Contrast Echocardiography for Assessment of Myocardial Perfusion

Herz
G Urban &Vogel 1997
'Cardiological and 2Pathophysiological Department, University Clinic Essen
Contrast Echocardiography for Assessment of
Myocardial Perfusion
Summary
It has been suggested that the myocardial perfusion can be
qualitatively and quantitatively assessed by different ultrasound contrast techniques. It has been reported that the
intracoronary or intraaortic administration of the ultrasound
contrast agents can be used to visualize perfusion defects or
to analyze the coronary flow reserve.
The perfusion analysis after intracoronary injection of ultrasound contrast agents seems to be established, but there
are a lot of Open questions. A topographic (qualitative) Perfusion analysis with visualization of perfusion defects and
perfusion areas or analysis of collaterals has been demonstrated. A quantitative analysis of myocardial blood flow has
been described but the existing studies are inconsistent. It is
not known which parameters of the contrast wash-out
curves should be used for perfusion analysis and if the
Stewart-Hamilton curve analysis can be transfered to all
ultrasound contrast agents as a model for quantitative myocardial blood flow assessment. The development of the
transpulmonary contrast agents for echocardiographic eval-
uation of left ventricular cavity has the impact for myocardial perfusion imaging. The increase of myocardial intensity
does not mean that a qualitative or quantitative perfusion
analysis can be clinically used. In this field we have to differentiate between the possibilities of qualitative discrimination of perfusion defects and quantitative perfusion (myocardial blood flow) analysis. The different scanning conditions, the poor transthoracic ultrasound window and insufficient enhancemant of the myocardial intensity make it
problematic to quantify the myocardial perfusion. At the
moment myocardial intensity will be increased after intravenous injection of transpulmonary contrast agents, but the
value for perfusion analysis has not been shown.
New ultrasound technologies such as second harmonic imaging, power-mode and raw data analysis have to show the clinical importance of these techniques for perfusion analysis in
daily clinical routine. The Open questions of the perfusion
analysis by contrast echocardiography will be discussed in
this review article.
Zusammenfassung: Analyse der myokardialen Perfusion mittels der Kontrastechokardiographie
In den bisher publizierten Studien wird beschrieben, daß die
Myokardperfusion mittels der intrakoronaren Kontrastechokardiographie (ICE) quantitativ und qualitativ beurteilt werden kann. Es wird vor allem postuliert, daß die intrakoronare
oder die intraaortale Applikation von Ultraschallkontrastmitteln zur Beurteilung von Perfusionsdefekten und zur Einschätzung der koronaren Flußreserve herangezogen werden
kann. Die Analyse der Perfusion nach intrakoronarer Injektion von Ultraschallkontrastmitteln scheint etabliert zu sein,
es bleiben jedoch einige offene Fragen. Es wurde demonstriert, daß die topographische (qualitative) Darstellung der
myokardialen Perfusionsdefekte, der perfundierten Areale
oder die Funktionsanalyse der Kollateralen möglich ist. Die
Darstellung des „no-reflowU-Phänomensmittels der ICE hat
prognostische Bedeutung bei Patienten mit angiographisch
erfolgreicher Reperfusion nach Thrombolyse oder PTCA.
Bei Patienten ohne eine Perfusion der Mikrozirkulation (fehlender Kontrasteffekt) bei der Darstellung mittels der ICE ist
in diesen Bezirken die Prognose bezüglich einer Erholung
der kontraktilen Funktion reduziert, obwohl angiographisch
die Reperfusion erfolgreich war.
Eine quantitative Analyse des myokardialen Flusses wird
ebenfalls beschrieben, die Ergebnisse der Studien sind
jedoch nicht einheitlich. Es ist nicht eindeutig klar, welche
Parameter der Auswaschkurven der Kontrastmittel zur quantitativen Analyse der Perfusion herangezogen werden sollen
40
und ob die Stewart-Hamilton Kurvenanalyse auf jedes Ultraschallkontrastmittel übertragen und angewendet werden
kann. Auch die Möglichkeit der Analyse der myokardialen
Flußreserve mittels der Kontrastechokardiographie wird von
den Arbeitsgruppen unterschiedlich beurteilt.
Die Entwicklung der transpulmonalen Ultraschallkontrastmittel für die echokardiographische Untersuchung der linken
Herzkammer hat prinzipiell das Potential der nichtinvasiven
Perfusionsanalyse. Es ist jedoch nicht gleichbedeutend, daß
ein Anstieg der myokardialen Intensität nach der intravenösen Applikation eines transpulmonalen Echokontrastmittels
eine klinisch zuverlässige und ausreichende qualitative und
quantitative Analyse der myokardialen Perfusion erlaubt.
Prinzipiell sollte differenziert werden zwischen der Möglichkeit einer qualitativen Darstellung der Perfusionsdefekte
und der Möglichkeit der quantitativen Erfassung des myokardialen Blutflusses. Eine zuverlässige qualitative (topographische) Analyse von Perfusionsdefekten mittels der intravenösen Kontrastmittelapplikation ist in der Zukunft bei der
weiteren Entwicklung der Ultraschalltechnologie nicht ausgeschlossen.
Unterschiedliche Beschallungssituation, breite Streuung der
Intensitätswerte, eingeschränktes Ultraschallfenster bei der
transthorakalen Echokardiographie und nicht ausreichende
Anhebung der myokardialen Intensität erschweren aber
sowohl die qualitative und noch mehr die quantitative AnalyHerz 22 (1997), 40 - 50 (Nr. 1)
Leischik et al.: Contrast Echocardiography und Myocardial Perfusion
se der myokardialen Perfusion mittels der intravenösen Kontrastechokardiographie.
Die intraveiiöse Gabc von lungengängigem Echokontrastmittel kann voi-ei.st kl i 11iscl~zur verbesserten Erkennung der
Endokai-d-Blui-(3i-ciizc iincl zur reproduzierbaren quantitatiFunktion eingesetzt
ven Erl'assi~ngCICI. l i 11ksvc~~trikulären
wei-dcn (vo I- ii l le in i 11 I<oinbination mit der Second-Harmonic-lkcli i i i I<), 13ci clci Doppler-Echokardiographie können
dic li.;iiisl~iil~iioii;ilcii13cliokontrastmittel zur Signalverstärk u 11gv ' c I ~ w ~wei-clci~.
I~cI~I
Ilic 1.cl>i-ocluzici.brii-C,topographische (qualitative) Analyse
~1ci.111y o k ; 1.d
~ i i i len I'ei-iusionsverteilung bleibt ein wichtiger
unb'estrittener vorteil der intrakoronaren Kontrastechokardiographie.
Zum jetzigen Zeitpunkt ist es zwar möglich, die Intensität der
myokardialen Darstellung mittels intravenöser Applikation
eines lungengängigen Echokontrastmittels anzuheben, doch
die klinische Wertigkeit dieses Phänomens bezüglich einer
Perfusionsmessung wurde bisher nicht gezeigt. Neue Ultraschalltechnologien wie Second-Harmonic-Imaging, PowerMode und die Rohdatenanalyse müssen ebenfalls in der
Zukunft ihre klinische Bedeutung bezüglich der Perfusionsanalyse in der täglichen Praxis zeigen.
MI<),
The concept of contrast enhancement in echocardiography was introduced by Gramiak and Shah 1968 [18].
For nearly 30 years ultrasound contrast agents were
developed as agitated potassium-chloride injections
and galactose-solution, sonicated X-ray agents, and
first transpulmonary contrast agents as Albunex and
SHU 508 A. The goal of echocardiographic research
was at first to investigate the use of contrast agents in
cardiac shunts [33] or tricuspidal insufficiency [I, 391.
Fascination of ultrasound contrast imaging led to the
development of transpulmonary contrast agents at first
for analysis of left ventricular function. The improvement of endocardial border detection in poor echocardiographic images [12, 561 was the next focus using
transpulmonary contrast agents: Non-invasive echocardiographic analysis of myocardial perfusion with
peripheral injection of echo-contrast agents was the
last dream of the echocardiographers. The increase of
the myocardial intensity after intravenous injection of a
transpulmonary contrast agent can be expected up to
20% (using BY 963, [34]. A sufficient increase of myocardial intensity is necessary for perfusion analysis if
perfused myocardial regions are to be compared to
non-perfused regions.
yoci-ii.cli:i l con trast echocardiography is useful
t IIC lissessment of infarct size [26], determiniit ioii ol' tii-cä at risk [27] and functional evaluation of
coi-oiiiiI-y col laterals [50, 511. The main disadvantage
01' this Lcchnique is the need of intracoronary injecioii. Sabia et al. [50, 511 described the evaluation of
collaiei-als in patients with acute myocardial infarciioii iising intracoronary injections of sonificated
X-i-iiy coiitrast agents for echocardiographic analysis.
C'ollaterals play an important role in the limitation of
1 hc iiifni-ct size. Kaul et al. [25-281 assessed myocarcliti l regional blood flow by myocardial contrast echociii-cliogi-aphyusing intracoronary injections. Cheirif
ct :I 1. I 10, 1I] suggested the use of pharmacologically
i iicl iiced hyperemia and contrast echocardiography
1'01- ~xrfusionanalysis. The investigation of the "no
i.cl'lowl' phenomenon [22,23] seems to play an imporii i i i i I-olein the evaluation of recovery of contractile
I'ti iict i o n a l'ter an acute myocardial infarction and
SLI~;CCSSI'LII t Iirombolysis or coronary angioplasty [22,
2.41.'l'liis hcnel'icial effect of coronary reflow could be
sircccssl:iilly evaluated by Ito et al. [23] using intracoi'oii ;.I 1.y injections of echocardiographic contrast
iiic~li~~iii.
11 would be of great clinical benefit to investigate the
siiiilc p:il liophysiological facts without invasive procesl u I-cs a nd intracoronary injections by using intraveiious iiijections of a transpulmonary contrast agent.
Ai'icr tlie introduction of transpulmonary contrast
iipciit s i i i to clinical echocardiography [15, 30,55, 591 a
lol 01' scientific activities focused on myocardial perfus ioii i iiiaging using intravenous injections of contrast
agcnts. An increase of myocardial intensity were
desci-ibed in humans after injections of Albunex [30]
i-iiicl al'tei-injections of SHU 508 A [57]. Grayburn et al.
( I01 eveii suggested the use of intravenous contrast
t i gc n i (2% dodecafluoropentane emulsion) for definiiion of myocardial area at risk and infarct size.
H C I L22 (.I 907), 40 - 50 (Nr. 1)
Evaluation of Myocardial Perfusion Using Intracoronary Contrast Echocardiography
Visualisation of myocardial opacification after intracoronary injection of an ultrasound contrast medium
was first described 1980 [14]. Since this moment further
studies were created for myocardial perfusion analysis
[16, 28, 291. The visualization and quantification of
myocardial perfusion defects [54] was one of the first
goals of myocardial contrast echocardiography.
Myocardial perfusion may be defined as oxygen and
nutrient delivery to the myocardium. Perfusion of the
myocardium can be assessed by investigation of coro41
Leischik et al.: Contrast Echocardiography und Myocardial Perfusion
I
6
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For the Authors: Prof. Dr. R. Erbel, Abteilung für Kardiologie
der Universität,Hufelandstraj3e 55, 0-45122 Essen.
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