining
a quite acceptable division of the cardiac cycle to correctly
appreciate the different cardiac phases. Higher frame rates can be obtained using more sophisticated machines
equipped with electronic transducer.
Colour Doppler imaging has some advantages for the
evaluation of the cardiac blood flow. A rapid and easily
interpretable picture of the cardiac blood flow is available
Ippologia, Anno 12, n. 2, Giugno 2001
tazione color-Doppler avviene secondo le tonalità del blu.
In Figura 11 viene mostrato il flusso ematico a livello
transaortico, mentre la Figura 12 illustra quello transpolmonare. Il flusso attraverso le valve semilunari raggiunge
normalmente velocità superiori a quelle registrate a livello
di valve atrioventricolari1,19 e pertanto, a parità di condizioni d’osservazione, potrà essere più facilmente rilevata la
comparsa di aliasing.
In Figura 10 si può osservare l’andamento nel tempo
del flusso ematico a livello transaortico. Durante la fase
diastolica la valva aortica è chiusa e pertanto non si verifica alcun passaggio di sangue. In sistole, il transito ematico
attraverso il box aortico è rappresentato da una macchia
di colore blu, trattandosi di flusso che si allontana rispetto
al trasduttore. È rilevabile anche la presenza di una piccola macchia di colore rosso all’inizio della fase diastolica indicativa di un’insufficienza aortica di lieve entità.
FIGURA 11 - Eco-color Doppler 2D del flusso transaortico. La macchia
di colore blu, indicativa del flusso in allontanamento rispetto al trasduttore, presenta una zona di aliasing lungo la parete anteriore del vaso.
VS = ventricolo sinistro, A = aorta.
FIGURE 11 - Two-dimensional CDI of the aortic flow. The blue area
indicating the blood flow moving away from the transducer shows an
aliased zone along the anterior wall of the vessel. VS = left ventricle,
A = aorta.
FIGURA 12 - Eco-color Doppler 2D del flusso transpolmonare. Il flusso
in allontanamento presenta una zona di maggior velocità, con aliasing,
nella sua porzione sinistra. A = aorta, P = arteria polmonare.
FIGURE 12 - Two-dimensional CDI of the pulmonary flow. The blue area
indicating the blood flow moving away from the transducer shows an
aliased zone on it’s left side. A = aorta, P = pulmonary artery.
11
with this technique. Since the blood flow is interrogated
in a wide plane, small regurgitant jets can be easily and
quickly appreciated5,6,10,12,13,15,22. Using CDI, small regurgitant jet are frequently detected in the horse, as well as in
human beings23, with no clinical (heart murmur), electrocardiographic or echocardiographic (modifications of the
cardiac chambers and walls) signs of cardiac diseases2,16.
Physiologic valvular insufficiencies are characterised by
small and short-duration regurgitant jets on CDI2,16. Figure 10 shows an example of a blood flow disturbance (mild
aortic insufficiency) found during CDI examination of a
horse without clinical and 2D echocardiographic signs
suggesting aortic regurgitation. In addition to the evaluation of trans-valvular blood flow, CDI is a useful tool to
diagnose the presence of abnormal cardiovascular
shunts5,6,9,10,11,13,15,20,21,22. After mapping the blood flow
over a wide plane with CDI the other Doppler techniques
can then be applied for a more precise evaluation of blood
flow velocity3,5,6,10,12,13,15,22, whereas their use is more biased by the difficulty in obtaining a good alignment
between the blood flow and the ultrasound beam. Finally,
the combined use of CDI and M-mode echocardiography
shows the blood flow changes during a whole cardiac
cycle3,6,10,12,15,21, 22.
In conclusion, CDI is a useful tool for the equine cardiologist. Its use is limited by the need of sophisticated
and expensive machines that can be correctly employed
only when a thorough knowledge of the cardiovascular
physiopatholgy and of the physics and principles of diagnostic ultrasonography has been acquired.
DISCUSSIONE
L’introduzione della tecnica Doppler ha permesso di
compiere notevoli progressi nello studio dei flussi ematici
intracardiaci sia in medicina umana che veterinaria. In
particolare, tale metodica ha in larga misura soppiantato
l’uso dell’angiografia di contrasto, metodica dotata di
maggiore invasività e non sempre facilmente utilizzabile in
medicina equina12.
Fra le diverse modalità di rappresentazione dell’effetto Doppler si annoverano quelle di tipo spettrale, ad onda continua (CW) o pulsata (PW), quella a codice di colore ed il power Doppler3,6,7,9,10,12,13,15,22. Il tracciato ottenuto con il Doppler spettrale può fornire informazioni
relative a: verso del flusso (in avvicinamento o in allontanamento rispetto al trasduttore), velocità, durata del fenomeno ed intensità del segnale (che è codificata mediante una scala di grigi). Il PW Doppler rende possibile
la discriminazione tra flusso laminare e turbolento e permette inoltre di registrarne l’andamento in punti molto
precisi all’interno delle camere cardiache1,3,6,9,10,12,13,15,22.
Il CW Doppler si differenzia dal precedente per la capacità di registrare, senza artefatti, elevate velocità di flusso anche se l’esplorazione dello stesso ha una minore
precisione spaziale3,6,9,10,12,13,15,21. Il Doppler a codice di
colore costituisce un’evoluzione del Doppler pulsato
con il vantaggio, rispetto a quest’ultimo, di una maggio-
12
Impiego dell’ecocardiografia doppler a codice di colore per la valutazione dei flussi cardiaci nel cavallo. Parte I
re immediatezza nell’interpretazione del dato flussimetrico. D’altro canto, rispetto al precedente, il Doppler a
codice di colori può fornire solo tre informazioni relative ai caratteri del flusso: direzione, velocità e tipo di
flusso (la durata è rappresentata quando esso viene associato all’ecocardiografia M-mode), mentre non viene
fornita alcuna indicazione circa l’intensità del segnale 2,3,5,6,7,9,10,12,13,15,22. Un’ulteriore evoluzione del color
Doppler è rappresentata dal power Doppler, che codifica esclusivamente l’intensità del segnale di flusso senza
però fornire indicazioni sulla sua velocità e direzione, e
consente quindi di evidenziare flussi a bassa velocità in
maniera relativamente indipendente dall’angolo d’incidenza con il fascio ultrasonoro22. Per contro, il corretto
allineamento (con un’angolazione inferiore a 20°) del fascio d’ultrasuoni con la direzione del flusso ematico,
rappresenta la condizione indispensabile per valutarne
in maniera ottimale l’andamento mediante le altre tecniche Doppler1,2,3,9,10,12,13,15,22. Per quanto riguarda la specie
equina, tale completo allineamento rispetto alla direzione dei flussi cardiaci transvalvolari risulta spesso impossibile1,11,15,19,22. Pertanto, le velocità dei flussi osservate
anche con le proiezioni standard da noi impiegate sono
da ritenersi in parte sottostimate. Data l’enorme mole di
dati che lo strumento ecografico deve simultaneamente
elaborare, al fine di fornire la rappresentazione dei diversi punti di colore sullo schermo, il limite di Nyquist
del color Doppler è inferiore a quello del Doppler pulsato2,5,6,9,10,15,22. Questo spiega la frequente comparsa di
aliasing, che si verifica anche quando siano osservate
normali velocità di flusso all’interno delle camere cardiache e dei grossi vasi (vedi Figg. 6, 7, 8, 10, 11 e 12), e
giustifica l’impiego del Doppler spettrale per lo studio
più preciso del carattere velocità.
Esistono poi altre caratteristiche anatomiche che rendono difficoltosa l’esecuzione dell’indagine eco-Doppler
nel cavallo. Tra queste segnaliamo innanzitutto le notevoli dimensioni del cuore, in particolare se confrontate con
quelle dell’uomo e degli animali da compagnia, con distanza spesso notevole tra il trasduttore ed il flusso ematico da esaminare. Si rende pertanto necessario l’impiego
di sonde a bassa frequenza di emissione che, se da un lato sono più adatte alla rilevazione dell’effetto Doppler,
d’altro canto possiedono un minor potere di risoluzione6,11,12,13,15,21,22. Inoltre, l’utilizzo di un angolo ampio del
settore dell’immagine ecografica 2D, spesso necessario
per la completa visualizzazione del cuore, contribuisce a
ridurre la FAI, in particolare quando viene sovrapposta
l’area di campionamento color Doppler, con ulteriore
peggioramento del grado di risoluzione 5,6,11,15,22. A tale
bassa FAI consegue poi un lungo intervallo di tempo intercorrente tra un fotogramma e l’altro (nel nostro caso,
con una frequenza compresa tra 3 e 6 fotogrammi al secondo, ciascuno di essi corrisponde ad un intervallo di
tempo variabile da 176 a 333 millisecondi). Questa limitazione viene in parte compensata dalla fisiologica bassa
frequenza cardiaca (FC) caratteristica della specie equina. Infatti, ipotizzando una FC media di 40 battiti al minuto, e quindi una durata del ciclo cardiaco completo
pari a 1500 millisecondi, si ottiene una rappresentazione
dello stesso in un numero di fotogrammi approssimativamente compreso tra 4 e 8, che costituisce una suddivisio-
ne del ciclo ancora accettabile per riconoscere in maniera
distinta le sue diverse fasi. Con l’impiego di strumenti
ecografici che utilizzino sonde di tipo elettronico è possibile ottenere FAI più elevate e quindi una più accurata
valutazione delle diverse fasi del flusso cardiaco.
A dispetto delle limitazioni sopracitate, l’impiego dalla
tecnica color Doppler offre diversi vantaggi nello studio
dei flussi intracardiaci. Innanzi tutto essa fornisce una rappresentazione del movimento ematico all’interno delle camere ed attraverso le valve cardiache d’immediata e facile
interpretazione. Potendo investigare l’andamento del flusso su un’ampia superficie, contrariamente alle metodiche
Doppler spettrali che lo valutano soltanto lungo una singola linea (CW Doppler) o in un piccolo segmento, il cosiddetto volume campione (PW Doppler), consente infatti
di identificare, con relativa facilità, la presenza d’alterazioni nell’andamento dei flussi transvalvolari anche quando
queste siano di lieve entità5,6,10,12,13,15,22. Con l’impiego di tale metodica, analogamente a quanto osservato nell’uomo23,
è possibile evidenziare la presenza di reflussi valvolari lievi
in cavalli privi di segni clinici (soffi all’auscultazione cardiaca), elettrocardiografici od ecocardiografici (modificazioni della forma e delle dimensioni di camere e pareti cardiache) indicativi dell’esistenza di una qualche alterazione
cardiaca2,16. Piccole dimensioni del jet rigurgitante ed una
sua breve durata caratterizzano i reflussi valvolari considerati fisiologici2,16, come ad esempio quello osservato a livello di valva aortica nel soggetto della Figura 10. Oltre alla
valutazione dei disturbi del flusso transvalvolare, il Doppler colore consente di diagnosticare in maniera rapida e
precisa la presenza di shunt intra ed extracardiaci5,6,9,10,11,13,15,20,21,22. La possibilità di effettuare il mappaggio
di una vasta area di flusso, permette inoltre di utilizzare
con maggior precisione e rapidità le altre metodiche di rilevamento dell’effetto Doppler che, seppur più adatte alla
valutazione di caratteristiche quali la velocità3,5,6,10,12,13,15,22,
sono invece maggiormente limitate dalla sopracitata difficoltà ad ottenere un corretto allineamento tra flusso ematico e fascio di ultrasuoni. Infine, l’utilizzo del color Doppler in associazione con l’ecocardiografia M-mode offre la
possibilità di valutare in maniera molto precisa la dinamica
ematica nel tempo3,6,10,12,15,21,22.
In conclusione, l’applicazione della metodica Doppler a
codice di colore costituisce un utile complemento al medico veterinario che si occupi di cardiologia equina. Il suo
impiego presuppone peraltro l’uso di strumenti sofisticati,
e quindi di costo elevato, il cui corretto utilizzo, oltre alla
conoscenza della fisiopatologia cardiaca, necessita anche
della completa padronanza dei principi fisici dell’ultrasonologia diagnostica.
Parole chiave
Cavallo, ecocardiografia, Doppler a codice di colore, valve
cardiache.
Key words
Horse, echocardiography, colour-coded Doppler, cardiac
valves.
Elenco delle abbreviazioni nel testo
M-mode = Ecocardiografia monodimensionale tempo-movimento.
2D = Ecocardiografia bidimensionale tempo-reale.
PRF = Frequenza di ripetizione degli impulsi.
ECG = Elettrocardiogramma.
CW Doppler = Doppler ad onda continua.
PW Doppler = Doppler ad onda pulsata.
FAI = Frequenza di aggiornamento dell’immagine.
FC = Frequenza cardiaca (HR nel testo inglese).
CDI = Colour Doppler imaging (nel testo inglese).
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