(1) 정사각형 모양으로 생긴 phased array probe

(2) Indicator: 초음파 probe의 방향을 알려주는 marker → 초음파 영상의 오른쪽을 가리킴

• Indicator(영상의 우측)가 인체의 superior, lateral, left 방향을 가리키도록 영상을 촬영하는 것이 표준

(1) Probe: 흉골좌연 3^rd~4^th ICS에서 수직에 가깝게 세움 (asc. aorta가 가능한 수평이 되도록)

(2) 구조물: LA, LV, RV(RVOT), aorta(aortic root, ascending aorta), descending aorta, MV/AV

* RV 쪽을 향해 약간 기울이면 RA, RV, TV가 보이게 된다.

(3) 좌심장의 주요 구조물들을 한 눈에 볼 수 있어 편리하며, 매우 많은 지표들을 측정할 수 있음

(1) Probe: Parasternal long axis에서 probe를 약 90^o(70~110^o) 시계방향으로 회전

(2) 구조물: Probe를 기울여 아래 A~D 중 어느 level을 잡느냐에 따라 볼 수 있는 구조물이 달라짐

* Aortic valve level에서 조금 각도를 틀면 tricuspid valve, PDA(있을 경우) 등이 보이기 때문에 TR, PDA 등을 평가할 수 있다.

(1) Probe: Apex에서 흉골을 향해, LV의 apex가 중심에 오면서 4개의 chamber가 보이도록 위치를 조정함

* 상기한 표준 원칙대로 4-chamber view에서 LV가 영상의 오른쪽에 위치하는 것이 일반적이나, 세브란스병원 및 관련 계열 병원에서는 왼쪽에 위치하는 것이 오랜 전통이므로 유의해야 한다. Window를 올바르게 잡은 영상이라는 전제 하에 대부분의 경우 더 크고 두꺼운 ventricle이 LV이므로 헷갈릴 가능성은 낮다.

(2) 구조물: LA, LV, RA, RV, pulmonary veins, MV/TV

(3) LA → LV 혈류가 probe와 일직선상에 놓여있으므로 diastolic function, MS, MR 관련 평가에 자주 쓰임

* Apical 2-chamber의 반대 방향으로 돌리면 4-chamber view에서 RV/RA/TV를 더 중점적으로 볼 수 있다.
* Apical 3-chamber는 apical long axis라고도 한다.
* Apical 5-chamber의 반대 방향으로(=아래를 향해) 기울이면 coronary sinus를 볼 수 있다.

• 최근 보편적인 2D 초음파 개발 이전의 가장 초기 형태의 초음파이기도 함

• 따라서 특정 구조물의 시간에 따른 길이의 변화를 측정하는 데 사용

(1) 혈류와 probe 사이의 각도의 중요성

① Doppler 초음파는 probe로 다가오는 방향 운동만 감지할 수 있음

② 따라서 만약 측정하고자 하는 혈류와 초음파 probe 사이의 각도가 크면 오차가 발생함

• 만약 혈류와 probe의 beam이 수직일 경우, cos 90^o = 0이 되어 아무 혈류도 측정되지 앟음

③ 즉, 혈류의 속도를 측정하기 전에 혈류와 초음파 probe의 방향을 가능한 일직선으로 맞춰야 함

(2) 베르누이 방정식의 간소화(simplified Bernoulli equation)

① 베르누이 방정식: 유체의 운동에 대한 물리 법칙으로, 각 변수를 인체에 맞게 대입하고 몇 가지 가정을 할 경우, 아래와 같은 식으로 근사할 수 있음

② 즉, valve를 통과하는 혈류의 속도를 알 경우 두 chamber 사이의 압력 차이를 알 수 있음

③ 단, 압력 차이만 알 수 있으며, 각 chamber의 압력이 절대적으로 몇 mmHg인지는 알 수 없음

(1) 2D 초음파 화면에서 해당 위치의 혈류가 probe를 향해 얼마나 빠르게 움직이는지 색으로 나타냄

(2) 붉은색: Probe에 가까워지는 혈류 / 푸른색: Probe에서 멀어지는 혈류

(3) Multicolored mosaic display: Stenosis, regurgitation, shunt의 발견에 유용

• Stenosis, regurgitation, shunt가 있어 turbulent flow가 발생할 경우, 혈류의 방향이 빠르고 다양해짐

• 이로 인해 일정한 색이 나타나지 않고 붉은색/푸른색/노란색 등이 모자이크처럼 지저분하게 나타남

(1) 초음파 beam의 위치를 정하고, beam 위에서 혈류 속도를 측정하고자 하는 특정 부분의 속도만 측정할 수 있음

(2) 장점: 혈류 속도를 측정하고자 하는 정확한 점의 위치를 특정할 수 있음

(3) 단점: 빠른 혈류(약 1.5~2.0 cm/s 이상)는 측정하지 못함 → '정상적 혈류'를 주로 측정함

ex) 정상적 mitral(LA→LV) inflow, 정상적 LV outflow, pulmonary vein flow(pulm.v.→LA) 등

(1) 초음파 beam의 위치를 정하고, beam 위의 모든 점 중 가장 혈류 속도가 빠른 점의 속도가 측정됨

(2) 장점: 빠른 혈류를 측정할 수 있음 → '비정상적 혈류'를 주로 측정함

ex) Mitral valve에서 역류(LV→LA)하는 flow, aortic stenosis를 거쳐 나가는 LV outflow 등

* 대부분의 비정상 혈류(stenosis, regurgitation 등)는 매우 좁은 구멍을 통해 지나가므로 정상 혈류보다 훨씬 빠르다.

(3) 단점: 혈류 속도를 측정하고자 하는 위치를 특정할 수 없음

(1) 혈류가 아니라 심장 자체의 조직(tissue)의 이동 속도를 측정하는 Doppler 초음파

* 현재까지의 Doppler 초음파는 모두 '혈류'의 속도를 측정했다. Tissue Doppler는 혈액이 아닌 심장 조직(고체)의 이동 속도를 측정한다.

(2) 위의 PW Doppler나 color Doppler와 비슷한 방식으로 작동

• LA volume index(LAVI): 사람마다 심장 크기가 달라 LA 크기도 다르므로, body surface area로 나누어 보정한 값

* Diastolic dysfunction이 지속될 경우 LA enlargement는 거의 반드시 생기기 때문에, HbA1c의 diastolic dysfunction 버전이라고 불리기도 한다(고혈당이 지속될 경우 HbA1c가 높아지듯).

(1) End-systolic(LVESD), end-diastolic(LVEDD) 때에 각각 측정함

(2) LV dilatation을 진단할 수 있으며, LVEF 계산의 기초가 됨

(1) Free wall, interventricular septum 등을 각각 측정함

(2) LV hypertrophy, HCMP를 진단할 수 있음

(1) Aorta, main pulmonary artery, IVC 등을 각각 측정함

(2) RA pressure: Subcostal view에서 IVC를 확인 후 hepatic vein이 drain되는 지점에 M-mode 측정

• 호기 시 IVC diameter와 흡기 시 diameter의 변화를 측정해 RA pressure를 근사함

* RA pressure는 중심정맥압(central venous pressure, CVP)과 거의 같기 때문에 환자의 volume status 평가에도 자주 쓰인다.

(1) LVEF = SV / LVEDV × 100 = (LVEDV - LVESV) / LVEDV × 100

(2) 측정 방법

① Visual estimation: LV가 수축하는 모양을 보고 눈대중으로 '몇 %겠다' 정도로 추정함

* 부정확해 보이지만, 어느 정도 숙달된 의사는 꽤 정확하게 맞출 수 있다고 한다.

② Teicholz method: LV가 하나의 타원체라고 가정하고, parasternal long axis 등에서 LV diameter만 M-mode로 측정한 후 계산

③ Simpson method: Apical 4-chamber에서 LV 단면을 확보한 뒤, 장축을 따라 단면을 여러 조각으로 자르고, 각 조각을 회전시켜 여러 개의 disc의 부피를 구한다고 생각하고 계산함

* 미적분학에서 등장하는 Simpson's rule의 그 Simpson이 맞다.

(3) 한계

① AR 등 판막질환이 있을 경우 LV 수축기능을 제대로 반영하지 못할 수 있음

② 다른 검사자가 측정했을 때, 심지어 같은 검사자가 다시 측정했을 때 다른 값이 나오는 경우가 많음

* 이를 interobserver/intraobserver agreement가 낮다고 한다.

(1) Tissue Doppler를 이용해 LV의 각 지점이 얼마나 능동적으로 움직이는지를 확인하는 방법

(2) Global longitudinal strain(GLS): LV가 위아래로 얼마나 수축하는지를 나타내는 지표

• 정상치: 남성 -17 ~ -24% / 여성 -18 ~ -26%

(3) 측정 방법: Apical 4-chamber 등에서 LV 단면을 확보한 뒤, LV wall을 따라 tissue Doppler를 적용, LV wall의 여러 지점마다 systole때 얼마나 움직이는지 %를 계산해 합산함

(1) 원리

① 정상 systole 때, LV wall은 thickening되면서 LV chamber 안쪽으로 들어오게 됨

② 허혈성 심질환 등이 있어 특정 LV wall의 territory에 기능 장애가 생길 경우 해당 부분만 국소적으로 덜 움직임

(2) 측정

① Parasternal short axis에서 MV level(basal), mid-papillary level, apex level을 통틀어 LV wall을 16~17 구역으로 나눔

② 검사자가 시각적으로 해당 부분의 LV wall이 thickening되면서 잘 움직이는지를 주관적으로 평가

* 위 그림에서 apex 끝부분을 더해 17 구역으로 나누기도 한다. 위 색깔별로 나타낸 LAD, LCX, RCA의 영역은 환자마다 coronary artery의 anatomy가 다르므로 항상 같지는 않다.

(1) 계산

① E: Early diastole에 LV가 확장하며 음압으로 혈액을 빨아들이는 LA→LV inflow 속도

② A: Atrium이 late diastole에 수축하며 LV로 혈액을 넣어주는 LA→LV inflow 속도

③ MV 혈류를 잘 측정할 수 있는 view 확보(apical 4-chamber 등) → PW Doppler를 MV에 놓고 혈류속도 측정

(2) 해석

① Normal: LV 이완기능이 좋다면, E의 음압혈류가 A의 심방수축혈류보다 빠를 것 (E > A)

② Impaired relaxation: LV 이완기능이 나빠지기 시작하면, E가 감소해 A가 상대적으로 우세해짐 (E < A)

③ Pseudonormal: LV 이완기능이 더욱 나빠지면, LA pressure(LAP)가 증가하며 다시 E가 우세해짐 (E > A)

④ Restrictive: LV 이완기능이 가장 나쁘면, E의 증가추세가 계속되어 E/A ratio가 더욱 커짐 (E >>> A)

(3) 한계 및 보완책

① E/A만으로는 normal과 pseudonormal을 구별할 수 없음

② Valsalva maneuver를 시행하면 venous return이 줄어들어 LAP가 감소하고, pseudonormal이던 환자가 impaired relaxation 패턴으로 바뀌어 감별이 가능함 (normal이던 환자는 Valsalva 후에도 normal일 것)

(1) 계산

① E: 위 E/A와 동일

② e'(e 프라임): MV가 LV에 붙어있는 annulus가 early diastole에 움직이는 속도

③ Apical 4-chamber → tissue Doppler를 MV annulus에 놓고 annulus의 이동속도 측정

④ 위 E/A ratio의 E를 이용해 E/e'를 계산

(2) 해석

① MV annulus: Systole 때 LV 쪽으로, diastole 때 LA 쪽으로 이동하는 특성을 가짐

• LV 이완기능이 좋다면, MV annulus가 e' 때 빠르게 움직일 것

• LV 이완기능이 나빠지기 시작하면, MV annulus가 E' 때 천천히 움직일 것 → E/e'가 증가함

② E/e'는 PCWP(pulmonary capillary wedge pressure)와 연관되어 있음

• PCWP는 LA pressure와, LA pressure는 LV filling pressure와, LV filling pressure는 LV 이완기능과 연관되어 있음

• 따라서 E/e'는 LV 이완기능과 연관되었다고 추론 가능함

③ E/e' < 8: 정상 LV 이완기능 / E/e' > 14: 비정상 LV 이완기능

(3) 한계: MV 관련 질환이나 calcification이 있을 경우 LV 이완기능 반영이 어려움

(1) LAVI: 위 '심장 구조에 대한 평가' 참고

① LA enlargement가 있을 경우 LV 이완기능이 저하되었을 가능성이 높음

② > 34 mL/m²일 때 비정상으로 평가

(2) TR V_max(peak TR velocity)

① LV 이완기능 저하 → 폐정맥 congestion → RV 압력 증가 → TR이 이차적으로 발생

② Parasternal short axis AV level, apical 4-chamber 등에서 CW Doppler를 TR 혈류 방향으로 놓고 혈류 속도 측정

③ > 2.8 m/s일 때 비정상으로 평가

(3) Ar dur(pulmonary venous atrial reversal flow(Ar)의 duration)

① Pulmonary venous flow의 정상 생리

• Systole 때 심방이 이완하며 pulmonary vein에서 LA 안으로 들어옴

• Early diastole 때 심실이 이완하며 LA → LV 혈류가 생기고, 따라서 venous flow도 더욱 LA 안으로 들어옴

• Late diastole 때 심방이 수축하며 LA → pulm. v.으로 혈류가 일부 역류하게 됨

② LV 이완기능 저하되면 LA pressure가 높아지고, 이로 인해 pulm. v.으로 역류하는 혈류가 많아지게 됨

③ Apical 4-chamber에서 PW Doppler를 pulm. v.에 놓고 혈류 속도 측정

④ Ar dur > A dur + 30 ms일 때 비정상으로 평가 (A dur: 위 E/A ratio를 구할 때 측정했던 A의 duration)

(4) e' velocity: 위 E/e' 계산시 측정했던 e'

① e'를 septum 쪽의 MV annulus로 측정했을 경우: < 7 cm/s일 때 비정상으로 평가

② e'를 lateral wall 쪽의 MV annulus로 측정했을 경우: < 10 cm/s일 때 비정상으로 평가

(1) LV 이완기능부전 유무에 대한 평가

(2) LV 이완기능부전의 grading: 항상 들어맞는 것은 아니며, 다양한 지표를 포함한 임상적 판단이 중요

* 보통 '탭시'라고 읽는다.

(1) 계산: Apical 4-chamber에서 M-mode를 TV의 lateral annulus에 놓고 annulus가 systole에 움직이는 거리 측정

(2) 해석

① RV는 LV와 달리 circumferential 수축보다는 longitudinal 수축이 더 주를 이룸

② RV가 수축할 때 TV annulus가 apex 쪽으로 내려가게 되며, 이 거리가 RV 수축기능을 반영

③ < 17 mm일 때 비정상으로 평가

(1) 계산

① PASP가 RV systolic pressure(RVSP)와 유사하다고 가정

② 베르누이 방정식에 의해 RVSP - RA systolic pressure(RASP) = 4 × (TR V_max)²

③ 따라서 PASP ≒ RVSP = RASP + 4 × (TR V_max)²

• RA pressure는 systole이나 diastole에 따라 크게 변화하지는 않음 → 따라서 mean RA pressure(RAP)로 근사함

• Mean RAP는 위 '심장 구조에 대한 평가'의 'Great vessel diameter' 항목의 IVC를 측정해 구하고, TR V_max는 위 'LV 이완기능에 대한 평가'에 기술된 것처럼 측정함

(2) 폐고혈압의 진단에 중요: PASP 측정의 gold standard는 심도자술이지만, 침습적 검사이므로 심초음파를 통해 근사함

(1) MV: Parasternal short axis - MV level에서 측정

(2) AV: Parasternal short axis - AV level에서 측정

(1) V_max: 위 'LV 이완기능에 대한 평가'의 TR V_max 계산에서 보았던 것처럼 CW Doppler를 이용해 측정

(2) 압력차이(pressure gradient, ΔP): 측정한 V_max를 베르누이 방정식(ΔP = 4V²)에 대입해 계산

(1) 판막을 사이에 둔 두 chamber간의 압력차이가 최대치에서 최대치의 1/2까지 감소하는 시간

(2) 판막질환의 종류에 따라 다르게 사용됨

* 예를 들어 MS의 경우, MS가 심할수록 valve가 좁아 LA와 LV간의 압력차이가 해소되기까지 오랜 시간이 걸리므로, MS의 PHT가 길수록 MS가 심하다고 본다. 반대로 AR의 경우, AR이 심할수록 혈액이 aorta에서 LV로 빠르게 역류해 높은 aorta의 압력과 낮은 LV간의 압력차이가 해소되기까지 짧은 시간이 걸리므로, AR의 PHT가 짧을수록 AR이 심하다고 본다.

(1) ERO(effective regurgitant orifice) area: 역류하는 혈액이 통과하는 판막의 작은 구멍의 넓이

(2) R_vol(regurgitant volume): 역류하는 혈액의 양

(3) RF(regurgitant fraction): 실제 심실이 박출한 혈액량(stroke volume + R_vol) 중 R_vol이 차지하는 분율

* ERO, R_vol, RF의 측정 및 계산은 복잡하다. ERO는 보통 PISA(proximal isovelocity surface area) method를 사용해 구하게 된다. PISA의 기본 개념은 역류하는 판막을 color Doppler로 관찰하다가 발견한 현상에 기반한다. 원래 color Doppler는 어느 속도의 혈류를 화면에 어떤 색으로 나타낼지에 대한 세팅을 조절할 수 있는데, 이를 적절하게 조절하면 역류가 가장 빠른 순간에 역류지점 직전에 작은 반구의 형태가 보이게 된다. 이는 해당 반구 표면에 있는 곳의 모든 혈류가 유사한 속도를 내고 있음을 시사한다. 이 표면이 완전한 반구이며, 반구 표면에 있는 모든 혈류의 속도가 동일하며 반구 표면에 수직인 벡터로 진행하고 있다고 가정한다. 물리학의 연속방정식(continuity equation)을 비압축성 유체에 적용한 후 위처럼 다양한 가정들을 적용하면 아래처럼 ERO를 구할 수 있다. 역류하는 혈류에 대한 CW Doppler에 적분을 하고, 이 적분값을 ERO에 곱하면 R_vol, 뒤이어 RF를 구할 수 있다.

(4) Jet area: 역류시 color Doppler에서 생기는 multicolored mosaic display가 얼마나 넓은지를 나타냄

(5) Vena contracta: Color Doppler에서 보이는 역류 jet의 최소 너비를 나타냄

* 일반적으로 jet area는 넓을수록, vena contracta는 길수록 역류가 심하다고 본다.