Schlagvolumen, VTI (Velocity Time Integral) & Herzzeitvolumen

Prinzipien von Flüssen und Volumina im Herzen

Wenn der Fluss in einem Zylinder konstant ist, ist der Fluss (Q) das Produkt aus der Zylinderfläche (a) und der Strömungsgeschwindigkeit (v):

Q = a • v

Mithilfe dieses Prinzips kann der Blutfluss über die Herzklappen abgeschätzt werden. Wie in Abbildung 1 dargestellt, kann die Aortenklappenöffnung und die Aorta ascendens als Zylinder angesehen werden. Die gleiche Annahme kann auch für die anderen Klappen gemacht werden. Die Fläche wird über die Messung des Klappen-Durchmessers ermittelt (Fläche = π × Radius2, wobei Radius = Durchmesser/2). Die Geschwindigkeit wird mittels Doppler gemessen (Abbildung 1).

Velocity Time Integral (VTI)

Die Formel Q = a · v besagt, dass der Fluss (Q) das Produkt aus Fläche (a) des Zylinders und der Geschwindigkeit (v) der Flüssigkeit (d.h. des Blutes) ist. Das Volumen (V), das eine bestimmte Stelle passiert, ist das Produkt aus dem Fluss (Q) und der Zeit (t):

V = Q · t
V = Volumen; t = Zeit (Sekunden).

Diese Gleichung kann jedoch nur verwendet werden, wenn der Fluss (Q) konstant ist, was im Herzen nicht der Fall ist. Der Blutfluss pulsiert während des Herzzyklus. Er ist während der Systole hoch und hört während der Diastole auf. Darüber hinaus gibt es während jeder Phase ausgeprägte Flussschwankungen. In der frühen Systole beschleunigt der Fluss schnell, während er in der späten Systole verlangsamt. Während der Diastole gibt es keinen Fluss. Der Doppler ist in der Lage, diese Strömungsvariationen mit hoher Präzision aufzuzeichnen.

Um den Fluss über einer Herzklappe zu berechnen, wird die Doppler-Linie in die Klappenöffnung gelegt. Das Ultraschallgerät zeigt die aufgezeichneten Strömungen als Spektralkurve (pulsed-wave-Doppler oder continuous-wave-Doppler) an. Die Fläche innerhalb der Spektralkurve wird vom Ultraschallgerät automatisch berechnet. Dieser Bereich wird als VTI (Velocity Time Integral, Geschwindkeit-Zeit-Integral) bezeichnet und misst, wie weit sich das Blut während des Zeitraums bewegt. VTI wird auch als stroke distance (Schlagdistanz) bezeichnet. Abbildung 2 zeigt die Aufzeichnung des VTI mit pulsed-wave-Doppler in der Aortenklappe.

VTI (Velocity Time Integral) ist die Fläche innerhalb der Spektralkurve und gibt an, wie weit sich das Blut während der Flussperiode bewegt. VTI kann für verschiedene Volumenberechnungen verwendet werden, z.B. für die Berechnung des Schlagvolumens.

Schlagvolumen, Herzzeitvolumen und Herzindex

Das Schlagvolumen (engl. stroke volume, SV) ist die Menge an Blut, die während der Systole in die Aorta ausgestoßen wird. Das Schlagvolumen wird durch Messung des Dopplerflusses in der Aortenklappe berechnet. Im linksventrikulären Ausflusstrakt (LVOT) werden die folgenden beiden Messungen durchgeführt:

• Durchmesser des Aortenringes: Diese Messung wird in der parasternalen Langachsenansicht während der Systole durchgeführt, wenn der Durchmesser am größten ist (normalerweise nach der Hälfte der Systole). Die Genauigkeit der Messung kann durch eine vergrößerte Darstellung (Zooming) des LVOT verbessert werden.
• Strömungsgeschwindigkeit in LVOT: Die Geschwindigkeit wird im apikalen Vierkammerblick oder Fünfkammerblick mithilfe des pulsed-wave-Dopplers mit einem Sample Volume in der Klappenöffnung gemessen. Das Ultraschallgerät berechnet den VTI (Velocity Time Integral) automatisch.

Diese Herangehensweise geht davon aus, dass die Klappenöffnung ungefähr kreisförmig ist, sodass die Öffnungsfläche mit dem Durchmesser (Fläche = π × Radius², wobei Radius = Durchmesser/2) berechnet werden kann. Die Formel für das Schlagvolumen (SV) lautet dann:

SV = Fläche • VTI
SV = Schlagvolumen, VTI = velocity time integral.

Die entsprechende Formel für Messungen in der Aortenklappe:

SV_Aorta = Fläche_LVOT • VTI_LVOT

Die Fläche wird in cm² gemessen. VTI hat die Einheit cm/Kontraktion und Schlagvolumen hat die Einheit cm³/Kontraktion (d.h. ml/Kontraktion). Abbildung 3 zeigt schematisch, wie Fläche und VTI zur Berechnung des Schlagvolumen verwendet werden.

Herzzeitvolumen

Das Herzzeitvolumen (engl. cardiac output, CO; Einheit: l/min) ist das Produkt aus Schlagvolumen und Herzfrequenz:

HZV = SV • HF
HZV = Herzzeitvolumen; SV = Schlagvolumen; HF = Herzfrequenz.

Herzindex

Wenn das Herzzeitvolumen durch die Körperoberfläche geteilt wird, wird der Herzindex (engl. cardiac index; Einheit: l/min/m²) erhalten:

HI = HZV / KOF
HI = Herzindex; HZV = Herzzeitvolumen; KOF = Körperoberfläche.