심초음파검사
(Echocardiography)
구체적 학습목표;
1. 심초음파도의 원리를 이해한다.
2. 정상 심초음파도 소견을 이해한다.
3. 도플러 계산 및 임상적 응용을 이해한다.
4. 각종 심장질환의 특징적인 심초음파 소견을 이해한다.
참고문헌;
1. Cecil: Textbook of Medicine, 22nd ed., 2004.
2. Harrison: Principles of Internal Medicine, 15th ed., 2003
3. 심장학교과서: 대한 순환기학회, 2004
1. 심초음파 검사란?
탐촉자(transducer or probe)내부의 piezoelectric crystal에서 초음파를 발생시키고 또한 반사되는 초음파를 수신하여 심장이나 대혈관의 해부학적 구조와 움직임, 심장의 기능 및 혈역학적 정보를 얻는 비침습적 검사이다.
1) 초음파란?
초음파는 사람이 들을 수 있는 소리의 한계를 넘어선 음파를 말하며, 주파수가 초당 20,000 cycle(20,000 Hertz) 이상인 음파를 말한다. 임상에서 진단 목적으로 사용되는 초음파의 주파수는 보통 2-12 mega Hertz(MHz)에 해당한다(1 Hertz는 1초에 1회 진동함을 의미).
2) 초음파의 특성
(1) 방향성을 가지고 움직이며 미세한 구조에 의해 반사
(2) 공기를 통과할 수 없다(심초음파 검사시 탐촉자와 피부의 충분한 접촉이 매우 중요하다).
(3) 신체조직에서 초음파의 속도는 1,540 m/sec로 거의 일정하며, 초음파가 통과하는 조직의 밀도와 탄력성에 의해서 달라진다.
(4) 해상력(resolution) 및 투과력(penetration); 초음파는 주파수가 높을수록 파장이 짧아지면서 작은 물질에 대해서도 반사될 수 있어 해상력은 우수하나 대부분 표면에서 반사되므로 투과력은 약해진 다. 해상력이란 연접해 있는 물체를 구분할 수 있는 능력을 말하며 파장 또는 주파수, 방출된 초음 파 pulse의 기간과 밀접한 관계가 있다.
보통 사용하는 주파수는 2-7.5 MHz로 성인 2-2.5MHz, 소아 5-7.5 MHz를 많이 사용한다.
(5) 약화현상(attenuation); 초음파가 매체를 통과하면서 약화되는 현상으로 초음파의 흡수와 산란 때 문이다.
2. 심초음파 검사의 종류(Table 1)
1) M-mode(motion mode) 심초음파도: B-mode의 시간에 따른 변화
2) 이면성(2 dimensional; 2D) 및 삼차원(3D) 심초음파도
3) 도플러 (Doppler) 심초음파도
(1) 간헐파형(pulsed wave) 도플러
(2) 연속파형(continuous wave) 도플러
(3) 색 도플러(Color flow mapping)
4) 기타 심초음파도의 기법
(1) 심초음파를 얻는 방법에 따라
a. 경흉부(transthoracic) 심초음파 대 경식도(transesophageal) 심초음파
b. 수술중(intraoperative) 심초음파, 심장내(intracardiac) 심초음파
(2) 조영 심초음파도 (contrast echocardiography)
(3) 부하(stress) 심초음파도 (운동, 약제)
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Table 1. Clinical Uses of Echocardiography |
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Two-Dimensional Echocardiography Cardiac chambers Systolic function(ejection fraction, fractional shortening) Chamber size, Left ventricular hypertrophy, Regional wall motion abnormalities Valve Morphology and motion Pericardium Effusion, Tamponade Masses Great vessels Doppler Echocardiography Valve stenosis Gradient, Valve area Valve regurgitation Semiquantitation Intracardiac pressures Volumetric flow Diastolic filling, function Intracardiac shunts Stress Echocardiography Two-dimensional Myocardial ischemia, Viable myocardium Doppler Valve disease Transesophageal Echocardiography Inadequate transthoracic images Aortic disease Infective endocarditis Source of embolism Valve prosthesis Intraoperative |
1) M-mode 심초음파 검사
탐촉자(transducer)에서 하나의 초음파 음속을 방사할 때 그 선상에 놓여 있는 조직에서 반사되는 초음파는 심장의 주기에 따라 위 아래로 움직이게 되며 이때 반사되는 초음파를 B-mode를 이용하여 일정한 속도로 움직여 기록한다. 주로 각 구조물의 두께와 깊이 등을 측정하는데 유용하다. 그러나 하나의 초음파속을 이용하므로 측방의 구조물에 대한 입체적인 정보는 얻을 수 없다.
2) 이면성 심초음파 검사
여러 초음파 음속들을 발사한 다음 여러 부위에서 돌아오는 초음파 음속들의 강도를 휘도(brightness)가 다른 점(dot)들로 배열하여 실시간으로 이면성 평면 영상을 얻는 기법을 말하며 심장의 단면 영상을 부채꼴 모양의 real-time으로 보여준다.
따라서 심방과 심실, 혈관의 크기와 기능을 평가할 수 있으며 판막의 형태학적인 평가도 할 수 있다.
four standard transducer positions: parasternal, apical, subcostal(subxiphoid), and suprasternal windows
3) 도플러 심초음파도
Doppler 효과; 움직이는 물체에 초음파를 발사하면 물체의 이동속도, 방향에 따라서 반사 초음파의 주파수에 변화가 생기는 현상이다. 이미 알고 있는 일정 주파수의 초음파를 움직이는 혈구에 보내면 반사된 초음파 주파수는 혈구의 속도에 의해 주파수 변위가 일어나게 되고 도플러 공식에 의해 혈구의 속도를 알게된다.
Doppler equation; V= c * Δf / (2 * f0 * cosθ)
V: blood velocity
c: velocity of sound
Δf: frequency shift
f0: tansducer frequency
cosθ: angel between and blood
Doppler 심초음파도의 방식에 따른 분류
(1) 간헐파형 도플러(pulsed wave doppler echocardiography)
심장내 일정부위(sample volume)에 초음파를 일정한 속도로 주고받으면서 혈류의 속도와 방향(종축)을 시간(횡축)에 따라 표시한다. 측정할수 있는 최고 속도에 제한이 있고 이 속도를 넘는 경우 방향성이 모호해지는 aliasing이라는 현상이 일어난다. 측정 할 수 있는 최대속도를 Nyquist limit라 부르고 보통은 2m/sec 이하이다.
(2) 연속파형 도플러(continuous wave doppler echocardiography)
탐촉자(transducer)가 초음파를 내는 횟수를 최대로 높인 경우를 말한다. 즉 초음파를 발생시키면서 동시에 반사된 초음파를 분석하기 때문에 초음파가 지나가는 선상의 모든 속도를 기록하게 된다. 최대속도의 제한점은 없어지나 특정장소의 속도를 알 수가 없다.
(3) 색 도플러 심초음파(Color flow mapping, color doppler echocardiography)
2D 영상 내에 일정 부위의 혈류 속도를 간헐파형 도플러로 알아내어 혈류의 방향과 속도를 색깔로 나타내어 real time에서 볼 수 있게 한다. 보통 탐촉자에 가까워질 때 붉은색 멀어질 때 푸른색으로 표시한다.
도플러를 이용한 혈역학적 정보(Table 2 & 3)
1. 압력차에 대한 정보
단순화된 Bernoulli 정리를 이용하여 협착에 따른 압력차를 구할 수 있다.
ΔP=4V2
2. 혈류량의 정량화
혈류량 = 일정기간동안의 혈류속 총합(time velocity integral) x 단면적
이 공식을 이용하면 심박출량(cardiac output), 단락률(shunt ratio: Qp/Qs), 역류율 (regurgitant fraction)등을 계산할 수 있게 된다.
3. 협착판막 면적에 대한 정보
1) 승모판 협착증: 초기 확장기 혈류속도의 감속정도가 협착이 심할수록 적어지게 되어 최대압력차가 반으로 줄때까지 걸리는 시간(pressure half time : PHT)과 승모판 면적과는 반비례 관계를 가진다.
승모판 면적(cm2) = 220 / PHT
2) 대동맥 협착증: 혈류 연속성에 의해 협착 직전의 혈류량과 협착 부위의 혈류량은 동일하다. 이를 이용 협착 부위의 면적을 알 수가 있다.
Continuity equation; LVOT area x TVI of LVOT = AV area x TVI of AV
AV area = (LVOT area x TVI of LVOT)/ TVI of AV
(LVOT; left ventricle outflow tract, TVI; time velocity integral, AV; aortic valve)
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TABLE2. Hemodynamic data that can be obtained with two-dimensional Doppler |
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Volumetric measurements Stroke volume and cardiac output, Regurgitant volume and fraction Pulmonary-systemic flow ratio (Qp/Qs) Pressure gradients Maximal instantaneous gradient, Mean gradient Valve area Stenotic valve area Regurgitant orifice area Intracardiac pressures Pulmonary artery pressures, Left atrial pressure, Left ventricular end-diastolic pressure |
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TABLE 3. Doppler estimation of intracardiac pressures | |
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Peak TR velocity Peak PR velocity End-diastolic PR velocity Peak MR velocity End-diastolic AR velocity Diastolic filling pattern Mitral inflow Pulmonary vein PFO velocity |
RV systolic pressure, PA systolic pressure Mean PA pressure PA end-diastolic pressure LA pressure LV end-diastolic pressure LA pressure LV end-diastolic pressure
LA pressure |
3. 각종 심질환에서 심초음파 소견(Table 4)
1) 후천성 판막질환
(1) 승모판 협착증: 승모판 전엽의 doming, 승모판 개구면적 감소, 승모판 혈류속도 증가
(2) 승모판 폐쇄부전증: 수축기에 좌심방으로 고속의 혈류가 역류
(3) 대동맥판 협착증: 대동맥판 혈류속도 증가
(4) 대동맥판 폐쇄부전증: 좌심실 용적과부하, 확장기에 좌심실로 고속의 혈류가 역류
(5) 삼첨판 폐쇄부전증: 우심방 비대, 우심방으로 수축기 역류
(6) 감염성 심내막염: 우종(vegetation)의 발견
2) 허혈성 심질환
(1) 심근경색증: 심근벽 운동의 장애
(2) 허혈성 심근증: 심실확장과 심근벽 운동의 장애
3) 선천성 심질환
(1) 심방중격 결손증: 심방중격 결손부위의 확인 및 Doppler을 이용하여 shunt 확인
(2) 심실중격 결손증: 심실중격 결손부위의 확인 및 Doppler을 이용하여 shunt 확인
4) 심근증
(1) 비후성 심근증: 비대칭성 심실중격 비후(asymmetrical septal hypertrophy: ASH), 승모판 수축 기 전방운동 (systolic anterior motion of MV: SAM)이 관찰되면 IHSS(idiopathic hypertrophic subaortic stenosis)
(2) 확장성 심근증: 모든 심방과 심실의 확장, 좌심실 수축력의 감소
(3) 제한성 심근증: 심실의 확장기 장애
5) 심낭삼출
(1) 심낭 삼출과 심낭 지방
(2) 심낭 압전(pericardial temponade): 심낭 삼출이 급속히 진행되는 경우 심장내 혈류 이동 장애가 발생한다.
(3) 압축성 심낭염(constrictive pericarditis)
6) 심장 점액종 및 심장내 혈전
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TABLE 4. M-mode/two-dimensional(2D) echocardiographic signs of hemodynamic abnormalities | |
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M-mode/2D findings |
Hemodynamic abnormality |
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Fluttering of mitral valve Midsystolic aortic valve closure Systilic anterior motion of mitral valve Midsystolic pulmonary valve closure Dilated RV = D-shaped LV Dilated IVC with lack of inspiratory collapse Persistent bowing of atrial septum To RA To LA Diastolic RA and RV wall inversion or collapse Abnormal ventricular septal motion |
Aortic regurgitation Dynamic obstruction of LVOT Dynamic obstruction of LVOT Pulmonary hypertension Increased RV systolic pressure Increased RA pressure
Increased LA pressure Increased RA pressure Cardiac tamponade Constrictive pericarditis |
4. 좌심실 기능의 평가
1) 수축기 기능
(1) 좌심실 구획단축률(fractional shortening: FS)
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FS(%) = |
이완기말 좌심실내경 - 수축기말 좌심실내경 |
x 100 |
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이완기말 좌심실내경 |
EF(%) = {(LVIDd)2 - (LVIDs)2 / (LVIDd)2}x 100
2) 이완기 기능
(1) 승모판 유입혈류(mitral inflow)
(2) 폐정맥 유입혈류(pulmonary venous flow)
(3) 승모판륜 이동속도(mitral annulus velocity)
http://blog.naver.com/equinfluenza?Redirect=Log&logNo=60007491240
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